Nghiên cứu xác định thông số công nghệ ép hợp lý để tạo ván dăm từ nguyên liệu vỏ hạt điều anacardium occidentale và dăm gỗ tràm melaleuca cajiputy

Năm 1994, Wang – Sigun, Hua – Yukun nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất ván dăm định hướng từ nguyên liệu tổng hợp tre và gỗ Bạch Dương” các tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Nguyễn Thị Bích Ngọc

Hà Nô ̣i, 2010

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong thời gian vừa qua song song với việc đẩy mạnh công tác trồng rừng trong cả nước, thì công nghiệp chế biến gỗ cũng ngày càng phát triển mạnh mẽ Xu thế phát triển của xã hội hiện nay rất cần sử dụng vật liệu nhẹ, bền trong quá trình sử dụng, thân thiện với môi trường và thay thế được các nguồn nguyên liệu đang dần bị cạn kiệt Trong đó, việc nghiên cứu sản xuất

ra các loại hình sản phẩm mới từ nguồn nguyên liệu gỗ rừng trồng tận dụng hoặc phế liệu nông, lâm nghiệp là vấn đề đang được chú ý không những ở nước ta mà ở cả một số nước khác trên thế giới

Hiện nay, Tổng công ty Lâm nghiệp Việt Nam đã và đang có kế hoạch xây dựng 6 nhà máy sản xuất ván nhân tạo với công suất 220.000 m3 sản phẩm/năm Dự kiến năm 2010 chúng ta sẽ sản xuất được 1.022.000 m3 ván nhân tạo, với sản phẩm chủ yếu là ván dăm và ván sợi Theo dự báo nhu cầu tiêu dùng sản phẩm ván dăm ở Việt Nam năm 2010 là 391.853 m3 và khả năng còn tiếp tục tăng trong những năm tới Điều này mở ra thị trường rộng lớn cho ngành sản xuất ván dăm

Hiện nay ở nước ta, chế biến hạt điều đã trở thành một ngành sản xuất công nghiệp phát triển mạnh mẽ, nhất là ở các tỉnh Đông Nam Bộ Trong công nghiệp chế biến hạt điều thì vỏ hạt điều thu được trong quá trình sản xuất có một khối lượng rất lớn Bã vỏ hạt điều sau khi ép lấy dầu hiện nay mới chỉ sử dụng một phần ủ làm phân bón hoặc làm chất đốt thì còn một lượng lớn thải ra môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng Để tận dụng một khối lượng lớn vỏ hạt điều, ước tính vào khoảng trên 200.000 tấn/ năm tương đương với khối lượng của 400.000 m3 có thể kết hợp với dăm gỗ sản xuất ván dăm Điều này có một ý nghĩa rất lớn vì ngoài việc tận thu vỏ hạt điều đang làm ô nhiễm tại các nhà máy chế biến hạt điều, nó còn có khả năng tạo ra một

loại sản phẩm ván dăm mới góp phần làm đa dạng hóa sản phẩm phục vụ công nghiệp chế biến gỗ

Trong quá trình nghiên cứu tạo ván dăm, một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng ván dăm là thông số công nghệ khi ép ván Thông số công nghệ hợp lý sẽ cho ra ván dăm đạt chất lượng tốt nhất và chi phí cho sản xuất đạt hiệu quả tối đa Vì vậy, việc xác định thông số chế độ ép cho ván dăm từ vỏ hạt điều và dăm gỗ là rất cần thiết và quan trọng

Được sự nhất trí của khoa Sau đại học, trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, dưới sự hướng dẫn của cô Nguyễn Thị Bích Ngọc, tôi tiến hành

thực hiện đề tài “Nghiên cứu xác định thông số công nghệ ép hợp lý để tạo ván dăm từ nguyên liệu vỏ hạt Điều (Anacardium occidentale) và dăm gỗ Tràm (Melaleuca cajuputy Powell)”

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu tạo ván dăm từ hỗn hợp nguyên liệu

1.1.1 Tình hình nghiên cứu, sản xuất ván dăm trên thế giới

Đến nay trên thế giới, công nghiệp sản xuất ván nhân tạo đã rất phát triển Trong khi sản xuất ván dán có chiều hướng giảm do khó khăn về nguyên liệu thì sản xuất các loại ván dăm, ván sợi ngày càng gia tăng Ước tính năm 2000 sản xuất lượng ván dăm trên thế giới đạt khoảng 9,5 triệu m3, trong đó các nước có sản phẩm lớn nhất là Hoa Kỳ, Canada, Trung Quốc và Pháp… Năm 2001 toàn thế giới có 733 nhà máy, tổng công suất 81.972.000m3 Năm 2005 có 719 nhà máy tổng công suất 85.844.000 m3 tăng 4,7% [11]

Ngay đầu thập niên đầu tiên của thế kỷ 20, phế liệu nông, lâm nghiệp đã được các nhà khoa học nghiên cứu và đưa vào sản xuất ván nhân tạo Năm

1970, tổ chức phát triển công nghiệp của Liên Hợp Quốc đã tổ chức hội nghị thảo luận về công nghệ sản xuất ván nhân tạo từ nguyên liệu ngoài gỗ đầu tiên trên thế giới Từ đó về sau trên thế giới đã hình thành rất nhiều nhà máy sản xuất ván dăm, ván sợi cứng, ván MDF, vật liệu Compossit từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau Trên thế giới hiện nay rất nhiều các quốc gia đã đầu tư những khoản kinh phí khổng lồ cho nghiên cứu và phát triển công nghệ sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu sản xuất nông, lâm ngiệp đồng thời cũng xây dựng được những sách lược quan trọng để thúc đẩy ngành công nghiệp này phát triển

Quá trình hình thành và phát triển công nghiệp ván dăm đã trải qua một thời gian dài, nên về cơ bản công nghệ sản xuất ván dăm từ nguyên liệu gỗ đã

được hoàn thiện Trong những năm gần đây các nhà nghiên cứu và sản xuất trong và ngoài nước cũng đã nghiên cứu, sản xuất ra nhiều loại ván tổng hợp

sử dụng nguyên liệu từ các loại gỗ, các loại tre, kết hợp các loại thứ và phế liệu trong nông, lâm nghiệp… Trong đó Trung Quốc đã nghiên cứu và sản xuất nhiều loại ván từ tre, tre – gỗ kết hợp với mục đích sử dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu tre

Năm 1994, Wang – Sigun, Hua – Yukun nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất ván dăm định hướng từ nguyên liệu tổng hợp tre và

gỗ Bạch Dương” các tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của chủng loại keo, chiều dày ván dăm, tỷ lệ lượng dăm tre và gỗ, dạng cấu trúc tạo ván đến một

số chỉ tiêu chất lượng của ván [5]

Năm 1995, nhóm tác giả Viện khoa học Lâm nghiệp Trung Quốc thực hiện “Nghiên cứu công nghệ sản xuất ván dăm tổng hợp từ phế liệu các loại

gỗ Tràm bông vàng, Thông, Dầu” các tác giả đã xác định các tỷ lệ pha trộn khác nhau theo khuynh hướng tận dụng phế liệu [12]

“Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ sản xuất tới các tính chất vật lý của ván rơm” của Greggory S Karr và các cộng sự tại trường Đại học bang Kansas, Mỹ thực hiện năm 2000 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của độ

ẩm ban đầu của rơm (khảo sát trong khoảng từ 2 đến 12%), lượng keo dùng (từ 2 ÷8%) và nhiệt độ ép (từ 135 dến 2180C) tới tính chất vật lý và cơ học của ván (dày 6mm) Kết quả cho thấy lượng keo dùng có ảnh hưởng lớn nhất đến tính ổn định kích thước, khả năng chống ẩm và cường độ của ván Nhiệt

độ ép ảnh hưởng tới tính ổn định kích thước của ván nhiều hơn tính chất cơ học của ván Cường độ uốn tĩnh của ván thay đổi trong khoảng từ 15 đến 28,7 MPa với khoảng cách gối là 18 lần chiều dày [5]

Năm 2000, Trường đại học Port Harcourt, Nigeria đã nghiên cứu sử dụng nguyên liệu là vỏ hạt điều, vỏ hạt cao su và keo dán từ dầu vỏ hạt điều

để tạo ván dăm có độ dày 1,2 cm Các tính chất của ván được đánh giá là đáp ứng được tiêu chuẩn ASTM quy định cho ván dùng trong xây dựng Độ bền uốn, tính chịu nước và hệ số dãn nở của ván đạt tốt hơn so với ván dăm thương mại thông dụng [13]

Năm 2003, tại Hàn Quốc, Han Seung Yang và các cộng sự đã tiến hành sản xuất ván dăm từ hỗn hợp rơm và gỗ sử dụng keo UF để tạo vật liệu cách

âm dùng trong xây dựng Trong nghiên cứu này, ván dăm được tạo ra có khối lượng thể tích 0,4g/cm3; 0,6g/cm3; 0,8g/cm3với 3 mức sử dụng keo 10%; 20%; 30% Kết quả thu được là khi khối lượng thể tích của ván tăng thì độ bền uốn tĩnh của ván cũng tăng lên [13]

1.1.2 Sơ lược tình hình nghiên cứu và sản xuất ván dăm ở Việt Nam

Xu hướng hiện nay trên thế giới cũng như trong nước đang có nhiều công trình nghiên cứu, mở rộng nguồn nguyên liệu như phế liệu của các cơ sở chế biến gỗ, phế liệu dạng xơ sợi trong nông nghiệp để sản xuất ván dăm làm giảm bớt sức ép lên tài nguyên rừng, đồng thời sử dụng hiệu quả nguồn phế liệu nông nghiệp, góp phần giảm giá thành sản phẩm Theo hướng nghiên cứu này, một số dạng nguyên liệu như cọng dừa nước, xơ dừa, dăm tre, bã mía, vỏ trấu… đã và đang được nghiên cứu để tạo ván dăm

+ Công trình nghiên cứu cọng dừa nước để tạo ván dăm đã được PGS

TS Nguyễn Trọng Nhân, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam tiến hành Đề tài đã được nghiệm thu năm 1997, tác giả đã đưa ra được quy trình công nghệ

và một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật để sản xuất ván dăm từ cọng dừa nước Song còn một vài vấn đề về kinh tế kỹ thuật chưa giải quyết được, trong đó có khử lượng muối, biện pháp hạ giá thành đầu vào của nguyên liệu… Vì vậy đề

tài chưa được triển khai vào sản xuất.[7]

+ Năm 1993, với đề tài “ Nghiên cứu một số yếu tố của công nghệ sản xuất ván dăm từ tre Việt Nam” tác giả Nguyễn Phan Thiết đã chỉ ra rằng các bước công nghệ sản xuất ván dăm từ tre gai có khác so với sản xuất ván dăm

từ nguyên liệu gỗ ở khâu băm dăm Tác giả cũng đã đưa ra các thông số công nghệ của quá trình ép, loại keo và định mức sử dụng Ván dăm từ nguyên liệu tre gai có tính chất cơ học cao hơn ván dăm gỗ [4]

+ Hoàng Thanh Hương (2002) đã nghiên cứu công nghệ sản xuất ván dăm một lớp nguyên liệu từ dăm tre lồ ô kết hợp với dăm gỗ cao su Tác giả

đã đề xuất các thông số công nghệ của quá trình sản xuất và đã tiến hành sản xuất thử nghiệm tại xí nghiệp ván dăm Tân Mai Kết quả ván dăm tre gỗ kết hợp có các tính chất cơ học tương đương với sản phẩm ván dăm của xí nghiệp, riêng độ bền uốn tĩnh đạt cao hơn [5]

+ Trên cơ sở nguồn xơ dừa rất phong phú tại các tỉnh Nam bộ, Hoàng Xuân Niên (2004) đã nghiên cứu một số yếu tố công nghệ sản xuất ván dăm

từ nguyên liệu xơ dừa Từ kết quả nhận được, tác giả đã khẳng định xơ dừa đáp ứng được yêu cầu nguyên liệu sản xuất ván dăm, đã xây dựng cơ sở lý thuyết về lực cắt và các thông số cơ bản của công nghệ sản xuất ván Ván dăm xơ dừa đáp ứng tiêu chuẩn làm nguyên liệu sản xuất đồ mộc.[6]

+ Năm 2009, TS Bùi Văn Ái khi “Nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng vỏ hạt Điều để sản xuất ván dăm” đã cho kết luận dăm vỏ hạt điều kết

hợp với dăm gỗ Bạch đàn và dăm gỗ Tràm cừ với các tỷ lệ 1:1; 1:2; 1:3, làm dăm lớp lõi, ván dăm kết hợp được ép với các thông số: Áp suất ép 2,1 MPa, nhiệt độ ép 1800C, thời gian ép 7 phút đáp ứng được điều kiện làm nguyên liệu sản xuất ván dăm Với tỷ lệ kết cấu ván 1:3:1, 1:4:1 có các tính chất cơ học chủ yếu sử dụng đáp ứng được tiêu chuẩn của ván dăm thông thường [9]

1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng vỏ hạt điều

* Giới thiệu chung về cây Điều

Cây điều có tên khoa học là Anacardium occidentale, được trồng chủ

yếu ở một số tỉnh Miền Nam như: Đồng Nai, Sông Bé, Bình Phước, Ninh Thuận, Bình Thuận và các tỉnh ở Tây Nguyên, đồng thời các cơ sở chế biến cũng tập trung phần lớn ở vùng này Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn

đã triển khai chương trình trồng điều ở 17 tỉnh của Miền Nam và Miền Trung với diện tích 500.000 ha, chia làm hai giai đoạn: Năm 2005 diện tích trồng 340.000 ha, trong đó có 240.000 ha điều cao sản, 100.000 ha là điều phòng

hộ, sản lượng dự kiến đạt 200.000 tấn/ năm; Đến năm 2010, diện tích trồng diện tích trồng 500.000 ha, trong đó 350.000 ha điều cao sản, 150 ha là điều phòng hộ, sản lượng dự kiến đạt 320.000 tấn/ năm

Số liệu điều tra về lượng và phân bố cây điều tại các vùng trong nước của Bộ Nông nghiệp và PTNT được thể hiện qua bảng 1.1[21]

Bảng 1.1: Diện tích trồng điều tại một số địa phương

Stt Địa điểm Diện tích trồng điều (ha)

*Cấu tạo quả điều: Quả điều có cấu tạo đặc biệt gồm 2 phần:

- Phần quả thật: Thường gọi là hạt có hình quả thận dài 2 - 4cm, rộng 1,5 – 3cm, hơi dẹt Về mặt cấu tạo, hạt gồm lớp vỏ ngoài dai và cứng Lớp vỏ giữa dày hơn, xốp, cấu tạo giống như tổ ong, trong đó có chất lỏng nhớt đỏ nâu (gọi là dầu vỏ hạt điều) Lớp trong vỏ mỏng, cứng rắn, trong cùng là hạt màu trắng Thông thường 1 kg có khoảng 128 – 368 hạt

- Phần quả giả: khi hạt (quả thật) đạt tới kích thước tối đa thì cuống nhanh chóng phình ra, mọng lên và chứa đầy nước Quả chín có dạng trứng, kích thước khá thay đổi, trọng lượng thường gấp 10 lần hạt

Hình dạng quả điều Cấu tạo hạt điều

*Tình hình sử dụng và nghiên cứu về vỏ hạt điều

Hàng năm, tổng sản lượng nguyên liệu cung cấp cho ngành sản xuất và chế biến hạt điều từ 220.000 - 250.000tấn/năm, như vậy chúng ta có thể thu hồi được khoảng 175.000 tấn vỏ (70% vỏ điều)

Công nghệ chế biến hạt điều đã được nâng cao, từ tách vỏ bằng thủ công nay các cơ sở chế biến đã đầu tư công nghệ tách vỏ bằng máy, chuyển

từ công nghệ chao hạt bằng dầu bằng công nghệ sử dụng hơi nước quá nhiệt

Công nhân đang tách vỏ hạt điều

Cũng từ việc gia công chế biến hạt điều xuất khẩu đã phát sinh ra một lượng lớn rác thải từ vỏ hạt điều sau chế biến Đây là một thứ phế thải mà hầu hết các nhà sản xuất đều phải đốt bỏ Tuy nhiên việc xử lý vỏ hạt điều không đơn giản do công nghệ phức tạp lại đầu tư lớn nên ít có doanh nghiệp thực hiện mà chủ yếu đốt để tiêu hủy Các nhà máy chế biến hạt điều sử dụng khoảng 10 - 15% vỏ điều cho việc cung cấp năng lượng để xử lý nguyên liệu

và sấy nhân điều, còn lại 55 - 60% vỏ điều được các lò gạch tư nhân mua làm chất mồi trong việc nung gạch

Đã có một số công trình nghiên cứu sử dụng các sản phẩm thu được từ

vỏ hạt điều có thể kể đến như:

- Năm 2002, Bùi Văn Ái đã tiến hành nghiên cứu thăm dò khả năng sử dụng dầu vỏ hạt điều làm thuốc bảo quản lâm sản Dầu vỏ hạt điều được hòa tan trong dung môi hữu cơ theo các mức tỷ lệ để đánh giá khả năng phòng chống côn trùng và nấm phá hoại lâm sản Dầu vỏ hạt điều còn được trộn với chất nền vô cơ để đánh giá khả năng phòng chống mối xâm nhập cho công trình xây dựng Kết quả nghiên cứu cho thấy dầu vỏ hạt điều có hiệu lực tương đối khả quan với côn trùng gây hại, đặc biệt là khi kết hợp dầu vỏ hạt điều với hợp chất của clo.[1]

-Tháng 12-2004, TS Trịnh Văn Dũng, Trung tâm nghiên cứu Lọc-Hoá dầu Đại học Bách khoa TP.HCM, đã chọn thực hiện đề tài nghiên cứu công nghệ và chế tạo thiết bị tạo bột ma sát từ vỏ hạt điều để chế tạo má phanh cho

xe cơ giới đường bộ Qua nghiên cứu các thành phần của vỏ hạt điều, tác giả nhận thấy dầu vỏ hạt điều chưa hỗn hợp các alkyl phenol tự nhiên, đó là chất lỏng nhớt, màu nâu hơi đỏ, ít tan trong nước, không tan trong rượu và ete Thành phần hoá học chính của dầu vỏ hạt điều là Cardanol, Cardol, 2-Metyl Cardol và các polymer của chúng, nên có tính chất vừa giống phenol vừa có tính chất như một dầu khô hay hỗn hợp [19]

- Năm 2008, Bùi Văn Ái đã tiến hành nghiên cứu sử dụng dăm vỏ hạt điều kết hợp với dăm gỗ tạo ván dăm Kết quả nghiên cứu cho thấy khi sử dụng kết hợp dăm VHD và dăm gỗ bạch đàn, tràm cừ tại lớp lõi theo các tỷ lệ 1:1, 2:1, 3:1 tạo ván dăm 3 lớp độ dày 16mm đảm bảo yêu cầu của ván dăm thông dụng [2]

- Một số công trình đã tiến hành nghiên cứu thành công việc sử dụng các sản phẩm ngoài hạt như dầu vỏ, vỏ… để sản xuất các sản phẩm tinh chế như dầu tinh luyện, dầu cardanol, than, than hoạt tính và sản xuất bột ma sát Quy trình sản xuất dầu tinh luyện từ vỏ hạt điều sau khi thu mua sẽ đi qua máy ép để lấy dầu thô, bã của vỏ hạt điều sẽ đúc thành khối bán cho các lò gạch ngói dùng đốt lò Còn dầu thô sau khi ép sẽ được xử lý qua bồn lọc để loại bỏ cặn Tiếp đó đưa vào lò phản ứng để tách nước, phần còn lại là dầu tinh luyện, từ đó dầu tinh luyện được đưa vào lò dự nhiệt để nâng nhiệt độ của dầu với tháp chưng cất chân không để sản xuất dầu cardanol Khi chưng cất, dầu tinh luyện ở nhiệt độ cao sẽ chuyển thành dạng hơi và ngưng tụ lại thành chất lỏng ở đáy tháp rồi chảy ra bể chứa Phần cặn của dầu cardanol trong quá trình chưng cất sẽ được sản xuất thành bộ ma sát Về quy trình sản xuất than

và than hoạt tính, vỏ điều sau khi được sấy khô và đốt bằng hệ thống truyền nhiệt tạo thành than Than được đưa vào lò hầm than không khói và được cung cấp nhiệt từ lò dự nhiệt để đốt nóng lượng than ở nhiệt độ 8500C để tạo thành than hoạt tính… Ngoài ra có thể trộn vỏ hạt điều sau ép với tinh bột sắn theo tỷ lệ 8% và nghiền tạo thành bánh Bánh than sau khi nghiền được đưa vào nung ở nhiệt độ cao 9000C trong vòng 3 giờ cho hàm lượng than hoạt tính cao

- Ngoài ra vỏ hạt điều sau khi ép dầu còn được sử dụng ép lại thành bánh Loại bánh điều là nguồn nguyên liệu tạo ra lượng nhiệt lớn và hàm lượng tro rất thấp, là một trong nhưng lựa chọn thay thế tốt nhất cho nguyên

liệu gỗ để đốt cháy Mặt khác, một yếu tố làm cho nguyên liệu này có tính ưu việt hơn các loại vật liệu khác đó là nó có độ ẩm rất thấp do đó nó được sử dụng rất hiệu quả trong các nhà máy ngói nung và trong các lò hơi đốt của các ngành công nghiệp

- Các nhà khoa học của Công ty NEC Nhật Bản đã nghiên cứu phát triển thành công loại nhựa sinh học từ vỏ hạt điều Loại nguyên liệu này có tính thân thiện với môi trường, có khả năng chịu nhiệt và chông thấm nước và

có độ bền cao Loại nguyên liệu này đang được tiếp tục nghiên cứu sử dụng trong các thiết bị điện tử

Việc sản xuất các sản phẩm tinh chế từ vỏ hạt điều sẽ không dừng lại ở các mặt hàng dầu tinh luyện, dầu cardanol, than, than hoạt tính và sản xuất bột

ma sát mà trong vỏ hạt điều có chứa các chất có thể sản xuất được sơn chống

rỉ dùng trong công nghiệp tàu biển, keo dẫn đặc biệt trong linh kiện điện tử Những sản phẩm này đang được các nhà khoa học thử nghiệm và chắc chắn thành công

* Khả năng sử dụng vỏ hạt điều làm nguyên liệu sản xuất ván dăm

Vỏ hạt điều sau ép tận thu dầu là nguồn phế liệu trong công nghệ chế biến hạt điều của nước ta Với thành phần hóa học chứa hàm lượng xenluloza xấp xỉ 20% nên vỏ hạt điều có khả năng tận dụng, phối hợp với dăm gỗ để tạo ván dăm

Từ kết quả nghiên cứu sơ bộ, vỏ hạt điều có 3 lớp chính: lớp vỏ quả ngoài, vỏ quả giữa và màng trong Tỷ lệ khối lượng của vỏ chiểm khoảng 72

% khối lượng hạt (tính cả dầu vỏ) Sau khi ép tách dầu, bã vỏ hạt điều còn chứa khoảng 20% lượng dầu vỏ và sợi xellulo Như vậy, với lượng hạt điều chế biến hàng năm là 450.000 tấn thì khối lượng vỏ hạt ước tính vào khoảng trên 200.000 tấn tương đương với khối lượng của 400.000 m3 gỗ rừng trồng Nếu tận thu được bã vỏ hạt điều, nguyên liệu chứa lượng xenlulo cao để sản

xuất ván dăm, chúng ta sẽ có được nguồn nguyên liệu với trữ lượng lớn phục

vụ sản xuất đồng thời hạn chế gây ô nhiễm môi trường

Đặt vấn đề sử dụng vỏ hạt điều làm nguyên liệu để sản xuất ván dăm có thuận lợi về nguyên liệu rẻ tiền, tương đối tập trung Song bên cạnh đó, do đối tượng nguyên liệu mới có những đặc điểm cấu tạo đặc biệt khác nguyên liệu

gỗ và phế thải nông nghiệp khác (rơm, rạ, bã mía, xơ dừa ) ở nhiều điểm đó là: vỏ ngoài (chứa nhiều sáp, silic) và lượng dư dầu vỏ còn lại sẽ có ảnh hưởng đến quá trình tạo dăm và tạo ván Do vậy, phải đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố này đến quá trình công nghệ tạo ván và từ đó làm căn cứ nghiên cứu lựa chọn đối tượng dăm gỗ (loại gỗ, kích thước dăm, tỷ lệ dăm gỗ hợp lý ) sử dụng phối trộn với dăm từ vỏ hạt điều để sản xuất ván dăm, nhằm đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng đối với ván dăm thông dụng

1.3 Tình hình nghiên cứu sử dụng gỗ Tràm

Cây tràm được phát hiện và biết đến rất sớm từ những năm giữa thể kỷ

17 (Geoger Everbard, Rumph – 1654) và được tiếp tục ghi nhận khẳng định thêm qua các công trình nghiên cứu trong nhiều năm của thế kỷ 18, 19 Cây tràm có phân bố tự nhiên khá rộng về mặt địa lý và điều kiện sinh thái khác nhau, nó được coi là loài cây đa sinh thái và đa tác dụng

+ Năm 2002, Đỗ Văn Bản và các cộng sự đã thực hiện nghiên cứu một

số tính chất gỗ Tràm được trồng tại Long An, bước đầu cung cấp những thông tin cơ bản nhất về đặc tính của gỗ Tràm nhằm góp phần định hướng sử dụng

gỗ Tràm Căn cứ trên các kết quả nghiên cứu, tác giả đã đưa ra nhận định về

gỗ Tràm ở Việt Nam như sau:

Gỗ Tràm được xếp vào nhóm gỗ nặng trung bình, khả năng hút ẩm cao,

dễ ngâm tẩm (tốc độ hút nước nhanh, mạch không có thể bít hoặc chất chứa), màu sắc gỗ tương đối sáng, mặt gỗ mịn, vân trung bình

Thành phần hóa học: thành phần cellulose, ligin thấp, chiều dài gỗ trung bình, sợi gỗ thuộc loại tương đối mỏng Về khả năng làm nguyên liệu

để sản xuất ván dăm, gỗ Tràm hoàn toàn phù hợp vì gỗ có màu sắc sáng, độ bền trượt dọc thớ trung bình, ứng suất chống tách thấp, khối lượng thể tích nhẹ đến trung bình

+ Năm 2006, Nguyễn Quang Trung khi thực hiện luận văn thạc sĩ

“Phân tích một số đặc tính chủ yếu của gỗ Tràm (Melaleuca cajuputy) và định hướng sử dụng trong sản xuất ván dăm và ván ghép thanh” đã đưa ra

kết luận: Gỗ Tràm có thể sử dụng làm nguyên liệu sản xuất ván ghép thanh, nhưng tỉ lệ cây có đường kính đáp ứng yêu cầu (> 14 cm) còn quá ít Gỗ Tràm làm ván dăm cho sản phẩm có độ bền cơ học thấp, ván dòn chưa đáp ứng yêu cầu của sản phẩm ván dăm thương mại hiện nay

+ Năm 2008, Bùi Duy Ngọc và các cộng sự Viện Khoa học Lâm

nghiệp Việt Nam đã “Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp nguyên liệu gỗ Tràm (Melaleuca cajupti) và gỗ Keo lai để sản xuất ván dăm” Kết quả nghiên cứu

khẳng định ván dăm làm từ 100% nguyên liệu gỗ Tràm có chất lượng chưa cao nhưng cũng đáp ứng được yêu cầu ván dăm thông dụng sử dụng ở điều kiện khô Ván dăm được sản xuất từ hỗn hợp dăm gỗ Tràm: dăm gỗ Keo lai = 60%:40% về khối lượng có chất lượng đáp ứng yêu cầu sản xuất ván dăm không chịu tải sử dụng ở điều kiện ẩm.[12]

Tóm lại: Việc nghiên cứu và sử dụng vỏ hạt điều làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp sản xuất ván dăm có ý nghĩa rất lớn trong việc tận dụng được nguồn nguyên liệu dồi dào với trữ lượng lớn, giải quyết được tình trạng gây ô nhiễm môi trường do vỏ hạt điều rất khó phân hủy Các nghiên cứu sử dụng vỏ hạt điều làm ván dăm trước đó chỉ mới nghiên cứu về tỷ lệ sử dụng dăm gỗ và dăm vỏ hạt điều, tỷ lệ kết cấu tạo ván mà chưa nghiên cứu về các thông số chế độ ép để sản xuất ván Chính vì vậy việc thực hiên đề tài này có

ý nghĩa rất quan trọng trong việc hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất ván dăm vỏ hạt Điều

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Nguồn nguyên liệu:

- Vỏ hạt điều thu mua tại cơ sở ép dầu Hải Phòng

- Gỗ Tràm cừ (Melaleuca cajiputy Powell) 5 tuổi, khai thác tại Cà Mau.

- Yếu tố cố định: loại ván dăm thí nghiệm là ván 3 lớp

-Tỷ lệ kết cấu giữa lớp mặt và lớp lõi là 1:3:1

-Khối lượng thể tích 0,7 g/cm3

-Keo UF, lượng keo sử dụng cho lớp mặt là 12%, lượng keo sử dụng cho lớp lõi là 8%

2.2.3 Địa điểm nghiên cứu

Phòng thí nghiệm nghiên cứu chế biến lâm sản – Viện khoa học lâm nghiệp Việt Nam

2.3 Nội dung nghiên cứu

2.3.1 Nghiên cứu đặc điểm, tính chất vỏ hạt điều

- Xác định thành phần hóa học vỏ hạt điều

- Xác định lượng dư dầu vỏ hạt điều sau khi ép dầu

2.3.2 Nghiên cứu, xác định các thông số của chế độ ép ván

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép đến chất lượng ván dăm

- Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ép đến chất lượng ván dăm

2.4 Phương pháp nghiên cứu và xử lý số liệu thí nghiệm

Để thực hiện các nội dung nghiên cứu, đề tài sử dụng các phương pháp

cơ bản sau:

2.4.1 Phương pháp kế thừa

Kế thừa các tài liệu đã có sẵn về công nghệ sản xuất ván dăm, thu thập

và phân tích tài liệu Kế thừa các tài liệu về sản lượng, đánh giá về nguyên

liệu (vỏ hạt điều, dăm gỗ Tràm)

2.4.2 Phương pháp xác định lượng dầu dư trong vỏ hạt điều:

Vì hàm lượng dầu trong vỏ hạt sau khi ép không còn đủ lớn để có thể tiếp tục sử dụng phương pháp ép nên tôi đã tiến hành chiết mẫu vỏ bằng dung môi hữu cơ Trong thí nghiệm này tôi tiến hành chiết một lượng xác định m1mẫu vỏ hạt với dung môi hữu cơ: n-hexan Mẫu vỏ được ngâm 48 giờ ở trong dung môi này, sau đó lọc hút lấy dịch chiết Dịch chiết thu được đem loại bỏ dung môi bằng cách cất trong thiết bị cất quay chân không Để định lượng hàm lượng dầu trong mẫu vỏ hạt điều chúng tôi sử dụng giải pháp chiết bằng dung môi hữu cơ trên 2 thiết bị chiết thể hiện bằng 2 phương pháp:

+ Phương pháp chiết bằng dung môi hữu cơ trên thiết bị chiết siêu âm: Mẫu vỏ được xử lý bằng thiết bị chiết siêu âm: Cân một lượng chính xác m1(gram) mẫu vỏ và chiết 4 lần trong dung môi đã chọn, thời gian cho mỗi lần chiết là 45 phút, nhiệt độ chiết là 400C Hồn hợp thu được gồm bã và dịch chiết đem lọc để thu lấy dịch lọc Phần dịch lọc này được cất trong thiết bị cất quay chân không để loại kiệt dung môi, cặn thu được chính là tổng lượng dầu trong m1 (gram) vỏ đem chiết, nó có khối lượng m2 (gram)

+ Phương pháp chiết bằng dung môi hữu cơ trên cột chưng cất - chiết liên tục Soxhlet: Mẫu vỏ hạt điều được xử lý trong cột chưng cất - chiết liên tục Soxlet: Cân một lượng chính xác m1 (gram) mẫu vỏ hạt điều và đưa lên cột chưng cất - chiết Soxhlet Sử dụng dung môi đã chọn được ở trên để chiết liên tục trong 12 tiếng Phần dịch chiết thu được đem cất trong máy cất quay chân không để thu lấy cặn chiết, cặn này là tổng lượng dầu trong có trong m1 (gram) mẫu vỏ đã cân, nó có khối lượng m2 (gram)

Hàm lượng dầu trong vỏ hạt thể hiện dưới dạng phần trăm khối lượng được tính toán theo công thức sau cho cả hai phương pháp:

2 * 100 (%)

m m

Trong đó: m1 khối lượng mẫu vỏ

m2 khối lượng dầu trong m1 gam vỏ

Số mẫu vỏ hạt điều được lấy 5 mẫu cho mỗi phương pháp, đem định

lượng và lấy kết quả trung bình

2.4.3 Phương pháp thực nghiệm và xử lý số liệu bằng thống kê toán học

Đề tài tiến hành theo phương pháp thực nghiệm đa yếu tố Kết quả nghiên cứu được đánh giá qua việc tiến hành thử nghiệm sản xuất ván và kiểm tra các thông số của mẫu ván theo tiêu chuẩn hiện hành Trên cơ sở đó phân tích sự ảnh hưởng của chế độ ép đến chất lượng ván dăm hạt điều

Phương pháp thực nghiệm đa yếu tố được tiến hành trình tự các bước:

- Xây dựng nội dung thực nghiệm: Xây dựng quy mô của bài toán trên

cơ sở chọn các tham số đầu vào và đầu ra thích hợp

Giới hạn các thông số nghiên cứu: Dựa vào các cơ sở lý luận kết hợp với những lô thí nghiệm thăm dò, áp dụng phương pháp phân tích phương sai đơn yếu tố để chọn các thông số nghiên cứu bao gồm: nhiệt độ ép T (0C); thời gian ép t (phút) Mô hình nghiên cứu thể hiện ở hình

Mức và khoảng biến thiên của các yếu tố đầu vào được thể hiện như bảng

Quá trình nghiên cứu

Tỷ lệ trương nở chiều dày của ván

Bảng 2.1 Mức và khoảng biến thiên của các thông số nghiên cứu

TT

Mức thí nghiệm Mức



Mức dưới -1

Mức

0

Mức trên +1

Mức

 L Biến thực Dạng mã

bi, bj, bij - Các hệ số hồi quy tuyến tính

xi xj - Các biến số (các yếu tố đầu vào)

- Số lượng thí nghiệm cần thiết xác định theo công thức:

N = No + N1 + Nα (1.3) Trong đó N là số thí nghiệm

No là số thí nghiệm tại điểm 0 (No =5)

Số liệu thu thập trong quá trình tiến hành thí nghiệm, sau khi loại bỏ sai

số thô được xử lý trên máy vi tính bằng phần mềm EXCEL

Phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm

Phương pháp xử lý số liệu được tiến hành theo lý thuyết thống kê toán học [11], [14], [15], [18], [26]

+ Xác định độ tin cậy của yếu tố nghiên cứu theo tiêu chuẩn Fisher: 2

yt- phương sai do dự thay đổi của các thông số vào gây nên; S2

tn- ước lượng phương sai do nhiễu thực nghiệm gây ra

Để kiểm nghiệm “giả định không” so sánh F với Fb` nếu F > Fb thì ảnh hưởng của các yếu tố là đáng tín cậy Fb – chuẩn Fisher tra trong bảng với mức ý nghĩa  = 0.05 và 2 bậc tự do k-1, k(m-1)

+ Tính đồng nhất của phương sai đánh giá qua tiêu chuẩn Kohren [15]:

S S

1 2

2 max (1.5)

Trong công thức (1.5): S2max- ước lượng phương sai lớn nhất trong số

2- tổng tất cả các ước lượng phương sai; N- số điểm thí nghiệm

Nếu giá trị G trong công thức (1.5) nhỏ hơn hoặc bằng Gb thì các

phương sai được coi là đồng nhất Gb – giá trị Kohren tra trong bảng với xác

suất ấn định  = 0.05 và hai bậc tự do m-1, k Nếu giá trị tính toán G > Gb thì

giả thuyết bị bác bỏ

Phân tích đánh giá mô hình hồi quy bậc 2

Phần này, chúng tôi sử dụng chương trình máy vi tính xử lý kết quả

thực nghiệm bậc 2 (OPT) của Viện Cơ Điện Nông Nghiệp

a Kiểm tra độ tương thích của mô hình hồi quy

Độ tương thích của mô hình hồi quy kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher

Giá trị tính toán của tiêu chuẩn Fisher là:

2

2

b

a u

m- số lần lặp lại của mỗi thí nghiệm

Nếu Fn nhỏ hơn giá trị chuẩn Fisher tra bảng với bậc tự do ka, kb với

mức ý nghĩa  = 0.05 thì mô hình tương thích

b Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy Mức ý nghĩa của các hệ

số hồi quy kiểm tra theo chuẩn Student Chuẩn Student của từng hệ số hồi quy

tính theo công chức:

b

(1.7) Trong công thức (1.8): Sbo, Sbi,…ước lượng phương sai theo các hệ số hồi quy; b0, bi, …giá trị các hệ số hồi quy cần kiểm tra

Nếu tiêu chuẩn Student của các hệ số hồi quy ti nào đó lớn hơn chuẩn Student tra bảng tb thì hệ số có nghĩa Chuẩn tb được tra bảng với bậc tự do 

= N(m-1) và mức ý nghĩa  = 0.05

c Chuyển phương trình hồi quy sang dạng chính tắc Để phương trình hồi quy ở dạng đơn giản hơn và phản ánh rõ tính chất hình học của nó, cần chuyển phương trình hồi quy từ dạng mã sang dạng chính tắc bằng cách rời gốc toạ độ O(x1= 0, x2 = 0, …, xk=0) về điểm đặc biệt: S(x1S, x2S, …, xkS) ở dạng chính tắc phương trình hồi quy sẽ là:

2

1

i k

i ii

Giải bài toán tối ưu theo phương pháp trao đổi giá trị phụ: Phương

pháp trao đổi giá trị phụ do Haimes [1, tr.67] đề xướng và được sử dụng để giải bài toán tối ưu đa mục tiêu Theo Haimes bài toán tối ưu đa mục tiêu được đưa về bài toán một mục tiêu như sau:

Y x

y x

ại điểm tối ưu: Y1(x* , *) = F(x*, *) và F/xj = 0; =F/ij = 0

Do đó giải hệ (n+m) phương trình: F/xj = 0; i= 1,2,…,n

Yj - j = 0; j = 1,2, …, m đối với các ẩn x1 và ij sẽ tìm được các giá trị: x1 , x2 , …, xn xác định cực trị của hàm mục tiêu F Căn cứ vào giá trị của ij* người xử lý số liệu chọn các giá trị j để tìm lời giải phù hợp

2.4.4 Phương pháp kiểm tra chất lượng sản phẩm

Các tính chất cần kiểm tra là:

- Kiểm tra khối lượng thể tích của ván

- Kiểm tra độ bền kéo vuông góc

- Kiểm tra tỷ lệ trương nở chiều dày ván

- Kiểm tra độ bền uốn tĩnh của ván

Phương pháp thử theo tiêu chuẩn TCVN 7756 – 2007

Đánh giá chất lượng, phân loại ván theo tiêu chuẩn ngành TCVN 7754 :

P1 Ván dăm thông dụng sử dụng ở điều kiện khô

P2 Ván dăm sử dụng làm nội thất ở điều kiện khô

P3 Ván dăm không chịu tải sử dụng ở điều kiện ẩm

P4 Ván dăm chịu tải sử dụng ở điều kiện khô

P5 Ván dăm chịu tải sử dụng ở điều kiện ẩm

P6 Ván dăm chịu tải lớn sử dụng ở điều kiện khô

P7 Ván dăm chịu tải lớn sử dụng ở điều kiện ẩm

Bảng 2.3 Bảng phân cấp chất lượng ván dăm theo tiêu chuẩn

(IB), MPa, không nhỏ hơn 0,24 0,35 0,45 0,35 0,45 0,50 0,70

3 Độ trương nở chiều dày

- Độ bền kéo vuông góc v ≥ 0,24 Mpa

2.5 Thiết bị nghiên cứu

2.5.1 Hóa chất, vật tư, dụng cụ thí nghiệm để xác định thành phần hóa học của vỏ hạt điều

Cồn tuyệt đối: 200 ml

Axit nitơric: 50 ml

Phloroglucirol: 1g

HCl 12%: 10 ml

Bình tam giác cổ nhỏm 250 ml: 2 cái

Bình tam giác 250 ml: 1 cái

Ống đong 100 ml: 1 cái

Sinh hàn ngược: 2 cái Bếp cách thủy: 1 cái Giấy lọc: 10 tờ Chén cân có nắp: 2 cái Phễu lọc: 1 cái

Bình lọc (chân không): 1 cái

Bình hút ẩm, cân phân tích

2.5.2 Thiết bị, máy móc tạo ván

1 Thước kẹp điện tử nhãn hiệu CD-6’’CS của Nhật bản, có độ chính xác 0.01 mm

2 Cân điện tử kỹ thuật nhãn hiệu EB30EDE – lour của Đức, với độ chính xác 5g

3 Máy ép ván thí nghiệm của Thái Lan, kích thước mặt bàn 400x400

mm

4 Máy cưa bàn trượt loại lớn nhãn hiệu ST2800 của Đài Loan

5 Máy xác định tính chất ván nhãn hiệu STM 50KN United State

6 Tủ sấy thí nghiệm MENMERT của Đức

2.6 Ý nghĩa nghiên cứu của đề tài

- Kết quả xác định thông số chế độ ép cho ván dăm vỏ hạt điều là cơ sở cho việc đề xuất được các giải pháp để nâng cao chất lượng ván, nhằm góp phần sử dụng có hiệu quả nguồn nguyên liệu vỏ hạt điều, đồng thời đa dạng hoá nguồn nguyên liệu trong sản xuất ván dăm, hạ giá thành sản phẩm, tận dụng nguồn phế liệu trong sản xuất nông nghiệp, tăng thu nhập cho người nông dân, giảm thiểu ô nhiễm môi trường

- Từ những kết quả nghiên cứu đạt được, đề xuất những hướng nghiên cứu tiếp theo

Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Cở sở hình thành ván dăm

3.1.1 Khái niệm ván dăm

Theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 309: 1992 ván dăm được định nghĩa như sau:

Ván dăm là vật liệu dạng tấm được sản xuất bằng cách ép các dăm gỗ (các dăm gỗ mỏng, mẩu gỗ nhỏ, phoi bào, mùn cưa, các mảnh gỗ mỏng – dài, mỏng – rộng …) hoặc các loại dăm mà trong thành phần của nó có chứa lignocelluloses (thân cây lanh, cây gai dầu, bã mía, … ) dưới tác dụng của áp suất và nhiệt độ cùng với sự tham gia của chất kết dính

Nguyên liệu tạo ra ván dăm là các thực vật có sợi như: Gỗ, các vật liệu ngoài gỗ (tre, nứa, song, mây ) và các thứ phế liệu (rơm , vỏ trấu, sơ dừa, bã mía ) Ngày nay, có rất nhiều loại ván dăm được sản xuất, sự khác nhau cơ bản là kích thước, dạng dăm, sự phân bố dăm trong ván, lượng keo dùng, khối lượng thể tích [2], [20]

3.1.2 Yêu cầu cơ bản đối với nguyên liệu dùng để sản xuất ván dăm

Từ khi xuất hiện công nghiệp sản xuất ván dăm, nguyên liệu chủ yếu để sản xuất ván dăm là phế liệu gỗ: Phoi bào, mùn cưa, đầu mẩu trong gia công

cơ giới gỗ, cưa xẻ, đồ mộc; đầu mẩu, mảnh ván mỏng trong công nghiệp sản xuất gỗ dán; cành ngọn, gỗ kém phẩm chất trong khai thác, sử dụng gỗ rừng

tự nhiên; gỗ tỉa thưa của rừng trồng Nhu cầu sản xuất ván dăm ngày càng tăng về chất lượng và khối lượng và khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, ngoài gỗ và phế liệu gỗ người ta bắt đầu sử dụng cả tre, lau sậy, phế liệu của nông nghiệp như: Rơm rạ, bã mía, thân cây đay, vỏ quả bông, xơ dừa, cây thân thảo để làm ván nhân tạo theo nguyên tắc công nghệ kiểu ván dăm

Bảng 3.1 Yêu cầu của nguyên liệu sản xuất ván dăm

TT Thông số kĩ thuật Đơn vị Yêu cầu kĩ thuật

15 15-16 0.3

3.1.3 Phân loại ván dăm

Căn cứ các tài liệu trong và ngoài nước [18], [20] thì việc phân loại ván dăm như sau:

- Phân loại theo phương pháp ép

Ván dăm ép phẳng, ván dăm ép đùn, ván dăm ép trục, chế phẩm dăm ép khuôn

- Phân theo kết cấu sản phẩm:

Ván dăm kết cấu 1 lớp, ván dăm kết cấu 3 lớp (hoặc 5 lớp hoặc 7 lớp), ván dăm kết cấu định hướng, ván dăm kết cấu rỗng ruột: Là ván dăm phổ thông kết cấu rỗng ruột dạng ống gia công 1 lần bằng phương pháp ép đùn và phương pháp ép phẳng, ván kết cấu rỗng ruột dạng hàng ngói là phương pháp

ép phẳng gia công 2 lần

- Phân loại theo khối lượng thể tích sản phẩm

Ván dăm khối lượng thể tích thấp 200kg/m3 – 400 kg/m3,

Ván dăm phổ thông khối lượng thể tích trung bình: 550kg/m3 – 800kg/m3

,

Ván dăm khối lượng thể tích cao > 800kg/m3.

- Phân loại theo sử dụng keo

Ván dăm keo UF, ván dăm keo PF, ván dăm keo MF, ván dăm Xi măng, ván dăm Thạch Cao

-Phân theo trang sức bề mặt

Ván dăm không trang sức bề mặt, ván dăm dán mặt bằng vật liệu polime, ván dăm dán mặt bằng ván lạng (hoặc ván mỏng), ván dăm in trực tiếp

- Phân loại theo nguyên liệu

Ván dăm gỗ, ván dăm không phải gỗ, ván dăn sử dụng dăm hỗn hợp

- Ván dăm chịu ẩm (MR) dùng keo U-F Công dụng của ván là có khả

năng chịu ẩm, trong thời gian vài năm, có khả năng chịu môi trường nước lạnh trong thời gian tương đối dài và loại keo dùng có khả năng chống lại vi sinh vật

- Ván dăm chịu nhiệt (môi trường và nước sôi), (BR), đặc điểm của

loại ván này là có khả năng chống chọi lại môi trường và nước sôi Trong thời gian ngắn, có khả năng chịu môi trường nước lạnh trong nhiều năm và có khả năng chống lại vi sinh vật

- Ván chịu điều kiện ngoài trời (WBP - Weather boiling proof) đặc

điểm của ván này có khả năng chống lại môi trường cao, vi sinh vật, nước lạnh, nước sôi, môi trường khô nóng rất nhiều năm Chất kết dính thường sử dụng là: F-F, Resasinal - Formaldehyde

- Ván dùng trong nhà (Interial Particle board)

Đặc điểm của loại ván này được dùng trong điều kiện khô, điều kiện lạnh, nó không có khả năng chịu ẩm, chịu nhiệt Keo sử dụng là U-F, PVA,

PVAC…

3.1.4 Nguyên tắc hình thành ván dăm

Liên kết giữa keo và dăm trong ván dăm là mối liên kết chủ yếu nhất để hình thành ván Sự bền vững của mối liên kết này quyết định đến tính chất của ván như ứng suất kéo vuông góc với mặt ván, độ trương nở theo chiều dày ứng suất uốn tĩnh, và mô đun đàn hồi khi uốn tĩnh

Keo trong sản xuất ván dăm đóng vai trò là cầu nối giữa các dăm với nhau Trong quá trình ép nhiệt sự liên kết giữa dăm với keo xảy ra, điều đó tạo ra sự bền vững của ván, liên kết giữa keo và dăm thể hiện ở sơ đồ

Nhiệt độ, áp suất trong quá trình ép nhiệt có ảnh hưởng lớn và quyết định đến liên kết giữa keo và dăm trong ván dăm Ở nhiệt độ cao tính dẻo của dăm tăng lên, do đó tính đàn hồi của dăm cũng tăng Điều này kéo theo sự tiếp xúc dăm – dăm tốt hơn Mặt khác, dưới tác động của nhiệt độ cao nội ma sát của keo giảm xuống, sức căng bề mặt của keo cũng giảm làm cho bề mặt của dăm bị thấm ướt và keo dễ dàng dịch chuyển từ bề mặt này sang bề mặt khác Ngoài ra, trong quá trình ép nhiệt, dưới tác dụng của áp suất, nhiệt độ,

hệ thống keo và nước bị hóa hơi, khuếch tán và mao quản chuyển dịch, dàn trải trên bề mặt dăm Tất cả các yếu tố đó tạo nên sự tiếp xúc dăm qua vai trò cầu nối keo, do vậy tạo nên sự liên kết trong ván dăm

3.2 Một số yếu tố công nghệ chủ yếu ảnh hưởng đến chất lượng ván dăm

Chất lượng của sản phẩm ván dăm phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: nguyên liệu, chất kết dính, hình thái dăm, độ ẩm thảm dăm, tỷ lệ kết cấu, chế

độ ép ván … Song về cơ bản ta có thể biểu diễn sự phụ thuộc này qua hàm:

F = f (x,y,z,t)

Trong đó F: Hàm chất lượng sản phẩm

x: Các yếu tố thuộc về nguyên liệu gỗ y: Các yếu tố thuộc về chất kết dính z: Các yếu tố thuộc về công nghệ ép ván t: Các yếu tố khác trong quá trình tạo ván Các yếu tố này ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm Giữa chúng có mối quan hệ tương hỗ lẫn nhau và khi xem xét ảnh hưởng của một yếu tố nào

đó người ta thường phải cố định (hoặc xem như không đổi) các yếu tố khác

3.2.1 Ảnh hưởng của chủng loại và cấu tạo nguyên liệu gỗ

Loại nguyên liệu và tính chất của nguyên liệu có ảnh hưởng rất lớn đến

tính chất của ván và chất lượng ván Vì vậy, trong sản xuất ván dăm cần phải

sử dụng nguyên liệu hợp lý, vừa đảm bảo thoả mãn những yêu cầu đối với tính chất cơ học của ván vừa phải giải quyết bài toán kinh tế cho mỗi loại hình

sản phẩm Nguyên liệu để sản xuất ván dăm rất đa dạng, nguồn gốc phong

phú: nguyên liệu gỗ bao gồm: gỗ nhỏ, gỗ tỉa thưa hoặc gỗ củi, phế liệu khai thác, bìa bắp, đầu mẩu, mùn cưa, vỏ bào, phế liệu sản xuất ván dán… và nguyên liệu sợi không phải gỗ như: bã mía, thân cây đay, thân cây ngô, vỏ trấu, tre… Với mỗi loại nguyên liệu đều có những đặc điểm riêng ảnh hưởng đến khả năng tạo dăm, hình thái dăm, tỷ suất tạo dăm công nghệ và các tính

chất khác của dăm Chính vì vậy, lựa chọn nguyên liệu hợp lý sẽ đảm bảo được sự đồng đều khi qua các khâu nghiền và tuyển chọn dăm, ván sẽ có chất lượng tốt hơn

+ Loại gỗ và cấu tạo gỗ: Về đặc điểm cấu tạo của gỗ, các tác giả Trần Ngọc Thiệp, Võ Thành Minh và Hứa Thị Thuần đều cho rằng đặc điểm cấu tạo của nguyên liệu gỗ liên quan tới chất lượng bề mặt và tính chất cơ học của dăm công nghệ, do vậy có ảnh hưởng tới chất lượng ván Ngoài ra đặc điểm cấu tạo của nguyên liệu gỗ còn liên quan đến mức độ thẩm thấu keo, điều này

có ảnh hưởng đến lượng keo sử dụng và độ bền dán dính giữa các phần tử dăm bên trong ván Loại gỗ có thớ mịn, thẳng và ít thẩm thấu dễ đạt được chất lượng ván cao hơn ván dăm làm từ loại gỗ xoắn thớ, thớ thô và độ thẩm thấu cao Trong thành phần ván dăm, gỗ chiếm từ 85 – 90%, do vậy loại gỗ khác nhau có đặc điểm cấu tạo khác nhau, dẫn đến các tính chất cơ lý cũng khác nhau Điều này sẽ ảnh hưởng đến chất lượng ván, các nghiên cứu và thực tế sản xuất cho biết: các loại gỗ có cấu tạo tương đối đồng đều, thẳng thớ, nhẹ, mềm, dai thớ sẽ tạo ra dăm có chất lượng tốt, nâng cao được tỷ suất dăm Gỗ có cấu tạo không đồng đều, thân cong, nghiêng thớ, chéo thớ sẽ tạo

ra dăm gãy vụn, tỷ suất dăm thấp Vì vậy, nguyên liệu để sản xuất ván dăm thì

gỗ cây lá kim tốt hơn gỗ cây lá rộng, gỗ mềm nhẹ tốt hơn gỗ cứng nặng

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của dăm các loại gỗ đến tính chất của ván dăm

TT Loại nguyên liệu

Khối lượng thể tích

gỗ (g/cm 3 )

Khối lượng thể tích ván (g/cm 3 )

Độ bền uốn tĩnh (g/ cm 3 )

Tỷ lệ hút nước (%)

Hệ số dãn,

nở (%)

1 Dăm gỗ thông chuyên

2 Phế liệu gỗ Liên Xô từ sản

+ Tỷ lệ vỏ trong nguyên liệu: Với tỷ lệ vỏ chiếm trong dăm từ 10 – 12% thì ứng suất của ván dăm một lớp giảm đi từ 9 – 16%, ván dăm ba lớp giảm từ 5 – 10% Khi trộn vỏ vào dăm lớp mặt sẽ làm cho bề mặt của ván xấu đi rất nhiều, sẽ có những vết mầu sẫm của vỏ Do vậy, lượng vỏ trong ván càng ít càng tốt, đối với ván không yêu cầu chất lượng cao cho phép lượng vỏ

là 10 – 12%

+ Tỷ lệ vết trích nhựa: Độ bám dính keo của nguyên liệu ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất của ván dăm, độ bám dính tốt thì chất lượng ván cao Đối với dạng nguyên liệu có nhiều chất dầu nhựa sẽ cản trở đến khả năng bám dính của keo, vì vậy cần được xử lý trước khi trộn keo

+ Ảnh hưởng của độ pH trong nguyên liệu: Độ pH của nguyên liệu ảnh

hưởng trực tiếp đến quá trình đóng rắn của keo và từ đó ảnh hưởng đến quá trình dính kết của dăm Vì vậy độ pH của gỗ quá cao hoặc quá thấp đều ảnh hưởng không tốt đến chất lượng sản phẩm Thông thường độ pH của gỗ sản

xuất ván dăm vào khoảng 6,0 - 6,5 là thích hợp, nếu độ pH nằm ngoài khoảng thích hợp thì cần phải điều chỉnh lượng chất đóng rắn cho phù hợp

Khi pH của nguyên liệu quá nhỏ sẽ làm cho keo đóng rắn sớm và ngược lại, khi pH quá lớn sẽ kéo dài thời gian ép nhiệt và dễ gây nên hiện tượng keo chưa đóng rắn tốt sau quá trình ép nhiệt

Một số chất chiết suất (dầu nhựa) có thể gây khó khăn cho quá trình kết dính giữa keo và dăm làm giảm cường độ của ván Ngoài ra còn làm ảnh hưởng đến lưỡi cắt của thiết bị cắt gọt, ảnh hưởng đến quá trình tạo dăm

+ Ảnh hưởng của các chất chứa trong nguyên liệu

Các chất chiết suất tồn tại trong gỗ ở nhiều dạng khác nhau Các chất hoà tan trong nước lạnh, nước nóng, các chất này quyết định độ pH của gỗ Các loại gỗ trên thế giới thường có độ pH khoảng 4.0 - 6.5 Đây là chỉ số phải biết để điều chỉnh chất đóng rắn cho hợp lý, điều này quyết định thời gian, tốc

độ đóng rắn của keo trong quá trình sản xuất

Chất tan trong cồn và benzen, chỉ tiêu này liên quan đến nhựa (dầu) Các chất này làm ảnh hưởng đến quá trình sấy và đặc biệt là ảnh hưởng đến quá trình dán dính Các chất này làm bẩn bề mặt gỗ, nó là điểm quan trọng nhất cản trở quá trình dán dính

3.2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố về dăm

2.2.2.1 Độ ẩm dăm

Có ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng ván dăm, độ ẩm của dăm trước khi trộn keo quá thấp sẽ dẫn đến hiện tượng hút keo quá mạnh gây tốn keo Mặt khác dăm khô quá dễ bị gẫy vụn trong quá trình trộn keo, vận chuyển, trải thảm từ đó làm giảm chất lượng dăm Ngược lại độ ẩm của dăm lớn sẽ làm tăng độ ẩm của thảm dăm, do đó khi ép nhiệt dưới tác động của nhiệt độ cao hơi ẩm thoát ra rất mạnh làm giảm liên kết dăm - dăm, làm chậm quá trình đóng rắn từ đó làm ảnh hưởng đến cường độ ván Đặc biệt có trường hợp có

gây nổ ván khi dỡ ván, hay tách màng keo giữa các lớp Như vậy cần đảm bảo nghiêm ngặt độ ẩm của dăm Trong ván dăm ba lớp, thì yêu cầu độ ẩm dăm sau khi sấy lớp mặt MC = 4÷7 %, lớp lõi = 2÷5% Để đảm bảo độ ẩm của sản phẩm từ 8 ÷10 %, chúng tôi tiến hành khống chế độ ẩm thảm 15 ÷ 18 % cho lớp mặt, 10 ÷ 12 % cho lớp lõi [2],[8]

Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng để nâng cao chất lượng ván dăm, thông thường sử dụng dăm ở lớp mặt có độ ẩm cao hơn dăm ở lớp lõi Dăm lớp mặt có độ ẩm cao hơn sẽ làm cho bề mặt ván mượt hơn và tạo điều kiện truyền nhiệt từ bề mặt vào lõi Dăm lõi có độ ẩm thấp nhằm tránh hiện tượng

vỡ ván hoặc giảm chất lượng của nó khi ép Mặt khác, độ ẩm dăm sau khi trộn keo ở hai phần khác nhau sẽ nâng cao năng suất ép và hạ giá thành sản phẩm Ngoài ra, khi độ ẩm thảm dăm tăng lên áp lực ép cực đại giảm một cách đáng kể

2.2.2.2 Hình dạng kích thước dăm

Ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và phương pháp tạo ván Nếu dăm mỏng, hẹp, dài có nhiều ưu điểm hơn so với dăm dày ngắn, thô vì dăm mỏng, hẹp dài có tổng diện tích bề mặt lớn hơn do đó khả năng liên kết, tiếp xúc dăm - dăm trong quá trình ép tốt hơn, nên ván có cường độ uốn tĩnh cao hơn,

độ nhẵn bề mặt của ván tốt hơn Tuy nhiên nếu sử dụng dăm quá dài sẽ khó khăn trong quá trình vận chuyển, trộn keo, cũng như định hình ván Do đó người ta chỉ sử dụng dăm có chiều dài nhất định Đối với dăm dầy, ngắn thô

có tổng diện tích bề mặt bé, khả năng liên kết tiếp xúc kém hơn vì vậy cường

độ uốn tĩnh của ván thấp [5]

Vì những đặc điểm trên nên trong sản xuất ván dăm người ta sử dụng dăm mỏng, hẹp dài có cường độ chịu uốn cao, có khả năng tạo bề mặt nhẵn để làm dăm lớp mặt, nơi các ứng suất sinh ra lớn nhất và dùng dăm dày, ngắn, thô

để làm dăm lớp lõi Từ đó tạo ra ván có cường độ cao chất lượng bề mặt tốt [5]

Hình dạng của dăm được thể hiện qua độ thon của dăm:

f =

d

1

Trong đó: f - là độ thon của dăm

l - là chiều dài dăm

d - là chiều dầy dăm

Tỷ số giữa chiều dài và chiều dầy chính là yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ván Khi f nhỏ chứng tỏ dăm dày và ngắn, ngược lại f lớn dăm dài, mỏng Thông thường độ thon của dăm nằm trong khoảng sau đây là thích hợp theo các tài liệu đã công bố [2], [20]:

2.2.3 Ảnh hưởng chất kết dính đến chất lượng ván dăm

Trong sản xuất ván dăm nguyên liệu để liên kết dăm với dăm là các loại keo, tùy theo yêu cầu sản phẩm và điều kiện công nghệ mà ta sử dụng lượng keo và loại keo cho phù hợp để ván sản xuất ra vừa đảm bảo chất lượng vừa hạ giá thành sản phẩm [17]

Cũng theo kết quả nghiên cứu của Changtong Mei and Dingguo Zhou (2001), Nanjing Forestry University, China Nếu sử dụng lớn hơn 30% nguyên

liệu rơm trong hỗn hợp dăm thì phải sử dụng keo MDI để sản xuất ván nhân tạo mới cho chất lượng ván cao, tuy nhiên giá thành của keo MDI lại đắt, điều này lại không có lợi về tính cạnh tranh trên thị trường Vì vậy trong công nghiệp sản xuất hiện nay, người ta có thể sử dụng keo MDI để biến tính cho keo UF, điều này sẽ đạt được hai mục đích đó là giảm giá thành sản phẩm và hạn chế được nhược điểm của keo UF trong dán dính, tuy nhiên khi sử dụng keo MDI để biến tính keo UF nó lại kích thích quá trình giải phóng formaldehid tự do ra khỏi ván điều đó lại không có lợi cho bảo vệ môi trường Hiện nay loại keo thường dùng để sản xuất ván dăm là keo UF đóng rắn nhanh Chất đóng rắn là NH4CL hoặc hỗn hợp dung dịch NH4CL và uotropin (CH2)6N4 Tính năng của keo UF tốt, ít độc, giá thành hạ, năng lực thẩm thấu mạnh Tuy nhiên khi trộn keo cần phải trộn đều tránh hiện tượng keo tạo thành vùng lớn trên mặt ván Vì thế khi pha keo cần cho thêm một lượng chất độn thích hợp để tăng độ nhớt của keo, giảm khuyết tật của ván Mỗi một loại keo có thông số và đặc tính riêng, phù hợp với một số loại vật dán và chỉ phù hợp với một số loại hình công nghệ nhất định Vì vậy, lựa chọn keo dán phải phù hợp với công nghệ, phù hợp với mục đích sử dụng, đảm bảo chất lượng sản phẩm [11]

2.2.3.1 Hàm lượng khô của keo

Có ảnh hưởng đến chất lượng dán dính vì trong quá trình ép dung môi của keo chủ yếu được dăm gỗ hút ẩm Nếu hàm lượng khô thấp sẽ làm cho độ nhớt của keo giảm đáng kể dẫn đến khả năng dán dính của keo giảm Ngược lại nếu hàm lượng khô của keo cao thì keo nhanh đóng rắn, do vậy keo thường không đều, chất lượng ván sẽ không cao Yêu cầu tỷ lệ khô của keo dùng trong công nghệ sản xuất ván dăm tương đối cao, từ 45% - 50% [19]

2.2.3.2 Độ nhớt của keo

Ảnh hưởng rất lớn đến công nghệ sản xuất, ảnh hưởng đến khả năng trộn keo, độ đồng đều của keo, thời gian bảo quản và sử dụng keo Nếu độ nhớt của keo quá lớn, quá trình phun keo rất khó khăn, lượng keo khó được đồng đều và không có khả năng thấm ướt trên bề mặt dăm nguyên liệu Do đó sẽ làm cho chất lượng mối dán giảm, độ bền dán dính thấp Ngược lại, nếu độ nhớt của keo quá thấp tuy khả năng phun keo lên bề mặt nguyên liệu dễ dàng nhưng lượng keo thấm vào nguyên liệu sẽ tăng lên làm cho độ ẩm của thảm dăm sau khi trộn keo cao quá sau khi ép có thể bị tách lớp, ván sẽ dính vào tấm lót Nếu như độ nhớt của keo quá thấp khi ép keo bị tràn ra ngoài làm chất lượng sản phẩm giảm Do vậy, độ nhớt của keo quá nhỏ hoặc quá lớn đều không tốt.[19]

2.2.3.3 Độ acid – bazơ của keo dán

Là một trong những đại lượng đặc trưng cho tính chất hoá học, nó ảnh hưởng trực tiếp tới cường độ dán dính của keo Tính acid mạnh hay bazơ mạnh đều làm giảm cường độ dán dính của keo hay nó phá hoại các tổ chức tế bào nguyên liệu, làm ảnh hưởng đến lực kéo hay lực uốn xung kích của dăm nguyên liệu Vì vậy, độ pH của keo khi sử dụng phải đảm bảo không phá huỷ vật dán, độ pH của keo nhiệt rắn đóng rắn nóng ở môi trường acid yếu khoảng

pH = 6 - 6.5 [2], [17]

2.2.3.4 Lượng keo tráng

Về lượng keo tráng, đây cũng là yếu tố ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng mối dán Trong thực tế sản xuất cho thấy, tỷ suất của keo không chiếm nhỏ hơn 20% giá thành sản phẩm Do đó, các nhà sản xuất luôn phải tìm ra giải pháp giảm chi phí về keo nhưng vẫn phải đảm bảo có được một màng keo mỏng đều liên tục Nếu lượng keo tráng quá ít dẫn đến màng keo không đều, không liên tục dẫn đến chất lượng mối dán giảm Đồng thời lượng keo tráng ít