Nghiên Cứu Công Nghệ Xử Lý Màu Sắc Bề Mặt Cho Ván Sàn Công Nghiệp

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

NGUYỄN VĂN DIỄN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ MÀU SẮC BỀ MẶT

CHO VÁN SÀN CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2010

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

NGUYỄN VĂN DIỄN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ MÀU SẮC BỀ MẶT

CHO VÁN SÀN CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị và công nghệ gỗ, giấy

Mã số: 60.52.24

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: PGS,TS. Phạm Văn Chương

Hà Nội - 2010

1

ĐĂT Ṿ ẤN ĐỀ

Gỗ là một loại vật liệu tự nhiên có thể tái sinh và sử dụng tuần hoàn, có hoa

văn và màu sắc đẹp. Màu sắc gỗ là một trong những chỉ tiêu đánh giá chất lượng và

tính chất bề mặt của gỗ, cũng là một trong những chỉ tiêu đánh giá giá trị sử dụng

của gỗ, nó không chỉ tương quan chặt chẽ với thị giác và cảm giác tâm lý của con

người mà còn có khả năng phản ánh tính chất của loại gỗ và chất lượng của gỗ.

Gỗ mọc nhanh rừng trồng, không những có nhiều yếu điểm về độ bền so với

gỗ rừng tự nhiên, mà còn thường có tính thẩm mỹ không cao, màu sắc, vấn thớ xấu.

Bởi thế, chúng chủ yếu được sử dụng làm nguyên liệu cho công nghệ sản xuất ván

nhân tạo, bột giấy hoặc sử dụng vào những việc không đòi hỏi cao về thẩm mỹ.

Ngày nay, nguồn nguyên liêu g ̣ ỗngày càng khan khiếm gây khó khăn cho các nhà

sản xuất chế biến gỗ, vấn đề cải tiến, khắc phuc c ̣ ác nhươc đi ̣ ểm của gỗrừng trồng

nâng cao tính thẩm mỹcủa gỗphuc ṿ u ̣cho nguyên liêu ṣ ản xuất đồ nôi th ̣ ất thêm đa

dang v ̣ à phong phú đò

i hỏi các nhà khoa hoc c ̣ ần quan tâm. Ván sàn là môṭ loaị sản

phẩm lá

t sàn trang trí cho các ngôi nhà sang trong, t ̣ ao c ̣ ảm giác thân thiện, gần gũi

và ấm cúng. Sản phẩm này, thường được sản xuất từ những loại gỗ quý, gỗ rừng tự

nhiên có màu sắc, vân thớ đẹp, nhờ vậy mà sản phẩm có giá trị thương phẩm cao,

rất được người sử dụng ưa chuộng.

Ngày nay, tại Việt Nam cũng như hầu khắp các nước trên thế giới, rừng tự

nhiên không còn là nguồn nguyên liệu mục tiêu của công nghiệp chế biến gỗ hiện

đại, thay vào đó, nguồn nguyên liệu được sử dụng chủ yếu là từ rừng trồng. Để có

được những loại gỗ quý, gỗ có màu sắc, vân thớ đẹp làm nguyên liệu cho công nghệ

sản xuất ván sàn nó

i chung và ván sàn công nghiêp ṇ ó

i riêng, đáp ứng nhu cầu ngày

càng tăng của người sử dụng quả là vấn đề rất khó giải quyết.

Vàn sàn công nghiêp ra đ ̣ ờ

i nhằm giải quyết vấn đề nguyên liêu v ̣ à ha ̣giá

thành sản phẩm so vớ

i ván sàn từ gỗtựnhiên, nhưng đảm bảo công năng không bi ̣

thay đổi. Tuy nhiên, màu sắc, vân thớ chưa đươc ngư ̣ ờ

i sử dung mong đ ̣ ơi ṿ à

tính

chất cơ vât l ̣ ý không cao. Để giải quyết vấn đề này, hàng loạt công nghệ sản xuất

2

tấm trang sức có in hoa văn vân thớ gỗ ra đời. Măc ḍ ù vâỵ , những tấm trang sức này

không có được xúc cảm bề mặt như gỗ tự nhiên. Ở một số nước có nền công nghiệp

chế biến gỗ phát triển như: My, ̃ Đức, Italia, Nhật, Trung Quốc…, các nhà sản xuất

đã tìm đến công nghệ tao ṃ àu sắc cho ván sàn công nghiêp̣ để khắc phục điều đó,

kết quả thu được là rất khả quan.

Tại Việt Nam một số năm gần đây, nhu cầu sử dụng ván sàn công nghiêp̣

trong nước có xu hướng tăng đáng kể. Lượng ván sàn sản xuất trong nước cũng như

nhập khẩu hàng năm đều tăng. Các cơ sở sản xuất ván sàn công nghiêp̣ trong nước

đa phần phải sử dụng nguyên liệu gỗ nhập khẩu từ nước ngoài (Lào, Malaisia,

Trung Quốc, Đức, My,̃…), nguồn nguyên liệu gỗ mọc nhanh rừng trồng trong nước

hầu như không được sử dụng.

Để có thể sử dụng hiệu quả nguyên liệu gỗ mọc nhanh rừng trồng trong lĩnh

vực sản xuất ván công nghiêp̣ thì việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ taọ màu ván

sàn công nghiêp, nh ̣ ằm đa dang h ̣ óa màu sắc và vân thớ cũng như cải thiên ̣ tính chất

cơ lý của gỗtựnhiên là không thể bỏ qua. Hiên nay, ̣ trên thế giới đã có nhiều công

trình nghiên cứu về công nghệ tao ̣ màu ván sàn công nghiêp̣ , song, chỉ công bố dưới

dạng giới thiệu tóm tắt kết quả, giới thiệu sản phẩm thương mại, phần chi tiết công

nghệ được giữ kín, hơn nữa, những kết quả ấy chỉ phù hợp với điều kiện sản xuất và

nguyên liệu của họ. Ở Việt Nam, hiện nay chưa có nghiên cứu nào về lĩnh vực xử lý

taọ màu ván sàn công nghiêp̣ , chính bởi vậy mà việc ứng dụng công nghệ, sử dụng

nguyên liệu gỗ mọc nhanh rừng trồng trong sản xuất ván sàn công nghiêp̣ còn rất

hạn chế, hầu như không có.

Xuất phát từ những lý do trên, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu

công nghệ xử lý màu sắc bề mặt cho ván sàn công nghiệp”, nhằm có được những

căn cứ khoa học xác đáng, thúc đẩy phát triển công nghệ taọ màu cho ván sàn công

nghiêp, ̣ mở rộng phạm vi và nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nguyên liệu gỗ mọc

nhanh rừng trồng trong nước.

3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Khái niệm ván sàn công nghiệp, màu sắc

1.1.1. Khái niệm ván sàn công nghiệp (Laminated flooring) [6]

Ván sàn gỗ công nghiệp là loại vật liệu composite gỗ dạng lớp. Thông

thường ván sàn gỗ công nghiệp có cấu tạo từ 4 lớp như sau:

Thứ nhất là lớp vật liệu đặc biệt (Melamine resins) trong suốt, có tác dụng ổn

định lớp bề mặt, tạo lớp bề mặt vững chắc, chống nước, chống xước, chống va đập,

chống phai màu, chống sự xâm nhập của các vi khuẩn và mối mọt, chống lại các tác

dụng của hóa chất, dễ dàng lau chùi và bảo dưỡng.

Thứ hai là lớp tạo vân gỗ bằng giấy trang sức hoặc ván mỏng, tạo màu sắc.

Lớp này được lớp thứ nhất bảo vệ nên luôn giữ được màu sắc và vân gỗ không thay

đổi trong suốt quá trình sử dụng.

Thứ ba là lớp lõi có thể được làm từ HDF, MDF, ván ghép thanh,…

Thứ tư có tác dụng ổn định bề mặt dưới, chống mối mọt, cong vênh, chống

nước. Lớp này thường được làm từ ván mỏng.

1.1.2. Khái niệm màu sắc[22]

Do vật thể phản xạ, phát xạ hoặc cho sóng ánh sáng xuyên qua mà thị giác

sản sinh một ấn tượng nhờ các tế bào thị giác trên võng mạc được gọi là màu sắc.

Màu sắc bề mặt có ảnh hưởng đến giá trị của ván sàn công nghiệp: Ván sàn

nói chung và ván sàn gỗ công nghiệp nói riêng khi chưa được trang sức bề mặt thì

chất lượng bề mặt kém. Do vậy, chúng ta phải trang sức bề mặt để nâng cao chất

lượng cũng như giá trị sử dụng của loại ván này. Trang sức bề mặt cụ thể trong đề

tài này là tạo màu sắc, sau đó phủ sơn PU để nâng cao chất lượng bề mặt ván.

1.2. Lịch sử nghiên cứu về xử lý tạo màu sắc cho gỗ

1.2.1. Trên thế giới

Tạo màu cho gỗ đã xuất hiện từ rất xa xưa cách đây hơn 5000 năm, các chất tạo

màu cho gỗ chủ yếu là các chất nhuồm màu chủ yếu cho vải, sợi có nguồn gốc từ tự

nhiên [30]. Ở các nước Châu Âu, họ cũng đã nghiên cứu nhiều các lĩnh vực về tạo

4

màu sắc cho các loại gỗ lá kim và ở các nước Châu Á lĩnh vực tạo màu càng được

chú trọng, do đặc tính đa chủng loại của các loại gỗ cho nên màu sắc của gỗ cũng

rất phong phú và đa dạng. Tuy nhiên các công trình nghiên cứu chỉ mang tính thăm

dò và được ứng dụng trong nước, không công bố kết quả, công nghệ xử lý tạo màu

sắc cho gỗ bằng các hướng nghiên cứu khác nhau cụ thể:

1.2.1.1. Các lĩnh vực nghiên cứu về xử lý màu sắc cho gỗ

Từ những công trình đã nghiên cứu về lĩnh vực tạo màu sắc cho gỗ ở các

nước trên thế giới. Mãi tới năm 1856, ở Châu Âu, màu nhuộm tổng hợp đầu tiên ra

đời, được phát minh bởi William Henry Perkin, kéo theo đó là sự xuất hiện của các

xưởng nhuộm thủ công sử dụng màu nhuộm tổng hợp. Đến cuối thế kỷ XIX, hàng

loạt các máy nhuộm vải sợi thế hệ đầu tiên ra đời. Theo đó, công nghệ tẩy trắng,

nhuộm màu ngày càng phát triển và mở rộng ứng dụng cho nhiều loại vật liệu [30].

Sử dụng phương pháp hoá học làm thay đổi màu sắc gỗ đầu tiên, được David

Ekaman – người Thuỵ Điển nghiên cứu thành công vào năm 1866. Trước đó, màu

sắc gỗ mới chỉ được thay đổi trên bề mặt bằng cách phủ lên đó một lớp trang sức

mỏng, thông dụng là cánh kiến đỏ. Sự ra đời của phương pháp hoá học làm thay đổi

màu sắc gỗ đã đánh dấu sự trưởng thành của ngành tẩy trắng, xử lý màu gỗ, làm cho

các sản phẩm gỗ ngày càng phong phú, đa dạng và đặc biệt có màu sắc sáng đẹp

hơn, phục vụ nhu cầu sử dụng ngày càng cao của con người [21].

Ngày nay, công nghệ xử lý tạo màu cho gỗ đã thực sự phát triển, đã có rất

nhiều chủng loại sơn màu được tổng hợp từ nhiều nguồn gốc khác nhau (hóa học và

tự nhiên), bằng nhiều phương pháp khác nhau với nhiều công năng và màu sắc vô

cùng phong phú và đa dạng. Có loại sơn tạo ra các loại vân thớ và tuỳ thuộc vào

phương thức trang sức khác nhau, với các mục tiêu sử dụng cho từng mục đích

riêng mà người ta có thể tạo các màu sắc khác nhau cho sản phẩm và những chất tạo

màu có nguồn gốc tự nhiên đến nay vẫn còn được sử dụng.

Về công nghệ tạo màu sắc cho gỗ, ván mỏng và sợi gỗ đã được các nước trên

thế giới quan tâm đi vào nghiên cứu và ứng dụng các công trình đó, Italy là quốc gia

đầu tiên ở Châu Âu sáng chế ra công nghệ nhuộm màu ván mỏng. Tới những năm

5

60 của thế kỷ XIX, Nhật Bản cũng bắt đầu tiến hành nghiên cứu và ứng dụng công

nghệ này. Cho đến nay, trên thế giới, công nghệ xử lý màu sắc cho gỗ không còn là

mới mẻ, nó đã nhanh chóng lan rộng tới các nước: Đức, Mỹ, Anh, Pháp, Trung

Quốc, Indonesia, Philippin...[21].

Mehmet Budakci1

, Ayhan Ozcifci2

, Hamza Cinar, and Abdullah Sonmez4

;

Duzce University, Faculty of Technical Education, Department of Furniture and

Decoration 81620 Konuralp-Duzce, Turkey1

. Karabuk University, Faculty of

Technical Education, Department of Furniture and Decoration 70850 Karabuk￾Turkey2

. Gazi University, Faculty of Technical Education, Department of Furniture

and Decoration 06500 Ankara-Turkey3

(2009); trong công trình nghiên cứu “Effects

of application methods and species of wood on color changes of varnishes” đã

nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp trang sức và loại gỗ đến chất lượng màu

sắc bề mặt gỗ. Nhóm tác giả đã chứng minh, phương pháp trang sức và loại gỗ ảnh

hưởng rõ nét đến chất lượng màu sắc trang sức.

Scott A. Mueller, Engineering Technician USDA Forest Service, Forest

Products Laboratory One Gifford Pinchot Drive Madison, WI 53726–2398 (2007)

trong công trình nghiên cứu “Improving the color stability of wood-plastic

composite through fibre pre-treatment” đã nghiên cứu biến tính màu cho sợi để tăng

khả năng ổn định màu sắc của vật liệu composite gỗ - nhựa trong điều kiện sử dụng

ngoài trời.

Carla D. Blengeri Oyarce (2006), đã thực hiện luận án Tiến sĩ với đề tài

“Modification of woos color via electroheating technology”, tác giả đã nghiên cứu

công nghệ biến tính màu sắc của gỗ Pinus ponderosa. Đó là một công trình nghiên

cứu sâu về quá trình biến đổi màu sắc thông qua các phản ứng lý – hóa của gỗ mà

không sử dụng hóa chất xử lý.

Trong những năm gẫn đây, ở Trung Quốc một số tác giả đã đi sâu vào

nghiên cứu lĩnh vực nhuộm màu cho gỗ bằng hoá chất như: Trần Quế Hoa (2000)

đã thí nghiệm công nghệ nhuộm màu ván mỏng gỗ Dương. Tạp chí Khai phá khoa

học kỹ thuật Lâm nghiệp; Trần Ngọc Hòa, Lục Nhân Thư, Lý Tông Nhiên (2000)

6

Nhóm tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nhuộm thêm vào trong nhuộm màu

ván mỏng gỗ Bào Đồng. Tạp chí Công nghiệp gỗ; Đoàn Tân Phương (2002) đã

công bố Kỹ thuật điều khiển màu sắc gỗ. Bắc Kinh: Nhà xuất bản công nghiệp vật

liệu xây dựng Trung Quốc; Cố Ly Lài, Tưởng Ly Hồng, Triệu Du Lâm (2001)

Nhóm tác giả đá nghiên cứu tiến hành thực nghiệm nhuộm màu bằng thuốc nhuộm

tính axit đối với gỗ. Tạp chí Công nghiệp vật liệu nhuộm.

1.2.1.2. Các nghiên cứu về đánh giá màu sắc cho gỗ

Phương pháp đo lường màu sắc được phân thành phương pháp thị giác và

phương pháp vật lý. Phương pháp thị giác căn cứ vào thị giác, so sánh các mẫu màu

tiêu chuẩn, để chỉ ra các giá trị sắc màu, độ sáng và độ bão hòa màu. Phương pháp

vật lý là phương pháp được sử dụng phổ biến, có thể dùng máy đo màu hoặc máy

đo quang phổ để xác định. Từ những thập niên 60 của thế kỷ 20, các nhà khoa học

Mỹ, Châu Âu, Nhật Bản đã tiến hành nghiên cứu tìm cách đo lường định lượng màu

sắc gỗ và đã thu được những thành tựu đáng khích lệ.

Năm 1967, học giả người Mỹ Sullivan đã dùng phương pháp đo quang phổ để

tiến hành đo lường định lượng màu gỗ, và tiến hành phân tích tham số màu sắc của

một loại gỗ, thảo luận về đặc trưng màu sắc của gỗ. Năm 1969, Mosiem đã tiến

hành đo màu ván mỏng gỗ Thông Hỏa Cự (Thông bó đuốc - Pinus taeda Linn).

Năm 1970, Nelson đã đo được các tham số định lượng màu gỗ lõi của một số loại

gỗ Australia. Năm 1979, Beckwith đã tiến hành đo quang phổ đối với 22 loại mẫu

gỗ thương phẩm lá rộng, căn cứ vào đường cong quang phổ của từng loại gỗ, dùng

chương trình vi tính xác định 3 giá trị độ sáng, tọa độ màu, bước sóng chính và độ

bão hòa màu. Năm 1987, học giả người Nhật Kitamura Yoshi đã dùng máy đo màu

quang điện để đo màu 51 tiêu bản vật liệu thương phẩm của Nhật Bản và thế giới và

đo màu của 31 loại ván mỏng trang sức, và đã đưa ra được phạm vi phân bố màu gỗ

trên hệ màu không gian L*a*b* của CIE (1976). Học giả G.Janin của Pháp đã từng

tiến hành nghiên cứu về màu và sự biến màu của các loại gỗ của Pháp đặc biệt là

những loại gỗ đẹp dùng trong trang trí, như Hạnh đào. Năm 1988, học giả Vetter

R.E người Đức đã tiến hành đo màu định lượng đối với 58 loại gỗ Lưu vực Amazon

7

(Nam trung Mỹ), năm 1990 lại tiến hành đo màu đối với 98 loại gỗ Amazon, dùng

biểu màu hệ thống CIE (1931) xác định độ sáng Y, tọa độ x,y của màu, và lấy kết

quả đó làm hệ thống màu sắc tiêu chuẩn của Đức (DIN), hệ thống màu Munsell.

The Maracle of Science (2009), trong công trình nghiên cứu “Determination

of color L*a*b by spectrocolorimeter”, đã nghiên cứu xác định màu sắc theo hệ

thống màu L*a*b. CABOT Corperation (2009), đã thực hiện công trình “Color

Measurement for Carbon Black Filled Plastics” bằng sử dụng hệ màu L*a*b.

Đo màu gỗ ở Trung Quốc tương đối muộn, năm 1990, Trương Tường đã bình

luận một cách giản lược tới phương pháp biểu trưng định lượng màu gỗ, tiến hành

đo lường và phân tích một cách tỉ mỉ 22 loại gỗ lá rộng và lá kim trong nước theo

hệ màu L*a*b* của CIE (1976) và CIE (1931).

1.2.1.3. Các nghiên cứu ảnh hưởng của gỗ đến màu sắc

Nhiều nghiên cứu về màu sắc gỗ đã được thực hiện, các nghiên cứu của:

Moon (1948), Onodera (1959), Nakamura và Takackio (1960), Loos và Coppock

(1964), Moslemi (1967), Sullivan (1967), Beckwith (1974), Tolvaj and Faix (1995),

Janin et al. (2001) đã đưa ra phương pháp nghiên cứu, khảo sát, đo đạc màu sắc gỗ

một cách khoa học. Các nghiên cứu của: Charrier et al. (1992), Bekhta và Niemz

(2003), Hon và Minemura (1991), Jämsä và Viitaniemi (2001), Mayes và Oksanen

(2002), McGinnes và Rosen (1984), Militz (2002) Mononen et al. (2002), Rappold

và Smith (2004), Smith et al. (2003), Smith và Herdman (1998), Smith và

Montoney (1998), Sundqvist (2002), Sundqvist và Morén (2002), Syrjänen (2001),

Terziev và Boutelje (1998), Yeo và Smith (2004) đã cho thấy tác động của xử lý

nhiệt đối lưu đến màu sắc gỗ. Ảnh hưởng của các chất chiết suất, tinh dầu trong gỗ

đến màu sắc gỗ đã được Rapp và Sailer nghiên cứu và công bố năm 2001. Các

nghiên cứu của: Burtin et al. (1998), Dawson và Torr (1992), Hon và Minemura

(1991), Kawamura et al. (1996, 1998), Mitsui et al. (2001, 2004), Ota et al. (1997),

Saudermann và Schlumbom (1962), Tolvaj và Faix (1995), Wiberg (1996) đã chứng

minh được sự tác động của ánh sáng chiếu xạ, tia cựu tím tới màu sắc của gỗ. Tác

động của thuốc bảo quản đến màu sắc gỗ đã được Shibamoto et al. nghiên cứu năm