6. Cấu trúc luận văn
1.4. MỘT SỐ LOẠI VÁN GỖ CÔNG NGHIỆP
1.4.1. Ván Venner
Là một lớp gỗ tự nhiên mỏng, đƣợc sử dụng làm bề mặt của sản phẩm ván. Ván Venner đƣợc sản xuất từ việc lạng mỏng gỗ tự nhiên nhƣ gỗ sồi hoặc gỗ xoan đào. Nên bề mặt của ván venner rất đẹp và tự nhiên. Các lớp gỗ bên trong tạo độ dày thì có thể dùng gỗ công nghiệp cho kinh tế. Khi gia công sản phẩm đồ gỗ, thợ thƣờng gọi luôn gỗ sử dụng là gỗ venner. Trong đó bao gồm cả gỗ công nghiệp đƣợc phủ bề mặt Venner.
Hình 1.18. Ván venner
- Ƣu điểm: Dễ gia công, sử dụng đƣợc cho các công trình khô, vân gỗ tự nhiên, đẹp.
- Nhƣợc điểm: Là một lớp ván mỏng làm bề mặt nên dễ bị trầy xƣớc, bong tróc. Thời gian sử dụng ngắn.
- Thƣờng đƣợc sử dụng làm vách, bàn ghế, tủ kệ trong nội thất sang trọng. Để chịu đƣợc nƣớc, ẩm nên kết hợp với gỗ dán.
1.4.2. Ván PB
Là ván nhân tạo đƣợc sản xuất từ nguyên liệu gỗ rừng trồng (bạch đàn, keo, cao su, thông…), có độ bền cơ lý cao, kích thƣớc bề mặt rộng, phong phú về chủng loại. Mặt ván đƣợc dán phủ bằng những loại vật liệu trang trí khác nhau: melamine, venner (gỗ lạng)...
Hình 1.19. Ván PB
- Ƣu điểm: Dễ thi công, sử dụng cho các công trình đơn giản, kích thƣớc bề mặt gỗ lớn.
- Nhƣợc điểm: Là ván đƣợc dán ép kết hợp giữa gỗ dăm và keo nên rất sợ nƣớc. Gặp nƣớc thƣờng bị bở.
- Thƣờng đƣợc sử dụng làm bàn ghế, tủ kệ trong nội thất. Để có bề mặt đẹp thƣờng đƣợc sơn phủ hoặc dán lớp Venner.
1.4.3. Ván MFC
Ván gỗ dăm phủ nhựa Melamine (dòng gỗ này cũng có thể coi là một nhánh của PB) có những cây gỗ đƣợc trồng chuyên để sản xuất loại ván MFC này. Các cây này đƣợc thu hoạch ngắn ngày, không cần cây to.
Hình 1.20. Ván MFC
- Ƣu điểm: Dễ thi công, sử dụng cho các công trình đơn giản, kích thƣớc bề mặt gỗ lớn.
sợ nƣớc. Gặp nƣớc thƣờng bị phồng.
- Thƣờng đƣợc sử dụng làm bàn ghế, tủ kệ trong nội thất.
1.4.4. Ván HDF
Ngƣời ta cũng dùng bột gỗ/giấy trộn keo và ép lại tạo độ dày nhƣng với cƣờng độ nén và khả năng chịu cháy, chịu nƣớc… cao hơn. Dòng ván công nghiệp này có thể thấy ở ván sàn công nghiệp, hầu hết là dùng loại này, còn nếu mua sàn gỗ rẻ tiền thì đa phần lõi là MDF. HDF chuyên ứng dụng làm cửa với nhiều kiểu mẫu, sắc màu phong phú.
Hình 1.21. Ván HDF
- Ƣu điểm: Dễ thi công, sử dụng cho các công trình đòi hỏi chất lƣợng cao, kích thƣớc bề mặt gỗ lớn. Độ bền tốt, chống xƣớc và chống nƣớc rất tốt. Giá chấp nhận đƣợc so với gỗ tự nhiên.
- Nhƣợc điểm: Là gỗ đƣợc dán ép nên vẫn có những nhà sản xuất đƣa ra các sản phẩm rẻ nên vẫn sợ nƣớc.
- Thƣờng đƣợc sử dụng làm bàn ghế, tủ kệ trong nội thất, sàn và đặc biệt là làm cửa.
1.4.5. Ván PW
Ván ép Polywood đƣợc ép từ những miếng gỗ thật lạng mỏng và ép ngang dọc trái chiều nhau để tăng tính chịu lực. Dòng ván này thƣờng đi cùng với Venner để tạo vẻ đẹp rồi sơn phủ PU lên để bảo vệ bề mặt chống trầy
xƣớc và chống ẩm. Đƣợc sản xuất từ nguyên liệu chính là gỗ rừng trồng. Ghép từ những thanh gỗ nhỏ đã qua xử lý hấp sấy. Gỗ đƣợc cƣa, bào, phay, ghép, ép, chà và sơn phủ trang trí. Thƣờng sử dụng làm trang trí nội thất, ván sàn… Gồm 4 kiểu ghép: ghép song song, ghép mặt, ghép cạnh, ghép giác. Ghép song song gồm nhiều thanh gỗ cùng chiều dài, có thể khác chiều rộng, ghép song song với nhau.
Hình 1.22. Ván PW
- Ƣu điểm: Dễ thi công, sử dụng cho các công trình đơn giản, kích thƣớc bề mặt gỗ lớn.
- Nhƣợc điểm: Bề mặt gỗ xấu, là gỗ đƣợc dán keo nên rất sợ nƣớc. Gặp nƣớc thƣờng bị bong giữa các lớp ván.
- Thƣờng đƣợc sử dụng làm bàn, vách, tủ kệ trong nội thất. Và cần phải phủ một lớp ván Venner làm bề mặt.
1.5. VÁN MDF [4], [5], [6], [7], [16], [23], [37] 1.5.1. Định nghĩa, phân loại
MDF là từ viết tắt của từ Medium Density Fiberboard là tên gọi chung cho cả ba loại sản phẩm ván ép bột sợi có tỷ trọng trung bình (medium density) và độ nén chặt tƣơng đối cao. Để phân biệt ngƣời ta dựa vào các thông số cơ lý, độ dày và cách xử lý bề mặt.
Đây là sản phẩm composite ván nhân tạo. Họ composite ván gồm: Ván ép gỗ lạng (Polywood), ván ép bột sợi (MDF), ván ép dăm (OSB, PB, WB)...
MDF có các thành phần cơ bản gồm: bột sợi gỗ, chất kết dính, parafin, chất bảo vệ gỗ và bột độn vô cơ.
Những tính chất cơ lý cơ bản của sản phẩm composite gỗ nói chung và MDF nói riêng: +Tỷ trọng (đơn vị kg/m3)
+ Độ bền uốn gãy (MOR) (đơn vị MPa) + Độ bền liên kết nội (đơn vị MPa) + Độ trƣơng nở trong nƣớc (%) + Độ hấp thụ nƣớc (%)
+ Độ bền chịu nƣớc (MOR, MOE) + Lƣợng formanđehit thải ra (ppm)
1.5.2. Đặc điểm
Ván MDF có thể đƣợc sản xuất từ các loại gỗ cứng và gỗ mềm. Thành phần chính của ván MDF là các sợi gỗ đƣợc chế biến từ các loại gỗ mềm, ngoài ra ngƣời ta có thể thêm vào một số thành phần gỗ cứng tùy theo các nhà sản xuất chọn đƣợc loại nguyên liệu gỗ cứng sẵn có gần đó. Theo tiêu chuẩn của Anh, thành phần ván MDF là 82% sợi gỗ, 10% keo và hóa chất tổng hợp, 7% nƣớc và 1% parafin cứng và khoảng 0.05% silicon. Thành phần kết dính chính là urea-formanđehit mặc dù tùy thuộc phẩm cấp và mục đích sử dụng, ngƣời ta sử dụng các loại keo khác nhƣ melamine urea–formanđehit, hoặc keo phenolic và polymeric methylene di–isocyonate (PMDI).
1.5.3. Ứng dụng
Do có độ dày khác nhau và khả năng áp dụng các máy móc chế biến ván hiện đại, ván ép rất đƣợc ƣa chộng trong ngành nội thất, xây dựng và nó đang dần thay thế các loại gỗ thịt vốn càng ngày càng trở nên khan hiếm. Ngoài ra do ngƣời ta dần kiểm soát đƣợc độ ẩm trong ván, nên ván MDF có nhiều ứng dụng khác nhau.
Hình 1.23. Ván MDF
Tùy theo chủng loại gỗ làm ra bột gỗ và chất kết dính cũng nhƣ các phụ gia, ngƣời ta có các loại nhƣ sau:
+ MDF dùng trong nhà (nội thất).
+ MDF chịu nƣớc: dùng cho một số yêu cầu ngoài trời, nơi ẩm ƣớt. + MDF mặt trơn: để có thể sơn ngay không đòi hỏi phải chà nhám nhiều. + MDF mặt không trơn: dùng để tiếp tục dán ván lạng venner hay các mặt trang trí bằng melamine.
1.5.4. Vấn đề môi trƣờng
Hiện nay, từ các nghiên cứu về MDF cho thấy, sự thải ra formanđehit của MDF trong quá trình sử dụng là rất cao. Formanđehit gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến ngƣời sử dụng khi tiếp xúc lâu dài. Cho nên, pháp luật của Mỹ buộc các nhà sản xuất đồ gỗ từ Trung Quốc, Việt Nam, Nhật và EU phải cam kết dùng các loại MDF thải ra formanđehit rất là ít vào đầu năm 2 9 và hoàn toàn không có formanđehit vào 2 1 . Điều này đƣa đến cuộc chạy đua nƣớc rút trong nghiên cứu sản xuất MDF không formanđehit.
1.5.5. Ƣu nhƣợc điểm của ván MDF
Ƣu điểm:
- Độ bám sơn, vecni cao.
- Có thể sơn nhiều màu, tạo sự đa dạng về màu sắc, dễ tạo dáng (cong) cho các sản phẩm cầu kỳ, uyển chuyển.
- Cách âm, cách nhiệt tốt. Khuyết điểm:
CHƢƠNG 2
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT 2.1.1. Tanin rắn 2.1.1. Tanin rắn
Vỏ cây keo lá tràm, keo lai và keo tai tƣợng sau khi lấy về, đem rửa sạch, bỏ phần vỏ chết bên ngoài, bỏ phần bị sâu, cắt khúc bằng dao kim loại không gỉ, sấy ở 800C đến khô và xay thành dạng bột mịn. Chƣng ninh bột với nƣớc ở điều kiện tối ƣu tỷ lệ rắn: lỏng = 10kg : 60lít, nhiệt độ 90o
C, thời gian tối ƣu là 42 phút. Dịch sau khi chƣng ninh đƣợc lọc qua vải dày và cô dịch ở nhiệt độ 750C ta đƣợc tanin rắn.
Hình 2.1. Tanin rắn
2.1.2. Dung dịch NaOH 33%
Pha 250 ml dung dịch NaOH 33%: Cân 82.5g NaOH cho vào cốc, để dung dịch nguội thì cho vào bình định mức 25 ml và thêm nƣớc cất cho đến vạch.
2.1.3. Natri sunfit
2.1.4. Formaldehyde 37%
Formaldehyde đƣợc dùng để tổng hợp keo tanin – formaldehyde.
2.1.5. Urotrophin, Ammonium chloride
Urotrophin, ammonium chloride đƣợc dùng để ép ván MDF.
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.1. Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố đến phản ứng tổng hợp keo tanin – formaldehyde. [33] keo tanin – formaldehyde. [33]
Để tổng hợp thu đƣợc lƣợng keo tanin – formaldehyde tối ƣu, tiến hành nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố sau:
- Khảo sát ảnh hƣởng của tỉ lệ khối lƣợng tanin: khối lƣợng formaldehyde.
- Khảo sát ảnh hƣởng thời gian tạo keo. - Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ.
- Khảo sát ảnh hƣởng pH.
- Ảnh hƣởng của xúc tác kẽm axetat (CH3COO)2Zn.
a. Thiết bị, dụng cụ
- Bình cầu ba cổ 500ml. - Bộ máy khuấy cơ. - Nhiệt kế 100oC. - Sinh hàn thẳng 14. - Bếp điện.
- Bếp cách thủy. - Sinh hàn ruột gà.
- Máy đo pH Denver Instrument Basic
b. Quy trình tổng hợp [11], [25], [29], [33]
Cho m(g) tanin rắn vào bình cầu 500ml, thêm 100ml H2O và 0,4g Na2SO3, đun hồi lƣu trong bếp cách thủy trong 90 phút, ở 90o
depolyme hóa tanin.
Lấy dung dịch tanin ra cho V ml HCHO, sau đó điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH 33%.
Tiến hành khuấy bằng máy khuấy cơ và gia nhiệt. Sau thời gian t giờ tính từ thời điểm đạt nhiệt độ toC khảo sát thì dừng phản ứng.
Điều chỉnh pH không đổi trong quá trình tổng hợp . Tháo bình cầu đổ hỗn hợp ra lọc để loại bỏ sản phẩm gel.
Quy trình tổng hợp keo tanin – formaldehyde đƣợc trình bày nhƣ hình 2.2.
Sau khi tạo keo tiến hành đo độ nhớt của dung dịch keo thu đƣợc bằng nhớt kế để xác định điều kiện tối ƣu.
Hình 2.3. Quy trình tổng hợp keo tanin - formaldehyde
Tanin rắn
Đun cách thủy trong 90 phút, ở 900C
Depolyme hóa
Hỗn hợp phản ứng
Khuấy và gia nhiệt
Tạo methylol Trùng ngƣng Keo sản phẩm Na2SO3 rắn H2O NAOH 33% Formaldehyde Điều chỉnh pH Lọc, sấy
2.2.2. Nghiên cứu các tính chất của keo tanin – formaldehyde
Sau khi tạo keo với điều kiện tối ƣu tiến hành xác định các tính chất của keo sản phẩm thu đƣợc: hàm lƣợng rắn trong keo, pH của dung dịch keo, thời gian gel hóa, tỉ trọng dung dịch keo và độ nhớt.
a. Phổ hồng ngoại IR của keo sản phẩm
Keo sản phẩm thu đƣợc đem đo phổ hồng ngoại IR xác định sự có mặt của các nguyên tử, nhóm nguyên tử từ đó xác định cấu trúc phân tử sản phẩm.
b. Phương pháp phân tích nhiệt DTA
Phƣơng pháp phân tích nhiệt DTA TGA đƣợc dùng để nghiên cứu độ bền nhiệt, cung cấp những thông tin về tính chất nhiệt của keo tổng hợp đƣợc.
Kết hợp các dữ liệu thu đƣợc từ việc phân tích trên ta sẽ có thông tin về sự thay đổi khối lƣợng của chất cần nghiên cứu theo thời gian.
c. Hàm lượng rắn
Lấy khoảng m1 (g) keo tanin – formaldehyde (m1 khoảng 1 – 2g), sấy khô ở 1050C1.50C trong 3h, để nguội trong bình hút ẩm và đem cân lại đƣợc khối lƣợng m2 ta xác định hàm lƣợng rắn của keo.
Theo công thức: (%) 100 . % 1 2 m m TDS ( 2.1 ) d. Độ nhớt dung dịch keo
Nguyên tắc: Đo thời gian bằng giây của một thể tích chất lỏng chảy qua
mao quản của nhớt kế chuẩn, dƣới tác dụng của trọng lực ở nhiệt độ xác định. Độ nhớt động học là tích số của thời gian đo đƣợc và hằng số hiệu chuẩn của nhớt kế. Độ nhớt động học đƣợc tính theo công thức:
υ = C.t
Trong đó: υ: Độ nhớt động học tính bằng cSt hay mm2
/s C: Hằng số nhớt kế
Cách đo: Chọn nhớt kế có hằng số C chuẩn, nhớt kế phải khô, sạch có
miền làm việc bao trùm độ nhớt của dầu.
Nạp mẫu vào nhớt kế bằng cách hút để đƣa mẫu đến vị trí cao hơn vạch đo khoảng 0,5cm trong nhánh mao quản của nhớt kế.
Để mẫu chảy tự do, đo thời gian chảy tính từ vạch thứ nhất đến vạch thứ hai.
Tiến hành đo 3 lần lấy kết quả trung bình.
Lấy khoảng 20ml dung dịch keo và đo độ nhớt bằng nhớt kế ở 250C.
e. pH
pH của keo đƣợc xác định bằng máy đo pH Denver Instrument Basic ở 250C.
Máy pH đƣợc hiệu chỉnh trƣớc khi đo để tăng độ chính xác.
f. Tỉ trọng
Bình tỷ trọng hay còn gọi là bình picnomet, đƣợc sử dụng trong trƣờng hợp đo các chất lỏng cần độ chính xác cao và lƣợng chất lỏng có ít.
Khi sử dụng bình picnomet, trƣớc hết phải rửa thật sạch, tráng cồn và để thật khô tự nhiên (tránh sấy khô vì có thể làm giản nở thể tích), sau đó đem cân chính xác picnomet rỗng khô và sạch để lấy khối lƣợng của bình mbình. Đổ vào picnomet mẫu thử đã điều chỉnh nhiệt độ thấp hơn 2 0C trong khoảng 30 phút.
Nếu đo tỷ trọng dung dịch và nƣớc thì ta cho nƣớc vào bình picnomet (chú ý là mao quản trên nắp không đƣợc có bọt khí và phải đầy). Dùng một băng giấy lọc để thấm hết chất lỏng chứa trong picnomet, lau khô bình picnomet và đem cân sẽ đƣợc khối lƣợng nƣớc mHO
2 chứa trong bình picnomet.
Hình 2.4. pH kế Hình 2.5. Nhớt kế
Tiếp đó đổ mẫu thử đi, rửa sạch và làm khô bằng cách tráng cồn rồi tráng axeton để thật khô tự nhiên, có thể thổi không khí nén hay không khí nóng đuổi hết hơi axeton sau đó cho dung dịch cần đo vào, lau khô làm tƣơng tự và đem cân ta đƣợc khối lƣợng của dung dịch mdd.
Công thức tính tỷ trọng : bình O H bình dd m m m m T 2 ( 2.2 )
g. Thời gian gel hóa
Trộn keo với chất đóng rắn urotrophin và NH4Cl với tỉ lệ 60%: 20%: 20%, sau khi trộn lấy khoảng 10g hỗn hợp keo cho vào ống nghiệm và giữ ở nhiệt độ 250C. Ghi lại thời gian gel hóa.
2.2.3. Ứng dụng tạo tấm ván ép MDF của keo tanin – formaldehyde [4], [5], [6], [16] [4], [5], [6], [16]
Tiến hành thử ứng dụng keo sản phẩm bằng cách tạo tấm ván ép MDF với nguồn bột gỗ phế liệu từ nhà máy bột gỗ ở địa bàn xã Hòa Thành – Huyện Đông Hòa – Phú Yên.
Quy trình tạo tấm ép
Sơ đồ quy trình tạo tấm ép MDF.
Hình 2.6. Quy trình tạo tấm ép MDF
Bột gỗ lấy về đƣợc sàn lọc để thu đƣợc bột có cùng kích thƣớc. Hòa tan v (ml) keo, 4g urotrophin, 4g NH4Cl vào cốc chứa 250ml nƣớc cất rồi khuấy đều cho tan lƣợng keo.
Sau đó cho 5 g bột gỗ vào, ngâm trong 48h, lấy ra sấy khô ở 700
C trong 48h nhằm loại bỏ nƣớc.
Tiến hành tƣơng tự nhƣ vậy với các tỷ lệ phần trăm khối lƣợng keo trong tổng khối lƣợng các chất đem ép tạo sản phẩm.
Bỗt gỗ thô Sàng Ngâm Sấy Ép gia nhiệt Tấm MDF thành phẩm Urotrophin NH4Cl Keo tanin - formaldehyde H2O
Cho khoảng 30g hỗn hợp keo và bột gỗ vào khuôn ép và ép trên máy ép nhiệt ở 1500C, 150kg/cm2 trong 20 phút.
2.2.4. Xác định các chỉ tiêu của tấm ép thành phẩm
Tấm ép đƣợc đƣa đi xác định độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790- 1 và độ bền kéo đứt theo tiêu chuẩn ASTM – D638–1 trên máy đo kéo vạn năng SHIMADZU 5 kN ở hình 2.8 với tốc độ uốn là 5mm/phút và tốc độ kéo đứt là 2mm/phút. Mẫu đƣợc đo tại phòng thí nghiệm Polymer trƣờng Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng.
a. Độ bền uốn vật liệu
Ứng suất uốn gãy là ứng suất đo đƣợc ngay tại thời điểm vật liệu bị gãy.