Nghiên cứu giải pháp sản xuất ván dăm không keo từ rơm rạ tự nhiên

Ván dăm không keo từ rơm: Giải pháp vật liệu xây dựng an toàn, thân thiện môi trường. Tìm hiểu công nghệ và lợi ích của vật liệu bền vững này.

• Trường học: Đại học lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Công nghệ chế biến lâm sản
• Đề tài: Bước đầu nghiên cứu tìm ra giải pháp tạo ván dăm không sử dụng keo từ nguyên liệu rơm
• Loại tài liệu: Đề tài nghiên cứu
• Năm xuất bản: 2010-2011
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khám phá giải pháp ván dăm không keo từ rơm rạ Việt Nam

Sự phát triển của xã hội kéo theo nhu cầu sử dụng vật liệu gỗ ngày càng tăng, gây áp lực lớn lên tài nguyên rừng tự nhiên. Ván gỗ nhân tạo ra đời như một giải pháp thay thế hiệu quả, tuy nhiên, hầu hết đều sử dụng keo chứa formaldehyde, tiềm ẩn nguy cơ cho sức khỏe con người và môi trường. Trước bối cảnh đó, nghiên cứu phát triển ván dăm không keo từ các phế phẩm nông nghiệp như rơm rạ đang mở ra một hướng đi mới đầy hứa hẹn. Đây là một giải pháp tiên phong, hướng tới mô hình kinh tế tuần hoàn trong nông nghiệp, biến nguồn phế thải khổng lồ thành vật liệu xanh có giá trị. Nghiên cứu tập trung vào việc tạo ra một loại ván ép không formaldehyde, an toàn tuyệt đối cho người sử dụng và thân thiện với môi trường. Việc tận dụng phế phẩm nông nghiệp không chỉ giải quyết bài toán nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến gỗ mà còn giúp giảm thiểu ô nhiễm do đốt rơm rạ, tăng thêm thu nhập cho nông dân. Sản phẩm này được kỳ vọng sẽ trở thành một giải pháp thay thế gỗ công nghiệp hiệu quả, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất nội thất bền vững và các ứng dụng xây dựng khác. Hướng đi này phù hợp với xu thế phát triển bền vững toàn cầu, nơi các vật liệu xây dựng thân thiện môi trường ngày càng được ưu tiên.

1.1. Ván dăm không keo binderless particleboard là gì

Ván dăm không keo, hay còn gọi là binderless particleboard, là một loại vật liệu composite được tạo ra bằng cách ép các hạt liệu lignocellulose (như dăm gỗ, rơm rạ, bã mía) dưới nhiệt độ và áp suất cao mà không cần sử dụng chất kết dính tổng hợp như keo UF (Urea Formaldehyde) hay PF (Phenol Formaldehyde). Liên kết giữa các hạt liệu được hình thành nhờ vào sự kích hoạt và tái tổ hợp các thành phần hóa học tự nhiên có sẵn trong nguyên liệu, chủ yếu là lignin. Lignin hoạt động như một chất kết dính tự nhiên khi được hóa dẻo ở nhiệt độ cao. Quá trình này tạo ra sản phẩm ván ép không formaldehyde, loại bỏ hoàn toàn nguy cơ phát thải chất độc hại, góp phần tạo ra một không gian sống an toàn và lành mạnh.

1.2. Tiềm năng to lớn của vật liệu từ rơm rạ tại Việt Nam

Việt Nam, với nền nông nghiệp lúa nước lâu đời, tạo ra hàng chục triệu tấn rơm rạ mỗi năm. Tuy nhiên, phần lớn lượng phế phẩm này chưa được tận dụng hiệu quả, chủ yếu bị đốt bỏ tại ruộng, gây lãng phí tài nguyên và ô nhiễm không khí nghiêm trọng. Khí thải từ việc đốt rơm chứa CO2, CO và các hợp chất độc hại khác, góp phần gây ra hiệu ứng nhà kính. Việc nghiên cứu và sản xuất thành công vật liệu từ rơm rạ sẽ biến nguồn phế thải này thành tài nguyên quý giá. Rơm rạ có thành phần hóa học chính là cellulose, hemicellulose và lignin, tương tự như gỗ, là cơ sở để sản xuất các loại ván nhân tạo. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc tận dụng phế phẩm nông nghiệp.

1.3. Mục tiêu nghiên cứu Hướng tới ván ép từ rơm an toàn

Mục tiêu tổng quát của nghiên cứu là tìm ra giải pháp công nghệ phù hợp để sản xuất ván ép từ rơm đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật cơ bản, có thể ứng dụng trong xây dựng và đồ mộc. Mục tiêu cụ thể bao gồm: (1) Nghiên cứu cơ sở lý luận về việc tạo liên kết tự nhiên trong vật liệu lignocellulose mà không cần keo. (2) Lựa chọn và thử nghiệm giải pháp hóa học để kích hoạt bề mặt sợi rơm. (3) Đánh giá các đặc tính cơ lý của ván dăm thành phẩm, bao gồm độ bền uốn, độ trương nở, và độ bền kéo. Cuối cùng, nghiên cứu hướng tới việc hoàn thiện một quy trình sản xuất khả thi, góp phần tạo ra sản phẩm vật liệu xanh bền vững.

II. Thách thức từ ván ép công nghiệp và phế phẩm nông nghiệp

Ngành công nghiệp ván nhân tạo truyền thống và thực trạng xử lý phế phẩm nông nghiệp hiện nay đang đối mặt với nhiều thách thức lớn. Vấn đề cốt lõi của ván công nghiệp là sự phụ thuộc vào keo dán tổng hợp. Chất kết dính phổ biến nhất là keo Urea Formaldehyde (UF), có giá thành rẻ nhưng lại liên tục phát thải formaldehyde tự do ra môi trường. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), formaldehyde là một chất gây ung thư, có khả năng gây kích ứng mắt, da, và các bệnh về đường hô hấp. Việc tìm kiếm một loại ván ép không formaldehyde là yêu cầu cấp thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Bên cạnh đó, nguồn cung phế phẩm nông nghiệp như rơm rạ dù dồi dào nhưng việc đưa vào sản xuất lại gặp không ít trở ngại kỹ thuật. Việc xử lý rơm rạ sau thu hoạch thường là đốt bỏ, gây ô nhiễm không khí nghiêm trọng và lãng phí một nguồn tài nguyên có khả năng tái tạo. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra những khó khăn cố hữu khi làm việc với vật liệu từ rơm rạ, đòi hỏi các giải pháp công nghệ đột phá để có thể thương mại hóa sản phẩm ván ép từ rơm một cách hiệu quả và bền vững.

2.1. Vấn đề phát thải Formaldehyde từ keo dán công nghiệp

Formaldehyde là một hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất keo UF, MUF, PF cho ngành ván nhân tạo. Trong quá trình sản xuất và sử dụng, lượng formaldehyde dư thừa sẽ từ từ thoát ra không khí, gây ô nhiễm môi trường trong nhà. Tiếp xúc lâu dài với formaldehyde ở nồng độ cao có thể dẫn đến các triệu chứng cấp tính như cay mắt, viêm họng, khó thở và các bệnh mãn tính nguy hiểm. Do đó, việc phát triển ván ép không formaldehyde không chỉ là một xu hướng mà còn là một trách nhiệm xã hội, hướng tới các sản phẩm nội thất bền vững và an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng.

2.2. Lãng phí tài nguyên và ô nhiễm từ việc đốt rơm rạ

Theo thống kê, mỗi tấn lúa thu hoạch sẽ tạo ra khoảng 1,35 tấn rơm rạ. Với sản lượng lúa hàng năm của Việt Nam, con số này lên đến hàng chục triệu tấn. Việc đốt rơm ngoài đồng không chỉ lãng phí nguồn sinh khối có giá trị mà còn thải ra môi trường một lượng lớn khí CO2, CO, CH4 và các oxit nitơ (NOx), góp phần làm gia tăng hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu. Khói bụi từ việc đốt rơm còn ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người dân và an toàn giao thông. Vì vậy, tận dụng phế phẩm nông nghiệp như rơm rạ để sản xuất vật liệu là một giải pháp "một mũi tên trúng hai đích", vừa tạo ra giá trị kinh tế, vừa bảo vệ môi trường.

2.3. Trở ngại kỹ thuật Lớp sáp và Silic cản trở liên kết

Không giống như gỗ, bề mặt thân cây rơm được bao phủ bởi một lớp sáp (wax) kỵ nước và có hàm lượng Silic (SiO2) rất cao (lên đến 12-18%). Các nghiên cứu trên thế giới, đơn cử như của Zhang-Yu-Kun, đã chỉ ra rằng hai yếu tố này là nguyên nhân chính cản trở khả năng dán dính của rơm với các loại keo gốc formaldehyde thông thường. Lớp sáp ngăn cản keo thấm ướt bề mặt, trong khi Silic tạo ra một hàng rào vật lý, làm giảm diện tích tiếp xúc và độ bền liên kết. Đây là thách thức kỹ thuật lớn nhất cần phải vượt qua trong công nghệ sản xuất ván dăm từ rơm.

III. Phương pháp kích hoạt liên kết tự nhiên trong sợi rơm

Để tạo ra ván dăm không keo, chìa khóa nằm ở việc kích hoạt các thành phần hóa học bên trong chính sợi rơm để chúng tự liên kết với nhau. Nguyên lý cơ bản dựa trên việc xử lý sợi lignocellulose bằng các tác nhân hóa học để phá vỡ hoặc biến đổi cấu trúc bề mặt, tạo ra các nhóm chức có khả năng phản ứng. Thay vì dùng keo tổng hợp, phương pháp này tận dụng lignin - một polymer tự nhiên trong rơm - như một chất kết dính tự nhiên. Dưới tác động của nhiệt độ và áp suất trong quy trình ép nóng ván rơm, lignin được hóa dẻo và phân bố lại, tạo thành các cầu nối vững chắc giữa các sợi cellulose. Quá trình này được hỗ trợ bởi các phản ứng oxy hóa bề mặt, tạo ra các gốc tự do có hoạt tính cao, thúc đẩy sự hình thành liên kết ngang (cross-linking) giữa các phân tử. Nghiên cứu này đề xuất sử dụng thuốc thử Fenton (hỗn hợp ion sắt Fe²⁺ và hydro peroxide H₂O₂), một hệ thống oxy hóa mạnh, để kích hoạt bề mặt sợi rơm. Đây là một hướng đi đột phá, mở ra tiềm năng sản xuất hàng loạt vật liệu xây dựng thân thiện môi trường từ nguồn nguyên liệu tái tạo.

3.1. Cơ chế oxy hóa Chìa khóa tạo ván dăm không sử dụng keo

Cơ chế chính là sử dụng phản ứng Fenton để tạo ra các gốc hydroxyl (*OH) có khả năng oxy hóa cực mạnh. Phản ứng diễn ra như sau: Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + OH⁻ + *OH. Các gốc OH này sẽ tấn công vào các phân tử lignin và carbohydrate trên bề mặt sợi rơm, phá vỡ một phần các liên kết hóa học bền vững. Quá trình này không chỉ loại bỏ lớp sáp và tạp chất mà còn tạo ra các gốc hữu cơ R trên bề mặt sợi. Các gốc này có hoạt tính cao, sẵn sàng kết hợp với nhau để tạo thành các liên kết cộng hóa trị bền vững trong quá trình ép nhiệt, từ đó hình thành cấu trúc của tấm ván.

3.2. Vai trò của Lignin như một chất kết dính tự nhiên

Lignin là một loại polymer phức tạp, có chức năng gắn kết các sợi cellulose lại với nhau, tạo nên độ cứng cho thân thực vật. Trong công nghệ sản xuất ván dăm không keo, lignin đóng vai trò trung tâm. Ở nhiệt độ cao (khoảng 180°C) và áp suất lớn, lignin chuyển sang trạng thái dẻo, chảy và lấp đầy các khoảng trống giữa các dăm rơm. Khi nguội đi, nó đông cứng lại, tạo thành một ma trận bền vững, hoạt động tương tự như một loại keo nhiệt rắn tự nhiên. Quá trình xử lý sợi lignocellulose bằng hóa chất trước đó giúp tăng cường khả năng hoạt hóa và phân bố lại của lignin, từ đó cải thiện đáng kể đặc tính cơ lý của ván dăm.

IV. Hướng dẫn quy trình ép nóng ván rơm không keo chi tiết

Quy trình công nghệ sản xuất ván ép từ rơm không sử dụng keo là một chuỗi các bước được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng. Điểm khác biệt cốt lõi so với quy trình truyền thống là thay thế công đoạn trộn keo bằng công đoạn phun hóa chất kích hoạt. Quy trình bắt đầu từ khâu chuẩn bị nguyên liệu, bao gồm cắt ngắn, nghiền và sàng lọc để tạo ra dăm rơm có kích thước đồng đều. Tiếp theo là giai đoạn xử lý hóa học, nơi dăm rơm được phun các dung dịch hóa chất theo một tỷ lệ chính xác. Cuối cùng, dăm đã xử lý được trải thành thảm và đưa vào máy ép nhiệt. Quy trình ép nóng ván rơm là giai đoạn quan trọng nhất, quyết định sự hình thành liên kết và các đặc tính của ván. Các thông số như nhiệt độ, áp suất và thời gian ép phải được tối ưu hóa để đạt được độ bền uốn và độ ổn định kích thước tốt nhất. Việc kiểm soát độ ẩm của dăm ở từng giai đoạn cũng là yếu tố then chốt, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của quá trình ép và chất lượng của binderless particleboard.

4.1. Bước 1 Xử lý nguyên liệu rơm và tạo dăm tiêu chuẩn

Nguyên liệu rơm (giống lúa Khang Dân) sau khi thu gom được loại bỏ tạp chất, cắt ngắn thành đoạn 10-15 cm và phơi khô đến độ ẩm 14-15%. Sau đó, rơm được đưa vào máy nghiền búa để tạo thành dăm. Dăm sau khi nghiền sẽ được đưa qua hệ thống sàng để phân loại. Các dăm có kích thước quá lớn hoặc quá nhỏ (dạng bột) sẽ bị loại bỏ. Việc tạo ra dăm có kích thước đồng nhất là rất quan trọng để đảm bảo thảm dăm được trải đều, giúp ván có khối lượng thể tích đồng nhất và bề mặt phẳng mịn.

4.2. Bước 2 Phun hóa chất kích hoạt theo phương pháp Fenton

Dăm rơm sau khi sàng được xử lý hóa chất theo hai bước. Đầu tiên, phun dung dịch H₂SO₄ loãng (axit sulfuric) để thủy phân một phần hemicellulose. Sau đó, phun lần lượt dung dịch FeSO₄.7H₂O (sắt (II) sunfat) và H₂O₂ (hydro peroxide). Trong nghiên cứu, các nồng độ H₂O₂ khác nhau (4%, 5,5% và 7%) được thử nghiệm để tìm ra mức độ tối ưu. Quá trình phun phải được thực hiện đồng đều để đảm bảo mọi bề mặt dăm đều được tiếp xúc với hóa chất. Đây chính là bước cốt lõi để tạo ra các gốc tự do, chuẩn bị cho quá trình hình thành liên kết tự nhiên.

4.3. Bước 3 Công nghệ ép nhiệt và các thông số kỹ thuật

Thảm dăm đã được phun hóa chất được đưa vào máy ép nhiệt. Dựa trên các nghiên cứu và thực nghiệm thăm dò, chế độ ép được lựa chọn như sau: Nhiệt độ ép là 180°C, áp suất ép là 3 MPa, và thời gian ép là 6 phút. Dưới tác động của nhiệt độ và áp suất cao, hơi nước trong dăm bay hơi, các phản ứng hóa học tạo liên kết diễn ra, và lignin được hóa dẻo để gắn kết các dăm lại với nhau. Quá trình hạ áp suất sau khi ép phải được thực hiện từ từ để tránh hiện tượng phồng rộp (delamination) cho ván. Sản phẩm sau khi ép được để ổn định trong 72 giờ trước khi cắt mẫu kiểm tra chất lượng.

V. Phân tích đặc tính cơ lý của ván dăm không keo từ rơm

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cung cấp những dữ liệu quan trọng để đánh giá chất lượng và tiềm năng ứng dụng của ván dăm không keo từ rơm. Các đặc tính cơ lý của ván dăm được kiểm tra theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7756-2007, bao gồm khối lượng thể tích, độ trương nở chiều dày sau khi ngâm nước, độ hút nước, độ bền uốn tĩnh (MOR), mô đun đàn hồi (MOE), và độ bền kéo vuông góc với bề mặt ván (IB). Kết quả cho thấy nồng độ hóa chất xử lý (cụ thể là H₂O₂) có ảnh hưởng rõ rệt đến chất lượng ván. Nhìn chung, khi tăng nồng độ H₂O₂, các tính chất cơ học và khả năng chống ẩm của ván đều được cải thiện. Mặc dù một số chỉ tiêu đã đạt được kết quả khả quan, mở ra hướng ứng dụng thực tiễn, nhưng vẫn còn những hạn chế cần được tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện công nghệ sản xuất ván dăm này. Đây là bước đi quan trọng để khẳng định rơm rạ có thể trở thành một giải pháp thay thế gỗ công nghiệp hiệu quả.

5.1. Đánh giá độ bền uốn MOR và mô đun đàn hồi MOE

Đây là hai chỉ tiêu quan trọng nhất thể hiện khả năng chịu lực của ván. Kết quả cho thấy cả MOR và MOE đều có xu hướng tăng khi nồng độ H₂O₂ tăng từ 4% lên 7%. Cụ thể, ở nồng độ 7% H₂O₂, ván đạt độ bền uốn tĩnh (MOR) cao nhất là 3,21 MPa và mô đun đàn hồi (MOE) là 1508,67 MPa. Sự gia tăng này cho thấy quá trình oxy hóa bề mặt đã kích hoạt hiệu quả việc tạo ra các liên kết hóa học giữa các dăm, giúp cấu trúc ván trở nên cứng chắc và chịu biến dạng tốt hơn. Dù các giá trị này vẫn còn thấp so với ván dăm gỗ thông thường, nhưng nó đã chứng minh được tính khả thi của phương pháp.

5.2. Khảo sát độ trương nở chiều dày và khả năng hút nước

Độ trương nở chiều dày và độ hút nước là các chỉ số đánh giá độ ổn định của ván khi tiếp xúc với môi trường ẩm. Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi tăng nồng độ H₂O₂, cả hai chỉ số này đều có xu hướng giảm. Ở chế độ xử lý 7% H₂O₂, độ trương nở là 27,16% và độ hút nước là 31,37%. Điều này có thể được giải thích là do mật độ liên kết trong ván tăng lên, làm giảm các khoảng trống và hạn chế khả năng xâm nhập của các phân tử nước vào cấu trúc ván. Việc cải thiện khả năng chống ẩm là một yếu tố tích cực cho tiềm năng ứng dụng của sản phẩm.

5.3. Hạn chế về độ bền kéo vuông góc IB và hướng khắc phục

Độ bền kéo vuông góc (IB) đánh giá lực liên kết giữa các lớp dăm bên trong lõi ván. Đây là điểm yếu lớn nhất của sản phẩm trong nghiên cứu này. Kết quả thử nghiệm cho thấy giá trị IB rất thấp, chưa đạt yêu cầu kỹ thuật. Nguyên nhân chính là do liên kết tự nhiên được hình thành chủ yếu trên bề mặt các dăm, trong khi lực liên kết giữa các lớp dăm ở lõi còn yếu. Để khắc phục, các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa kích thước và hình dạng dăm, cải thiện phương pháp phun hóa chất để chúng thấm sâu hơn, hoặc nghiên cứu kết hợp một lượng nhỏ chất kết dính tự nhiên khác để tăng cường liên kết lõi.

VI. Tương lai của ván ép từ rơm trong kinh tế tuần hoàn

Ván dăm không keo làm từ rơm không chỉ là một sản phẩm mới mà còn đại diện cho một tư duy sản xuất bền vững. Đây là một minh chứng rõ nét cho mô hình kinh tế tuần hoàn trong nông nghiệp, nơi phế thải của quá trình này trở thành đầu vào cho một quá trình sản xuất khác, tạo ra một vòng lặp khép kín, giảm thiểu rác thải và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên. Tiềm năng ứng dụng của loại vật liệu xanh này là rất lớn, từ việc sản xuất đồ nội thất, tấm vách ngăn, tấm ốp trang trí cho đến các cấu kiện trong xây dựng không chịu lực. Sản phẩm ván ép không formaldehyde đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường về các vật liệu an toàn cho sức khỏe và thân thiện với môi trường. Để đưa sản phẩm ra thị trường, các nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc cải thiện các đặc tính còn hạn chế, tối ưu hóa quy trình sản xuất để giảm chi phí và nâng cao hiệu suất. Sự thành công của công nghệ này sẽ góp phần quan trọng vào việc xây dựng một ngành công nghiệp nội thất bền vững tại Việt Nam.

6.1. Ứng dụng tiềm năng cho nội thất bền vững và vật liệu xanh

Với việc loại bỏ hoàn toàn formaldehyde, ván ép từ rơm là lựa chọn lý tưởng cho các sản phẩm nội thất trong nhà ở, trường học, bệnh viện, nơi yêu cầu cao về chất lượng không khí. Sản phẩm có thể được sử dụng làm tấm lưng tủ, vách ngăn văn phòng, tấm trang trí tường, trần nhà. Hơn nữa, với bản chất là một vật liệu xanh, nó có thể giúp các công trình xây dựng đạt được các chứng chỉ xanh như LEED hay LOTUS, nâng cao giá trị và tính cạnh tranh của dự án. Đây là một giải pháp thay thế gỗ công nghiệp đầy tiềm năng.

6.2. Đóng góp vào kinh tế tuần hoàn trong nông nghiệp Việt Nam

Việc thương mại hóa thành công công nghệ sản xuất ván dăm từ rơm sẽ tạo ra một tác động kép. Về kinh tế, nó tạo ra một ngành công nghiệp mới, tạo việc làm và tăng thêm nguồn thu nhập cho nông dân thông qua việc thu mua rơm rạ. Về môi trường, nó giải quyết triệt để vấn đề đốt rơm, giảm ô nhiễm không khí và phát thải khí nhà kính. Đây chính là bản chất của kinh tế tuần hoàn trong nông nghiệp, biến một vấn đề môi trường thành một cơ hội kinh tế, thúc đẩy sự phát triển bền vững cho cả ngành nông nghiệp và công nghiệp chế biến.

6.3. Hướng nghiên cứu tiếp theo để hoàn thiện công nghệ sản xuất

Để sản phẩm binderless particleboard từ rơm có thể cạnh tranh trên thị trường, các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào một số vấn đề chính. Thứ nhất, cải thiện độ bền kéo vuông góc (IB) bằng cách điều chỉnh các thông số ép hoặc kết hợp các phương pháp xử lý mới. Thứ hai, nghiên cứu các giải pháp xử lý bề mặt để tăng khả năng chống trầy xước và tạo tính thẩm mỹ cho ván. Thứ ba, tối ưu hóa quy trình ở quy mô lớn để giảm giá thành sản xuất. Cuối cùng, cần thực hiện các đánh giá vòng đời sản phẩm (LCA) để định lượng chính xác các lợi ích về môi trường mà sản phẩm mang lại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm qua, rừng tự nhiên đã bị khai thác quá mức, nhiều vùng rừng đang có nguy cơ cạn kiệt. Rừng trồng đang khôi phục dần nhƣng vẫn chƣa đáp ứng đủ nhu cầu nguyên liệu, trong khi đó nhu cầu về sử dụng gỗ của xã hội ngày càng gia tăng cả về số lƣợng và chất lƣợng. Ván nhân tạo có tất cả các ƣu điểm và đặc tính của gỗ tự nhiên, nhƣng đặc điểm lớn nhất của nó là khắc phục đƣợc tất cả nhƣợc điểm của gỗ tự nhiên nhằm làm thỏa mãn nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Do vậy công nghệ sản xuất ván nhân tạo đang đƣợc đầu tƣ phát triển mạnh mẽ trong một vài năm trở lại đây.

Hiện nay, việc nghiên cứu sản xuất ra các loại hình sản phẩm mới từ nguồn nguyên liệu rẻ tiền hoặc phế thải nông, lâm nghiệp là vấn đề đang đƣợc chú ý không những ở nƣớc ta mà ở cả một số nƣớc khác trên thế giới. Ván dăm là một loại ván nhân tạo mà sản phẩm có thể đƣợc hình thành từ gỗ kém phẩm chất, phế liệu gỗ cũng nhƣ các loại phế liệu nông nghiệp nhƣ: rơm rạ, bã mía, tre nứa, xơ dừa, bẹ dừa nƣớc., nếu đƣợc tận dụng sẽ góp phần nâng cao tỷ lệ sử dụng gỗ và lâm sản. Ván dăm là một loại vật liệu composite gỗ nó đƣợc nghiên cứu khá sớm, bắt đầu từ năm 1887, với sản phẩm ván dăm đƣợc sản xuất từ mùn cƣa và keo máu (albumin máu). Theo đề xuất mới đây của ngành lâm nghiệp đối với ván nhân tạo từ nay đến năm 2015, chỉ nên đầu tƣ sản xuất ván dăm và ván sợi (MDF) sử dụng nguyên liệu gỗ rừng trồng, với tổng sản lƣợng ván nhân tạo dự kiến 800.

Nhƣ vậy việc tìm ra nguồn nguyên liệu mới để đáp ứng nhu cầu nguyên liệu của ngành công nghiệp sản xuất ván dăm là rất cần thiết. Nhƣng vấn đề đặt ra là những nguồn nguyên liệu phi gỗ có khả năng dán dính kém hơn so với gỗ. Do bề mặt của những nguồn nguyên liệu nhƣ vỏ trấu, 1 rơm rạ có tỷ lệ ôxit silic ở dạng SiO2 cao, đây là nguyên nhân cản trở khả năng dán dính, khả năng liên kết dăm – dăm, dăm – gỗ. Việt Nam có nền văn minh lúa nƣớc lâu đời, với trên 70% dân số sống bằng nghề trồng lúa nƣớc.

Sản lƣợng lúa gạo ở nƣớc ta trung bình đạt 39,9 triệu tấn gạo (năm 2010, theo bộ NN và PTNT). Trong đó, mỗi tấn thóc thu đƣợc sẽ cho tƣơng ứng là 1,35 tấn rơm rạ trên một cánh đồng. Nhƣ vậy lƣợng rơm rạ tạo ra hàng năm ở Việt Nam sẽ là hàng chục triệu tấn, một con số đáng kể. Tuy nhiên, rơm rạ vẫn chƣa thực sự đƣợc sử dụng có hiệu quả, rơm sau khi thu hoạch thƣờng đƣợc đốt trực tiếp ngoài đồng.

Theo nghiên cứu cho thấy khí gas thải ra từ việc đốt rơm rạ có chứa 70% khí CO2 và 7% khí CO nên rất có hại cho môi trƣờng, góp phần vào việc gây ra hiệu ứng nhà kính. Mặt khác, chất kết dính đƣợc sử dụng chủ yếu trong sản xuất ván dăm là keo Ure formaldehyde UF, do đó trong ván luôn tồn tại một lƣợng formandehyde tự do. Trong quá trình sản xuất cũng nhƣ trong khi sử dụng, formandehyde tự do thoát ra ngoài môi trƣờng gây kích thích da, mắt, đƣờng hô hấp, ở liều cao có tác động toàn thân, gây ngủ cho ngƣời sử dụng. Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Bước đầu nghiên cứu tìm ra giải pháp tạo ván dăm không sử dụng keo từ nguyên liệu rơm” 2 Chƣơng 1.Lịch sử nghiên cứu 1.Tình hình nghiên cứu ván dăm rơm có sử dụng keo a.

Trên thế giới Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật nhiều loại vật liệu mới đƣợc nghiên cứu và sản xuất thành công thì vật liệu hỗn hợp từ nguyên liệu hữu cơ và chất kết dính vô cơ mất dân mất đi chỗ đứng. Trong thời gian gần đây, nguyên liệu hữu cơ vẫn tiếp tục nghiên cứu sản xuất nhƣng theo hƣớng kết hợp với các chất kết dính có nguồn góc hữu cơ nhƣ: ván dăm, ván dán, ván sợi,. Trên thế 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,. đã nghiên cứu sử dụng rơm trong sản xuất nhƣng gặp khó khăn trong việc loại bỏ silic khá lớn trong thành phần của rơm. Ngay đầu thập niên của thế kỷ 20, phế liệu nông nghiệp đã đƣợc các nhà khoa học nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất ván nhân tạo. Đầu năm 1948 dây chuyền sản xuất ván nhân tạo từ rơm rạ đầu tiên trên thế giới đƣợc xây dựng ở Bỉ, tiếp sau đó là hàng loạt các xƣởng sản xuất ván nhân tạo từ nguyên liệu phi gỗ đã đƣợc xây dựng ở các nƣớc Châu Âu và Châu Mỹ.[21] Từ những năm 90, trên thế giới đã bắt đầu hình thành ngành công nghiệp sản xuất ván dăm từ rơm.

Tuy nhiên do rơm, rạ có đặc điểm là phía vỏ bên ngoài có lớp sáp (wax) kỵ nƣớc khiến khiến cho việc sử dụng các loại keo gốc formaldehyde thông dụng trong sản xuất ván dăm trở nên khó khăn, do đó chỉ có thể sử dụng keo MDI (Methylen Diphenyl Isocyanate) là loại keo khá đắt để sản xuất. 3 Ván dăm rơm, rạ chỉ thực sự phát triển từ những năm 2000 trở lại đây với giải pháp xử lý rơm rạ trƣớc khi ép bằng giải pháp hóa-cơ-nhiệt tại một số nƣớc nhƣ Mỹ, Úc, Philippin với sản phẩm chủ yếu sử dụng trong xây dựng. Tuy nhiên chủ yếu nguồn rơm, rạ mới là lúa mì, lúa mạch còn nguyên liệu rơm rạ từ lúa nƣớc rất hạn chế do sản lƣợng ít và các giải pháp bảo quản rơm sau thu hoạch rất khó khăn. Ván dăm rơm Trong những năm gần đây, một số lƣợng lớn rơm sau khi thu hoạch đã đƣợc sử dụng vào sản xuất vật liệu Composite (ván dăm, ván sợi) một cách có hiệu quả ở Trung Quốc.

Tuy nhiên các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tài nguyên rơm có một hàm lƣợng cao Silic và sáp trên bề mặt làm cho chúng khó có khả năng liên kết đƣợc với keo U-F, đây là một trở ngại lớn cho sản xuất ván dăm. Một số kết quả nghiên cứu điển hình trên thế giới về sử dụng rơm rạ để sản xất ván nhân tạo: Năm 2000, Frank Beall một giáo sƣ khoa học gỗ của California trên bài báo “Fundamental Properties of rice straw in comparison with softwood” đã khi nghiên cứu và so sánh các thuộc tính của rơm lúa với gỗ lá kim cho thấy rơm lúa là một loại nguyên liệu đạt tiêu chuẩn cho sản xuất ván dăm thông thƣờng, MDF, OSB và ván dăm có khối lƣợng thể tích thấp, đây là hƣớng 4 nghiên cứu để tìm nguồn nguyên liệu thay thế gỗ dần dần trong sản xuất ván nhân tạo. Năm 2000, Zhang-Yu-Kun và các nhà khoa học Nhật Bản đã nghiên cứu thấy rằng trên lớp bề mặt của rơm có một lớp sáp, lớp này làm giảm khả năng dán dính của rơm khi sử dụng làm ván dăm và ông đã sử dụng keo pMDI (polymeric isocyanate) làm chất kết dính, tuy nhiên do giá cả thị trƣờng loại keo này quá đắt nên khả năng áp dụng của chúng còn hạn chế. “Nghiên cứu ảnh hưởng của loại keo tới tính chất của ván dăm từ rơm lúa mì có KLTT trung bình” của Xiaoqun Mo và các cộng sự tại Đại học bang Kansas, Mỹ thực hiện năm 2003.

Nghiên cứu sử dụng 4 loại keo là MDI, U-F, keo từ protein tách từ đậu nành SPI và bột đậu nành SF đối với rơm đã qua xử lý hoá chất tẩy là hỗn hợp kiềm và hợp chất oxi hóa. Kết quả cho thấy, ván rơm từ rơm xử lý có chất lƣợng cao hơn ván không xử lý. Keo MDI cho chất lƣợng cao nhất, với lƣợng keo dùng khoảng 4%. Ván từ keo SPI và SF có chất lƣợng tƣơng tự ván từ keo U-F.

Riêng đối với keo U-F, MOR của ván từ rơm không xử lý là 6,36 MPa và rơm xử lý là 9,34 MPa. Còn IB tƣơng ứng là 0,11 MPa đối với rơm không xử lý và là 0,19 MPa đối với ván rơm xử lý hoá chất.[14] Năm 2003, Zhang và các cộng sự đã nghiên cứu nâng cao tính chất cơ học của ván rơm lúa mỳ bằng xử lý enzyme. Trong nghiên cứu có sử dụng ba loại enzyme là Lypises from Candida rugosa, Celluloses from Trichoderma và Celluloses from Aspergillus niger. Kết quả cho thấy loại enzyme Celluloses from Aspergillus niger cho tính chất cơ vật lý của sản phẩm là tốt nhất, MOR đạt 16,3 MPa, IB đạt 0,42 MPa và trƣơng nở chiều dày là 8,6% trong khi đó ván rơm không đƣợc xử lý thì MOR chỉ đạt 13,2 MP, IB là 0,28 MPa, trƣơng nở chiều dày là 11,6%.

Phƣơng pháp này có nhiều triển vọng vì thân thiện với môi trƣờng tuy nhiên việc lựa chọn enzyme nào cho phù hợp với nguyên liệu, rất khó tìm đƣợc loại enzyme chỉ phân giải lingin mà không phân giải 5 cellulose và hemicellulose, đồng thời phƣơng pháp này làm giá trị pH của nguyên liệu tăng ảnh hƣởng đến khả năng đóng rắn của keo UF.[19] Nhƣ vậy có thể thấy trên thế giới việc nghiên cứu ván dăm từ rơm đã không còn là đề tài mới mẻ và đƣợc đƣa vào sản xuất phục vụ cuộc sống của ngƣời dân. Tình hình nghiên cứu trong nước Hiện nay cả 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 khẩu gỗ và sản phẩm gỗ 2 tháng đầu năm 2012 đạt 606,1 triệu USD, tăng 22,32% so với cùng kỳ năm 2011. Tính riêng trong tháng 2, xuất khẩu mặt hàng này đạt kim ngạch 317,5 triệu USD, tăng 10,02% so với tháng liền kề trƣớc đó.

Trong đó ván gỗ nhân tạo sẽ 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 rất thích hợp cho nội thất gia đình, công sở, trƣờng học, khách sạn, nhà hàng, nhà văn hoá, cung thể thao (baomoi. Công nghiệp sản xuất ván dăm ở Việt Nam ra đời muộn hơn nhiều so với các nƣớc trên thế giới.

Hầu hết công nghệ sản xuất ván dăm ở Việt Nam là nhập từ nƣớc ngoài. Năm 1967, nhà máy ván dăm Việt Trì là nhà máy ván dăm đầu tiên ở nƣớc ta, với thiết bị của Nam Tƣ, sản xuất ván dăm 3 lớp từ gỗ bồ đề với phƣơng pháp ép phẳng, công suất thiết kế là 6.