Bước đầu nghiên cứu tìm ra giải pháp tạo ván dăm không sử dụng keo từ nguyên liệu rơm

ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm qua, rừng tự nhiên bị khai thác mức, nhiều vùng rừng có nguy cạn kiệt Rừng trồng khơi phục dần nhƣng chƣa đáp ứng đủ nhu cầu nguyên liệu, nhu cầu sử dụng gỗ xã hội ngày gia tăng số lƣợng chất lƣợng Ván nhân tạo có tất ƣu điểm đặc tính gỗ tự nhiên, nhƣng đặc điểm lớn khắc phục đƣợc tất nhƣợc điểm gỗ tự nhiên nhằm làm thỏa mãn nhu cầu ngày cao xã hội Do công nghệ sản xuất ván nhân tạo đƣợc đầu tƣ phát triển mạnh mẽ vài năm trở lại Hiện nay, việc nghiên cứu sản xuất loại hình sản phẩm từ nguồn nguyên liệu rẻ tiền phế thải nông, lâm nghiệp vấn đề đƣợc ý nƣớc ta mà số nƣớc khác giới Ván dăm loại ván nhân tạo mà sản phẩm đƣợc hình thành từ gỗ phẩm chất, phế liệu gỗ nhƣ loại phế liệu nơng nghiệp nhƣ: rơm rạ, bã mía, tre nứa, xơ dừa, bẹ dừa nƣớc , đƣợc tận dụng góp phần nâng cao tỷ lệ sử dụng gỗ lâm sản Ván dăm loại vật liệu composite gỗ đƣợc nghiên cứu sớm, năm 1887, với sản phẩm ván dăm đƣợc sản xuất từ mùn cƣa keo máu (albumin máu) Theo đề xuất ngành lâm nghiệp ván nhân tạo từ đến năm 2015, nên đầu tƣ sản xuất ván dăm 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% ván dăm Nhƣ việc tìm nguồn nguyên liệu để đáp ứng nhu cầu nguyên liệu ngành công nghiệp sản xuất ván dăm cần thiết Nhƣng vấn đề đặt nguồn nguyên liệu phi gỗ có khả dán dính so với gỗ Do bề mặt nguồn nguyên liệu nhƣ vỏ trấu, rơm rạ có tỷ lệ ơxit silic dạng SiO2 cao, nguyên nhân cản trở khả dán dính, khả liên kết dăm – dăm, dăm – gỗ Việt Nam có văn minh lúa nƣớc lâu đời, với 70% dân số sống nghề trồng lúa nƣớc Sản lƣợng lúa gạo nƣớc ta trung bình đạt 39,9 triệu gạo (năm 2010, theo NN PTNT) Trong đó, thóc thu đƣợc cho tƣơng ứng 1,35 rơm rạ cánh đồng Nhƣ lƣợng rơm rạ tạo hàng năm Việt Nam hàng chục triệu tấn, số đáng kể Tuy nhiên, rơm rạ chƣa thực đƣợc sử dụng có hiệu quả, rơm sau thu hoạch thƣờng đƣợc đốt trực tiếp ngồi đồng Theo nghiên cứu cho thấy khí gas thải từ việc đốt rơm rạ có chứa 70% khí CO2 7% khí CO nên có hại cho mơi trƣờng, góp phần vào việc gây hiệu ứng nhà kính Mặt khác, chất kết dính đƣợc sử dụng chủ yếu sản xuất ván dăm keo Ure formaldehyde UF, ván ln tồn lƣợng formandehyde tự Trong trình sản xuất nhƣ sử dụng, formandehyde tự ngồi mơi trƣờng gây kích thích da, mắt, đƣờng hơ hấp, liều cao có tác động tồn thân, gây ngủ cho ngƣời sử dụng Xuất phát từ lý trên, tiến hành thực đề tài: “Bước đầu nghiên cứu tìm giải pháp tạo ván dăm không sử dụng keo từ nguyên liệu rơm” Chƣơng TỔNG QUAN 1.1.Lịch sử nghiên cứu 1.1.1.Tình hình nghiên cứu ván dăm rơm có sử dụng keo a Trên giới Cùng với phát triển khoa học kĩ thuật nhiều loại vật liệu đƣợc nghiên cứu sản xuất thành cơng vật liệu hỗn hợp từ nguyên liệu hữu chất kết dính vơ dân chỗ đứng Trong thời gian gần đây, nguyên liệu hữu tiếp tục nghiên cứu sản xuất nhƣng theo hƣớng kết hợp với chất kết dính có nguồn góc hữu nhƣ: ván dăm, ván dán, ván sợi, Trên 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, nghiên cứu sử dụng rơm sản xuất nhƣng gặp khó khăn việc loại bỏ silic lớn thành phần rơm Ngay đầu thập niên kỷ 20, phế liệu nông nghiệp đƣợc nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng vào sản xuất ván nhân tạo Đầu năm 1948 dây chuyền sản xuất ván nhân tạo từ rơm rạ giới đƣợc xây dựng Bỉ, tiếp sau hàng loạt xƣởng sản xuất ván nhân tạo từ nguyên liệu phi gỗ đƣợc xây dựng nƣớc Châu Âu Châu Mỹ.[21] Từ năm 90, giới bắt đầu hình thành ngành cơng nghiệp sản xuất ván dăm từ rơm Tuy nhiên rơm, rạ có đặc điểm phía vỏ bên ngồi có lớp sáp (wax) kỵ nƣớc khiến khiến cho việc sử dụng loại keo gốc formaldehyde thông dụng sản xuất ván dăm trở nên khó khăn, sử dụng keo MDI (Methylen Diphenyl Isocyanate) loại keo đắt để sản xuất Ván dăm rơm, rạ thực phát triển từ năm 2000 trở lại với giải pháp xử lý rơm rạ trƣớc ép giải pháp hóa-cơ-nhiệt số nƣớc nhƣ Mỹ, Úc, Philippin với sản phẩm chủ yếu sử dụng xây dựng Tuy nhiên chủ yếu nguồn rơm, rạ lúa mì, lúa mạch cịn nguyên liệu rơm rạ từ lúa nƣớc hạn chế sản lƣợng giải pháp bảo quản rơm sau thu hoạch khó khăn Hình 1.1 Ván dăm rơm Trong năm gần đây, số lƣợng lớn rơm sau thu hoạch đƣợc sử dụng vào sản xuất vật liệu Composite (ván dăm, ván sợi) cách có hiệu Trung Quốc Tuy nhiên nghiên cứu tài nguyên rơm có hàm lƣợng cao Silic sáp bề mặt làm cho chúng khó có khả liên kết đƣợc với keo U-F, trở ngại lớn cho sản xuất ván dăm Một số kết nghiên cứu điển hình giới sử dụng rơm rạ để sản xất ván nhân tạo: Năm 2000, Frank Beall giáo sƣ khoa học gỗ California báo “Fundamental Properties of rice straw in comparison with softwood” nghiên cứu so sánh thuộc tính rơm lúa với gỗ kim cho thấy rơm lúa loại nguyên liệu đạt tiêu chuẩn cho sản xuất ván dăm thông thƣờng, MDF, OSB ván dăm có khối lƣợng thể tích thấp, hƣớng nghiên cứu để tìm nguồn nguyên liệu thay gỗ sản xuất ván nhân tạo Năm 2000, Zhang-Yu-Kun nhà khoa học Nhật Bản nghiên cứu thấy lớp bề mặt rơm có lớp sáp, lớp làm giảm khả dán dính rơm sử dụng làm ván dăm ông sử dụng keo pMDI (polymeric isocyanate) làm chất kết dính, nhiên giá thị trƣờng loại keo đắt nên khả áp dụng chúng hạn chế “Nghiên cứu ảnh hưởng loại keo tới tính chất ván dăm từ rơm lúa mì có KLTT trung bình” Xiaoqun Mo cộng Đại học bang Kansas, Mỹ thực năm 2003 Nghiên cứu sử dụng loại keo MDI, U-F, keo từ protein tách từ đậu nành SPI bột đậu nành SF rơm qua xử lý hoá chất tẩy hỗn hợp kiềm hợp chất oxi hóa Kết cho thấy, ván rơm từ rơm xử lý có chất lƣợng cao ván không xử lý Keo MDI cho chất lƣợng cao nhất, với lƣợng keo dùng khoảng 4% Ván từ keo SPI SF có chất lƣợng tƣơng tự ván từ keo U-F Riêng keo U-F, MOR ván từ rơm không xử lý 6,36 MPa rơm xử lý 9,34 MPa Còn IB tƣơng ứng 0,11 MPa rơm không xử lý 0,19 MPa ván rơm xử lý hoá chất.[14] Năm 2003, Zhang cộng nghiên cứu nâng cao tính chất học ván rơm lúa mỳ xử lý enzyme Trong nghiên cứu có sử dụng ba loại enzyme Lypises from Candida rugosa, Celluloses from Trichoderma Celluloses from Aspergillus niger Kết cho thấy loại enzyme Celluloses from Aspergillus niger cho tính chất vật lý sản phẩm tốt nhất, MOR đạt 16,3 MPa, IB đạt 0,42 MPa trƣơng nở chiều dày 8,6% ván rơm khơng đƣợc xử lý MOR đạt 13,2 MP, IB 0,28 MPa, trƣơng nở chiều dày 11,6% Phƣơng pháp có nhiều triển vọng thân thiện với môi trƣờng nhiên việc lựa chọn enzyme cho phù hợp với ngun liệu, khó tìm đƣợc loại enzyme phân giải lingin mà không phân giải cellulose hemicellulose, đồng thời phƣơng pháp làm giá trị pH nguyên liệu tăng ảnh hƣởng đến khả đóng rắn keo UF.[19] Nhƣ thấy giới việc nghiên cứu ván dăm từ rơm khơng cịn đề tài mẻ đƣợc đƣa vào sản xuất phục vụ sống ngƣời dân b Tình hình nghiên cứu nước Hiện nƣớc có 2000 doanh nghiệp chế biến, kinh doanh gỗ Theo số liệu thống kê từ Tổng cục Hải quan Việt Nam, kim ngạch xuất gỗ sản phẩm gỗ tháng đầu năm 2012 đạt 606,1 triệu USD, tăng 22,32% so với kỳ năm 2011 Tính riêng tháng 2, xuất mặt hàng đạt kim ngạch 317,5 triệu USD, tăng 10,02% so với tháng liền kề trƣớc Trong ván gỗ nhân tạo vai trò chủ lực Sản phẩm đồ mộc: bàn, ghế, giƣờng, tủ, tủ bếp, vách ngăn, sàn nhà, ốp tƣờng, ốp trần làm từ ván gỗ nhân tạo thích hợp cho nội thất gia đình, cơng sở, trƣờng học, khách sạn, nhà hàng, nhà văn hố, cung thể thao (baomoi.com) Cơng nghiệp sản xuất ván dăm Việt Nam đời muộn nhiều so với nƣớc giới Hầu hết công nghệ sản xuất ván dăm Việt Nam nhập từ nƣớc Năm 1967, nhà máy ván dăm Việt Trì nhà máy ván dăm nƣớc ta, với thiết bị Nam Tƣ, sản xuất ván dăm lớp từ gỗ bồ đề với phƣơng pháp ép phẳng, công suất thiết kế 6.000 m3 sản phẩm/năm Năm 1970, nhà máy ván dăm Đồng Nai đƣợc xây dựng với công suất thiết kế 2.000 m3 sản phẩm/năm, thiết bị Đức sản xuất ván Okal theo phƣơng pháp ép đùn từ nguồn nguyên liệu lấy từ dây chuyền công nghệ sản xuất ván dán Năm 2002, nhà máy ván dăm Thái Nguyên đƣợc xây dựng với cơng suất 16.500m3 sản phẩm/năm Nhìn chung lực nhà máy hạn chế Do nhiều nguyên nhân nên sản phẩm sản xuất chƣa đáp ứng đƣợc chất lƣợng giá thành Vì nƣớc, sản phẩm ván dăm ta chƣa có sức cạnh tranh so với sản phẩm nhập từ Malaysia, Indonesia, Trong việc nghiên cứu đa dạng hoá nguyên liệu sản xuất ván dăm, nhà khoa học tiếp thu ứng dụng thành khoa học giới vào điều kiện Việt Nam Các nghiên cứu tập trung vào nguồn nguyên liệu phi gỗ nhƣ Tre, sơ dừa, bã mía, thân cọ, thân đay, vỏ trấu, rơm rạ Một đề án biến rơm rạ thành nhà đƣợc ngân hàng Thế giới tài trợ ông Nguyễn Minh Quyền, Phó giám đốc công ty Bến Thành tourist Sản xuất vật liệu xây nhà từ rơm rạ 22 dự án đƣợc Ngân hàng Thế giới chọn tài trợ 200.000 USD/dự án Hội chợ Phát triển toàn cầu Ngân hàng Thế giới tổ chức cuối tháng 9/2009 vừa qua, triển khai thí điểm vùng đồng sơng Cửu Long Theo đánh giá quan chức năng, sản phẩm làm từ rơm rạ có đầy đủ tiêu chuẩn an toàn liên quan nhƣ khả chịu lực, chống cháy, xử lý nhiệt Nếu diễn suôn sẻ, đề án khơng giúp ngƣời nơng dân có hội mua nhà giá rẻ mà cịn góp phần hạn chế việc đốt rơm, thải khí độc vào mơi trƣờng Tại trƣờng Đại Học Lâm nghiệp có số đề tài nghiên cứu tạo ván dăm từ rơm: Lê Thị Hƣng (2010), Nghiên cứu số yếu tố công nghệ xử lý rơm để tăng khả dán dính hóa chất Luận văn thạc sĩ, Đại Học Lâm Nghệp, Hà Nội Tác giả xử lý nguyên liệu rơm hoá chất NaOH H2O2 khảo sát chế độ với bốn cấp nồng độ khác nhau: Cấp 1: 0,7% NaOH; Cấp 2: 0,7% NaOH + 0,07% H2O2; Cấp 3: 1,5% NaOH; Cấp 4: 1,5% NaOH + 0,15% H2O2 Tác giả lựa chọn đƣợc giải pháp tối ƣu chế độ xử lý với cấp nồng độ 0,7% NaOH + 0,07% H2O2 Đề tài rõ với chế độ xử lý nhƣ tính chất học, vật lý ván đƣợc cải thiện, cƣờng độ dán dính cao đánh giá thông qua tiêu nhƣ MOR, MOE, IB, t Cụ thể: MOR đạt 14,08 MPa tăng 51,19% so với ván đối chứng (8,92 MPa), MOE đạt 2285,94 MPa tăng 8,21% so với ván đối chứng (1864,72 MPa), IB đạt 0,25 MPa tăng 150% so với ván đối chứng, trƣơng nở chiều dày 15,55% giảm 26,89% so với ván đối chứng Kết nghiên cứu cho thấy nguồn phế liệu nông nghiệp rơm, rạ sử dụng làm nguyên liệu thay phần gỗ sản xuất ván dăm.[8] Năm 2010, Chu Công Nghị, “ Nghiên cứu giải pháp nâng cao khả dán dính rơm sản xuất ván dăm”, Luận văn tốt nghiệp - Đại học Lâm nghiệp Tác giả nghiên cứu giải pháp xử lý rơm để tăng khả dán dính nguyên liệu phƣơng pháp học, rơm đƣợc nghiền cấp kích thƣớc khác nhau: 5-10 cm, 10-20 cm rơm nguyên Nghiền trình trà sát, xé nát rơm để loại bỏ phần silic, tạp chất làm lộ phần celluose tạo liên kết dăm – keo dăm – dăm Kết nghiên cứu cho thấy kích thƣớc ngun liệu đầu vào có ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng ván, rơm có kích thƣớc đầu vào nhỏ chất lƣợng ván tốt Ở cấp 5- 10 cm, nguyên liệu đầu vào tốt cho tính chất lý sản phẩm, ván 100% rơm có chiều dày 12mm, KLTT 0,7g/cm3 , cƣờng độ uốn tĩnh tăng 19,66%, modul đàn hồi tăng 11,79% so với ván rơm để nguyên Kết nghiên cứu cho thấy kích thƣớc nguyên liệu trƣớc nghiền tốt – 10 cm.[11] Năm 2011, Nguyễn Thị Hiên, “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ xử lý hoá mềm đến chất lượng ván dăm rơm” Luận văn thạc sĩ kĩ thuật, Đại học Lâm nghiệp Tác giả tiến hành xử lý hóa mềm rơm nƣớc nóng (hấp dăm), tiến hành làm thí nghiệm thăm dị khoảng thời gian 15, 30, 45, 60,75 phút, nhiệt độ 100oC Sử dụng chất kết dính keo UreaFormandehyde U-F) keo Este isocyanate (MDI), tỉ lệ U-F/MDI 5/1, lƣợng keo dùng 12% Kết nghiên cứu cho thấy chế độ xử lý hóa dẻo rơm phù hợp để sản xuất ván dăm rơm là: thời gian 30 phút, nhiệt độ 100oC.[12] Nhƣ vậy, thấy rơm đƣợc để ý nghiên cứu phát triển nhiều lĩnh vực Việt Nam, tất đề tài mức độ nghiên cứu, cần có nhiều cơng trình nghiên cứu ván dăm tạo từ nguyên liệu rơm nhiều để khẳng định đƣợc tính chất ván đáp ứng đủ tiêu chuẩn kĩ thuật ván dăm thông dụng Việc nghiên cứu sử dụng rơm làm nguyên liệu sản xuất ván nhân tạo việc làm mang lại lợi nhuận cao có ý nghĩa, giảm thiểu nguồn ô nhiễm môi trƣờng việc đốt rơm sau thu hoạch gây ra, tạo việc làm tăng thu nhập cho ngƣời dân 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ván dăm rơm không sử dụng keo Trên giới, việc nghiên cứu tạo ván dăm từ nguyên liệu rơm rạ, lúa mỳ đƣợc nghiên cứu nhiều Hầu hết nghiên cứu chung mục đích cải thiện khả dán dính rơm rạ, lúa mỳ nâng cao chất lƣợng ván dăm, nhiều phƣơng pháp khác Phƣơng pháp xử lý nguyên liệu hóa chất để cải thiện cƣờng độ ván đƣợc nghiên cứu tƣơng đối nhiều Năm 2001, Xiaoqu Mo sử dụng dung dịch NaOH (1M) NaOH (1M) + H2O2 (0,2%) với tỷ lệ 1:10 để xử lý rơm lúa mỳ cho sản xuất ván dăm Rơm đƣợc ngâm dung dịch hóa chất nhiệt độ 500C sau đƣợc làm sấy khơ, với chiều dày sản phẩm 5mm, khối lƣợng thể tích 0,3g/cm3 sử dụng keo SPI SPI biến tính NaOH Kêt cho thấy dạng hóa chất khác nhau, chất lƣợng ván thay đổi khác Cụ thể, với ván đối chứng cƣờng độ chịu kéo đứt 0,256 MPa chịu nén 0,235 MPa Với ván xử lý hỗn hợp NaOH + H2O2 cƣờng độ chịu kéo đứt tăng 2,648 MPa chịu nén 0,446 MPa Nhƣ xử lý rơm với hỗn hợp NaOH + H2O2 cho kết chất lƣợng ván tốt “Nghiên cứu tính chất chịu kéo chịu nén ván dăm có KLTT thấp từ rơm sử dụng keo gốc protein” Xiaoqun Mo cộng trƣờng đại học bang Kansas, Mỹ thực năm 2001 Rơm đƣợc xử lý hoá chất H2O2 và/hoặc NaOH Kết cho thấy, dạng hoá chất khác nhau, chất lƣợng ván thay đổi khác Cụ thể, với ván đối chứng, cƣờng độ chịu kéo đứt 256 kPa chịu nén 235 kPa Tuy nhiên, xử lý hỗn hợp NaOH H2O2 cƣờng độ chịu kéo đứt tăng lên tới 2648 kPa chịu nén 446 kPa.[16] Các kết nghiên cứu cho thấy xử lý nguyên liệu hóa chất, cƣờng độ ván đƣợc cải thiện đáng kể Tuy nhiên, trình ép sử dụng chất kết dính keo dán tổng hợp Ngày nay, nghiên cứu tạo ván nhân tạo đảm bảo yêu cầu chất lƣợng mà không sử dụng keo dán thách thức lớn Một số nghiên cứu tạo ván nhân tạo khơng sử dụng keo: Năm 2008, Sưren Halvarsson cộng nghiên cứu tạo ván sợi khối lƣợng thể tích 0,8 g/cm3 từ nguyên liệu rơm lúa mỳ mà không sử dụng keo Tác giả xử lý nguyên liệu chất hỗn hợp Fenton (ion sắt 2+ hydro peoxit ), với mức xử lý hydropeoxit 2,5% 4% Kết nghiên cứu cho thấy khơng sử dụng keo dán tạo đƣợc sản phẩm ván sợi, đồng thời sử dụng H2O2 nồng độ cao tính chất lý ván có xu hƣớng tăng lên [14] Mặc dù tính chất lý ván thấp nhƣng nghiên cứu tạo hƣớng mới, tạo tiền đề cho nghiên cứu sau để nghiên cứu tạo sản phẩm ván thân thiện với mơi trƣờng Ở Việt Nam, chƣa có nghiên cứu liên quan đến việc nghiên cứu tạo ván nhân tạo khơng sử dụng keo 1.2 Tính cấp thiết đề tài Ngày với phát triển xã hội nhu cầu sử dụng gỗ ngày tăng số lƣợng chất lƣợng, rừng tự nhiên ngày 10 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1 Khối lƣợng thể tích Kết xác định khối lƣợng thể tích ván dăm từ rơm đƣợc trình bày phụ biểu số Dựa vào số liệu phụ biểu số sử dụng phƣơng pháp thống kê tốn học ta có bảng số liệu sau: Bảng 4.1 Số liệu khối lượng thể tích ván Chế độ xử lý Xtb S S% P% C(95%) m 0,81 0,034 4,23 1,73 0,027 0,014 0,79 0,028 3,58 1,46 0,022 0,011 0,82 0,030 3,70 1,51 0,024 0,012 Dựa vào bảng số liệu 4.1 ta có biểu đồ sau: Căn vào kết thực nghiệm cho thấy khối lƣợng thể tích sản phẩm biến động khoảng (0,79–0,82) g/cm3 Nhƣ so với mục tiêu ban đầu khối lƣợng thể tích (KLTT) sản phẩm tƣơng đối đồng 44 chế độ xử lý Sai lệch KLTT không đáng kể, điều chứng tỏ phƣơng pháp tiến hành cách thức đo, đong, đếm thực nghiệm xác, kết đáng tin cậy 4.2 Trƣơng nở chiều dày Kết xác định trƣơng nở chiều dày ván dăm từ rơm đƣợc trình bày phụ biểu số Dựa vào số liệu phụ biểu số sử dụng phƣơng pháp thống kê tốn học ta có bảng số liệu sau: Bảng 4.2 Trương nở chiều dày ván Chế độ xử lý Xtb S S% P% C(95%) m 29,46 3,34 11,36 4,64 2,67 1,36 28,54 1,75 6,15 2,51 1,40 0,71 27,16 2,93 10,82 4,41 2,35 1.20 Dựa vào bảng số liệu 4.2 ta có biểu đồ sau: 35 Trương nở (%) 30 25 20 15 10 Chế độ xử lý Dựa vào kết xử lý thông kê biểu đồ trƣơng nở chiều dày cho thấy, chế độ xử lý hóa chất thay đổi, độ trƣơng nở chiều dày ván thay đổi theo, 45 nhƣng mức độ không rõ rệt Khi nồng độ H2O2 sử dụng tăng, độ trƣơng nở chiều dày ván có xu hƣớng giảm Cụ thể nhƣ sau: Chế độ xử lý 1: 4% H2O2, độ trƣơng nở 29,46% Chế độ xử lý 2: 5,5% H2O2, độ trƣơng nở 28,54%, giảm 3,22% so với chế độ xử lý Chế độ xử lý 1: 7% H2O2, độ trƣơng nở 27,16%, giảm 8,47% so với chế độ xử lý 4.3 Kiểm tra độ hút nƣớc Kết xác định độ hút nƣớc ván dăm từ rơm đƣợc trình bày phụ biểu số Dựa vào số liệu phụ biểu số sử dụng phƣơng pháp thống kê tốn học ta có bảng số liệu sau: Bảng 4.3 Độ hút nước ván Chế độ xử lý Xtb S S% P% C(95%) m 32,38 2,44 7,55 3,08 1,95 0,99 32,03 1,31 4,11 1,67 1,05 0,53 31,37 1,85 5,92 2,41 1,48 0,75 Dựa vào bảng số liệu 4.3 ta có biểu đồ sau: 40 Độ hút nước (%) 35 30 25 20 15 10 Chế độ xử lý 46 Kết cho thấy, độ hút nƣớc ván giảm nồng độ hóa chất (H2O2) tăng, nhƣng mức độ không rõ rệt Chế độ xử lý 2: 5,5% H2O2 độ hút nƣớc giảm so với chế độ xử lý 1: 4% H2O2 nhƣng mức độ giảm không đáng kể Ở chế độ xử lý 3: 7% H2O2 độ hút nƣớc đạt 31,37%, thấp so với chế độ xử lý lại Cụ thể nhƣ sau: Chế độ xử lý 1: 4% H2O2, độ hút nƣớc 32,38% Chế độ xử lý 2: 5,5% H2O2, độ hút nƣớc 32,03%, giảm 1,09% so với chế độ xử lý Chế độ xử lý 3: 7% H2O2, độ hút nƣớc 31,37%, giảm 3,23% so với chế độ xử lý Nhƣ vậy, tỷ lệ trƣơng nở chiều dày độ hút nƣớc ván dăm giảm tăng nồng độ hóa chất (H2O2) Điều lý giải nhƣ sau: xử lý dăm rơm với hóa chất, nồng độ H2O2 cao lignocelluloses dễ bị phân hủy, dẫn tới làm lộ rõ gốc hydroxyl (-OH), làm tăng mối liên kết hóa học dăm, mật độ liên kết tăng lấp đầy khơng cịn khoảng trống ván, độ trƣơng nở nhƣ độ hút nƣớc giảm 4.4 Kiểm tra cƣờng độ uốn tĩnh Kết xác định cƣờng độ uốn tĩnh ván dăm từ rơm đƣợc trình bày phụ biểu số Dựa vào số liệu phụ biểu số sử dụng phƣơng pháp thống kê tốn học ta có bảng số liệu sau: Bảng 4.4 Cường độ uốn tĩnh ván Chế độ xử lý Xtb S S% P% C(95%) m 2,87 3,19 3,21 0,19 0,23 0,32 6,75 3,21 10,27 2,75 3,21 10,27 0,18 0,15 0,26 0,094 0,079 0,13 Dựa vào bảng số liệu 4.4 ta có biểu đồ sau: 47 3.5 MOR (MPa) 2.5 1.5 0.5 Chế độ xử lý Dựa vào bảng số liệu biểu đồ cho thấy, cƣờng độ uốn tĩnh ván thay đổi nồng độ H2O2 thay đổi, lƣợng H2O2 tăng giá trị MOR tăng Ở chế độ xử lý 3: 7% H2O2 giá trị MOR cao đạt 3,11 MPa Kết cụ thể nhƣ sau: Chế độ xử lý 1: 4% H2O2, MOR đạt 2,87MPa Chế độ xử lý 2: 5,5% H2O2, MOR đạt 3,19 MPatăng 12,55% so so với chế độ xử lý Chế độ xử lý 3: 7% H2O2, MOR đạt 3,21MPa tăng 14,76% với chế độ xử lý Độ bền uốn tĩnh ván dăm tiêu quan trọng để đánh giá chất lƣợng ván dăm, trình sử dụng vật liệu chịu uốn Bản chất cƣờng độ uốn tĩnh đánh giá khả liên kết lớp dăm lớp mặt Dƣới tác dụng hóa chất bề mặt ngồi rơm bị oxy hóa, lignocelluloses dễ bị phân hủy làm lộ rõ gốc hydroxyl, làm tăng liên kết hoá học dăm dăm Mặt khác dƣới tác dụng nhiệt độ mặt bàn ép làm cho dăm dẻo hoá, làm tăng khả tiếp xúc dăm-dăm tạo cầu nối cho mối liên kết hố học nhóm gốc hydroxyl cao tăng mối liên kết dăm-dăm, làm cho MOR ván tăng tăng lƣợng H2O2 48 4.5 Kiểm tra mô đun đàn hồi Kết xác định mô đun đàn hồi ván dăm từ rơm trình bày phụ biểu số Dựa vào số liệu phụ biểu số sử dụng phƣơng pháp thống kê toán học ta có bảng số liệu sau: Bảng 4.5 Mơ đun đàn hồi ván Chế độ xử lý Xtb S S% P% C(95%) m 1233,92 1413,96 1508,67 94,20 112,62 143,19 94,21 7,96 9,49 3,11 3,25 3,87 75,38 90,11 114,57 38,46 45,97 58,45 Dựa vào bảng số liệu 4.5 ta có biểu đồ sau: 1800 1600 MOE (MPa) 1400 1200 1000 800 600 400 200 Chế độ xử lý Kết nghiên cứu cho thấy, modul đàn hồi ván tăng tăng lƣợng hóa chất H2O2 Kết cụ thể nhƣ sau: Chế độ xử lý 1: 4% H2O2, MOE đạt 1233,92 MPa Chế độ xử lý 2: 5,5% H2O2, MOE đạt 1413,96 MPa tăng 14,59% so so với chế độ xử lý Chế độ xử lý 3: 7% H2O2, MOE đạt 1508,67 MPa tăng 22,26% với chế độ xử lý 49 Modul đàn hồi uốn tĩnh đại lƣợng đặc trƣng cho khả chống lại biến dạng vật liệu Dăm rơm sau xử lý hóa chất, bề mặt dăm bị oxy hóa, làm phân hủy thành phần cao phân tử thành phân tử thấp gốc hydroxyl xuất đáng kể, liên kết hố học dăm đƣợc hình thành, qua trình ép lực ép làm tăng khả tiếp xúc dăm-dăm, từ làm mật độ phân tử ván dăm tăng, khoảng trống khơng cịn Nồng độ hóa chất H2O2 cao chứng tỏ gốc hydroxyl xuất nhiều, dẫn đến MOE ván tăng 4.6 Kiểm tra độ bền kéo vng góc Cƣờng độ kéo vng góc (IB) tiêu quan trọng đánh giá chất lƣợng sản phẩm, đánh giá khả liên kết keo-dăm dăm-dăm lớp lõi với Đối với ván dăm khơng sử dụng keo IB đánh giá khả liên kết hóa học dăm-dăm lớp lõi Kết thử mẫu cho thấy cƣờng độ kéo vng góc ván thấp, lực kéo nhỏ không làm cho thang chia xê dịch thang chia máy để thang A Qua thực nghiệm ta thấy cƣờng độ kéo vng góc thấp, chƣa đạt tiêu chuẩn Nguyên nhân cƣờng độ dán dính dăm rơm thấp lại khơng sử dụng chất kết dính Qua kết nghiên cứu tổng hợp lại số tính chất ván dăm rơm khơng sử dụng keo dán nhƣ sau: Bảng 4.6 Tính chất lý ván dăm rơm không sử dụng keo dán Chế độ xử lý ∆m(%) ∆t(%) MOR(MPa) MOE(MPa) 32,38 29,46 2,87 1233,92 32,03 28,54 3,19 1413,96 31,37 27,16 3,21 1508,67 Từ kết nghiên cứu trên, cho thấy từ nguyên liệu rơm rạ qua xử lý hóa chất tạo đƣợc ván dăm rơm mà khơng cần sử dụng keo dán Nồng độ hóa 50 chất cáo ảnh hƣởng tới tính chất lý ván dăm cấp độ khác Theo kết nghiên cứu xử lý rơm hóa chất tác giả Lê Thị Hƣng (2010), [9] nhƣ bảng sau: Chế độ xử lý MOR(MPa) MOE(MPa) IB(MPa) ∆t(%) Đối chứng 9,51 2112,45 0,11 21,27 12,08 2174,59 0,2 17,10 14,08 2285,94 0,25 15,55 11,52 2154,97 0,16 19,07 10,33 2132,93 0,15 20,63 So sánh kết với nghiên cứu tác giả Lê Thị Hƣng, tất tính chất ván dăm rơm khơng sử dụng keo thấp so với ván dăm rơm có sử dụng keo Trong ván dăm không sử dụng keo tồn liên kết tự nhiên dăm, dẫn đến cƣờng độ ván ván dăm có sử dụng chất kết dính ván có liên kết dăm-dăm dăm-keo Mặt khác, tác giả Lê Thị Hƣng xử lý dăm rơm hóa chất để tăng khả dán dính trƣớc ép nên kết nghiên cứu có cao Tuy nhiên, với ƣu điểm vốn có tính cách âm, cách nhiệt tốt, giá thành thấp, lại không phát tán formaldehyde tự do, sản phẩm đƣợc sử dụng làm vách ngăn, tƣờng ngăn có thể dùng làm đồ nội thất sử dụng điều kiện khô (tủ, ghế, giá sách ) 51 52 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Qua trình làm thực nghiệm ván dăm rơm ba lớp với chế độ xử lý dăm nhƣ sau: Chế độ xử lý 1: 4% H2O2 + 1% FeSO4.7H2O Chế độ xử lý 2: 5,5% H2O2 + 1% FeSO4.7H2O Chế độ xử lý 3: 7% H2O2 + 1% FeSO4.7H2O Chúng rút số kết luận: - Khoá luận bƣớc đầu tạo đƣợc sản phẩm ván dăm không sử dụng keo từ nguyên liệu rơm Sản phẩm không phát formaldehyde tự do, điều góp phần bảo vệ môi trƣờng tạo sản phẩm thân thiện với môi trƣờng - Theo kết nghiên cứu cho thấy, xử lý dăm rơm hóa chất lƣợng hóa chất H2O2 tăng ảnh hƣởng tới chất lƣợng ván dăm, làm cho chất lƣợng ván tăng lên Cụ thể chế độ xử lý 3: 7% H2O2 + 1% FeSO4.7H2O cho cƣờng độ ván tốt Cụ thể MOE đạt 1508,67 MPa tăng 22,26% với chế độ xử lý 1, MOR đạt 3,21MPa tăng 14,76% với chế độ xử lý 1, độ hút nƣớc 31,37% giảm 3,23% so với chế độ xử lý 1, độ trƣơng nở 27,16%, giảm 8,47% so với chế độ xử lý Một số tồn khóa luận: - Mặc dù tạo đƣợc sản phẩm ván dăm rơm khơng sử dụng keo, nhƣng số tính chất ván dăm nhƣ giá trị IB cịn thấp khơng đáp ứng đƣợc yêu cầu sản phẩm - Các khảo sát cấp độ nồng độ hóa chất sử dụng nên kết tiêu đánh giá chất lƣợng hạn chế 53 5.2 Kiến nghị Trên kết nghiên cứu tạo sản phẩm ván dăm không sử dụng keo từ nguyên liệu rơm Nhằm đa dạng hóa nguồn ngun liệu cho cơng nghiệp sản xuất ván dăm đồng thời tạo sản phẩm thân thiện với môi trƣờng Trong phạm vi giới hạn đề tài đƣa số kiến nghị sau: - Để đảm bảo chất lƣợng ván ứng dụng đƣa vào sản xuất sử dụng bổ sung thêm chất kết dính với lƣợng dùng thơng thƣờng - Để đánh giá ảnh hƣởng hóa chất rõ ràng hơn, nên nghiên cứu thêm cấp độ nồng độ hóa chất sử dụng - Cần có nhiều đề tài nghiên cứu sâu ván dăm để tạo ván dăm rơm có nhiều đặc tính nhƣ chống ẩm, chống cháy, cách âm, cách nhiệt… 54 MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ Chƣơng TỔNG QUAN 1.1.Lịch sử nghiên cứu 1.1.1.Tình hình nghiên cứu ván dăm rơm có sử dụng keo 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ván dăm rơm khơng sử dụng keo 1.2 Tính cấp thiết đề tài 10 1.3 Mục tiêu 13 1.4 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 14 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 14 1.5.1 Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết 14 1.5.2 Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm 14 1.5.3 Kiểm tra tính chất ván mẫu 15 1.5.4 Phƣơng pháp xử lý số liệu 21 1.6 Nội dung nghiên cứu 22 1.7 Ý nghĩa đề tài 22 Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23 2.1 Điều tra tìm hiểu nguyên liệu 23 2.1.1 Đặc điểm cấu tạo tính chất lúa 23 2.1.2 Đặc điểm cấu tạo tính chất rơm rạ 24 2.2 Bản chất trình xử lý hóa chất 26 2.2.1 Axít sulfuric H2SO4 26 2.2.2 Hydro peoxit H2O2 26 2.2.3 Sắt sunfat FeSO4.7H2O 27 2.2.4 Cơ chế phản ứng hóa chất với thành phần rơm 27 2.2.5 Cơ sở lựa chọn loại tỷ lệ hóa chất xử lý 29 2.3 Nguyên lý hình thành ván dăm 30 2.3 Các nhân tố ảnh hƣởng tới chất lƣợng ván dăm không sử dụng keo 31 55 2.3.1 Ảnh hƣởng nguyên liệu rơm 32 2.3.2 Ảnh hƣởng hóa chất 33 2.3.3 Ảnh hƣởng thông số chế độ ép 34 Chƣơng THỰC NGHIỆM 35 3.1 Chuẩn bị thực nghiệm 35 3.1.1 Điều tra, thu gom xử lý nguyên liệu 35 3.1.2 Tìm hiểu máy móc thiết bị 36 3.2 Sản xuất ván 38 3.2.1 Tính tốn ngun liệu 38 3.2.2 Xử lý nguyên liệu 39 3.2.3 Tiến hành ép ván 41 3.2.4 Xử lý sản phẩm cắt mẫu để kiểm tra chất lƣợng 43 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 44 4.1 Khối lƣợng thể tích 44 4.2 Trƣơng nở chiều dày 45 4.3 Kiểm tra độ hút nƣớc 46 4.4 Kiểm tra cƣờng độ uốn tĩnh 47 4.5 Kiểm tra mô đun đàn hồi 49 4.6 Kiểm tra độ bền kéo vng góc 50 Chƣơng 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53 5.1 Kết luận 53 5.2 Kiến nghị 54 56 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Ván dăm rơm Hình 1.2 Rơm sau thu hoạch đƣợc đốt trực tiếp cánh đồng 12 Hình 3.7 Cân diện tử dùng kiểm tra khối lƣợng thể tích 16 Hình 3.8 Sơ đồ bố trí mẫu thử uốn 17 Hình 3.9 Thiết bị đo cƣờng độ uốn tĩnh mô đun đàn hồi 18 Hình 3.9 Mẫu thử độ bền vng góc 19 Hình 3.1 Nguyên liệu rơm 35 Hình 3.2 Máy nghiền dăm 36 Hình 3.3 Máy sàng dăm 37 Hình 3.4 Máy ép nhiệt tầng 37 Hình 3.5 Mẫu dăm lớp mặt 40 Hình 3.6 Mẫu dăm lớp lõi 40 57 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 So sánh thành phần hoá học gỗ rơm rạ 25 Bảng 4.2 Trƣơng nở chiều dày ván 45 Bảng 4.3 Độ hút nƣớc ván 46 Bảng 4.4 Cƣờng độ uốn tĩnh ván 47 Bảng 4.5 Mô đun đàn hồi ván 49 Bảng 4.6 Tính chất lý ván dăm rơm không sử dụng keo dán 50 58