Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Thời Gian Ép Nhiệt Độ Ép Đến Chất Lượng Vắn Dăm Gỗ Phế Liệu Cao Su Và Chất Kết Dính Thạch Dừa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

---------------------

NGUYỄN QUỐC KHÁNH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN ÉP,

NHIỆT ĐỘ ÉP ĐẾN CHẤT LƯỢNG VÁN DĂM GỖ PHẾ

LIỆU CAO SU VÀ CHẤT KẾT DÍNH THẠCH DỪA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đồng Nai, 2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

---------------------

NGUYỄN QUỐC KHÁNH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỠNG CỦA THỜI GIAN ÉP, NHIỆT ĐỘ ÉP

ĐẾN CHẤT LƯỢNG VÁN DĂM GỖ PHẾ LIỆU CAO SU VÀ

CHẤT KẾT DÍNH THẠCH DỪA

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÁY, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ

GỖ GIẤY

MÃ SỐ: 60.52.24

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. HOÀNG XUÂN NIÊN

Đồng Nai, 2012

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Nhu cầu sử dụng gỗ ngày càng tăng, trong khi khả năng cung cấp gỗ của

rừng ngày càng giảm. Vì vậy, tỷ lệ ván nhân tạo ngày càng tăng trong kết cấu sản

phẩm gỗ. Tuy nhiên, một nhược điểm của ván nhân tạo là phần lớn sử dụng keo

tổng hợp từ Formaldehyde và ure hoặc phenol trong quá trình hình thành sản phẩm.

Lượng dư Formaldehyde trong những loại keo tổng hợp này tồn tại lâu dài trong sản

phẩm và khuyếch tán ra môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe của con người.

Ván dăm, thường sử dụng keo UF làm chất kết dính. Keo UF, trong quá trình

trùng ngưng dù cố gắng đến đâu vẫn còn tồn tại một lượng dư Formaldehyde nhất

định. Vì vậy, sử dụng loại keo không chứa những chất có thể gây hại đến sức khỏe

con người và ô nhiễm môi trường để sản xuất ván nhân tạo nói chung và ván dăm

nói riêng được các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm. Đã có nhiều công

trình nghiên cứu về chất kết dính không chứa Formaldehyde được ứng dụng trong

thực tế sản xuất. Trong đó, sử dụng vi sinh vật lên men làm chất kết dính là một

trong những hướng nghiên cứu có thể đem đến những ứng dụng trong thực tế sản

xuất. Thạch dừa là một sản phẩm lên men từ nước dừa có khả năng kết dính.

Nghiên cứu sử dụng thạch dừa làm chất kết dính có thể đưa đến khả năng mới trong

sản xuất ván nhân tạo.

Xuất phát từ những nhận định trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:

“Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ ép tới chất lượng ván dăm gỗ

phế liệu cao su và chất kết dính thạch dừa”

2

Chương 1:

TỔNG QUAN

1.1.TỔNG QUAN VỀ VÁN DĂM

1.1.1.Lịch sử nghiên cứu và sản xuất sản phẩm ván dăm

1.1.1.1.Trên thế giới

Cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20 các nhà khoa học của Anh và Đức đã sử dụng

mạt cưa, gỗ vụn trong cưa xẻ gỗ, trộn với keo để tạo ra tấm ván lớn và sau đó đã đề

xuất công nghệ sản xuất sản phẩm dạng tấm với lớp lõi là gỗ vụn, mạt cưa, lớp

ngoài là ván bóc. Lúc đầu, sản phẩm không được chú ý. Và phải đến gần giữa thế

kỷ 20 giới nghiên cứu mới quan tâm trở lại. Khoảng năm 1935 – Sansonow nghiên

cứu ván dăm có kích thước dăm dài, xếp lớp như ván dán, là cơ sở ban đầu cho ván

dăm định hướng sau này. Năm 1936 – E.C. Loetscher đã tiến hành nghiên cứu các

thông số công nghệ và hệ thống thiết bị đồng bộ sản xuất ván dăm. Năm

1936÷1937 xưởng ván dăm đầu tiên trên thế giới mới được xây dựng tại Đức, có

tên là Torfit. Năm 1938 Tiệp khắc xây dựng xưởng ván dăm Dias. Năm 1941 Thụy

điển, Pháp… cũng phát triển loại hình sản phẩm này. Năm 1942 – Công ty Farley –

Loetscher xây dựng nhà máy ván dăm đầu tiên ở Mỹ. Sản phẩm của công ty này có

tên Loctex (ván không phủ mặt) Và Faloctex (ván có phủ mặt). Khối lượng thể tích

của ván từ (0,7÷0,8)g/cm3

. Tại Liên xô, năm 1955 – xưởng sản xuất ván dăm thuộc

nhà máy gỗ dán xây dựng UFA lần đầu tiên được đưa vào hoạt động. Năm 1957,

đưa hai dây chuyền ván dăm vào sản xuất sản phẩm thương mại nhập khẩu của

Anh. Năm 1959÷1990, Liên xô tự chế tạo khoảng 40 dây chuyền máy và thiết bị

sản xuất ván dăm đồng bộ công suất 25.000m3

/năm. Sau đó, ngành công nghiệp sản

xuất ván dăm lắp đặt thêm 51 dây chuyền. Những dây chuyền do Liên xô tự chế tạo

ban đầu hoạt động không ổn định nên mức sản xuất ván dăm chỉ đạt 2 triệu m3 năm

1998. Năm 2003 có 38 dây chuyền với công suất thiết kế/công suất thực tế:

3.868.000 m3

/3.176.000 m3

. Năm 2004: 38 dây chuyền với công suất thiết kế/công

suất thực tế : 4.011.000 m3

/ 3.626.000 m3

. Năm 2005: lắp đặt 39 dây chuyền, công

suất thiết kế/công suất thực tế : 4.098.000 m3 /3930.000 m3

. Năm 2006: lắp 44 dây

3

chuyền, công suất thiết kế/công suất thực tế: 5.275.000 m3

/4.717.000 m3

. Năm

2007: 45 dây chuyền, công suất thiết kế: 6.209.000 m3

/công suất thực tế : 5.170.000

m3

. Năm 2007 sản lượng ván dăm công suất thiết kế/công suất thực tế là 6.209.000

m3

/5.170.000m3

. (theo Wood- Based and Their Future – A.Leonovich và

A.Voropaev)

Tại Trung quốc, năm 1993, An Tô Châu (Hội Khoa học kỹ thuật Bộ Lâm

Nghiệp – Trung Quốc) đã nghiên cứu “ Công nghệ và tính chất của ván dăm tre

định hướng ”, tác giả đã đi sâu nghiên cứu ảnh hưởng của tinh tre và ruột tre đến

tính chất ván và đã kết luận những yếu tố cấu tạo tre đã không làm ảnh hưởng đến

tính chất ván. Năm 1994, Hua – Yukun tiến hành đề tài “ Nghiên cứu công nghệ sản

xuất ván dăm định hướng từ nguyên liệu tổng hợp tre và gỗ bạch dương”

(Composite Oriented Stands Board). 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 ván đến

một số chỉ tiêu chất lượng ván. Tác giả đưa ra một số kết luận: Keo P – F

(Phenolformaldehyde) và U – F (Ure formaldehyde) có thể sử dụng làm chất kết

dính sản xuất ván OSB từ tre và gỗ Bạch Dương đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng so

với các loại ván tương đương. Ván dăm từ nguyên liệu gỗ Vân sam và một số loại

gổ mềm khác được sản xuất theo keo phenol, với ván suất ép P = 80÷100 Kg/cm2

,

nhiệt độ ép T = 1000C, tỷ lệ keo(8÷10)%, với hai cỡ chiều dài 4mm và 25mm, khối

lượng thể tích ván từ(0,8÷1,1)Kg/cm3

, độ bền uốn tĩnh của ván đạt

(200÷500)Kg/cm2

Có thể nói, ngành công nghiệp ván dăm trên thế giới thực sự phát triển sau

khi chiến tranh thế giới thứ 2 kết thúc. Từ 1952 ÷ 1957 sản lượng ván dăm trên thế

giới tăng hơn 10 lần. Và phát triển liên tục từ đó đến nay.

Ván dăm được phát triển rộng rãi ở tất cả các châu lục, mạnh nhất ở Châu

Âu, kế đến là Châu Á, Bắc Mỹ. Năm 2001 toàn thế giới có 719 nhà máy, tổng công

suất 81.972.000m3

, năm 2005 có 733 nhà máy tổng công suất 85.844.000m3

, tăng

4,7%. Những năm gần đây, nước có sản lượng ván dăm lớn nhất là Mỹ, kế đến là

Trung Quốc. ở khu vực Đông Nam Á ván nhân tạo cũng phát triển mạnh: Thái lan

4

dân số khoảng 62 triệu người, năm 2008 sản xuất 2.600.000 m3 ván dăm, bình quân

đầu người 0,042m3

/năm; Malaysia hơn 26 triệu dân sản xuất khoảng 1 triệu m3 ván

sợi và 222.000m3

trong năm. Đài Loan dân số trên 22 triệu người hàng năm nhập

350.00m3 ván nhân tạo.

1.1.1.2.Tại Việt nam

Sản phẩm ván dăm xuất hiện ở Việt nam hơi muộn, nên những nghiên cứu về

ván dăm cũng chỉ bắt đầu từ những năm bảy mươi của thế kỷ trước.

Ván dăm xuất hiện ở Việt nam vào những năm đầu thập kỷ 70 của thế kỷ

trước, nhưng không phát triển. Năm 1972 một dây chuyền sản xuất ván dăm có

công suất 1000m3

/năm của Cộng hòa dân chủ Đức viện trợ được lắp đặt tại Quảng

ninh. Năm 1974 dây chuyền ván dăm do Thụy điển viện trợ cũng có công suất

1000m3

/năm, lắp đặt tại Việt trì. Cả hai dây chuyền này đều có chung một đặc điểm

là không đưa được sản phẩm ra thị trường. Cũng vào thời điểm này, ở miền Nam,

tại Tân mai, Biên hòa một dây chuyền sản xuất ván dăm theo phương pháp ép đẩy

đã lắp đặt nhưng chưa đưa vào hoạt động. Trên thực tế, đến những năm 80 của thế

kỷ 20 ngành sản xuất ván dăm của Việt nam vẫn ở mức không. Chỉ từ những năm

1990, ván dăm ở Việt nam mới được chú ý sản xuất và liên tục phát triển cho đến

nay. Năm 1994, Nhà máy đường Hiệp Hòa – Long An lắp đặt phân xưởng sản xuất

ván dăm với máy và thiết bị nhập toàn bộ từ Trung quốc. Năm 1995 tổ chức sản

xuất sản phẩm ván dăm từ phế liệu bã mía, sản lượng 5000m3

, và đến năm 1998

sản lượng được nâng lên 8500 m3

/năm sử dụng thêm nguyên liệu gỗ điều và bạch

đàn. Đến năm 2005 nhà máy đường La Ngà – Đồng Nai, tổ chức lắp đặt dây chuyền

máy thiết bị sản xuất ván dăm từ bã mía nhập đồng bộ từ Trung quốc có công suất

5000 m3

/năm và tiến hành sản xuất vào năm 2007. Cũng năm 2007, Tổng công ty

Lâm Nghiệp Việt nam đưa dây chuyền ván dăm gỗ nhập từ Trung quốc, lắp đặt tại

Phú Xá, thành phố Thái nguyên, tỉnh Thái nguyên đi vào sản xuất. Những nhà máy

nêu trên đều hoạt động có hiệu quả, chất lượng sản phẩm có sức cạnh tranh trên thị

trường. Ngoài ra các công ty ở nhiều địa phương trong cả nước cũng lắp đặt các dây

chuyền sản xuất ván dăm với quy mô nhỏ từ 1000 ÷ 3500 m3

/ năm như : Công ty

5

chế biến Lâm sản Đắc lắc, công ty chế biến gỗ Hòa bình (Kon Tum), nhà máy ván

dăm Hương quỳnh (Bình Dương), công ty Hiệp Nguyên (Bình dương), công ty Lâm

nghiệp U Minh Thượng (Cà mau), công ty ván dăm Tân phú (Đồng nai), công ty

chỉ xơ dừa 25/8 ( Bến tre )….đưa tổng sản lượng ván dăm Việt nam tử 20.000 m3

năm 1995 tăng lên 200.000 m3 năm 2010.

Những nghiên cứu về ván dăm được nghiên cứu ở viện Khoa học Lâm nghiệp

Việt nam, trường Đại học Lâm nghiệp nghiên cứu từ những năm 80 của thế kỷ

trước, tiếp tục cho đến hiện nay gồm những công trình của các tác giả : Nguyễn

Phan Thiết (Nghiên cứu ván dăm tre), Nguyễn Trọng Nhân (viện khoa học Lâm

nghiệp Việt Nam) nghiên cứu sử dụng cọng dừa nước làm nguyên liệu sản xuất ván

dăm. Trần Văn Chứ (ván dăm chậm cháy). Hoáng Xuân Niên (ván dăm xơ dừa).

Hoàng Thị Thanh Hương (Ván dăm tre gỗ kết hợp). Ván dăm tiếp tục được TS

Phạm Ngọc Nam, Lâm Trần Vũ, Hoàng Xuân Niên…nghiên công nghệ sản xuất

ván dăm từ nguyên liệu ngoài gỗ và phế liệu nông nghiệp như thân cây mỳ (sắn);

thân cây ngô; vỏ đậu phộng, vỏ cà phê, thân chuối, rơm rạ kết hợp với trấu, mụn chỉ

xơ dừa kết hợp với trấu …

1.1.2. Nguyên liệu sản xuất ván dăm

Ván dăm (wood particleboarbds/particleboards) được hình thành bằng cách

trộn dăm với keo và phụ gia rồi ép dưới điều kiện áp suất và nhiệt độ (TCVN 7751 :

2007). Theo định nghĩa này, có ít nhất 2 thành tố tham gia vào cấu trúc sản phẩm

ván dăm là dăm và keo.

Dăm (particle): là những phần tử nhỏ được tách ra từ gỗ hoặc thực vật có

xenlulo khác. Có nhiều loại dăm khác nhau được sản xuất từ gỗ có khối lượng thể

tích trung bình và thấp. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, thực vật và

phế liệu nông nghiệp có chứa xenlulô cũng được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất

ván dăm như : Rơm rạ, thân cây bông, thân cỏ, thân chuối thân cây sắn, bã mía, vỏ

cà phê, vỏ hạt hướng dương…. Nói chung, tất cả các loại dăm dù được sản xuất từ

gỗ hay thực vật có chứa xen lu lô khác đều phải có kích thước, hình dạng đạt yêu

cầu theo quy định.

6

Keo là chất để kết dính các dăm lại với nhau [TCVN 7751 : 2007]. Ván dăm

đầu tiên được nghiên cứu bằng cách trộn gỗ vụn, dăm bào, mạt cưa với chất kết

dính là những loại keo mà nguyên liệu có sẵn trong thiên nhiên như keo da, keo

xương, keo máu,… được gọi tên chung là keo Albumin.

Những loại keo này có độ bền chịu nước kém và dễ bị vi sinh vật phá hủy.

Đến năm 1909 nhà bác học Backeland đã chế tạo ra nhựa tổng hợp Phenol

formaldehyde và keo Ure formaldehyde . Hai loại keo này nhanh chóng được sử

dụng thay thế keo Albumin trong sản xuất ván nhân tạo.

Hầu hết, ván dăm sử dụng cho đồ mộc và xây dựng đều dùng keo Ure –

Formaldehyde (UF). Loại keo này sử dụng Ure và Formaldehyde làm nguyên liệu

chính để tiến hành phản ứng đa tụ, tạo thành keo. Do nguồn nguyên liệu phong phú,

công nghệ sản xuất đơn giản, tính năng dán dính tốt, có cường độ dán tính tương

đối cao, có tính năng chịu nhiệt, chịu nước, chịu ăn mòn tương đối tốt. Màu sắc của

keo nhựa nhạt, giá thành thấp, nên có được ứng dụng rộng rãi. Keo nhựa UF có

nhiều nhãn hiệu, căn cứ vào sản phẩm dán khác nhau, keo nhựa UF có thể phân

thành keo dùng cho ván dán, keo dùng cho ván dăm, keo dùng cho ván sợi, keo

dùng cho ván ghép thanh. Keo nhựa UF dễ lão hoá, nhưng có thể thông qua cùng

đa tụ với Phenol, Resocinol, Melamine tiến hành biến tính. Ngoài ra, cũng có thể có

thể dùng keo nhựa Vinyl acetate hỗn hợp với nó tạo thành keo nhựa UF biến tính.

Sử dụng chất đóng rắn để nâng cao tốc độ và mức độ đóng rắn để nâng cao tốc độ

và mức độ đóng rắn của keo nhựa UF. Chất đóng rắn dùng phổ biến nhất là NH4Cl,

cũng có thể sử dụng (NH4)3CH3COO, (NH4)2SO4. Để ức chế quá trình đóng rắn ở

nhiệt độ cao có thể dùng Ammonium Hydroxide, Hexamethllentetramine, Urea,

Melamine, khi rắn nong sử dụng chất đóng rắn tính tiềm phục có P –

Tohienesulfonamide.

Ván dăm sử dụng keo urêformalđêhyd có tính chịu nước thấp và chỉ bảo toàn

được tính chất của ván trong môi trường ẩm ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ không

quá 60ºC . Nếu tăng nhiệt độ trong môi trường ẩm, ván dăm sẽ giảm độ bền đáng

kể. Những tính chất còn lại của ván dăm sử dụng keo urê Formaldehyde cũng tương