Nghiên cứu mối quan hệ giữa tỷ lệ hỗn hợp rơm gỗ và chất lượng ván dăm hỗn hợp rơm dăm gỗ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KIỀU VĂN HÙNG NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA TỶ LỆ HỖN HỢP RƠM - GỖ VÀ CHẤT LƯỢNG VÁN DĂM HỖN HỢP RƠM – DĂM GỖ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2010 ĐẶT VẤN ĐỀ Ván dăm loại vật liệu composite nghiên cứu sớm, năm 1887, sản xuất với quy mô công nghiệp từ năm 40 kỷ 20 Ngành công nghiệp ván dăm thực phát triển mạnh từ năm 70 trở lại Nghiên cứu ván dăm có thành cơng lớn, đặc biệt cơng nghệ sản xuất ván dăm từ gỗ hoàn thiện Hiện giới Việt Nam, hướng nghiên cứu ván dăm tập trung vào hướng sau: Thứ nhất: Tạo sản phẩm + Ván dăm dạng xốp + Ván dăm không sử dụng keo + Ván dăm sử dụng keo gây nhiễm Thứ hai: Tìm loại nguyên liệu thay gỗ: Hình 1: Cánh đồng lúa + Tìm loại vật liệu sợi cellulose gỗ; kết hợp vật liệu cellulose với vật liệu khác; + Sử dụng thứ, phế liệu nông, lâm nghiệp Thứ ba: Nâng cao chất lượng sản phẩm có (tăng khả chống ẩm, nâng cao chất lượng bề mặt ván) Việt Nam nước nơng nghiệp có văn minh lúa nước lâu đời Sản lượng lúa hàng năm nước ta đạt khoảng 36 triệu (theo thống kê năm 2007 Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn) Với ước tính lượng rơm rạ chiếm khoảng 50% khối lượng lúa khô Như vậy, lượng rơm rạ hàng năm Việt Nam hàng chục triệu Tuy nhiên Việt Nam, rơm rạ chưa thực sử dụng có hiệu đặc điểm thu gom khơng tập trung thói quen người dân vùng miền có khác Hình 2: Rơm bảo quản làm chất đốt thức ăn cho gia súc Từ thực tế cho thấy năm trở trước rơm rạ sử dụng làm chất đốt làm thức ăn cho gia súc hộ gia đình, làm vật liệu lót thùng để vận chuyển trái cây, đồ sành sứ,… Những năm gần đời sống người dân nâng cao rơm rạ thay nguồn nhiên liệu khác than, củi, ga, điện, nơng nghiệp giới hố, chăn nuôi gia súc giảm đáng kể, nguồn rơm rạ lúc trở thành dư thừa, nhiều nơi tìm đến giải pháp đốt đồng ruộng, chí đường Theo nhiều kết nghiên cứu cho thấy khói rơm loại khí độc, khói thải từ rơm rạ có chứa 70% khí CO2, 7% khí CO nên ảnh hưởng lớn đến mơi trường [38] Hình 3: Người dân đốt rơm rạ đường Trong năm gần đây, Việt Nam có số nghiên cứu rơm rạ để ứng dụng làm thức ăn cho chăn nuôi gia súc tập trung, làm phân bón, làm bìa cattong, bao bì, để xử lý Crơm nước thải, trồng nấm sinh học [38] Còn việc nghiên cứu rơm để sản xuất ván dăm chưa có cơng trình đề cập tới Nghiên cứu tạo ván dăm từ rơm rạ theo hướng sau: thứ nhất, tạo ván dăm thông thường từ rơm; thứ hai, tạo ván dăm từ hỗn hợp rơm - dăm gỗ; thứ ba, tạo ván dăm không keo từ rơm Nếu theo hướng nghiên cứu tạo ván dăm từ hỗn hợp rơm – dăm gỗ vấn đề đặt yếu tố công nghệ nào, mức độ ảnh hưởng rơm đến chất lượng ván sao, mức độ thay rơm phù hợp,… Xuất phát từ luận điểm nêu trên, hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Thiết tiến hành luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu mối quan hệ tỷ lệ hỗn hợp rơm - gỗ chất lượng ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ” Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu 1.1.1 Tình hình nghiên cứu giới Ngay từ đầu thập niên 20 kỷ 20 việc nghiên cứu sản xuất ván nhân tạo từ nguyên liệu phế liệu nông nghiệp nhà khoa học triển khai Đầu tiên phải kể đến sản xuất ván dăm từ bã mía, coi loại phế liệu nông nghiệp đưa vào sản xuất ván nhân tạo dạng công nghiệp Đến cuối thập niên 40 kỷ 20 loại phế liệu nông nghiệp khác nghiên cứu đưa vào sản xuất loại ván nhân tạo khác nhau, nguyên liệu như: thân ngô, thân bông, thân thuốc lá, rơm rạ, thân lúa mạch, thân lạc, thân đỗ,… Đến khoảng thập niên 70 kỷ 20 nguyên liệu sử dụng rơm rạ sử dụng sản xuất ván dăm ứng dụng rộng rãi Đầu tiên nguyên liệu rơm rạ sử dụng công nghệ sản xuất ván dăm truyền thống để sản xuất, sử dụng keo UF làm chất kết dính [36] Một nước lợi dụng nguồn phế liệu nông nghiệp sản xuất ván nhân tạo lớn giới Trung Quốc Ngay từ năm 70 kỷ trước, người Trung Quốc tiến hành nghiên cứu đưa vào sản xuất quy mô công nghiệp loại ván nhân tạo đặc biệt sản xuất ván dăm từ phế liệu nơng nghiệp có rơm rạ, mạng lại nhiều lợi ích cho người dân Tuy nhiên, việc sản xuất ván dăm từ phế liệu nông nghiệp nói chung, từ rơm rạ nói riêng cịn tồn nhiều vấn đề cần quan tâm nghiên cứu giải nhằm nâng cao chất lượng, hạ giá thành sản phẩm, phù hợp với người tiêu dùng Đó vấn đề ngun liệu, cơng nghệ, chất kết dính, [37] Do vậy, năm gần việc nghiên cứu sử dụng rơm rạ giới nhiều nước quan tâm, đặc biệt nước có sản lượng lúa cao tập trung vùng Đông Nam Á Thái lan, Indonesia Tại nước này, rơm rạ dùng để sản xuất điện tro rơm dùng để làm phụ gia bê tông tỉnh Pichit, Thái lan đảo Bali, Indonesia [37] Tại Ấn độ, Ibrahim Mutlu (2009) nghiên cứu sử dụng tro từ rơm rạ để thay amiăng chế tạo má phanh Rơm sử dụng để sản xuất ván sợi từ xi măng cho kết khả quan [22] Tại California, Mỹ, theo nghiên cứu Kiran L.Kadam cộng (2000) rơm rạ sử dụng để sản xuất giấy [30] Theo Alex Wilson (1995) nguyên liệu rơm rạ (từ lúa mì, gạo, lúa mạch, yến mạch, lúa mạch đen) loại nguyên liệu cho ngành xây dựng tạo vách tường nhà [20] Năm 2000, Frank Beall giáo sư khoa học gỗ California báo công bố “Fundamenta 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 thường, MDF, OSB ván dăm có khối lượng thể tích thấp, hướng nghiên cứu để tìm nguồn nguyên liệu thay gỗ sản xuất ván nhân tạo [33] Năm 2000, nhà khoa học Zhang-Yu-Kun nghiên cứu thấy rơm rạ có chất sáp (wax), chất kỵ nước, làm giảm khả dán dính, khiến cho việc sử dụng loại keo gốc formaldehyde thông dụng sản xuất ván dăm làm chất kết dính trở nên khó khăn Giải pháp cho vấn đề sử dụng keo MDI (Methylen Diphenyl Isocyanate) - loại keo đắt, để sản xuất Tuy nhiên, giá thành sản phẩm trở nên đắt, không tạo cạnh tranh thị trường, sử dụng loại keo để sản xuất gặp nhiều khó khăn [30] Với cơng trình “Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ sản xuất tới tính chất vật lý ván rơm” Greggory S Karr cộng trường Đại học bang Kansas, Mỹ thực năm 2000 (Greggory S Karr, 2000) Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng độ ẩm ban đầu rơm (khảo sát khoảng từ đến 12%), lượng keo dùng (khảo sát khoảng đến 8%) nhiệt độ ép (từ 135 đến 218 0C) tới tính chất vật lý học ván (dày mm) Kết cho thấy lượng keo dùng có ảnh hưởng lớn tới tính ổn định kích thước, khả chống ẩm cường độ ván Độ ẩm ban đầu rơm ảnh hưởng tới cường độ học ván nhiều tính ổn định kích thước ván Nhiệt độ ép ảnh hưởng tới tính ổn định kích thước ván nhiều tính chất học ván Cường độ uốn tĩnh ván thay đổi khoảng từ 15 đến 28,7 MPa với khoảng cách gối 18 lần chiều dày [24] “Nghiên cứu ảnh hưởng loại keo tới tính chất ván dăm từ rơm lúa mì có khối lượng thể tích trung bình” Xiaoqun Mo cộng đại học bang Kansas, Mỹ thực năm 2003 Nghiên cứu sử dụng bốn loại keo MDI, UF, 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 lượng cao ván không xử lý Keo MDI cho chất lượng cao nhất, với lượng keo dùng khoảng 4% Ván từ keo SPI SF có chất lượng tương tự ván từ keo UF Riêng keo UF, cường độ uốn tĩnh (MOR) ván từ rơm không xử lý 6,36 MPa rơm xử lý 9,34 MPa Còn cường độ liên kết bên (IB) tương ứng 0,11 MPa rơm không xử lý 0,19 MPa ván rơm xử lý hoá chất [36] “Nghiên cứu cải thiện chế dán dính keo UF sử dụng để sản xuất ván nhân tạo từ rơm lúa mì sậy sử dụng tác nhân tạo “nhân” coupling silane xử lý chiết suất” Guangping Han cộng đại học Kyoto, Nhật Bản thực năm 1999 Kết cho thấy, với giải pháp xử lý cải thiện đáng kể khả thấm ướt bề mặt nguyên liệu, tạo tiền đề tăng khả thấm ướt keo bề mặt, nhằm tăng khả dán dính [25] “Nghiên cứu tính chất chịu kéo chịu nén ván dăm có khối lượng thể tích thấp từ rơm sử dụng keo gốc protein” Xiaoqun Mo cộng trường đại học bang Kansas, Mỹ thực năm 2001 Rơm xử lý hoá chất H2O2 và/hoặc NaOH Kết cho thấy, dạng hoá chất khác nhau, chất lượng ván thay đổi khác Cụ thể, với ván đối chứng, cường độ chịu kéo đứt 256 kPa chịu nén 235 kPa Tuy nhiên, xử lý hỗn hợp NaOH H2O2 cường độ chịu kéo đứt tăng lên tới 2648 kPa chịu nén 446 kPa [35] “Nghiên cứu sản xuất ván dăm cách âm, cách nhiệt từ hỗn hợp rơm lúa dăm gỗ” Han Seung Yang cộng Đại học quốc gia Seoul, Hàn quốc thực năm 2003 Trong nghiên cứu này, ván dăm tạo có khối lượng thể tích 0,4 g/cm3, 0,6 g/cm3 0,8 g/cm3 với mức tỷ lệ hỗn hợp rơm 10%, 20% 30%, chất kết dính keo UF Kết cho thấy, cường độ uốn tĩnh ván dăm tăng khối lượng thể tích ván tăng lên Cụ thể sau: cường độ uốn tĩnh đạt 140-290 psi khối lượng thể tích 0,4 g/cm3; đạt 700-900 psi khối lượng thể tích 0,6 g/cm3 đạt 14002900 psi khối lượng thể tích 0,8 g/cm3 [27] Li xiaoping, Gao wei năm 2007 tiến hành nghiên cứu sản xuất ván dăm dạng lõi rỗng từ hỗn hợp nguyên liệu rơm rạ gỗ, nguyên liệu gỗ sử dụng nghiên cứu loài gỗ Dương Changtong Mei, Zhou dingguo năm 2001 tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ dăm từ nguyên liệu rơm rạ với dăm gỗ đến cường độ ván dăm hỗn hợp tạo thành, chất kết dính keo UF [21] Như giới có nhiều cơng trình nghiên cứu rơm rạ, sử dụng rơm rạ để sản xuất ván ép Kết cơng trình nghiên cứu thức tế sản xuất cho thấy rằng: - Việc sử dụng túy nguyên liệu rơm rạ vào sản xuất ván nhân tạo nói chung sản xuất ván dăm nói riêng, với chất kết dính keo UF gặp phải khơng khó khăn, q trình dán dính, cường độ ván thấp Do rơm rạ có đặc điểm phía vỏ bên ngồi có lớp sáp (wax) kỵ nước khiến cho việc sử dụng loại keo gốc formaldehyde thơng dụng sản xuất ván dăm trở nên khó khăn Một giải pháp cho vấn đề sử dụng keo MDI (Methylen Diphenyl Isocyanate) – loại keo đắt, để sản xuất Tuy nhiên, giá thành sản phẩm cao, khó tạo nên cạnh tranh thị trường - Giải pháp xử lý nguyên liệu nhằm tăng khả dán dính rơm rạ trước ép phương pháp hoá - - nhiệt số nước Mỹ, Úc, Philippin với sản phẩm chủ yếu sử dụng xây dựng Tuy nhiên, chủ yếu nguồn rơm rạ lúa mì, lúa mạch, nguyên liệu rơm rạ từ lúa gạo hạn chế - Việc kết hợp rơm rạ với gỗ để tạo ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ giải pháp tốt Nó vừa tận dụng rơm rạ - phế liệu nông nghiệp, vừa tạo ván đảm bảo chất lượng giá thành sản phẩm Vấn đề hai nhà khoa học Trung Quốc Changtong Mei Dingguo Zhou nghiên cứu năm 2001 với công trình “Effect of Straw Substitution Level on Properties of Wood-straw Hybrid Particleboard” Kết ... tiêu nghiên cứu + Nghiên cứu xây dựng mối quan hệ tỷ lệ hỗn hợp rơm - gỗ chất lượng ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ, cho loại ván lớp ván ba lớp + Xác định tỷ lệ trộn hợp lý để tạo ván có chất lượng. .. tốt nghiệp ? ?Nghiên cứu mối quan hệ tỷ lệ hỗn hợp rơm - gỗ chất lượng ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ? ?? 5 Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu 1.1.1 Tình hình nghiên cứu giới...án dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ loại lớp ba lớp với mức tỷ lệ rơm 15%, 20%, 25%, 30%, 35% xác định, đánh giá mối quan hệ tỷ lệ rơm chất lượng ván - Qua phân tích đánh giá kết khẳng định tỷ lệ rơm ả