Bước Đầu Nghiên Cứu Tìm Ra Giải Pháp Tạo Ván Dăm Không Sử Dụng Keo Từ Nguyên Liệu Rơm

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong những năm qua, rừng tự nhiên đã bị khai thác quá mức, nhiều

vùng rừng đang có nguy cơ cạn kiệt. Rừng trồng đang khôi phục dần nhƣng

vẫn chƣa đáp ứng đủ nhu cầu nguyên liệu, trong khi đó nhu cầu về sử dụng gỗ

của xã hội ngày càng gia tăng cả về số lƣợng và chất lƣợng. Ván nhân tạo có

tất cả các ƣu điểm và đặc tính của gỗ tự nhiên, nhƣng đặc điểm lớn nhất của

nó là khắc phục đƣợc tất cả nhƣợc điểm của gỗ tự nhiên nhằm làm thỏa mãn

nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Do vậy công nghệ sản xuất ván nhân tạo

đang đƣợc đầu tƣ phát triển mạnh mẽ trong một vài năm trở lại đây.

Hiện nay, việc nghiên cứu sản xuất ra các loại hình sản phẩm mới từ

nguồn nguyên liệu rẻ tiền hoặc phế thải nông, lâm nghiệp là vấn đề đang đƣợc

chú ý không những ở nƣớc ta mà ở cả một số nƣớc khác trên thế giới. Ván

dăm là một loại ván nhân tạo mà sản phẩm có thể đƣợc hình thành từ gỗ kém

phẩm chất, phế liệu gỗ cũng nhƣ các loại phế liệu nông nghiệp nhƣ: rơm rạ,

bã mía, tre nứa, xơ dừa, bẹ dừa nƣớc...., nếu đƣợc tận dụng sẽ góp phần nâng

cao tỷ lệ sử dụng gỗ và lâm sản.

Ván dăm là một loại vật liệu composite gỗ nó đƣợc nghiên cứu khá sớm,

bắt đầu từ năm 1887, với sản phẩm ván dăm đƣợc sản xuất từ mùn cƣa và keo

máu (albumin máu). Theo đề xuất mới đây của ngành lâm nghiệp đối với ván

nhân tạo từ nay đến năm 2015, chỉ nên đầu tƣ sản xuất ván dăm và ván sợi

(MDF) sử dụng nguyên liệu gỗ rừng trồng, với tổng sản lƣợng ván nhân tạo

dự kiến 800.000 m3

sản phẩm/năm. Trong đó, 50 – 60% là ván dăm. Nhƣ vậy

việc tìm ra nguồn nguyên liệu mới để đáp ứng nhu cầu nguyên liệu của ngành

công nghiệp sản xuất ván dăm là rất cần thiết.

Nhƣng vấn đề đặt ra là những nguồn nguyên liệu phi gỗ có khả năng dán

dính kém hơn so với gỗ. Do bề mặt của những nguồn nguyên liệu nhƣ vỏ trấu,

2

rơm rạ có tỷ lệ ôxit silic ở dạng SiO2 cao, đây là nguyên nhân cản trở khả

năng dán dính, khả năng liên kết dăm – dăm, dăm – gỗ.

Việt Nam có nền văn minh lúa nƣớc lâu đời, với trên 70% dân số sống

bằng nghề trồng lúa nƣớc. Sản lƣợng lúa gạo ở nƣớc ta trung bình đạt 39,9 triệu

tấn gạo (năm 2010, theo bộ NN và PTNT). Trong đó, mỗi tấn thóc thu đƣợc sẽ

cho tƣơng ứng là 1,35 tấn rơm rạ trên một cánh đồng. Nhƣ vậy lƣợng rơm rạ

tạo ra hàng năm ở Việt Nam sẽ là hàng chục triệu tấn, một con số đáng kể.

Tuy nhiên, rơm rạ vẫn chƣa thực sự đƣợc sử dụng có hiệu quả, rơm sau khi

thu hoạch thƣờng đƣợc đốt trực tiếp ngoài đồng. Theo nghiên cứu cho thấy khí

gas thải ra từ việc đốt rơm rạ có chứa 70% khí CO2 và 7% khí CO nên rất có hại

cho môi trƣờng, góp phần vào việc gây ra hiệu ứng nhà kính.

Mặt khác, chất kết dính đƣợc sử dụng chủ yếu trong sản xuất ván dăm là keo

Ure formaldehyde UF, do đó trong ván luôn tồn tại một lƣợng formandehyde tự

do. Trong quá trình sản xuất cũng nhƣ trong khi sử dụng, formandehyde tự do

thoát ra ngoài môi trƣờng gây kích thích da, mắt, đƣờng hô hấp, ở liều cao có

tác động toàn thân, gây ngủ cho ngƣời sử dụng.

Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài:

“Bước đầu nghiên cứu tìm ra giải pháp tạo ván dăm không sử dụng

keo từ nguyên liệu rơm”

3

Chƣơng 1. TỔNG QUAN

1.1.Lịch sử nghiên cứu

1.1.1.Tình hình nghiên cứu ván dăm rơm có sử dụng keo

a. Trên thế giới

Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật nhiều loại vật liệu mới

đƣợc nghiên cứu và sản xuất thành công thì vật liệu hỗn hợp từ nguyên liệu

hữu cơ và chất kết dính vô cơ mất dân mất đi chỗ đứng. Trong thời gian gần

đây, nguyên liệu hữu cơ vẫn tiếp tục nghiên cứu sản xuất nhƣng theo hƣớng

kết hợp với các chất kết dính có nguồn góc hữu cơ nhƣ: ván dăm, ván dán,

ván sợi,...

Trên thế giới, việc nghiên cứu ứng dụng rơm, rạ đƣợc nhiều nƣớc quan

tâm. Rơm đƣợc nghiên cứu để làm nguyên liệu sản xuất ván nhân tạo, bột

giấy,.. Một số nƣớc nhƣ Trung Quốc, Pháp, Nga,... đã nghiên cứu sử dụng

rơm trong sản xuất nhƣng gặp khó khăn trong việc loại bỏ silic khá lớn trong

thành phần của rơm.

Ngay đầu thập niên của thế kỷ 20, phế liệu nông nghiệp đã đƣợc các

nhà khoa học nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất ván nhân tạo. Đầu năm

1948 dây chuyền sản xuất ván nhân tạo từ rơm rạ đầu tiên trên thế giới đƣợc

xây dựng ở Bỉ, tiếp sau đó là hàng loạt các xƣởng sản xuất ván nhân tạo từ

nguyên liệu phi gỗ đã đƣợc xây dựng ở các nƣớc Châu Âu và Châu Mỹ.[21]

Từ những năm 90, trên thế giới đã bắt đầu hình thành ngành công

nghiệp sản xuất ván dăm từ rơm. Tuy nhiên do rơm, rạ có đặc điểm là phía vỏ

bên ngoài có lớp sáp (wax) kỵ nƣớc khiến khiến cho việc sử dụng các loại keo

gốc formaldehyde thông dụng trong sản xuất ván dăm trở nên khó khăn, do đó

chỉ có thể sử dụng keo MDI (Methylen Diphenyl Isocyanate) là loại keo khá

đắt để sản xuất.

4

Ván dăm rơm, rạ chỉ thực sự phát triển từ những năm 2000 trở lại đây

với giải pháp xử lý rơm rạ trƣớc khi ép bằng giải pháp hóa-cơ-nhiệt tại một số

nƣớc nhƣ Mỹ, Úc, Philippin với sản phẩm chủ yếu sử dụng trong xây dựng.

Tuy nhiên chủ yếu nguồn rơm, rạ mới là lúa mì, lúa mạch còn nguyên liệu

rơm rạ từ lúa nƣớc rất hạn chế do sản lƣợng ít và các giải pháp bảo quản rơm

sau thu hoạch rất khó khăn.

Hình 1.1. Ván dăm rơm

Trong những năm gần đây, một số lƣợng lớn rơm sau khi thu hoạch đã

đƣợc sử dụng vào sản xuất vật liệu Composite (ván dăm, ván sợi) một cách có

hiệu quả ở Trung Quốc.

Tuy nhiên các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tài nguyên rơm có một hàm

lƣợng cao Silic và sáp trên bề mặt làm cho chúng khó có khả năng liên kết

đƣợc với keo U-F, đây là một trở ngại lớn cho sản xuất ván dăm .

Một số kết quả nghiên cứu điển hình trên thế giới về sử dụng rơm rạ để sản

xất ván nhân tạo:

Năm 2000, Frank Beall một giáo sƣ khoa học gỗ của California trên bài

báo “Fundamental Properties of rice straw in comparison with softwood” đã

khi nghiên cứu và so sánh các thuộc tính của rơm lúa với gỗ lá kim cho thấy

rơm lúa là một loại nguyên liệu đạt tiêu chuẩn cho sản xuất ván dăm thông

thƣờng, MDF, OSB và ván dăm có khối lƣợng thể tích thấp, đây là hƣớng

5

nghiên cứu để tìm nguồn nguyên liệu thay thế gỗ dần dần trong sản xuất ván

nhân tạo.

Năm 2000, Zhang-Yu-Kun và các nhà khoa học Nhật Bản đã nghiên cứu thấy

rằng trên lớp bề mặt của rơm có một lớp sáp, lớp này làm giảm khả năng dán

dính của rơm khi sử dụng làm ván dăm và ông đã sử dụng keo pMDI

(polymeric isocyanate) làm chất kết dính, tuy nhiên do giá cả thị trƣờng loại

keo này quá đắt nên khả năng áp dụng của chúng còn hạn chế.

“Nghiên cứu ảnh hưởng của loại keo tới tính chất của ván dăm từ rơm

lúa mì có KLTT trung bình” của Xiaoqun Mo và các cộng sự tại Đại học bang

Kansas, Mỹ thực hiện năm 2003. Nghiên cứu sử dụng 4 loại keo là MDI, U-F,

keo từ protein tách từ đậu nành SPI và bột đậu nành SF đối với rơm đã qua xử

lý hoá chất tẩy là hỗn hợp kiềm và hợp chất oxi hóa. Kết quả cho thấy, ván

rơm từ rơm xử lý có chất lƣợng cao hơn ván không xử lý. Keo MDI cho chất

lƣợng cao nhất, với lƣợng keo dùng khoảng 4%. Ván từ keo SPI và SF có chất

lƣợng tƣơng tự ván từ keo U-F. Riêng đối với keo U-F, MOR của ván từ rơm

không xử lý là 6,36 MPa và rơm xử lý là 9,34 MPa. Còn IB tƣơng ứng là 0,11

MPa đối với rơm không xử lý và là 0,19 MPa đối với ván rơm xử lý hoá

chất.[14]

Năm 2003, Zhang và các cộng sự đã nghiên cứu nâng cao tính chất cơ học

của ván rơm lúa mỳ bằng xử lý enzyme. Trong nghiên cứu có sử dụng ba loại

enzyme là Lypises from Candida rugosa, Celluloses from Trichoderma và

Celluloses from Aspergillus niger. Kết quả cho thấy loại enzyme Celluloses

from Aspergillus niger cho tính chất cơ vật lý của sản phẩm là tốt nhất, MOR

đạt 16,3 MPa, IB đạt 0,42 MPa và trƣơng nở chiều dày là 8,6% trong khi đó

ván rơm không đƣợc xử lý thì MOR chỉ đạt 13,2 MP, IB là 0,28 MPa, trƣơng

nở chiều dày là 11,6%. Phƣơng pháp này có nhiều triển vọng vì thân thiện với

môi trƣờng tuy nhiên việc lựa chọn enzyme nào cho phù hợp với nguyên liệu,

rất khó tìm đƣợc loại enzyme chỉ phân giải lingin mà không phân giải