Nghiên cứu chế tạo một số loại ván ép bằng chất kết dính cellulose vi khuẩn bc thay cho keo hóa học

BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI R &D NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ LOẠI VÁN ÉP BẰNG CHẤT KẾT DÍNH CELLULOSE VI KHUẨN (BC) THAY CHO KEO HĨA HỌC TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Đề tài nhằm phát triển kết đề tài trước cellulose vi khuẩn (BC) công nghệ vi sinh để ứng dụng vào sản xuất ván ép thuộc công nghệ chế biến gỗ lâm nghiệp Do vậy, nghiên cứu chủ yếu thuộc công nghệ chế biến ván ép nhân tạo thực qua giai đoạn Trong giai đoạn I, thí nghiệm tiến hành quy mơ thí nghiệm Khoa Lâm nghiệp ĐH Nơng Lâm TpHCM nhằm : ổn định thông số công nghệ nguyên vật liệu, thông số công nghệ ép ván, đánh giá tiêu chất lượng loại ván xây dựng quy trình cơng nghệ ép ván cho sản xuất ván ép lớn Ở giai đoạn II, sản xuất ván kích thước lớn thương phẩm thực xí nghiệp Cơng ty TNHH Hiệp Ngun (Bình Dương) Kết giai đoạn I Các thí nghiệm xưởng thực nghiệm đạt kết sau : Nội dung Chất kết dính BC : Dung dịch BC dạng lỏng, màu trắng đục có cấu trúc bao gồm sợi cellulose mảnh đan kết bện với Kết đánh giá tính chất hóa lý sau : Keo dạng lỏng bột nhão (paste), màu trắng sữa, độ ẩm 96,90%, hàm lượng khô keo 3,06% pH – 5,5 Trong sản xuất ván dăm lớn, BC sau nghiền có bổ sung bột mì 9% Nội dung Khảo sát tiêu nguyên liệu dăm gỗ : Dăm dùng thí nghiệm với ván qui cách (300 x 300 x15) mm, (300 x 300 x18) mm có thông số sau: – Dăm lớp mặt : dài 10mm, rộng 3mm, dày 0,15 – 0,25 mm; độ ẩm – 3% – Dăm lớp lõi : 20 x x 0,35 – 0,45 mm; sấy đến khô kiệt I Trong sản xuất ván cở lớn cho lượng dăm gỗ có độ ẩm 4% dung dịch BC 4%, tinh bột mì 9% vào thùng trộn, đảo khoảng phút Tốc độ đảo trộn 70vòng/phút Dăm sợi xơ dừa với chiều dài chọn 20 mm, độ ẩm đạt ± 1% Nội dung Xây dựng chế độ công nghệ ép ván : Nhiệt độ 1600C, thời gian ép phút/mm bề dày, áp suất biến động khoảng – 14 Kg/cm2, hàm lượng nguyên liệu dăm khoảng 25 – 30% so với BC có tỷ lệ : 4 Nội dung Thử nghiệm sản xuất loại ván ép quy mô phịng thí nghiệm Kết thử nghiệm cho thấy : 1) Chất lượng ván dăm 18 15 mm đạt theo tiêu chuẩn ván dăm cấp loại A từ keo (U-F) theo tiêu chuẩn Việt nam Tính ưu việt loại ván không chứa hàm lượng dư Formaldehyde Từ kết thực nghiệm, qua phân tích đánh giá đề xuất công nghệ sản xuất ván dăm lớp sử dụng chất kết dính BC 2) Ván sàn : Đã thử nghiệm số mẫu ván sàn cơng nghiệp kích thước nhỏ Tuy nhiên, chất lượng ván ghép chưa đạt ván dăm lớn không đáp ứng đủ tiêu cho loại ván này, nên kết luận sản xuất ván sàn khơng đạt yêu cầu 3) Chất lượng ván ghép chưa đạt độ kết dính keo gỗ Tính chất học ván chưa đạt, sử dụng cho sản phẩm chịu lực không đảm bảo độ bền tuổi thọ 4) Chất lượng ván dán 10 mm đạt theo tiêu chuẩn ván dán C từ keo (U-F) theo tiêu chuẩn Liên Xơ cũ tính chất vật lý Tính ưu việt loại ván khơng chứa hàm lượng dư Formaldehyde Tính chất học ván chưa đạt, sử dụng cho sản phẩm chịu lực không đảm bảo độ bền tuổi thọ Tuy nhiên, khả liên kết keo gỗ chưa đảm bảo bám dính keo lên bề mặt gỗ, khả thẩm thấu keo vào gỗ để tạo thành “đinh” keo liên kết keo BC hạn chế Cần nghiên cứu tiếp tục hồn thiện Về cơng nghệ có khác với cơng nghệ sản xuất ván dăm, ván dán từ keo hóa học, thể : Tỷ lệ dăm keo, độ ẩm dăm, chế độ dán ép thống số kỹ thuật keo Ngoài loại ván dăm độ dày 18mm 15mm, chưa tiến hành thí nghiệm với loại ván dăm độ dày 30mm, lý sau : II – Keo BC có độ ẩm lớn nên khối nguyên liệu đưa vào ép cao không đút lọt vào máy ép – Thời gian ép kéo dài nhiều bất lợi sản xuất công nghiệp 5) Sản xuất xốp : Đã thí nghiệm nêu quy trình sản xuất loại xốp bã mía dây đay thô Kết giai đoạn II Nội dung Chế tạo thử số lọai ván ép lớn theo kích cở ván ép thị trường theo tiêu chuẩn ngành Lâm nghiệp Việt Nam Thử nghiệm ván dăm kích thước thương phẩm thực PTN xí nghiệp Ván ép với dung dịch BC có bổ sung bột mì Đã ép thành cơng với thơng số công nghệ hợp lý : – Quy cách ván sản phẩm: (1220 x 2440 x 18) mm – Lượng dăm tính tốn: 37,5 kg – Lượng dăm kể rong cạnh: 43,82 = 44 kg (Lớp 22 kg lớp 22kg) – Lượng dung dịch BC : 132 kg (nồng độ 5%) Lượng bột mì thêm: 22 kg – Khối lượng thể tích tính tốn chuẩn [TCVN 7754 - 2007]: 700 g/cm3 – Ván dăm lớp, tỷ lệ lớp : : – Thông số công nghệ: nhiệt độ 1700C; thời gian 40 phút Đã thu ván kích cở thương phẩm xí nghiệp thành đợt : – Đợt : với kích cở (1220 x 2440 x 15) mm (độ dày 15 cm) – Đợt : với độ dày 15 cm – Đợt : ván kích cở (1220 x 2440 x 15) mm (1220 x 2440 x 12) mm Như vậy, sản xuất thành công qua đợt thí nghiệm, thu 10 ván quy cách thương phẩm (1220 x 2440 x 15) mm (1220 x 2440 x 12) mm Để đánh giá khách quan, mẫu ván dày 15 mm đưa đến kiểm định “TT nghiên cứu chế biến lâm sản, giấy bột giấy” thuộc Trường ĐH Nông Lâm TpHCM, đơn vị có tư cách pháp III nhân kiểm định ván Kết cho thấy ván dăm thu gần đạt tiêu chuẩn VN ván dăm thông dụng Tuy nhiên, công nghệ ép ván lớn phức tạp độ ẩm lớn dễ xảy nhiều sai hỏng Quá trình ép ván quy trình nêu kèm thuyết minh chi tiết Nội dung Trang trí bề mặt ván : Việc trang trí bề mặt ván phụ thuộc nhu cầu sử dụng Trang trí bề mặt cho số mẫu ván kết dính BC thuê thực cửa hàng chuyên dán ván để có màu sắc hoa văn thích hợp đáp ứng thị hiếu người tiêu dùng Nội dung Thử nghiệm sản xuất lọai ván sở sản xuất Đã thực xí nghiệp sản xuất công ty nêu nội dung Nội dung Xây dựng quy trình chế tạo cho lọai ván : xây dựng quy trình sản xuất cho ván dăm cở nhỏ (chiều dày 15mm 18mm), ván dăm kích thước thương phẩm (1220 x 2440 x 15) mm (1220 x 2440 x 10) mm ốp tường Tuy nhiên, khối lượng ván chưa đạt đủ m3 đăng ký Không sản xuất ván sàn, ván dán ván ghép Nội dung Dự kiến dây chuyền sản xuất công nghiệp hàng loạt ổn định Dự kiến dây chuyền sản xuất cho ván dăm cở nhỏ (chiều dày 15mm 18mm), quy trình đơn giản ổn định Công nghệ ép ván dăm lớn phức tạp khó thực Giá thành ván có đắt dùng keo hóa học, ứng dụng cho sản phẩm an toàn làm đồ chơi cho trẻ em, bàn ghế nhà trẻ,… Nhận xét chung : Đây đề tài R & D tiếp nối đề tài trước kết dính BC nhằm ứng dụng vào sản xuất ván nhân tạo khơng sử dụng hóa chất Đây đề tài thực Việt Nam theo hướng sản xuất ván nhân tạo thân thiện với môi trường Nội dung chủ yếu đề tài sản xuất ván nhân tạo thực chuyên gia lâm nghiệp, nên kết số liệu theo chuyên ngành Đề tài thực cách có hệ thống xưởng xí nghiệp sản xuất theo nội dung đề Công nghệ sản xuất mới, phức tạp khác nhiều so với sử dụng keo hóa học thơng thường Tuy nhiên, kết dương tính âm tính đề tài cho phép khẳng định khả ứng dụng hạn chế BC làm chất kết dính sản xuất ván nhân tạo Về khẳng định khả ứng dụng : IV – Đã sản xuất nêu quy trình cơng nghệ chế tạo ván dăm cở nhỏ (300 x 300 x 18) mm (300 x 300 x 15) mm; – Đã sản xuất nêu quy trình cơng nghệ chế tạo ván dăm kích cở thương phẩm (1220 x 2440 x 15) mm (1220 x 2440 x 10) mm; – Đã sản xuất nêu quy trình cơng nghệ chế tạo xốp (400 x 600 x 30) mm Đây thành công chủ yếu đề tài, kết ngành Lâm nghiệp Việt Nam Tuy giá thành sản phẩm cao, kết bước đầu gợi ý cho ngành lâm nghiệp tìm cách sản xuất ván nhân tạo khơng dùng hóa chất Về hạn chế BC : thử nghiệm không thành công với loại ván sàn, ván dán ván dán Nói chung, đề tài hồn thành mục tiêu nội dung đề Sản phẩm ván giao nộp đủ vài chủng loại bản, chưa đủ số lượng m3 theo đăng ký V SUMMARY The research composes stages with the main purpose : using bacterial cellulose (BC) as a binding agent in the artificial wood board production In the first stage, the researches were concentrated in laboratory scale at lab in the Faculty of Foresty, AgriForesty University - Hochiminh City, for stabilizing the parameters of materials and pressing technology, evaluating the quantitative of artificial wood board and establishing a process for the large scale in second stage researches The second stage was accomplished in the enterprise of production company Hiệp Nguyên (Binh Duong provency) for artificial wood board production with commercial size The results of first stage The results show : Content No1 Cohesive BC : white milk-like paste consistence, the structure consists of fine cross-link cellulose fibers The results of phisico-chemical characteristics : 96,90% humidity, 3,06% dry weight and pH = – 5.5 In the artificial wood board production with commercial size, the paste BC was added 9% wheat flour Content No2 Technology parameters of fiber pieces of wood : we determinated the technological parameters of fiber pieces of wood from cultivated trees for three layer particle board : 20 – 25 mm long, – 10 mm large, 0,5 – 0,8 mm thick, ± 2% humidity of surface layer, the fiber pieces of central layer gain the absolute dry weight In artificial wood board production with commercial size, the fiber pieces of wood with 4% humidity, paste BC 4% and 9% wheat flour were mixed and shaking well The fiber pieces of coconut corse are 20 mm long, and ± 1% humidity Content No3 Establisment of Pressing Proceduce: 1600C temperature, minutes pressing per mm of thickness, pressure are variable in – 14 Kg/cm2, relation of pieces wood to BC about 25 – 30% (1 : 4) Content No4 Production of different type of artificial wood boards in lab scale The results show : VI 1) We succeded in establishing two production processes for two (300 x 300 x 18)mm and (300 x 300 x 15)mm fiberboards with satisficated quality in comparition to the criteries of the A category - 3th level fiberboard fabricated by U-F chemical glue with the Vietnamese standard The advantage of this product is no Formaldehyde, a toxic agent 2) The Flooring wood board with cohesive BC were tested with small size for industrial production, but the quality is not satisficated Moreover, the experimental production of wood blocks is not good enough for glulam board 3) The wood blocks product is not qualified Quality of a cohesition between BC paste with the wood blocks is not good enough for glulam board The mechanical property is not good enough for using in great mechanical strength material 4) The quality of 10 mm Plywood : We succeded in producing of 10mm Plywood satisficated quality in comparition to the criteries of the C category fabricated by U-F chemical glue with the Soviet criteries on physical properties But it need the additional researches 5) Light sheet production : We carried out experiments and proposed two production process for two light sheets with the bargass material The difference in technology using BC : relation of pieces wood material to BC, fiber pieces humidity, pressing technology and the glue parameters The results of second stage Content No5 The artificial wood board production with commercial size Prelimery experiments accomplished in the lab of production entreprise Solution BC added with 9% starch The results show : + The size of wood board : (1220 x 2440 x 18) mm + Pieces wood quantity : 37,5 kg + Pieces wood quantity after cutting outside board: 43,82 = 44 kg (outside 22 kg and inside 22kg) + BC solution:132 kg (5% concentration) Added wheat flour (starch): 22 kg VII + Weight/volum [TCVN 7754 - 2007]: 700 g/cm3 + Three layers with relation : : + Temperature 1700C with duration time 40min We had received the artificial wood board with commercial size in three series of experiments on the production enterprise : - The first : wood board (1220 x 2440 x 15) mm (thickness : 15 cm) - The second : wood board (1220 x 2440 x 15) mm (thickness : 15 cm - The third : wood board (1220 x 2440 x 15) mm (thickness : 15) and (1220 x 2440 x 12) mm The pressing wood board and the production processing are described in details Content No6 Surface decoration of wood board : depents on the purpose of using, surface of BC wood board can be decorated in the private special shop The product is oriented for popular using Content No7 Experimental production of different type of wood boards in factury This is executed in the enterprise as shown in content No5 Content No8 Establishment of production processing for each type of artificial wood board We succeded in establishing two produce processes for two small size (300 x 300 x 18)mm and (300 x 300 x 15)mm fiberboards with satisficated quality; one processing the artificial wood board production with commercial size (1220 x 2440 x 15) mm and (1220 x 2440 x 12) mm; and one production processings for two light sheets with the bargass material The quantity of wood is not enough as registed in the research theme We had not succeded in producing of flooring wood board, wood blocks, and 10mm Plywood with satisficated quality Content No9 Proposition for the stable processing for industrial production The first choise for industrial production is two produce processes for two small size (300 x 300 x 18)mm and (300 x 300 x 15)mm fiberboards with satisficated quality, because there are simple and easy to execute The processing of artificial wood board production with commercial size (1220 x 2440 x 15) mm and (1220 x 2440 x 12) mm is complicated and difficult to product Although the production cost is higher than VIII using chemical glue, but it may use in some cases require high safety such as toys for children General remarks : This R & D research theme, following the preexiting theme of the BC as binding agent, concentrated for the application in artificial wood board production without chemicals This is the first time executed in Viet Nam for the production of artificial environmental-frendly wood board The main contents of artificial wood board production is executed by the forestry specialists The researches had accomplished systematically both in lab and in production enterprise, following the registered contents The technology is new, complicated and significantly different from the currently chemical based technology Our results definitively show the real possibility of BC as a binding agent in artificial wood board production The possibility of BC application : – The artificial wood boards with small size (300 x 300 x 18) mm and (300 x 300 x 15) mm were produced and the production processing had shown – We had already produced BC wood board in factory triple totally, we got ten BC wood board with commercial size in three series of enterprise production – We had received many light sheets I using BC as binding agent IX MỤC LỤC Tóm tắt đề tài Summary I Mục lục IX Danh sách chữ viết tắt XII Danh sách bảng XIII Danh sách hình XV Bảng tốn XXI PHẦN MỞ ĐẦU XXIII CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÁN NHÂN TẠO TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1.1 Tình hình sản xuất ván nhân tạo giới 1.1.2 Tình hình sản xuất ván nhân tạo Việt Nam 1.2 NGHIÊN CỨU VÁN DĂM TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.2.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 1.3 KEO DÁN 1.3.1 Những hiểu biết keo dán 1.3.2 Hiện tượng kết dính 1.3.3 Các loại keo thông dụng 1.3.4 Các quan điểm dán dính 11 1.4 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG KEO DÁN TRONG SẢN XUẤT VÁN NHÂN TẠO 12 1.4.1 Keo hóa học 12 1.4.2 Ảnh hưởng mơi trường keo hóa học 13 1.5 CELLULOSE VI KHUẨN LÀ CHẤT KẾT DÍNH 14 1.5.1 Cellulose vi khuẩn BC (Bacterial cellulose) 14 1.5.2 BC chất kết dính 15 1.5.3 Đánh giá khả liên kết keo BC 15 1.3.4 Chất kết dính Cellulose vi khuẩn (keo BC) 16 X Từ kết nghiên cứu cơng nghệ ép ván ghép BC kết luận: Chất lượng ván ghép chưa đạt độ kết dính keo gỗ Tính chất học ván chưa đạt, sử dụng cho sản phẩm chịu lực không đảm bảo độ bền tuổi thọ Giữa lớp gỗ - keo – lớp gỗ có tượng tách lớp, keo tạo thành màng mỏng suốt Về công nghệ có khác với cơng nghệ sản xuất ván ghép từ keo hóa học Khác chế độ ép, thông số kỹ thuật keo Khả liên kết keo gỗ chưa đảm bảo bám dính keo lên bề mặt gỗ, khả thẩm thấu keo vào gỗ để tạo thành “đinh” keo liên kết keo BC hạn chế 3.3.4 Nội dung thí nghiệm ép ván dán sử dụng chất kết dính BC Để bù cho ván ghép khơng đạt, thí nghiệm làm ván dán tiến hành Ván dán sản phẩm thu cách dán ép lớp ván mỏng với thông qua liên kết keo điều kiện áp suất, nhiệt độ thời gian định – Số lớp ván mỏng sản phẩm cung số lớp lẻ (3,5,7,9) – Lớp mỏng bao gờ cung có chiều thớ gỗ vng góc với – Chiều dày lớp ván mỏng tăng dần từ vào – Các lớp ván mỏng đối xứng qua đường trung hòa Dựa vào nguyên tắc hình thành ván tiến hành ép ván thí nghiệm với thơng số cơng nghệ bảng kết 3.9, 3.10, 3.11 sau Bảng 3.9 Các thông số công nghệ chọn nguyên liệu STT Chỉ tiêu Thơng số cơng nghệ Loại ván bóc Chọn loại gỗ cao su Kích thước ván Dài (mm) Rộng (mm) Dày (mm) 30 30 2,5 30 30 + Ván lớp mặt + Ván lớp lõi Độ ẩm ván 3– 5% Kết cấu ván Ván dăm lớp Qui cách ván ván (300 x 300 x10)mm 62 Bảng 3.10 Các thông số công nghệ chế độ ép ván STT Chỉ tiêu Thông số công nghệ Nhiệt độ ép (0C) Thời gian ép (phút) Áp suất ép kG/cm2) Lượng keo tráng (g/m2) 125 300 Bảng 3.11 Kết xác định tiêu lý ván dán (10mm) Các tiêu ván Các tiêu Tính chất vật lý, dán loại C, từ STT ván nghiên học ván dăm từ keo BC keo (U-F) theo cứu TC Liên xơ Khối lượng thể tích ván 580 Kg/m 500–850 Kg/m3 Đánh giá chất lượng Đạt Độ trương nở theo chiều dày 12,07% ≤ 12% Đạt Độ ẩm ván ± 2% -11 % Đạt Độ bền uốn tĩnh < 450 Kg/cm2 450–600Kg/cm2 Chưa đạt Độ bền kéo