Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ chất đóng rắn tới cường độ dán dính màng keo của một số vật liệu gỗ sử dụng chất kết dính loại epi

Chuyên khảo phân tích Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ chất đóng rắn tới cường độ dán dính màng keo của một số vật liệu gỗ, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên

Trường đại học

Trường đại học lâm nghiệp

Chuyên ngành

Chế biến lâm sản

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Khóa luận tốt nghiệp

2009

63
1
0

Phí lưu trữ

30 Point

Tóm tắt

I. Tổng quan về keo EPI và vai trò của chất đóng rắn tối ưu

Chất kết dính EPI (Emulsion Polymer Isocyanate) là một hệ keo hai thành phần tiên tiến, đang dần trở nên phổ biến trong ngành công nghiệp chế biến gỗ tại Việt Nam. Hệ keo này bao gồm thành phần A (nhũ tương polymer gốc nước) và thành phần B (chất đóng rắn gốc isocyanate). Khi được phối trộn, chúng tạo ra một liên kết hóa học bền vững, có khả năng chống chịu nước và nhiệt độ cao, vượt trội so với nhiều loại keo truyền thống. Cơ chế đóng rắn của keo EPI bắt đầu khi nhóm isocyanate (-NCO) trong thành phần B phản ứng với các nhóm hydroxyl (-OH) có trong nước, trong thành phần A và trên bề mặt gỗ (cellulose). Phản ứng này tạo ra các liên kết urethane, hình thành một mạng lưới polymer không gian ba chiều, giúp cố định các thanh gỗ lại với nhau một cách chắc chắn. Do đó, việc xác định tỷ lệ pha trộn chất đóng rắn tối ưu là yếu-tố-then-chốt, quyết định trực tiếp đến cường độ bám dính keo EPI và chất lượng cuối cùng của sản phẩm, đặc biệt là các sản phẩm yêu cầu độ bền cao như gỗ keo ghép thanh hay ván ép công nghiệp. Một tỷ lệ không phù hợp có thể dẫn đến màng keo không đóng rắn hoàn toàn, giảm độ bền liên kết, hoặc ngược lại, làm keo đóng rắn quá nhanh, gây khó khăn trong quá trình thi công. Nghiên cứu này, dựa trên khóa luận của Lê Thị Thi (2009) với sự tài trợ từ hãng keo Casco, tập trung vào việc tìm ra tỷ lệ chất đóng rắn lý tưởng cho chất kết dính Emulsion Polymer Isocyanate khi ứng dụng trên ba loại gỗ phổ biến: Keo tai tượng, Keo lá tràm và Keo lai. Mục tiêu là cung cấp một cơ sở khoa học vững chắc cho các doanh nghiệp sản xuất, giúp tối ưu hóa quy trình và nâng cao chất lượng sản phẩm.

1.1. Giới thiệu chất kết dính Emulsion Polymer Isocyanate EPI

Keo EPI, hay chất kết dính Emulsion Polymer Isocyanate, là một hệ keo hai thành phần cho gỗ bao gồm thành phần chính là nhũ tương polyme gốc nước (thành phần A) và chất đóng rắn isocyanate (thành phần B, thường là MDI - Diphenylmethane Diisocyanate). Loại keo này được phát triển để khắc phục những nhược điểm của các loại keo truyền thống như UF, PF, mang lại khả năng chịu nước và nhiệt tốt hơn mà không chứa formaldehyde tự do. Keo EPI Synteko 1980/1993, do hãng Casco Nobel cung cấp, được sử dụng trong nghiên cứu này, đạt tiêu chuẩn JAIA-005432. Thành phần A (1980) ở dạng lỏng màu trắng, có độ nhớt khoảng 12000 mPas, trong khi thành phần B (1993) là dung dịch isocyanate màu nâu đen, có độ nhớt thấp hơn (900 mPas). Quá trình đóng rắn diễn ra ở nhiệt độ thường hoặc gia nhiệt, tạo ra một đường keo bền chắc và linh hoạt.

1.2. Tầm quan trọng của tỷ lệ pha trộn chất đóng rắn tối ưu

Tỷ lệ pha trộn chất đóng rắn là thông số công nghệ quyết định đến hầu hết các tính chất của màng keo. Ảnh hưởng của thành phần B keo EPI thể hiện rõ rệt qua các yếu tố như: thời gian sống của keo (pot life), tốc độ đóng rắn, độ nhớt của hỗn hợp và cuối cùng là độ bền đường keo trên gỗ. Nếu tỷ lệ chất đóng rắn quá thấp, phản ứng hóa học sẽ không hoàn toàn, các chuỗi polymer không được liên kết đầy đủ, dẫn đến cường độ dán dính yếu, khả năng chịu ẩm kém. Ngược lại, nếu hàm lượng isocyanate trong keo quá cao, keo sẽ đóng rắn quá nhanh, rút ngắn thời gian thi công, gây khó khăn cho việc dàn trải keo đều trên bề mặt. Màng keo cũng có thể trở nên giòn, dễ gãy và làm tăng chi phí sản xuất không cần thiết. Do đó, việc xác định một tỷ lệ tối ưu cho từng loại vật liệu gỗ và điều kiện sản xuất cụ thể là vô cùng cần thiết để đảm bảo chất lượng và hiệu quả kinh tế.

II. Thách thức khi tối ưu tỷ lệ chất đóng rắn cho gỗ Keo

Việc xác định tỷ lệ chất đóng rắn tối ưu cho keo EPI không phải là một bài toán đơn giản, bởi nó chịu tác động của nhiều yếu tố phức tạp liên quan đến cả vật liệu dán và điều kiện công nghệ. Mỗi loại gỗ như gỗ tràm, Keo tai tượng, hay Keo lai đều có cấu trúc và thành phần hóa học riêng, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thấm hút và tương tác với chất kết dính. Cấu tạo thô đại của gỗ, độ rỗng, khối lượng thể tích, và đặc biệt là độ ẩm vật liệu gỗ là những yếu tố hàng đầu. Độ ẩm quá cao có thể làm loãng keo và kéo dài thời gian đóng rắn, trong khi độ ẩm quá thấp lại khiến gỗ hút dung môi quá nhanh, làm keo đặc lại trước khi kịp hình thành liên kết. Bên cạnh đó, thời gian ép và áp suất ép cũng đóng vai trò quan trọng. Áp suất ép không đủ sẽ không tạo ra sự tiếp xúc cần thiết giữa các bề mặt, trong khi áp suất quá lớn có thể ép keo ra khỏi mối dán. Thời gian sống của keo (pot life) là một thách thức khác, đòi hỏi quy trình sản xuất phải được điều phối chính xác từ khâu pha keo, tráng keo đến khi ép. Sai lệch trong hàm lượng isocyanate trong keo có thể làm thay đổi đáng kể các thông số này, dẫn đến chất lượng màng keo không đồng đều và không đạt yêu cầu. Vì vậy, để tối ưu hóa cường độ bám dính keo EPI, cần phải tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm bài bản để kiểm soát và hài hòa tất cả các yếu tố trên, tìm ra một công thức pha chế phù hợp nhất.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền đường keo trên gỗ

Độ bền đường keo trên gỗ không chỉ phụ thuộc vào bản thân chất kết dính mà còn bị chi phối bởi ba nhóm yếu tố chính: đặc tính vật dán, thuộc tính của keo, và thông số chế độ ép. Về vật dán, loại gỗ, cấu trúc thớ gỗ, khối lượng thể tích, chất lượng bề mặt gia công và đặc biệt là độ ẩm vật liệu gỗ đều có ảnh hưởng lớn. Gỗ có khối lượng thể tích cao thường cho mối dán tốt hơn, nhưng nếu quá cao (trên 0.7-0.8 g/cm³) sẽ cản trở sự thấm ướt của keo. Về chất kết dính, các yếu tố như độ nhớt, hàm lượng chất rắn, độ pH và đặc biệt là tỷ lệ pha trộn chất đóng rắn quyết định đến khả năng hình thành màng keo. Cuối cùng, các thông số công nghệ như thời gian ép và áp suất ép, nhiệt độ ép và thời gian để ráo (open assembly time) phải được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo quá trình đóng rắn diễn ra hoàn hảo.

2.2. Rủi ro khi sai lệch hàm lượng isocyanate trong keo EPI

Sai lệch hàm lượng isocyanate trong keo có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho chất lượng mối dán. Nếu lượng isocyanate (thành phần B) quá ít, số lượng nhóm -NCO sẽ không đủ để phản ứng hoàn toàn với các nhóm -OH trên bề mặt gỗ và trong nước. Điều này dẫn đến màng keo không được mạng hóa hoàn toàn, độ bền liên kết thấp, dễ bị phá hủy dưới tác động của lực hoặc độ ẩm. Ngược lại, nếu hàm lượng isocyanate quá cao, thời gian sống của keo (pot life) sẽ bị rút ngắn đột ngột. Keo có thể bắt đầu đóng rắn ngay trong quá trình tráng hoặc trước khi đạt áp suất ép cần thiết. Màng keo hình thành sẽ giòn, dễ nứt và nội ứng suất bên trong lớn, làm giảm cường độ bám dính keo EPI về lâu dài. Cả hai trường hợp đều dẫn đến sản phẩm không đạt tiêu chuẩn kiểm tra độ bền dán dính và gây lãng phí nguyên vật liệu.

III. Phương pháp thí nghiệm cường độ bám dính keo EPI tối ưu

Để xác định ảnh hưởng của tỷ lệ chất đóng rắn đến cường độ bám dính keo EPI, một quy trình thực nghiệm khoa học đã được thiết lập dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế. Nghiên cứu sử dụng ba loại gỗ rừng trồng phổ biến: Keo tai tượng (Acacia mangium), Keo lá tràm (Acacia auriculiformis) và Keo lai. Các thanh gỗ được gia công chuẩn bị theo một quy trình nghiêm ngặt, bao gồm các bước xẻ, sấy để đạt độ ẩm vật liệu gỗ trong khoảng 8-10%, bào thẩm và đánh nhẵn để đảm bảo bề mặt tiếp xúc phẳng mịn. Chất kết dính được sử dụng là keo hai thành phần cho gỗ Synteko 1980/1993. Tỷ lệ chất đóng rắn được khảo sát ở bốn mức: 9%, 12%, 15% và 18%. Các yếu tố công nghệ khác được giữ cố định để đảm bảo tính khách quan của kết quả, bao gồm lượng keo tráng (200 g/m²), áp suất ép (1.2 MPa), và thời gian ép (120 phút) ở nhiệt độ môi trường. Các mẫu sau khi ép được dưỡng ổn định trong 7 ngày trước khi tiến hành gia công và thử nghiệm theo tiêu chuẩn kiểm tra độ bền dán dính. Hai chỉ tiêu quan trọng được đánh giá là cường độ chịu cắt trượt và độ bong tách màng keo, giúp đưa ra một cái nhìn toàn diện về chất lượng mối dán. Phương pháp thống kê toán học được áp dụng để xử lý số liệu, từ đó rút ra kết luận khoa học về tỷ lệ chất đóng rắn tối ưu.

3.1. Quy trình chuẩn bị mẫu gỗ Keo ghép thanh chuyên nghiệp

Quy trình chuẩn bị mẫu gỗ keo ghép thanh được thực hiện cẩn thận để loại bỏ các biến số không mong muốn. Gỗ nguyên liệu sau khi được lựa chọn sẽ trải qua các công đoạn: xẻ phá, xẻ dọc và cắt ngang để tạo phôi. Các phôi này sau đó được đưa vào lò sấy để kiểm soát độ ẩm vật liệu gỗ xuống mức lý tưởng (8-10%). Sau khi sấy, thanh gỗ được bào 4 mặt và bào thẩm để đạt kích thước chính xác và bề mặt phẳng. Bước cuối cùng là đánh nhẵn bề mặt bằng giấy nhám để loại bỏ xơ gỗ và tạo độ bám dính tốt nhất. Kích thước thanh cơ sở cho mẫu thử kéo trượt là 150x20x5 mm và cho mẫu bong tách là 250x75x5 mm. Việc tuân thủ quy trình này đảm bảo các mẫu thí nghiệm có chất lượng đồng đều, giúp kết quả đánh giá cường độ bám dính keo EPI trở nên chính xác và đáng tin cậy.

3.2. Tiêu chuẩn kiểm tra độ bền dán dính quốc tế áp dụng

Nghiên cứu áp dụng các tiêu chuẩn kiểm tra độ bền dán dính được công nhận rộng rãi trên thế giới để đảm bảo tính khoa học và khả năng so sánh của kết quả. Cụ thể, thí nghiệm cường độ chịu cắt trượt màng keo được thực hiện theo tiêu chuẩn Châu Âu EN-205:2003. Tiêu chuẩn này quy định rõ về kích thước mẫu thử, cách gia công tạo rãnh cắt và quy trình thử nghiệm trên máy kéo nén vạn năng. Trong khi đó, thí nghiệm độ bong tách màng keo được thực hiện theo tiêu chuẩn JAS Type II của Nhật Bản. Tiêu chuẩn này yêu cầu các mẫu phải trải qua một chu trình ngâm trong nước nóng (70°C trong 2 giờ) và sấy khô (60°C trong 3 giờ) để mô phỏng điều kiện sử dụng khắc nghiệt, sau đó đo lường tỷ lệ bong tách của đường keo. Việc sử dụng các tiêu chuẩn này giúp lượng hóa chính xác độ bền đường keo trên gỗ.

IV. Hướng dẫn kiểm tra cường độ chịu cắt và bong tách màng keo

Quá trình đánh giá chất lượng mối dán EPI bao gồm hai bài kiểm tra cốt lõi: thí nghiệm cường độ chịu cắt và thử nghiệm độ bong tách. Đối với cường độ chịu cắt, các mẫu đã được ép và dưỡng đủ 7 ngày sẽ được gia công tạo rãnh theo tiêu chuẩn EN-205:2003, đảm bảo khu vực chịu lực chỉ còn lại phần màng keo. Mẫu sau đó được gá lên máy kéo nén vạn năng (Amsler) và tác động một lực kéo tăng dần với tốc độ ổn định (cấp 6, tương đương 30-60 giây cho đến khi phá hủy) cho đến khi màng keo bị phá hủy. Lực phá hủy tối đa được ghi lại và tính toán ra cường độ chịu cắt (MPa). Bài kiểm tra thứ hai là độ bong tách màng keo theo tiêu chuẩn JAS Type II. Các mẫu thử có kích thước 75x75x5 mm được ngâm trong nước nóng 70°C trong 2 giờ, sau đó sấy ở 60°C trong 3 giờ. Chu trình này tạo ra ứng suất lớn lên đường keo. Sau khi ổn định, chiều dài các vết nứt và bong tách trên tất cả các đường keo của mẫu được đo lại. Tỷ lệ bong tách được tính bằng tổng chiều dài bong tách chia cho tổng chiều dài đường keo. Một mối dán chất lượng cao phải có cường độ chịu cắt lớn và tỷ lệ bong tách thấp, thể hiện khả năng duy trì sự toàn vẹn của độ bền đường keo trên gỗ ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt. Đây là hai chỉ số quan trọng nhất để đánh giá ảnh hưởng của thành phần B keo EPI.

4.1. Cách thực hiện thí nghiệm cường độ chịu cắt theo EN 205

Thực hiện thí nghiệm cường độ chịu cắt theo EN-205:2003 đòi hỏi sự chính xác cao. Sau khi mẫu được gia công theo đúng kích thước tiêu chuẩn, chúng được lắp vào bộ gá kẹp chuyên dụng của máy thử. Mẫu phải được lắp thẳng đứng, đồng trục với phương tác dụng lực để tránh sai số. Tốc độ gia tải được điều chỉnh ở mức phù hợp (khoảng 6-12 mm/phút cho keo nhiệt rắn như EPI) để thời gian từ lúc bắt đầu kéo đến khi mẫu bị phá hủy nằm trong khoảng 30-60 giây. Lực phá hủy (P) tính bằng Kgf được đọc trên đồng hồ của máy. Cường độ chịu cắt (τ) được tính bằng công thức τ = P / A, trong đó A là diện tích bề mặt dán dính chịu cắt (mm²). Kết quả này cho phép đánh giá trực tiếp khả năng chịu lực của màng keo khi sử dụng chất kết dính loại epi.

4.2. Đánh giá độ bong tách màng keo theo tiêu chuẩn JAS

Tiêu chuẩn JAS Type II là một phương pháp kiểm tra nghiêm ngặt để đánh giá khả năng chống chịu thời tiết của mối dán. Sau chu trình ngâm nước nóng và sấy khô, mẫu được để ổn định trong ít nhất 10 giờ. Dùng thước kẹp điện tử có độ chính xác cao, tiến hành đo chiều dài của tất cả các vết nứt, bong tách xuất hiện dọc theo đường keo. Theo tiêu chuẩn JAS, chất lượng mối dán được coi là đạt yêu cầu nếu tổng chiều dài vết bong tách không vượt quá 10% tổng chiều dài các đường keo trên mẫu. Phép thử này đặc biệt quan trọng đối với các sản phẩm ván ép công nghiệpgỗ keo ghép thanh sử dụng ngoài trời hoặc ở những nơi có độ ẩm cao, vì nó phản ánh độ bền đường keo trên gỗ trong điều kiện thực tế.

V. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng thành phần B keo EPI đến gỗ

Kết quả thực nghiệm cho thấy ảnh hưởng của thành phần B keo EPI (chất đóng rắn) đến cường độ bám dính keo EPI là rất rõ rệt và có quy luật. Đối với cả ba loại gỗ (Keo tai tượng, Keo lá tràm và Keo lai), cường độ chịu cắt và khả năng chống bong tách đều tăng lên khi tăng tỷ lệ chất đóng rắn từ 9% đến 15%. Tại mức 15%, cường độ dán dính đạt giá trị cao nhất. Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng tỷ lệ chất đóng rắn lên 18%, cường độ lại có xu hướng giảm nhẹ. Điều này có thể được giải thích là do ở tỷ lệ 15%, hàm lượng isocyanate trong keo là vừa đủ để tạo ra một mạng lưới liên kết ngang dày đặc và hoàn chỉnh, tối ưu hóa các liên kết hóa học với gỗ. Khi vượt ngưỡng này, màng keo có thể trở nên quá cứng và giòn, làm giảm khả năng chịu biến dạng và dẫn đến suy giảm cường độ. Đồng thời, tốc độ đóng rắn quá nhanh ở tỷ lệ 18% cũng có thể cản trở sự thấm ướt và dàn trải đồng đều của keo. Dựa trên các kết quả thu được, nghiên cứu đề xuất rằng tỷ lệ chất đóng rắn tối ưu cho keo EPI Synteko 1980/1993 khi sử dụng cho các loại gỗ Keo là trong khoảng 12-15%. Việc lựa chọn tỷ lệ cụ thể trong khoảng này sẽ phụ thuộc vào yêu cầu về thời gian sống của keo (pot life) và điều kiện sản xuất thực tế tại mỗi nhà máy. Kết quả này là một tài liệu tham khảo quan trọng cho các nhà sản xuất gỗ keo ghép thanhván ép công nghiệp.

5.1. Phân tích cường độ kéo trượt màng keo theo từng tỷ lệ

Số liệu từ thí nghiệm cường độ chịu cắt cho thấy một xu hướng rõ ràng. Ở tỷ lệ chất đóng rắn 9%, cường độ kéo trượt trung bình còn tương đối thấp. Khi tăng lên 12%, cường độ tăng đáng kể. Mức tăng này tiếp tục và đạt đỉnh ở tỷ lệ 15% trên cả ba loại gỗ. Cụ thể, các giá trị cường độ đo được ở mức 15% là cao nhất và vượt xa các yêu cầu tối thiểu của các tiêu chuẩn quốc tế. Khi tỷ lệ tăng lên 18%, giá trị cường độ trung bình bắt đầu giảm xuống, mặc dù vẫn cao hơn so với mức 9% và 12%. Sự biến thiên này khẳng định sự tồn tại của một miền tỷ lệ tối ưu, nơi cơ chế đóng rắn của keo EPI hoạt động hiệu quả nhất để tạo ra một mối dán bền chắc.

5.2. Đánh giá mức độ bong tách màng keo trong thực tế

Kết quả thử nghiệm bong tách theo tiêu chuẩn JAS Type II cũng củng cố cho những phát hiện từ thử nghiệm chịu cắt. Các mẫu được ép với tỷ lệ chất đóng rắn 9% và 12% cho thấy tỷ lệ bong tách cao hơn. Ngược lại, các mẫu ở tỷ lệ 15% thể hiện khả năng chống bong tách vượt trội, với chiều dài các vết nứt rất nhỏ và tỷ lệ bong tách luôn thấp hơn nhiều so với ngưỡng 10% cho phép của tiêu chuẩn. Ở mức 18%, tỷ lệ bong tách có tăng nhẹ so với mức 15%, có thể do màng keo giòn hơn và dễ bị nứt dưới ứng suất gây ra bởi chu trình ngâm-sấy. Những kết quả này chứng minh rằng tỷ lệ chất đóng rắn 15% không chỉ cho cường độ cơ học cao mà còn đảm bảo độ bền đường keo trên gỗ trong các điều kiện ẩm ướt khắc nghiệt.

VI. Kết luận và đề xuất tối ưu tỷ lệ chất đóng rắn cho gỗ

Nghiên cứu về ảnh hưởng của tỷ lệ chất đóng rắn tới cường độ dán dính màng keo của một số vật liệu gỗ sử dụng chất kết dính loại epi đã mang lại những kết luận khoa học và thực tiễn quan trọng. Qua quá trình thực nghiệm và phân tích số liệu, có thể khẳng định rằng tỷ lệ chất đóng rắn là một yếu tố công nghệ mang tính quyết định đến chất lượng mối dán của keo EPI. Kết quả chỉ ra rằng đối với các loại gỗ Keo tai tượng, Keo lá tràm và Keo lai khi sử dụng keo EPI Synteko 1980/1993, miền tỷ lệ chất đóng rắn tối ưu nằm trong khoảng từ 12% đến 15%. Tỷ lệ 15% cho kết quả cao nhất về cả cường độ bám dính keo EPI (thông qua thí nghiệm chịu cắt) và khả năng chống chịu thời tiết (thông qua thí nghiệm bong tách). Những phát hiện này không chỉ có ý nghĩa khoa học trong việc làm rõ cơ chế đóng rắn của keo EPI mà còn mang lại giá trị thực tiễn to lớn. Các doanh nghiệp sản xuất gỗ keo ghép thanh và các sản phẩm gỗ dán khác có thể dựa vào kết quả này để xây dựng quy trình công nghệ phù hợp, vừa đảm bảo chất lượng sản phẩm đầu ra đạt tiêu chuẩn, vừa tối ưu hóa chi phí nguyên vật liệu. Hướng nghiên cứu trong tương lai có thể mở rộng khảo sát trên các loại gỗ khác và xem xét tác động đồng thời của các yếu tố như nhiệt độ, thời gian ép và áp suất ép.

6.1. Tóm tắt kết quả và ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài

Đề tài đã xác định thành công ảnh hưởng của bốn mức tỷ lệ chất đóng rắn (9%, 12%, 15%, 18%) đến chất lượng mối dán keo EPI trên ba loại gỗ Keo. Kết luận chính là tỷ lệ tối ưu nằm trong khoảng 12-15%, với mức 15% cho kết quả vượt trội nhất. Về mặt khoa học, nghiên cứu đã góp phần làm sáng tỏ mối quan hệ giữa hàm lượng isocyanate trong keo và các đặc tính cơ lý của màng keo. Về mặt thực tiễn, kết quả này là một hướng dẫn kỹ thuật quý giá, giúp các nhà sản xuất lựa chọn được tỷ lệ pha trộn hợp lý để tạo ra các sản phẩm ván ép công nghiệp và gỗ ghép có độ bền đường keo trên gỗ cao, đáp ứng các tiêu chuẩn kiểm tra độ bền dán dính khắt khe nhất.

6.2. Đề xuất hướng ứng dụng và nghiên cứu tiếp theo cho keo EPI

Từ kết quả nghiên cứu, đề xuất các doanh nghiệp sản xuất nên áp dụng tỷ lệ chất đóng rắn trong khoảng 12-15% cho các dòng sản phẩm sử dụng gỗ Keo và keo EPI. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số công nghệ khác như thời gian ép và áp suất ép để rút ngắn chu kỳ sản xuất. Ngoài ra, việc nghiên cứu ảnh hưởng của chất độn (filler) đến tính chất của keo EPI cũng là một hướng đi tiềm năng để giảm giá thành sản phẩm mà vẫn đảm bảo chất lượng. Việc mở rộng nghiên cứu trên các loại gỗ khác có khối lượng thể tích và cấu trúc khác nhau cũng sẽ giúp hoàn thiện bộ dữ liệu ứng dụng cho keo hai thành phần cho gỗ loại EPI tại thị trường Việt Nam.

04/10/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Dung dịch keo mang đầy đủ tính chất của một dung dịch lỏng. Vì vậy khi các thành phần thay đổi thì tính chất của chúng thay đổi. Chất đóng rắn có hai loại cơ bản: - Chất đóng rắn làm thay đổi môi trường để dung dịch thực hiện các phản ứng nối mạch mà không tham gia vào liên kết tạo cấu trúc mạng. - Chất đóng rắn đồng thời là thành phần tham gia phản ứng.

Cả hai trường hợp trên khi thay đổi tỷ lệ chất đóng rắn đều ảnh hưởng tới các tính chất, khả năng sử dụng và cường độ dán dính của màng keo Mặt khác, dòng keo EPI là dòng keo mới được đưa vào thị trường Việt Nam. Đây là dòng keo có nhiều ưu điểm và đang được dùng ngày càng phổ biến với nhiều loại hình sản phẩm. Xuất phát từ các vấn đề đó, được sự đồng ý của Khoa Chế biến lâm sản – Trường ĐHLN, tôi tiến hành đề tài “nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ chất đóng rắn đến cường độ dán dính màng keo của một số loại vật liệu gỗ khi sử dụng chất kết dính loại EPI do hãng Caso Nobel cung cấp. Ngành sản xuất ván nhân tạo ra đời rất sớm ở các nước phát triển như Châu Âu, Mỹ, Nhật Bản… Các sản phẩm của chúng được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, xây dựng, các công trình giao thông, đồ dùng gia đình.

Nhằm nâng cao chất lượng của sản phẩm cũng như yêu cầu về kinh tế đã có 1 Chƣơng 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. Lịch sử nghiên cứu. Ngành sản xuất ván nhân tạo ra đời rất sớm ở các nước phát triển như Châu Âu, Mỹ, Nhật Bản… Các sản phẩm của chúng được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, xây dựng, các công trình giao thông, đồ dùng gia đình.

Quá trình nghiên cứu sử dụng keo một cách cụ thể cho từng loại vật dán là một quá trình nghiên cứu liên tục trong công nghệ chế biến gỗ. Vì vậy các nghiên cứu về vấn đề này đã có rất nhiều trên thế giới. Là một trong những cơ sở nghiên cứu đầu ngành, Trường Đại học Lâm nghiệp cũng đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu về các nhân tố ảnh hưởng tới chất lượng ván nhân tạo trong đó có liên quan đến tỷ lệ chất đóng rắn của chất kết dính như: đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng keo tráng đến chất lượng ván ghép thanh sản xuất từ gỗ Keo lá tràm”, Đoàn Tăng Hậu (2003), ĐHLN ; “Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng keo tráng tới một số tính chất của ván LVL sản xuất từ gỗ Keo lai”, Trần Tú Anh (2004), ĐHLN ; “Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng keo tráng EPI tới độ bền dán dính một số loại gỗ”, Phạm Duy Hưởng (2008), ĐHLN, Nguyễn Đắc Dũng (1998), ĐHLN “Xác định mức độ ảnh hưởng của tỷ lệ chất đóng rắn tới chất lượng màng keo trong ván dán 5 lớp từ gỗ Trẩu ”. Các luận văn trên đã đưa ra được những trị số tham khảo mang tính thực tiễn.

Tuy nhiên, tất cả các đề tài trên, chưa có đề tài nào nghiên cứu riêng cho tỷ lệ chất đóng rắn tới cường độ dán dính màng keo trong sản xuất ván ghép thanh khi dùng chất dán dính hai thành phần. Trong khi đó, hệ keo EPI là keo hai thành phần, là dòng keo mới được đưa vào Việt Nam. Chính vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng loại keo này trong một lĩnh vực hết sức cụ thể là ghép ngang trong sản xuất ván ghép thanh là một hướng nghiên cứu hợp lí và rất cần thiết hiện nay. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Xác định được độ bền dán dính của ba loại gỗ thông dụng (Keo tai tượng, Keo lá tràm và Keo lai) với chất kết dính EPI, khi thay đổi tỷ lệ chất đóng rắn.

Từ đó đưa ra tỷ lệ chất đóng rắn hợp lý phục vụ cho các công trình nghiên cứu và sản xuất. Phạm vi, đối tƣợng nghiên cứu + Nguyên liệu gỗ: Keo tai tượng (Acacia mangium Wild) Keo lá tràm (Acacia auriculiformis) và Keo lai (Acacia mangium x auriculiformis). + Chất kết dính: Dòng keo EPI tên thương mại 1980 /1993 do hãng Casco Nobel cung cấp. + Máy móc và thiết bị: Sử dụng các máy móc thiết bị tại Trung tâm nghiên cứu thực nghiệm và chuyển giao công nghệ - công nghiệp rừng, phòng thí nghiệm khoa Chế biến lâm sản trường Đại học Lâm nghiệp.

Nội dung nghiên cứu + Tìm hiểu về nguyên liệu: Gỗ keo lai, gỗ Keo lá tràm, gỗ Keo tai tượng. + Tìm hiểu một số tính chất kĩ thuật, công nghệ của keo EPI do Casco sản xuất. + Lựa chọn được miền tỷ lệ chất đóng rắn khảo sát. + Tìm hiểu về thiết bị, thông số chế độ ép nhiệt.

+ Thực hiện tạo mẫu thí nghiệm theo tiêu chuẩn, kiểm tra ảnh hưởng của tỷ lệ chất đóng rắn với 3 loại gỗ: Keo tai tượng, Keo lai và Keo lá tràm. + Kiểm tra độ bền dán dính theo các tỷ lệ chất đóng rắn khi sử dụng keo EPI với 3 loại gỗ trên. + Phân tích, đánh giá kết quả và rút ra tỷ lệ chất đóng rắn hợp lý cho từng loại gỗ. Phƣơng pháp nghiên cứu + Phương pháp kế thừa các kết quả đã được nghiên cứu về vật dán, thông số chế độ ép, keo dán, nhằm làm cơ sở cố định các yếu tố trên để khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ chất đóng rắn tới độ bền dán dính màng keo của gỗ Keo tai tượng, gỗ Keo lá tràm và gỗ Keo lai + Sử dụng phương pháp thực nghiệm, xử lý số liệu bằng thống kê toán học.

Ý nghĩa của vấn đề nghiên cứu Ý nghĩa khoa học + Thực nghiệm đề tài nghiên cứu khoa học nhằm tăng cường khả năng nghiên cứu giải quyết một vấn đề khoa học cho sinh viên ngành chế biến lâm sản. + Kết quả nghiên cứu sẽ là tài liệu tham khảo có giá trị phục vụ công tác học tập, nghiên cứu khoa học của sinh viên và các nhà chuyên môn, các cơ sở sản xuất có sử dụng keo dán. Ý nghĩa thực tiễn Xác định được sự ảnh hưởng của tỷ lệ chất đóng rắn của keo EPI tới độ bền dán dính của gỗ Keo tai tượng, Keo lai và Keo lá tràm, đưa ra trị số hợp lý về tỷ lệ chất đóng rắn cho từng loại gỗ để đảm bảo độ bền dán dính phục vụ cho các quá trình nghiên cứu và sản xuất. Tìm hiểu về nguyên liệu phục vụ cho nghiên cứu trong đề tài 1.

Nguyên liệu gỗ Hiện nay, nguồn nguyên liệu dùng cho ngành công nghiệp gỗ nói chung và công nghiệp ván nhân tạo nói riêng, chủ yếu sử dụng nguồn nguyên liệu là gỗ rừng trồng. Nguồn nguyên liệu này đa số là các loại cây có tốc độ sinh trưởng nhanh, nhằm mục đích vừa phủ xanh đất trống đồi núi trọc, tái tạo 4 rừng, vừa mang lại sản lượng gỗ khai thác cao, phục vụ đắc lực cho ngành công nghiệp gỗ. Qua quá trình khảo nghiệm, có thể thấy rằng các loại gỗ keo ngày nay đang có một vị thế khá quan trọng, bởi vì chúng vừa thích hợp để trồng rừng, tái tạo đất, vừa có vòng khai thác nhanh, hơn nữa chất lượng gỗ lại có thể đáp ứng tốt cho ngành sản xuất ván nhân tạo. Chính vì vậy, các cây gỗ họ keo được trồng trên khắp cả nước, đó là một nguồn nguyên liệu dồi dào, phong phú.

Căn cứ vào đặc điểm trên, trong đề tài này em chọn ba loại nguyên liệu để tiến hành nghiên cứu là Keo tai tượng, Keo lá tràm và Keo lai. Ba loại gỗ này được khai thác tại Hòa Bình và một số vùng lân cận có điều kiện địa lý, khí hậu thủy văn tương đồng với Hòa Bình. Dưới đây là một vài nét tổng quan về ba loại nguyên liệu đó. Do điều kiện không cho phép, và do sự tương đồng về nguồn gốc nguyên liệu nên các tính chất của ba loại gỗ được nêu ra là sự kế thừa các nghiên cứu đã có từ trước (được nêu trong phần tài liệu tham khảo).

Keo lá tràm [4] Keo lá tràm (Acacia auriculiformis ) là gỗ rừng trồng mọc nhanh mới được đưa vào nước ta có nguồn gốc từ Châu Úc. Qua khảo sát cây Keo lá tràm cho năng suất cao, chu kỳ kinh doanh ngắn. Nó là cây có đường kính trung bình đến khá lớn, cao từ 18 – 20 m. Ở một vài vùng thuận lợi nằm trong vùng phân bố tự nhiên của nó có thể cao tới 30 m, đường kính trung bình 20 - 40cm, là loại cây có nhiều cành với những đoạn thân cong ngắn.

Cấu tạo gỗ Keo lá tràm là loại cây có gỗ giác, gỗ lõi phân biệt. Gỗ giác có màu trắng xám, gỗ lõi có màu vàng nhạt để lâu chuyển màu nâu xám. Tỷ lệ giác, lõi 5 phụ thuộc vào tuổi cây, ở độ tuổi 6-10 năm, tỷ lệ trung bình phần gỗ lõi chiếm 72%. Giữa phần lõi có tuỷ nhỏ (ở giai đoạn 10 năm tuổi trở đi), ở xung quanh tuỷ nhẹ, xốp, có những nét gỗ già giống Keo tai tượng.

Keo lá tràm có vòng năm phân biệt không rõ ràng, độ rộng của một vòng năm khoảng 1- 1.5cm, trong mỗi vòng năm gỗ sớm, gỗ muộn phân biệt không rõ ràng. Keo lá tràm có thớ gỗ hơi nghiêng và tương đối mịn, mạch gỗ có thể quan sát bằng mắt thường, lỗ mạch khoảng 5-8 lỗ /1mm2. Tia gỗ nhỏ, số lượng trung bình, khoảng 3-7 tia /1mm2. Mạch gỗ vừa xếp vòng, vừa xếp phân tán, phân bố không đều, hình thức tụ hợp đơn.

Tế bào nhu mô dọc vòng quanh lỗ mạch theo kiểu hình tròn nửa kín và kín. Keo lá tràm có tỷ lệ mắt nhiều, từ 6-7 mắt /m chiều dài. Một số tính chất cơ lý chủ yếu của gỗ Keo lá tràm Thông số Trị số Đơn vị Khối lượng thể tích Khối lượng thể tích cơ bản 0.47 g/cm3 Gỗ giác 0.42 g/cm3 Độ ẩm gỗ tươi 75 % Độ co rút Thể tích 4.6 % Độ bền uốn tĩnh 87 - 94 MPa Độ bền uốn tĩnh xuyên tâm 102.8 MPa Độ bền uốn tĩnh tiếp tuyến 99 MPa Mô đun đàn hồi uốn tĩnh 8247 - 9358 MPa Mô đun đàn hồi uốn tĩnh xuyên tâm 9000 MPa Mô đun đàn hồi uốn tĩnh tiếp tuyến 8900 MPa Độ bền nén ngang thớ 4.3 MPa Độ bền tách xuyên tâm 52 - 61 MPa Độ bền tách tiếp tuyến 62 - 70 MPa Độ cứng tĩnh 46 - 55 MPa Chất chiết suất tan trong nước nóng 3.58 % Chất chiết suất tan trong nước lạnh 1.88 % Chất chiết suất tan trong NaOH 13. Keo tai tƣợng [5] Cây Keo tai tượng (Acacia mangium) là một trong hơn 1300 loài Acacia, được trồng trên một diện rộng thuộc vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ