Luận văn: Nghiên cứu mối quan hệ tỷ lệ rơm-gỗ và chất lượng ván dăm hỗn hợp

Luận văn phân tích ảnh hưởng của tỷ lệ hỗn hợp rơm-gỗ đến chất lượng ván dăm, một giải pháp tận dụng hiệu quả phế liệu nông nghiệp.

• Tác giả: Kiều Văn Hùng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Văn Thiết
• Trường học: Trường Đại học Lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ thuật
• Đề tài: Nghiên cứu mối quan hệ giữa tỷ lệ hỗn hợp rơm - gỗ và chất lượng ván dăm hỗn hợp rơm – dăm gỗ
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Ván dăm rơm gỗ Giải pháp bền vững từ phế phẩm nông nghiệp

Ván dăm, một loại vật liệu composite, đã trở thành một phần không thể thiếu trong ngành công nghiệp chế biến gỗ và sản xuất nội thất. Tuy nhiên, nguồn cung gỗ tự nhiên ngày càng khan hiếm đã thúc đẩy các nhà khoa học tìm kiếm nguồn nguyên liệu tái tạo thay thế. Việt Nam, với sản lượng lúa hàng chục triệu tấn mỗi năm, đang đối mặt với một lượng lớn phế phẩm nông nghiệp là rơm rạ. Việc tận dụng nguồn tài nguyên này để sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ không chỉ giải quyết vấn đề nguyên liệu mà còn góp phần bảo vệ môi trường, giảm thiểu tình trạng đốt rơm rạ gây ô nhiễm. Nghiên cứu về ván dăm từ hỗn hợp rơm và dăm gỗ mở ra một hướng đi mới, biến phụ phẩm nông nghiệp thành sản phẩm có giá trị kinh tế cao. Các nghiên cứu ban đầu cho thấy, việc kết hợp rơm và gỗ có thể tạo ra sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng ván dăm TCVN dùng trong sản xuất đồ mộc dân dụng. Đây là một giải pháp tiềm năng, phù hợp với xu hướng phát triển vật liệu xây dựng xanh và kinh tế tuần hoàn. Sự thành công của công nghệ này hứa hẹn sẽ đa dạng hóa sản phẩm ván nhân tạo, hạ giá thành và tăng thu nhập cho người nông dân, đồng thời giải quyết bài toán môi trường cấp bách hiện nay.

1.1. Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất ván dăm

Ngành công nghiệp ván dăm, hay còn gọi là ván okal, đã phát triển mạnh mẽ từ những năm 70 của thế kỷ 20. Công nghệ sản xuất ván dăm từ gỗ đã đạt đến mức độ hoàn thiện cao. Tuy nhiên, áp lực về nguồn cung gỗ và các vấn đề môi trường đã thúc đẩy ba hướng nghiên cứu chính: tạo ra sản phẩm mới (ván xốp, ván không keo), tìm kiếm nguyên liệu thay thế gỗ, và nâng cao chất lượng sản phẩm hiện có. Việc sử dụng các loại phế phẩm nông nghiệp như bã mía, thân cây ngô, và đặc biệt là rơm rạ, đã được nhiều quốc gia trên thế giới như Trung Quốc, Thái Lan, Ấn Độ quan tâm và ứng dụng. Các nghiên cứu này cho thấy tiềm năng to lớn của việc biến rơm rạ thành một nguồn nguyên liệu tái tạo giá trị cho ngành vật liệu.

1.2. Hiện trạng và tiềm năng của rơm rạ tại Việt Nam

Việt Nam có sản lượng lúa hàng năm khoảng 36 triệu tấn, tạo ra một lượng rơm rạ tương đương. Hiện tại, nguồn phụ phẩm này chưa được sử dụng hiệu quả, phần lớn bị đốt bỏ ngay trên đồng ruộng, gây ô nhiễm không khí nghiêm trọng do phát thải khí CO2 và CO. Trong khi đó, các nghiên cứu trong nước về ứng dụng rơm rạ còn hạn chế, chủ yếu tập trung vào làm thức ăn chăn nuôi, phân bón hoặc vật liệu xây dựng đơn giản. Việc nghiên cứu sản xuất ván dăm từ hỗn hợp rơm và gỗ là một hướng đi mới mẻ và cấp thiết, hứa hẹn tận dụng hiệu quả nguồn tài nguyên dồi dào này, tạo ra các sản phẩm vật liệu composite có giá trị kinh tế và môi trường cao.

II. Thách thức sản xuất ván dăm từ rơm Vấn đề dán dính và cơ lý

Mặc dù sở hữu tiềm năng lớn, việc sử dụng rơm rạ làm nguyên liệu sản xuất ván dăm gặp phải không ít thách thức về mặt kỹ thuật. Vấn đề lớn nhất nằm ở đặc tính tự nhiên của rơm. Bề mặt thân rơm chứa một lớp sáp (wax) và hàm lượng Silic (SiO2) rất cao, có thể lên tới 17,2%. Cả hai thành phần này đều có tính kỵ nước, làm giảm khả năng thấm ướt của keo dán UF (Urea-Formaldehyde), loại chất kết dính phổ biến nhất trong ngành. Điều này gây khó khăn cho quá trình dán dính, tạo ra liên kết yếu giữa các dăm rơm và giữa dăm rơm với dăm gỗ, trực tiếp ảnh hưởng đến các đặc tính cơ lý ván dăm rơm. Hơn nữa, so với gỗ, rơm có hàm lượng cellulose thấp hơn và lignin thấp hơn, dẫn đến cường độ sợi riêng lẻ kém hơn. Khi tỷ lệ rơm trong hỗn hợp tăng, độ bền uốn tĩnh và độ bền kéo vuông góc của ván có xu hướng giảm. Đồng thời, hàm lượng hemicellulose và các chất chiết xuất cao trong rơm cũng làm tăng khả năng hút ẩm, dẫn đến độ trương nở dày cao hơn, giảm khả năng chống ẩm của sản phẩm. Những thách thức này đòi hỏi phải có các giải pháp công nghệ phù hợp trong quy trình sản xuất ván dăm để khắc phục.

2.1. Phân tích cấu trúc hóa học và vật lý của rơm rạ

Rơm rạ có thành phần hóa học khác biệt đáng kể so với gỗ. Hàm lượng tro trong rơm (13-20%) cao hơn hàng chục lần so với gỗ (<1%), trong đó Silic chiếm phần lớn. Lớp sáp kỵ nước bên ngoài vỏ là một rào cản lớn cho sự dán dính của các loại keo gốc nước như UF. Về mặt vật lý, khối lượng riêng của ván có thể bị ảnh hưởng do rơm nhẹ và cồng kềnh. Cấu trúc sợi của rơm cũng ngắn và yếu hơn sợi gỗ, làm giảm các chỉ số cơ học quan trọng. Việc xử lý rơm rạ trước khi đưa vào sản xuất, chẳng hạn như xử lý hóa chất để loại bỏ sáp và một phần Silic, là một bước quan trọng để cải thiện khả năng dán dính và chất lượng ván cuối cùng.

2.2. So sánh ván dăm rơm và MDF Những ưu và nhược điểm

Khi so sánh ván dăm rơm và MDF (ván sợi mật độ trung bình), có thể thấy mỗi loại có ưu và nhược điểm riêng. Ván MDF từ gỗ có bề mặt mịn, đồng đều và độ bền cơ học cao hơn. Ngược lại, ván dăm hỗn hợp rơm-gỗ có lợi thế về chi phí nguyên liệu đầu vào rẻ hơn đáng kể và thân thiện với môi trường hơn do tận dụng phế phẩm nông nghiệp. Tuy nhiên, ván dăm rơm thường có bề mặt thô hơn và các chỉ số như độ bền uốn tĩnh và khả năng chống ẩm kém hơn nếu không được tối ưu hóa trong sản xuất. Việc khắc phục những nhược điểm này thông qua việc điều chỉnh tỷ lệ pha trộn nguyên liệu và công nghệ ép nóng là mục tiêu chính của các nghiên cứu hiện nay.

III. Hướng dẫn quy trình sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm gỗ tối ưu

Để sản xuất ván dăm hỗn hợp rơm-gỗ đạt chất lượng, cần một quy trình sản xuất ván dăm được điều chỉnh phù hợp với đặc tính của nguyên liệu. Quy trình này bao gồm các bước chính: xử lý nguyên liệu, tạo dăm, sấy, trộn keo, trải thảm và ép nóng. Bước đầu tiên và quan trọng nhất là xử lý rơm rạ. Rơm cần được làm sạch, cắt ngắn và nghiền thành dăm có kích thước phù hợp. Gỗ Keo lai (6-8 năm tuổi) cũng được băm thành dăm. Sau đó, cả hai loại dăm được sấy đến độ ẩm tiêu chuẩn (khoảng 2-4%) để đảm bảo quá trình dán dính hiệu quả. Công đoạn trộn keo sử dụng keo dán UF với tỷ lệ khoảng 12% so với khối lượng dăm khô, cùng với chất đóng rắn NH4Cl (1%). Quá trình trộn phải đảm bảo keo được phân bố đều trên bề mặt của cả dăm rơm và dăm gỗ. Thảm dăm sau đó được tạo hình, có thể là ván một lớp hoặc ba lớp, và đưa vào ép sơ bộ. Cuối cùng, công nghệ ép nóng đóng vai trò quyết định, với các thông số như nhiệt độ (khoảng 160°C), áp suất (2.5 MPa) và thời gian ép (0.6 phút/mm chiều dày) cần được kiểm soát chặt chẽ để keo đóng rắn hoàn toàn và hình thành các liên kết bền vững, tạo ra sản phẩm cuối cùng đạt yêu cầu về đặc tính cơ lý ván dăm rơm.

3.1. Các bước xử lý rơm rạ và gỗ Keo lai trước khi sản xuất

Nguyên liệu đầu vào quyết định lớn đến chất lượng sản phẩm. Rơm được thu hoạch, phơi khô đến độ ẩm 20-40% để tránh giòn gãy khi nghiền. Sau đó, rơm được đưa vào máy nghiền búa để tạo dăm. Gỗ Keo lai, sau khi bóc vỏ, được đưa vào máy băm để tạo dăm gỗ. Kích thước dăm cho lớp mặt và lớp lõi được phân loại riêng biệt để đảm bảo cấu trúc ván tối ưu. Việc kiểm soát độ ẩm và kích thước dăm là cực kỳ quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sấy và khả năng bám dính của keo.

3.2. Vai trò của công nghệ ép nóng và chất kết dính UF

Công nghệ ép nóng là trái tim của quy trình sản xuất. Nhiệt độ và áp suất ép không chỉ giúp định hình tấm ván mà còn kích hoạt quá trình đóng rắn của keo dán UF. Nhiệt độ phù hợp giúp tăng tính dẻo của dăm, làm bay hơi dung môi và tạo liên kết hóa học bền vững. Áp suất ép đảm bảo các phần tử dăm tiếp xúc chặt chẽ, tạo ra một vật liệu composite đồng nhất với khối lượng riêng của ván mong muốn. Thời gian ép phải đủ dài để nhiệt truyền vào lớp lõi, đảm bảo keo đóng rắn hoàn toàn, nhưng không quá lâu để tránh làm giòn màng keo ở lớp mặt.

IV. Bí quyết tối ưu tỷ lệ rơm gỗ để ván dăm đạt chất lượng cao

Yếu tố then chốt quyết định chất lượng của ván dăm hỗn hợp chính là tỷ lệ pha trộn nguyên liệu giữa rơm và dăm gỗ. Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra mối quan hệ chặt chẽ giữa tỷ lệ này và các đặc tính cơ lý ván dăm rơm. Kết quả cho thấy khi tỷ lệ rơm trong hỗn hợp tăng lên, các chỉ số cơ học quan trọng có xu hướng giảm. Cụ thể, độ bền uốn tĩnh (MOR) và độ bền kéo vuông góc bề mặt (IB) giảm dần khi hàm lượng rơm vượt quá một ngưỡng nhất định. Nguyên nhân là do dăm rơm có cường độ riêng thấp hơn và khả năng liên kết với keo kém hơn so với dăm gỗ. Ngược lại, độ trương nở dày (TS) sau khi ngâm trong nước lại có xu hướng tăng lên khi tỷ lệ rơm cao, cho thấy khả năng chống ẩm của ván bị suy giảm. Dựa trên các nghiên cứu của Changtong Mei và Dingguo Zhou (2001) và thực nghiệm tại Việt Nam, khoảng tỷ lệ rơm tối ưu để sản xuất ván chất lượng, đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng ván dăm TCVN 7754:2007 cho đồ mộc dân dụng, được xác định là từ 20% đến 30%. Trong khoảng này, sản phẩm vẫn giữ được các đặc tính cơ lý cần thiết trong khi tối đa hóa được lợi ích kinh tế từ việc sử dụng rơm.

4.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ rơm đến độ bền uốn tĩnh MOR

Độ bền uốn tĩnh là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất đánh giá khả năng chịu lực của ván dăm. Thực nghiệm cho thấy, MOR giảm tuyến tính khi tỷ lệ rơm tăng từ 15% lên 35%. Điều này khẳng định rằng dăm gỗ đóng vai trò chính trong việc tạo nên bộ khung chịu lực của ván. Mặc dù vậy, ở tỷ lệ rơm 20-30%, giá trị MOR vẫn có thể đáp ứng yêu cầu tối thiểu của tiêu chuẩn P4 (ván chịu tải dùng ở điều kiện khô), cho thấy tính khả thi của việc sản xuất ván từ hỗn hợp này.

4.2. Mối quan hệ giữa tỷ lệ rơm và độ trương nở dày TS

Độ trương nở dày phản ánh tính ổn định kích thước và khả năng chống ẩm của ván. Do rơm có tính hút ẩm cao hơn gỗ, việc tăng tỷ lệ rơm trong hỗn hợp làm cho chỉ số TS tăng lên. Đây là một nhược điểm cần được kiểm soát. Việc lựa chọn tỷ lệ rơm không quá 30% và tối ưu hóa quy trình sản xuất, đặc biệt là công đoạn ép nóng và sử dụng keo phù hợp, có thể giúp hạn chế nhược điểm này, giữ cho độ trương nở trong giới hạn cho phép của tiêu chuẩn.

V. Phân tích đặc tính cơ lý ván dăm rơm gỗ theo tiêu chuẩn TCVN

Để đánh giá khách quan chất lượng sản phẩm, các mẫu ván dăm hỗn hợp rơm-gỗ được kiểm tra theo hệ thống tiêu chuẩn chất lượng ván dăm TCVN 7756:2007. Các chỉ tiêu chính được phân tích bao gồm: khối lượng riêng của ván, độ trương nở dày sau 24 giờ ngâm nước, độ bền uốn tĩnh (MOR), mô đun đàn hồi uốn tĩnh (MOE) và độ bền kéo vuông góc với bề mặt ván (IB). Kết quả nghiên cứu cho thấy, với tỷ lệ pha trộn nguyên liệu rơm trong khoảng 20-30%, ván dăm hỗn hợp có thể đạt được các chỉ tiêu cơ lý tương đương hoặc đáp ứng yêu cầu của loại ván P4 theo TCVN 7754:2007, phù hợp cho sản xuất đồ nội thất. Cụ thể, ván có khối lượng riêng trung bình khoảng 0,75 g/cm³, độ bền uốn tĩnh đạt trên 13 MPa và độ bền kéo vuông góc bề mặt trên 0.4 MPa. Tuy nhiên, một vấn đề cần lưu ý là phát thải formaldehyde từ keo dán UF. Mặc dù nghiên cứu này chưa tập trung vào chỉ số phát thải, đây là một yếu tố quan trọng cần được kiểm soát trong sản xuất công nghiệp để đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng và đáp ứng các tiêu chuẩn xuất khẩu.

5.1. Kết quả kiểm tra độ bền và khả năng chống ẩm của ván

Các mẫu ván với tỷ lệ rơm 25% cho kết quả khả quan. Độ bền uốn tĩnh và độ bền kéo vuông góc bề mặt đều nằm trong ngưỡng chấp nhận được của tiêu chuẩn. Khả năng chống ẩm, thể hiện qua độ trương nở dày, tuy cao hơn so với ván 100% gỗ nhưng vẫn có thể được kiểm soát ở mức cho phép. Những kết quả này chứng minh rằng việc kết hợp rơm rạ với dăm gỗ là một giải pháp hoàn toàn khả thi để tạo ra vật liệu xây dựng và nội thất có chất lượng đảm bảo.

5.2. Đánh giá về phát thải formaldehyde và các giải pháp

Vấn đề phát thải formaldehyde là một lo ngại lớn khi sử dụng keo dán UF. Để giảm thiểu rủi ro này, các nhà sản xuất có thể áp dụng các giải pháp như sử dụng keo UF có tỷ lệ F/U thấp (E1, E0), hoặc nghiên cứu ứng dụng các loại chất kết dính thân thiện môi trường hơn như keo MDI hoặc keo gốc protein đậu nành (SPI, SF). Mặc dù chi phí cao hơn, các loại keo này không chỉ giảm phát thải độc hại mà còn có thể cải thiện khả năng dán dính với rơm, mở ra hướng phát triển sản phẩm cao cấp hơn.

VI. Ván dăm rơm gỗ Tiềm năng trở thành vật liệu xây dựng xanh

Ván dăm hỗn hợp rơm-gỗ không chỉ là một sản phẩm thay thế mà còn là một bước tiến quan trọng hướng tới nền kinh tế tuần hoàn và bền vững. Việc tận dụng hiệu quả phế phẩm nông nghiệp giúp giảm gánh nặng cho môi trường, hạn chế khai thác tài nguyên rừng và tạo thêm nguồn thu nhập cho nông dân. Sản phẩm này hội tụ đủ các yếu tố của một vật liệu xây dựng xanh: sử dụng nguồn nguyên liệu tái tạo, quy trình sản xuất có thể được tối ưu hóa để tiết kiệm năng lượng, và tiềm năng giảm phát thải độc hại nếu sử dụng các loại chất kết dính thân thiện môi trường. Tương lai của loại vật liệu này rất rộng mở, không chỉ dừng lại ở đồ nội thất mà còn có thể ứng dụng làm vách ngăn, tấm cách âm, cách nhiệt trong xây dựng. Để hiện thực hóa tiềm năng này, cần tiếp tục tối ưu hóa quy trình sản xuất, nghiên cứu các phương pháp xử lý rơm rạ hiệu quả hơn và phát triển các loại keo dán mới. Sự hợp tác giữa các nhà khoa học, doanh nghiệp và nhà nước sẽ là chìa khóa để đưa ván dăm rơm-gỗ trở thành một sản phẩm thương mại thành công, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành vật liệu tại Việt Nam.

6.1. Ứng dụng thực tiễn trong ngành nội thất và xây dựng

Với chất lượng đã được kiểm chứng, ván dăm rơm-gỗ có thể được ứng dụng rộng rãi để sản xuất tủ, bàn, ghế, kệ sách và các đồ nội thất dân dụng khác. Trong xây dựng, chúng có thể được dùng làm vách ngăn nhẹ, tấm ốp trần, hoặc lớp lõi cách âm, cách nhiệt. Sự đa dạng trong ứng dụng giúp sản phẩm có thị trường tiêu thụ rộng lớn, từ phân khúc giá rẻ đến các sản phẩm yêu cầu tiêu chuẩn xanh.

6.2. Hướng nghiên cứu và phát triển trong tương lai

Hướng nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc cải thiện khả năng chống ẩm và giảm độ trương nở dày của ván. Các phương pháp xử lý bề mặt rơm bằng plasma hoặc các tác nhân liên kết (coupling agent) có thể được khám phá. Bên cạnh đó, việc phát triển các chất kết dính thân thiện môi trường có giá thành cạnh tranh, chẳng hạn như keo tannin hoặc lignin, sẽ là một bước đột phá, giúp sản phẩm thực sự trở thành một vật liệu xây dựng xanh toàn diện, đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường khắt khe nhất trên thế giới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình nghiên cứu 1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Ngay từ đầu thập niên 20 của thế kỷ 20 việc nghiên cứu sản xuất ván nhân tạo từ nguyên liệu là phế liệu nông nghiệp đã được các nhà khoa học triển khai. Đầu tiên phải kể đến sản xuất ván dăm từ bã mía, đây có thể được coi là loại phế liệu nông nghiệp đầu tiên được đưa vào sản xuất ván nhân tạo ở dạng công nghiệp.

Đến cuối thập niên 40 của thế kỷ 20 các loại phế liệu nông nghiệp khác đã được nghiên cứu và đưa vào sản xuất các loại ván nhân tạo khác nhau, những nguyên liệu này như: thân cây ngô, thân cây bông, thân cây thuốc lá, rơm rạ, thân cây lúa mạch, thân cây lạc, thân cây đỗ,…. Đến khoảng thập niên 70 của thế kỷ 20 thì nguyên liệu sử dụng rơm rạ sử dụng trong sản xuất ván dăm đã được ứng dụng khá rộng rãi. Đầu tiên là nguyên liệu rơm rạ được sử dụng công nghệ sản xuất ván dăm truyền thống để sản xuất, sử dụng keo UF làm chất kết dính [36]. Một trong những nước lợi dụng nguồn phế liệu nông nghiệp trong sản xuất ván nhân tạo lớn nhất trên thế giới là Trung Quốc.

Ngay từ những năm 70 của thế kỷ trước, người Trung Quốc tiến hành nghiên cứu và đưa vào sản xuất quy mô công nghiệp các loại ván nhân tạo đặc biệt là sản xuất ván dăm từ phế liệu nông nghiệp trong đó có rơm rạ, nó đã 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 vẫn còn tồn tại khá nhiều vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu giải quyết nhằm nâng cao chất lượng, hạ giá thành sản phẩm, phù hợp với người tiêu dùng. Đó là các vấn đề về nguyên liệu, công nghệ, chất kết dính,.[37] 6 Do vậy, trong những năm gần đây việc nghiên cứu sử dụng rơm rạ trên thế giới đã được nhiều nước quan tâm, đặc biệt là các nước có sản lượng lúa cao tập trung ở vùng Đông Nam Á như Thái lan, Indonesia. Tại các nước này, rơm rạ hiện được dùng để sản xuất điện năng và tro của rơm có thể dùng để làm phụ gia bê tông tại tỉnh Pichit, Thái lan và đảo Bali, Indonesia [37].

Tại Ấn độ, Ibrahim Mutlu (2009) đã nghiên cứu sử dụng tro từ rơm rạ để thay thế amiăng trong chế tạo má phanh. Rơm cũng được sử dụng để sản xuất ván sợi từ xi măng cho kết quả khả quan [22]. Tại California, Mỹ, theo nghiên cứu của Kiran L.Kadam và các cộng sự (2000) rơm rạ có thể được 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) có thể là một loại nguyên liệu mới cho ngành xây dựng như tạo các vách tường trong các ngôi nhà [20].

Năm 2000, Frank Beall một giáo sư khoa học gỗ của California trên một bài báo đã công bố “Fundamenta Properties of rice straw in comparison with softwood” 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 thường, MDF, OSB và ván dăm có khối lượng thể tích thấp, đây là hướng nghiên cứu để tìm nguồn nguyên liệu thay thế gỗ dần dần trong sản xuất ván nhân tạo [33]. Năm 2000, nhà khoa học Zhang-Yu-Kun đã nghiên cứu thấy rằng trên rơm rạ có chất sáp (wax), chất này kỵ nước, làm giảm khả năng dán dính, khiến cho việc sử dụng các loại keo gốc formaldehyde thông dụng trong sản xuất ván dăm làm chất kết dính trở nên khó khăn. Giải pháp cho vấn đề này là sử dụng keo MDI (Methylen Diphenyl Isocyanate) - là loại keo khá đắt, để sản xuất. Tuy nhiên, do giá thành sản phẩm trở nên khá đắt, không tạo 7 được sự cạnh tranh trên thị trường, nếu sử dụng loại keo này để sản xuất thì cũng sẽ gặp rất nhiều khó khăn [30].

Với công trình “Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ sản xuất tới các tính chất vật lý của ván rơm” của Greggory S. Karr và các cộng sự tại trường Đại học bang Kansas, Mỹ thực hiện năm 2000 (Greggory S. Nghiên cứu khảo sát sự ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu của rơm (khảo sát trong khoảng từ 2 đến 12%), lượng keo dùng (khảo sát trong khoảng 2 đến 8%) và nhiệt độ ép (từ 135 đến 218 0C) tới tính chất vật lý và cơ học của ván (dày 6 mm). Kết quả cho thấy lượng keo dùng có ảnh hưởng lớn nhất tới tính ổn định kích thước, khả năng chống ẩm và cường độ của ván.

Độ ẩm ban đầu của rơm ảnh hưởng tới cường độ cơ học của ván nhiều hơn tính ổn định kích thước của ván. Nhiệt độ ép ảnh hưởng tới tính ổn định kích thước của ván nhiều hơn tính chất cơ học của ván. Cường độ uốn tĩnh của ván thay đổi trong khoảng từ 15 đến 28,7 MPa với khoảng cách gối là 18 lần chiều dày [24]. “Nghiên cứu ảnh hưởng của loại keo tới tính chất của ván dăm từ rơm lúa mì có khối lượng thể tích trung bình” của Xiaoqun Mo và các cộng sự tại đại học bang Kansas, Mỹ thực hiện năm 2003.

Nghiên cứu sử dụng bốn loại keo là MDI, UF, 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 lượng cao hơn ván không xử lý. Keo MDI cho chất lượng cao nhất, với lượng keo dùng khoảng 4%. Ván từ keo SPI và SF có chất lượng tương tự ván từ keo UF.

Riêng đối với keo UF, cường độ uốn tĩnh (MOR) của ván từ rơm không xử lý là 6,36 MPa và rơm xử lý là 9,34 MPa. Còn cường độ liên kết bên trong (IB) tương ứng là 0,11 MPa đối với rơm không xử lý và là 0,19 MPa đối với ván rơm xử lý hoá chất [36]. “Nghiên cứu cải thiện cơ chế dán dính của keo UF sử dụng để sản xuất 8 ván nhân tạo từ rơm lúa mì và sậy sử dụng tác nhân tạo “nhân” coupling là silane hoặc xử lý chiết suất” của Guangping Han và các cộng sự tại đại học Kyoto, Nhật Bản thực hiện năm 1999. Kết quả cho thấy, với 2 giải pháp xử lý này đều cải thiện đáng kể khả năng thấm ướt bề mặt của nguyên liệu, tạo tiền đề tăng khả năng thấm ướt keo trên bề mặt, nhằm tăng khả năng dán dính [25].

“Nghiên cứu tính chất chịu kéo và chịu nén của ván dăm có khối lượng thể tích thấp từ rơm sử dụng keo gốc protein” của Xiaoqun Mo và các cộng sự tại trường đại học bang Kansas, Mỹ thực hiện năm 2001. Rơm được xử lý hoá chất là H2O2 và/hoặc NaOH. Kết quả cho thấy, đối với các dạng hoá chất khác nhau, chất lượng ván thay đổi khác nhau. Cụ thể, với ván đối chứng, cường độ chịu kéo đứt là 256 kPa và chịu nén là 235 kPa.

Tuy nhiên, khi xử lý hỗn hợp NaOH và H2O2 thì cường độ chịu kéo đứt tăng lên tới 2648 kPa và chịu nén là 446 kPa [35]. “Nghiên cứu sản xuất ván dăm cách âm, cách nhiệt từ hỗn hợp rơm lúa và dăm gỗ” của Han Seung Yang và các cộng sự tại Đại học quốc gia Seoul, Hàn quốc thực hiện năm 2003. Trong nghiên cứu này, ván dăm được tạo ra có khối lượng thể tích là 0,4 g/cm3, 0,6 g/cm3 và 0,8 g/cm3 với 3 mức tỷ lệ hỗn hợp rơm là 10%, 20% và 30%, chất kết dính là keo UF. Kết quả cho thấy, cường độ uốn tĩnh của ván dăm tăng khi khối lượng thể tích của ván tăng lên.

Cụ thể như sau: cường độ uốn tĩnh đạt 140-290 psi khi khối lượng thể tích là 0,4 g/cm3; đạt 700-900 psi khi khối lượng thể tích là 0,6 g/cm3 và đạt 1400- 2900 psi khi khối lượng thể tích là 0,8 g/cm3 [27]. Li xiaoping, Gao wei năm 2007 đã tiến hành nghiên cứu sản xuất ván dăm dạng lõi rỗng từ hỗn hợp nguyên liệu rơm rạ và gỗ, nguyên liệu gỗ sử dụng ở nghiên cứu là loài gỗ Dương. Changtong Mei, Zhou dingguo năm 9 2001 đã tiến hành nghiên cứu sự ảnh hưởng của tỷ lệ giữa dăm từ nguyên liệu rơm rạ với dăm gỗ đến cường độ ván dăm hỗn hợp tạo thành, chất kết dính là keo UF [21]. Như vậy trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về rơm rạ, và cũng đã sử dụng rơm rạ để sản xuất ván ép.

Kết quả các công trình nghiên cứu và thức tế sản xuất cũng cho thấy rằng: - Việc sử dụng thuần túy nguyên liệu rơm rạ vào sản xuất ván nhân tạo nói chung và sản xuất ván dăm nói riêng, với chất kết dính là keo UF đã gặp phải không ít những khó khăn, đó là quá trình dán dính, cường độ ván thấp. Do rơm rạ có đặc điểm là phía vỏ bên ngoài có lớp sáp (wax) kỵ nước khiến cho việc sử dụng các loại keo gốc formaldehyde thông dụng trong sản xuất ván dăm trở nên khó khăn. Một trong các giải pháp cho vấn đề này là sử dụng keo MDI (Methylen Diphenyl Isocyanate) – là loại keo khá đắt, để sản xuất. Tuy nhiên, giá thành sản phẩm cao, khó tạo nên được sự cạnh tranh trên thị trường.

- Giải pháp xử lý nguyên liệu nhằm tăng khả năng dán dính của rơm rạ trước khi ép bằng các phương pháp hoá - cơ - nhiệt tại một số nước như Mỹ, Úc, Philippin với sản phẩm chủ yếu sử dụng trong xây dựng. Tuy nhiên, chủ yếu nguồn rơm rạ là lúa mì, lúa mạch, còn nguyên liệu rơm rạ từ lúa gạo rất hạn chế. - Việc kết hợp rơm rạ với gỗ để tạo ván dăm hỗn hợp rơm - dăm gỗ cũng là một giải pháp rất tốt. Nó vừa tận dụng được rơm rạ - phế liệu trong nông nghiệp, vừa có thể tạo ra ván đảm bảo về chất lượng cũng như giá thành sản phẩm.

Vấn đề này đã được hai nhà khoa học Trung Quốc Changtong Mei và Dingguo Zhou nghiên cứu năm 2001 với công trình “Effect of Straw Substitution Level on Properties of Wood-straw Hybrid Particleboard”. Kết 10 quả nghiên cứu cho thấy rằng mức độ ảnh hưởng của tỷ lệ rơm đến chất lượng của ván là rất lớn, đặc biệt trong khoảng tỷ lệ rơm dưới 50%. Tỷ lệ rơm tốt nhất để tạo ra ván là khoảng 20% đến 30% [21].