Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ trong sản xuất vật liệu composite từ vỏ cây và polyethylene

Bài viết Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ trong sản xuất vật liệu composite từ vỏ cây và polyethylene trình bày kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của tỷ lệ bột gỗ nói chung đến chất lượng WPC; Kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của tỷ lệ bột gỗ - vỏ cây đến chất lượng WPC.

Công nghiệp rừng NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ TRONG SẢN XUẤT VẬT LIỆU COMPOSITE TỪ VỎ CÂY VÀ POLYETHYLENE Triệu Văn Hải1, Cao Quốc An2, Phạm Thị Ánh Hồng3 NCS Trường Đại học Lâm nghiệp PGS.TS Trường Đại học Lâm nghiệp ThS Trường Đại học Lâm nghiệp TÓM TẮT Vỏ keo tai tượng nghiền nhỏ kết hợp với bột gỗ lượng nhựa polyethylene thích hợp tạo sản phẩm WPC có hình dạng, kích thước khác nhau; chất lượng sản phẩm WPC tạo thành định chủ yếu nhiều yếu tố cơng nghệ, tỷ lệ bột vỏ sử dụng coi yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm WPC tạo thành Kết thí nghiệm cho thấy: Khi tỷ lệ bột vỏ keo tai tượng sử dụng tăng từ 0% đến 100% độ hút nước sau ngày ngâm tăng từ 1,04% lên 1,86%, độ bền kéo giảm từ 18,7 MPa xuống 13,2 MPa, độ bền uốn tĩnh giảm từ 23,9 MPa xuống 17,4 MPa cịn mơ đun đàn hồi uốn tĩnh giảm từ 1,35 GPa xuống 0,955 GPa; tỷ lệ chất trợ tương hợp MAPE sử dụng có ảnh hưởng định đến chất lượng sản phẩm WPC tạo thành, cụ thể tăng tỉ lệ dùng MAPE tăng từ 0,2% lên 5,8%, độ hút nước sau ngày ngâm giảm không đáng kể (từ 1,08% xuống 0,98%), độ bền kéo tăng từ 18,3 MPa lên 21,5 MPa, độ bền uốn tĩnh tăng từ 19,9 MPa lên 22,3 MPa mô đun đàn hồi uốn tĩnh tăng từ 1,06 GPa lên 1,56 GPa Từ khóa: Bột gỗ, bột vỏ cây, composite gỗ nhựa, polyethylene I ĐẶT VẤN ĐỀ cellulose, lignin, hemicellulose,… cho thấy, Ở Việt Nam nay, vỏ coi với công nghệ đại ngày nay, bột vỏ dạng phế liệu ngành chế biến gỗ kết hợp với bột gỗ hồn tồn tạo Mỗi nhà máy chế biến gỗ dăm gỗ thải sản phẩm composite gỗ - nhựa có mơi trường hàng chục vỏ ngày chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu cho Việc xử lý lượng vỏ chủ yếu sản phẩm dùng sản xuất vật liệu xây mang tính tự phát, phần nhiều dựng đồ nội ngoại thất chúng đốt trực tiếp đem đổ bỏ Vì vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng bãi rác cơng cộng, số loại số yếu tố công nghệ sản xuất vật liệu vỏ có hàm lượng tannin cao thu composite từ vỏ quan trọng gom để bán cho sở sản xuất tannin việc tìm quy trình cơng nghệ hợp lý Điều cho thấy, để xử lý lượng cho sản xuất sản phẩm có chất lượng cao lớn vỏ thải hàng ngày, nhà máy chế từ nguyên liệu vỏ Điều biến gỗ phải khoản kinh phí góp phần giảm chi phí cho việc xử lý vỏ không nhỏ cho việc vận chuyển đốt bỏ nhà máy chế biến gỗ, mà cịn góp Dựa phân tích thành phần hóa học vỏ hàm lượng phần tạo sản phẩm có giá trị từ loại vật liệu mà coi phế thải TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2015 101 Công nghiệp rừng II NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP nguyên liệu bột gỗ nhựa cho trực tiếp NGHIÊN CỨU vào lúc Nhiệt độ đầu ép đùn: 2.1 Nguyên vật liệu 140oC, tốc độ quay trục vít: 20 v/p + Vật liệu cốt: Bột gỗ bột vỏ gỗ Keo + Địa điểm thí nghiệm: Phịng thí nghiệm tai tượng (Acacia mangium); kích thước bột (2 Trường ĐH Lâm nghiệp Nam Kinh – TQ - 4) mm; độ ẩm bột 4% 2.2 Phương pháp nghiên cứu + Vật liệu nền: Nhựa nguyên sinh Polyetylen khối lượng thể tích cao (HDPE) 2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ trộn bột gỗ chất trợ tương hợp + Chất trợ tương hợp: MAPE (hàm lượng Yếu tố tác động gồm: Tỷ lệ nhựa HDPE/trợ maleic anhydride - MA có hỗn hợp 1,4% tương hợp MAPE/bột gỗ tính theo phần trăm tính theo khối lượng) khối lượng (tổng tỉ lệ thành phần + Thiết bị sử dụng: Máy ép đùn trục vít ESYMASTER 100%) Miền quy hoạch thực nghiệm: Trên sở + Công nghệ ép: Sử dụng công nghệ ép đùn nghiên cứu việc xác định miền nghiên giai đoạn Đây công nghệ sử dụng cứu theo phương án bậc vào lý phổ biến nay, công nghệ không thuyết kết cơng trình nghiên thơng qua giai đoạn tạo hạt gỗ - nhựa, mà cứu, miền thực nghiệm sau: Bảng 2.1 Miền thực nghiệm ảnh hưởng tỷ lệ nhựa HDPE/MAPE/bột gỗ tới tính chất WPC Mức biến đổi Khoảng Yếu tố tác động - -1 +1 + biến thiên Tỉ lệ bột gỗ (%) X1 26 30 40 50 54 10 Tỉ lệ MAPE (%) X2 0,2 1,0 3,0 5,0 5,8 2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ bột vỏ Các thơng số thí nghiệm bố trí sau: đến chất lượng WPC - Thay đổi tỉ lệ trộn vỏ cây: 0%, 10%, 20%, Nhằm xác định ảnh hưởng việc trộn bột vỏ đến chất lượng WPC, đồng thời xác định tỉ lệ trộn vỏ hợp lý cho 30%, 40%, 100%; - Tỉ lệ trộn bột gỗ thay đổi theo: 100%, 90%, 80%, 70%, 60%, 0%; sản xuất, tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng - Cố định tỉ lệ hỗn hợp sản phẩm: (Bột đơn yếu tố tỉ lệ trộn bột vỏ đến tiêu gỗ + bột vỏ cây) : HDPE : MAPE = 50 : 47 : chất lượng sản phẩm gồm: Độ hút nước, III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN độ bền kéo, độ bền uốn, mơ đun đàn hồi uốn, độ mài mịn 3.1 Kết nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ bột gỗ nói chung đến chất lượng WPC 102 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2015 Công nghiệp rừng 3.1.1 Ảnh hưởng đến độ hút nước tốt Trong nghiên cứu xác định độ Độ hút nước WPC có ảnh hưởng đến độ hút nước sau ngày ngâm nước tinh bền độ ổn định sản phẩm từ khiết nhiệt độ môi trường WPC tỉ lệ trình sử dụng Do đó, tiêu quan thành phần hỗn hợp nguyên liệu thay đổi, kết trọng cần nghiên cứu, sản xuất trình bày hình 01 02 mong muốn vật liệu có độ hút nước nhỏ Hình 01 Sự thay đổi độ hút nước tỉ lệ dùng bột gỗ thay đổi Hình 02 Sự thay đổi độ hút nước tỉ lệ dùng MAPE thay đổi Từ đồ thị hình 01 02 cho thấy, tỉ lệ sau giảm mạnh khả hút bột gỗ tăng lên độ hút nước tăng lên, cịn nước bột gỗ dẫn đến Vì lượng MAPE tỉ lệ MAPE tăng lên độ hút nước có xu chưa đủ lớn (chưa đạt giá trị phù hợp) chưa hướng tăng lên sau giảm xuống Nguyên tạo tác dụng giảm thiểu nhóm chức ưa nhân dẫn đến tượng giải thích nước gỗ (cũng nhóm sau: Bản thân nhựa HDPE không hút nước, tạo liên kết với MAPE), lượng MAPE nhiên phối trộn lượng định đủ lớn làm giảm lượng nhóm chức ưa nước bột gỗ, bột gỗ nén ép nhiệt độ kết độ hút nước WPC giảm xuống cao có thay đổi khả hút nước 3.1.2 Ảnh hưởng đến độ bền kéo trở thành vật liệu kỵ Độ bền chịu kéo vật liệu WPC tiêu nước hồn tồn, WPC ln có khả chí đánh giá chất lượng sản phẩm dùng hút nước Đây nguyên nhân dẫn trường hợp chi tiêu chịu lực kéo thường đến độ hút nước WPC tăng lên lượng xuyên, tiêu học cần thiết bột gỗ tăng lên Đối với vấn đề tăng lượng MAPE làm cho độ hút nước gỗ lúc đầu tăng nhẹ Kết xác định độ bền kéo WPC tỉ lệ thành phần khác trình bày hình 03 04 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2015 103 Cơng nghiệp rừng Hình 03 Sự thay đổi độ bền kéo tỉ lệ dùng bột gỗ thay đổi Hình 04 Sự thay đổi độ hút nước tỉ lệ dùng MAPE thay đổi Từ hình 3.3 3.4 cho thấy, tỉ lệ bột gỗ Độ bền uốn tĩnh vật liệu nói chung, vật tăng lên độ bền kéo WPC giảm xuống, liệu WPC nói riêng tiêu khơng thể thiếu ngược lại tỉ lệ MAPE tăng lên độ bền để đánh giá chất lượng làm sở để kéo WPC tăng lên Điều nói lên để tính tốn thiết kế chi tiết sản phẩm tạo vật liệu có độ bền kéo cao lượng Trong nghiên cứu này, độ bền uốn tĩnh bột gỗ cao lượng MAPE phải xác định với loại sản phẩm WPC tạo lựa chọn vừa đủ để đạt giá trị lớn với tỉ lệ trộn nguyên liệu khác Kết 3.1.3 Ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh hình 05 06 Hình 3.5 Sự thay đổi độ bền uốn tĩnh tỉ lệ dùng bột gỗ thay đổi Hình 3.6 Sự thay đổi độ bền uốn tĩnh tỉ lệ dùng MAPE thay đổi Từ kết hình 05 06 cho thấy, nhiên, lượng MAPE tăng đến khoảng - 5% tương tự độ bền kéo, tỉ lệ bột độ bền uốn có xu hướng khơng đổi, gỗ tăng lên độ bền uốn WPC có chí có xu hướng giảm xuống Từ quy luật biến đổi tương tự, tức lượng bột thấy, sản xuất WPC cần xem xét lựa gỗ vật liệu tăng lên độ bền uốn giảm chọn phù hợp tỉ lệ trộn bột gỗ tỉ lệ MAPE để xuống tỉ lệ chất trợ tương hợp MAPE thu sản phẩm có độ bền uốn tĩnh cao tăng lên độ bền uốn tăng theo Tuy 104 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2015 Công nghiệp rừng 3.1.4 Ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi uốn tĩnh đàn hồi WPC sản xuất với tỉ lệ nguyên Trong tiêu đánh giá độ bền học, liệu nguồn khác Kết cho thấy, độ lớn mô đun đàn hồi vật liệu tiêu dùng để mô đun đàn hồi biến động rõ rệt tỉ lệ đánh giá độ dẻo dai vật liệu trình trộn nguyên liệu thay đổi, mô đun đàn hồi thay sử dụng với tải trọng từ bên Trong đổi phạm vi 1,06 GPa đến 1,70 GPa (như nghiên cứu này, tiến hành xác định mơ đun hình vẽ 07 08) Hình 07 Sự thay đổi mơ đun đàn hồi uốn tĩnh tỉ lệ dùng bột gỗ thay đổi Hình 08 Sự thay đổi mơ đun đàn hồi uốn tĩnh Từ hình 07 08 thấy, ảnh hưởng hưởng tỉ lệ trộn bột gỗ MAPE để lựa chọn tỉ tỉ lệ trộn bột gỗ tỉ lệ trộn MAPE có quy lệ trộn vật liệu (nhựa HDPE) vật liệu luật biến đổi không giống với độ bền kéo độ cốt (bột gỗ bột vỏ cây) Từ kết xác định bền uốn tĩnh sản phẩm Khi tỉ lệ trộn bột tiêu chất lượng gồm khối lượng thể tích, gỗ tăng lên mơ đun đàn hồi sản phẩm có độ hút nước, độ bền kéo, độ bền uốn tĩnh, mô xu hướng tăng nhẹ, nhiên đạt đun đàn hồi uốn tĩnh, nghiên cứu phần lượng định mơ đun đàn hồi gần lựa chọn tỉ lệ trộn vật liệu không thay đổi Khi tỉ lệ MAPE tăng lên vật liệu cốt 50:50 (phần khối lượng) Từ mơ đun đàn hồi tăng theo Ngun nhân xây dựng thí nghiệm thay phần bột tăng lượng dùng MAPE tăng liên gỗ bột vỏ keo tai tượng để đánh giá kết nhựa HDPE bột gỗ làm cho liên kết tìm tỉ lệ thay phù hợp, cho không thành phần vật liệu chặt chẽ hơn, dẫn ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm đến mô đun đàn hồi tăng lên lợi dụng nhiều bột vỏ 3.2 Kết nghiên cứu ảnh hưởng 3.2.1 Ảnh hưởng tỷ lệ bột vỏ đến đến độ hút nước WPC tỷ lệ bột gỗ - vỏ đến chất lượng WPC Trong phần chủ yêu phân tích, đánh giá ảnh hưởng tỉ lệ bột vỏ thay bột gỗ sản xuất WPC nhằm tận dụng nguồn tài nguyên từ phế thải sản xuất chế biến gỗ Tác giả kết nghiên cứu ảnh tỉ lệ dùng MAPE thay đổi Độ hút nước sản phẩm gỗ nói chung thường phụ thuộc lớn vào loại gỗ, cấu trúc hóa học vật liệu gỗ Đối với WPC sản xuất hoàn toàn từ bột gỗ độ hút nước chủ yếu bột gỗ định, nhiên, trường TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2015 105 Công nghiệp rừng hợp trộn thêm lượng bột vỏ lúc tạo nhiều khác biệt cấu trúc WPC, từ làm ảnh hưởng đến độ hút nước WPC Độ hút nước WPC tăng (hình 09) độ xốp sau ép bột vỏ gây số thành phần hóa học bột vỏ làm giảm khả liên kết bột gỗ với nhựa gây xác định rõ tỉ lệ trộn bột vỏ thay phù hợp (không nên nhiều) đạt mục đích lợi dụng triệt để tài nguyên mục đích đạt sản phẩm có chất lượng theo yêu cầu 3.2.3 Ảnh hưởng tỷ lệ bột vỏ đến độ bền uốn tĩnh mô đun đàn hồi uốn tĩnh WPC Kết xác định độ bền uốn tĩnh mô đun đàn hồi uốn tĩnh vật liệu WPC trộn bột vỏ thể biểu đồ hình 11 12 Hình 09 Sự thay đổi độ hút nước tỉ lệ bột vỏ thay đổi 3.2.2 Ảnh hưởng tỷ lệ bột vỏ đến độ bền kéo WPC Hình 11 Độ bền uốn tĩnh WPC tỉ lệ bột vỏ thay tăng lên thay đổi Kết xác định độ bền kéo WPC sản xuất từ bột gỗ, bột vỏ Keo tai tượng HDPE thể hình 10 Hình 12 Mô đun đàn hồi uốn tĩnh WPC tỉ lệ bột vỏ thay tăng lên Từ hình 11, 12 ta thấy, quy luật thay đổi Hình 10 Sự thay đổi độ bền kéo tỉ lệ bột vỏ thay đổi Từ hình vẽ 10 nhận thấy, tỉ lệ bột độ bền uốn tĩnh mô đun đàn hồi uốn tĩnh tương tự độ bền kéo WPC trộn bột vỏ Khi tỉ lệ bột vỏ tăng lên mơ đun vỏ tăng lên, độ bền kéo có xu hướng giảm đàn hồi uốn tĩnh độ bền uốn tĩnh giảm theo xuống, giảm tới 30% (từ 18,7 MPa đến 13,2 IV KẾT LUẬN MPa lượng dùng bột gỗ 100% giảm xuống 0%) Quy luật thay đổi ra, cần 106 Từ kết nghiên cứu, rút số kết luận sau: TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2015 Công nghiệp rừng - Tỉ lệ trộn bột gỗ có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng WPC, cụ thể tăng tỉ lệ trộn bột gỗ từ 26% đến 54%, khối lượng thể tích gỗ tăng từ 0,998 g/cm3 đến 1,08 g/cm3, độ hút nước sau ngày ngâm tăng từ 0,81% lên 1,41%, độ bền kéo giảm từ 23,5 MPa xuống 18,2 MPa, độ bền uốn tĩnh giảm từ 24,5 MPa xuống 20,4 MPa, mô đun đàn hồi uốn tĩnh tăng từ 1,15 GPa lên 1,45 GPa sau lại giảm xuống - Tỉ lệ MAPE tăng lên ảnh hưởng đến chất lượng WPC, cụ thể tăng tỉ lệ dùng MAPE từ 0,2% lên 5,8%, khối lượng thể tích gỗ gần không đổi, giảm nhẹ từ 1,07 g/cm3 đến 1,006 g/cm3, độ hút nước sau ngày ngâm giảm không đáng kể từ 1,08% xuống 0,98%, độ bền kéo tăng từ 18,3 MPa lên 21,5 MPa, độ bền uốn tĩnh tăng từ 19,9 MPa lên 22,3 MPa, mô đun đàn hồi uốn tĩnh tăng từ 1,06 GPa lên 1,56 GPa - Tỉ lệ thay bột gỗ bột vỏ Keo tai tượng có ảnh hưởng định đến chất lượng WPC Cụ thể tỉ lệ thay từ 0% đến 100% khối lượng thể tích WPC giảm nhẹ từ 1,085 g/cm3 đến 1,035 g/cm3, độ hút nước sau ngày ngâm tăng từ 1,04% lên 1,86%, độ bền kéo giảm từ 18,7 MPa xuống 13,2 MPa, độ bền uốn tĩnh giảm từ 23,9 MPa xuống 17,4 MPa, mô đun đàn hồi uốn tĩnh giảm từ 1,35 GPa xuống 0,955 GPa sau lại giảm xuống TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Anh (2010) Nghiên cứu chế tạo vật liệu chất dẻo gỗ sở nhựa polyetylen tái sinh bột gỗ phương pháp đùn Khóa luân tốt nghiệp, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phan Thế Anh (2009) Bài giảng môn kỹ thuật sản xuất chất dẻo Trường Ðại học Bách Khoa Hà Nội Bùi Chương, Phan Thị Minh Ngọc (2010) Cơ sở hóa học polyme Nhà xuất Bách Khoa, Hà Nội Trần Vĩnh Diệu, Bùi Chương (2010) Nghiên cứu ứng dụng sợi thực vật- nguồn nguyên liệu có khả tái tạo để bảo vệ môi trường Nhà xuất Khoa học Tự nhiên Công nghệ Trần Vĩnh Diệu (2005) Gia công Polyme Nxb trường Ðại học Bách Khoa, Hà Nội STUDY ON THE INFLUENCE OF SOME TECHNOLOGY FACTORS IN PRODUCTION COMPOSITE MATERIALS FROM BARK AND POLYETHYLENE Trieu Van Hai, Cao Quoc An, Pham Thi Anh Hong SUMMARY Milled acacia hybrid bark was combined with wood powder and a suitable amount of polyethylene to create WPC products at different shapes and sizes; quality of the WPC is determined by many technological factors, in which bark powder ratio is as one of the most important factors affecting the quality of WPC The study results showed that, when acacia hybrid bark powder increased from 0% to 100%, the water uptake after days of soaking increased from 1.04% to 1.86%; tensile strength decreased from 18.7 MPa to 13.2 MPa, MOR decreased from 23.9 MPa to 17.4 MPa, and MOE decreased from 1.35 GPa to 0.955 GPa; MAPE ratio had certain influence on quality of WPC, when MAPLE ratio increased from 0.2% to 5.8%, the water uptake after days of soaking reduced slightly (from 1.08% to 0.98%), tensile strength increased from 18.3 MPa to 21.5 MPa, MOR increased from 19.9 MPa to 22.3 Mpa, and MOE increased from 1.06 GPa to 1.56 GPa Key word: Bark powder, polyethylene, wood plastic composite, wood powder Người phản biện : PGS.TS Vũ Huy Đại Ngày nhận : 22/11/2015 Ngày phản biện : 25/11/2015 Ngày định đăng : 30/11/2015 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2015 107 ... Công nghệ ép: Sử dụng công nghệ ép đùn nghiên cứu việc xác định miền nghiên giai đoạn Đây công nghệ sử dụng cứu theo phương án bậc vào lý phổ biến nay, công nghệ khơng thuyết kết cơng trình nghiên. .. Kết nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ bột gỗ nói chung đến chất lượng WPC 102 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 4-2015 Cơng nghiệp rừng 3.1.1 Ảnh hưởng đến độ hút nước tốt Trong nghiên cứu. .. thành phần vật liệu chặt chẽ hơn, dẫn ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm đến mô đun đàn hồi tăng lên lợi dụng nhiều bột vỏ 3.2 Kết nghiên cứu ảnh hưởng 3.2.1 Ảnh hưởng tỷ lệ bột vỏ đến đến