Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong ngành công nghiệp chế biến gỗ và sản xuất ván nhân tạo tại Việt Nam, việc sản xuất ván ép và ván dăm truyền thống đang chịu nhiều hạn chế do phụ thuộc vào các loại chất kết dính tổng hợp như keo Phenol – Formaldehyde (P-F) và Ure – Formaldehyde (U-F). Các loại keo gốc formaldehyde này giải phóng các hợp chất độc hại, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường sống, hoặc buộc các doanh nghiệp phải nhập khẩu các dòng ván đạt tiêu chuẩn phát thải thấp với chi phí cao. Trước yêu cầu cấp thiết về việc bảo vệ môi trường và tìm kiếm nguồn chất kết dính thay thế ít độc hại, xu hướng ứng dụng biopolymer tự nhiên từ sinh khối vi sinh vật đang nhận được sự quan tâm lớn.
Vi khuẩn Acetobacter xylinum (A. xylinum) có khả năng sinh tổng hợp cellulose vi khuẩn (Bacterial Cellulose – BC) với độ tinh khiết cao, cấu trúc mạng lưới sợi bền vững và tiềm năng ứng dụng đa dạng trong y học, khoa học vật liệu và công nghiệp chế tạo. Tại Việt Nam, đặc biệt là vùng Đồng bằng sông Cửu Long, nguồn nguyên liệu nuôi cấy A. xylinum từ nước dừa già vô cùng dồi dào. Tỉnh Bến Tre sở hữu khoảng 38.000 ha dừa trên tổng diện tích 200.000 ha dừa của cả nước. Hàng trăm cơ sở sản xuất thạch dừa thô tại địa phương thường xuyên đối mặt với tình trạng tiêu thụ không ổn định và bị ép giá. Bên cạnh đó, các nguồn dịch đường phế phụ liệu như mật rỉ đường cũng có thể được sử dụng để lên men sản xuất màng cellulose vi khuẩn với chi phí thấp.
Mặc dù nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh đã bước đầu ghi nhận khả năng kết dính của cellulose vi khuẩn với các nguồn phế liệu nông lâm nghiệp, hướng nghiên cứu sử dụng thạch dừa kết hợp chất độn tinh bột để sản xuất ván dăm quy mô hoàn chỉnh vẫn còn rất mới. Nhằm tận dụng phế liệu từ quá trình bóc ván gỗ xà cừ và phát triển dòng chất kết dính sinh học thân thiện với môi trường, đề tài "Bước đầu nghiên cứu công nghệ sản xuất ván dăm sử dụng dăm gỗ phế liệu xà cừ và chất kết dính thạch dừa có pha tinh bột" được thực hiện.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu được xác định cụ thể:
- Mục tiêu lý thuyết: Nghiên cứu các yếu tố công nghệ tạo ván từ dăm gỗ xà cừ phế liệu và chất kết dính thạch dừa có bổ sung tinh bột mỳ nhằm định hướng sản xuất đồ mộc trong điều kiện kỹ thuật tại Việt Nam; cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng chất kết dính từ vi sinh vật lên men kết hợp chất độn hữu cơ.
- Mục tiêu thực tiễn: Xác định các thông số công nghệ ép ván phù hợp (nhiệt độ ép, thời gian ép, tỷ lệ tinh bột, chế độ sấy); đề xuất quy trình công nghệ sản xuất ván dăm thạch dừa kết hợp tinh bột.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Các thông số công nghệ tạo ván dăm (nhiệt độ ép, thời gian ép, áp lực ép, lượng chất kết dính) và tỷ lệ phối trộn tinh bột vào thạch dừa.
- Phạm vi vật liệu: Dăm gỗ điều chế từ phế liệu bóc ván và cành ngọn gỗ xà cừ (Khaya senegalensis A. Juss); chất kết dính thạch dừa (Bacterial Cellulose) dạng huyền phù thu nhận từ quá trình nuôi cấy A. xylinum phối trộn tinh bột mỳ.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng
Đề tài vận dụng các khái niệm và tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành trong ngành công nghệ gỗ nhân tạo:
- Tiêu chuẩn TCVN 7751:2007 về định nghĩa và phân loại ván dăm (vật liệu tấm tạo thành từ dăm thực vật trộn chất kết dính và ép dưới áp suất, nhiệt độ).
- Tiêu chuẩn TCVN 7754:2007 quy định các yêu cầu kỹ thuật đối với ván dăm sử dụng trong điều kiện khô (độ bền uốn tĩnh $\sigma_u \ge 140\text{ kG/cm}^2$, tỷ lệ trương nở chiều dày $TS \le 12%$).
- Tiêu chuẩn TCVN 7756-4:2007 và TCVN 7756-6:2007 quy định phương pháp kiểm tra khối lượng thể tích, tỷ lệ trương nở chiều dày và độ bền uốn tĩnh.
- Tiêu chuẩn ГОСТ 20800-75 (Liên Xô) dùng để kiểm tra tính chất cơ học của ván mỏng gỗ xà cừ độ dày 0,5 mm.
Về mặt lý thuyết hình học dăm, hình dạng dăm được mô tả qua hai đại lượng không thứ nguyên:
- Tỷ số mảnh: $S = \frac{L}{t}$ (với $L$ là chiều dài, $t$ là chiều dày dăm).
- Tỷ số dẹt: $J = \frac{W}{t}$ (với $W$ là chiều rộng dăm).
Tỷ lệ kích thước hình học dăm tối ưu được kế thừa từ các nghiên cứu thực nghiệm là $\text{dày} : \text{rộng} : \text{dài} = 1 : 10 : 100$. Cơ chế dán dính giữa thạch dừa và dăm gỗ được lý giải: dưới tác động của nhiệt độ cao trong máy ép, thành phần lignin trong gỗ bị biến tính dẻo hóa, kết hợp với các sợi cellulose thuần khiết từ thạch dừa để tạo nên liên kết mới Xenlulo – Lignin, cùng các liên kết hóa lý và lực liên kết phân tử gián tiếp giữ chặt các phần tử dăm.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu kết hợp nhiều phương pháp tiếp cận khoa học:
- Phương pháp chuyên gia: Trao đổi, thảo luận trực tiếp với các nhà sản xuất và phân phối ván nhân tạo tại các cơ sở chế biến lâm sản để khảo sát thực trạng công nghệ.
- Phương pháp kế thừa: Kế thừa các thông số chế độ ép nhiệt ván dăm thông dụng (nhiệt độ $120 - 180^\circ\text{C}$, thời gian ép $60 - 150\text{ giây/mm}$ chiều dày, áp suất ép $1,75 - 2,1\text{ MPa}$ tương ứng khối lượng thể tích $0,65 - 0,85\text{ g/cm}^3$).
- Phương pháp thực nghiệm:
- Thực nghiệm đơn yếu tố: Khảo sát ảnh hưởng của từng thông số riêng biệt (thời gian ép, nhiệt độ ép, nồng độ tinh bột) với số lần lặp $n = 3$.
- Thực nghiệm đa yếu tố: Thiết lập mô hình hồi quy đa thức bậc hai dạng: $$Y = b_0 + \sum_{i=1}^{k} b_i x_i + \sum_{i=1}^{k-1} \sum_{j=i+1}^{k} b_{ij} x_i x_j + \sum_{i=1}^{k} b_{ii} x_i^2$$ Với 2 biến số vào chính: Nhiệt độ ép $X_1$ ($130^\circ\text{C}, 150^\circ\text{C}, 170^\circ\text{C}$) và Thời gian ép $X_2$ ($20\text{ phút}, 30\text{ phút}, 40\text{ phút}$). Tổng số thí nghiệm thực hiện theo ma trận rút gọn với 3 lần lặp là $N = 3 \times (2^2 + 2\cdot 2 + 1) = 27$ thí nghiệm.
- Phương pháp xử lý số liệu: Đánh giá tính đồng nhất phương sai qua tiêu chuẩn Kohren ($G$), kiểm định mức ý nghĩa hệ số bằng tiêu chuẩn Student ($t$), kiểm tra độ tương thích mô hình qua chuẩn Fisher ($F$) trên phần mềm Statgraphics 7.0; giải bài toán tối ưu đa mục tiêu theo phương pháp Haimes (phiếm hàm Lagrange) trên Microsoft Excel.
Thiết bị và phương tiện thí nghiệm
Toàn bộ các thử nghiệm cơ lý được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh và Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQG TP. Hồ Chí Minh, bao gồm:
- Thiết bị sấy dăm kiểu trống quay công nghiệp quy mô nhỏ.
- Máy nghiền dăm dạng búa và bộ sàng phân loại tiêu chuẩn Liên Xô (mắt sàng từ $0,315\text{ mm}$ đến $10\text{ mm}$).
- Hệ thống thiết bị nghiền thạch dừa chuyên dụng do nhóm nghiên cứu tự thiết kế và chế tạo.
- Máy kéo nén vạn năng (độ chính xác $\pm 10\text{ N}$), thước kẹp điện tử hiện số (độ chính xác $0,01\text{ mm}$), cân phân tích điện tử, tủ sấy đối lưu nhiệt độ $100^\circ\text{C}$.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan về ván dăm và nguyên liệu sản xuất
Chương này trình bày lịch sử hình thành ngành sản xuất ván dăm thế giới từ cuối thế kỷ XIX (ý tưởng ban đầu của Arst Hubbar năm 1887 dùng mùn cưa và keo albumin; xưởng Torfit tại Đức năm 1936; nhà máy Dias tại Tiệp Khắc năm 1938; nhà máy Farley – Loetscher tại Mỹ năm 1942 sản xuất ván Loctex và Faloctex). Tại Việt Nam, công nghệ ván dăm bắt đầu du nhập từ thập niên 1970 qua các dây chuyền viện trợ của Đức (Quảng Ninh, 1972) và Thụy Điển (Việt Trì, 1974), sau đó phát triển mạnh từ những năm 1990 với các nhà máy tại Long An (Đường Hiệp Hòa, 1994), Đồng Nai (Đường La Ngà, 2005), Thái Nguyên (Lâm nghiệp Phú Xá, 2007) cùng nhiều cơ sở chế biến tại Bình Dương, Đắk Lắk, Bến Tre.
Về nguyên liệu, tác giả phân tích đặc tính của các hệ keo vô cơ và hữu cơ (UF, PF, MF, keo xi măng) và nhấn mạnh tiềm năng của màng sinh khối thạch dừa. Khảo sát trữ lượng dừa tại Việt Nam cho thấy diện tích đạt xấp xỉ 200.000 ha, tập trung trên 70% tại Đồng bằng sông Cửu Long (Bến Tre dẫn đầu với 38.000 ha, Trà Vinh 12.418 ha). Nguồn nước dừa già dồi dào cung cấp môi trường giàu carbohydrate, acid amin và vitamin cho vi khuẩn A. xylinum phát triển, phục vụ điều chế chất kết dính sinh thái.
| Thông số hình học dăm công nghệ | Chiều dày ($t$, mm) | Chiều rộng ($W$, mm) | Chiều dài ($L$, mm) |
|---|---|---|---|
| Dăm phẳng | 0,2 – 0,5 | 2 – 10 | 10 – 40 |
| Dăm hình kim | 0,4 – 1,0 | 1 – 5 | 10 – 40 |
| Dăm nhỏ | 0,2 – 0,5 | 1 – 3 | 2 – 8 |
| Dăm mịn | 0,1 – 0,3 | 0,5 – 2 | 1 – 5 |
| Mạt cưa | 0,05 – 1,0 | 0,5 – 2 | 2 – 5 |
| Bột, bụi gỗ | 0,01 – 0,1 | 0,1 – 0,5 | 0,1 – 1 |
| Dăm dạng sợi | 0,1 – 0,4 | 0,5 – 2 | 5 – 25 |
Phần cơ sở lý thuyết quá trình ép phân tích chi tiết sự tương tác nhiệt – ẩm – cơ học trong thảm dăm ba pha (rắn – lỏng – khí). Quá trình ép sơ bộ giúp loại bỏ túi khí, làm sít các phần tử dăm, giảm hiện tượng phân tầng dăm thô/mịn. Trong quá trình ép nóng, gradient nhiệt độ làm hóa hơi ẩm ở lớp mặt ($100 - 107^\circ\text{C}$), tạo gradient áp suất hơi đẩy ẩm vào lớp lõi trước khi thoát ra các biên, quyết định trực tiếp đến sự dẻo hóa của lignin và quá trình đóng rắn liên kết.
Chương 2: Mục tiêu, đối tượng, phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 2 cụ thể hóa toàn bộ phương pháp luận và các bước triển khai thực nghiệm. Tác giả xây dựng sơ đồ khối mô hình toán học nghiên cứu mối quan hệ giữa nhiệt độ ép ($X_1$) và thời gian ép ($X_2$) với hai chỉ tiêu chất lượng đầu ra: độ bền uốn tĩnh ($Y_1$, $\text{MPa}$) và tỷ lệ trương nở chiều dày ($Y_2$, $%$).
| Ký hiệu mã hóa | Yếu tố công nghệ | Đơn vị | Mức cơ sở (0) | Khoảng biến thiên ($\Delta X$) | Mức dưới (-1) | Mức trên (+1) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| $X_1$ | Nhiệt độ ép ($T$) | $^\circ\text{C}$ | 150 | 20 | 130 | 170 |
| $X_2$ | Thời gian ép ($\tau$) | phút | 30 | 10 | 20 | 40 |
Chương này cũng trình bày chi tiết quy trình kiểm tra cơ lý theo các tiêu chuẩn TCVN: kiểm tra độ dày bằng thước kẹp điện tử tại 4 điểm đối xứng; đo khối lượng thể tích mẫu khô; ngâm mẫu trong nước $20 \pm 2^\circ\text{C}$ ngập sâu $20\text{ mm}$ trong thời gian $2\text{ giờ} \pm 5\text{ phút}$ để xác định độ trương nở; đo cường độ uốn tĩnh trên máy kéo nén với vận tốc tăng tải phá hủy trong khoảng $30 - 90\text{ giây}$.
Chương 3: Kết quả nghiên cứu
Nội dung chương 3 tập trung vào 3 nhóm kết quả thực nghiệm trọng tâm:
-
Khảo sát tính chất dăm gỗ xà cừ và công nghệ gia công dăm:
- Gỗ xà cừ (Khaya senegalensis A. Juss, thuộc nhóm 5) có khối lượng thể tích cơ bản $0,675\text{ g/cm}^3$, khối lượng thể tích ở độ ẩm 12% là $0,746\text{ g/cm}^3$. Thành phần hóa học gồm 45,3% xenlulo và 22,6% lignin. Các chỉ tiêu cơ học cơ bản: ứng suất uốn tĩnh đạt $957,5\text{ kG/cm}^2$, ứng suất kéo dọc thớ $666,07\text{ kG/cm}^2$, ứng suất nén dọc thớ $337,06\text{ kG/cm}^2$, ứng suất trượt dọc thớ $87,465\text{ kG/cm}^2$.
- Ván mỏng xà cừ dày $0,5\text{ mm}$ có ứng suất kéo dọc $61,7\text{ kG/cm}^2$, kéo ngang $2,82\text{ kG/cm}^2$, kéo nghiêng $45^\circ$ đạt $6,36\text{ kG/cm}^2$.
- Phân loại dăm nghiền búa qua hệ sàng cho kết quả: dăm trên sàng $10\text{ mm}$ chiếm 6,3% (kích thước $>40\text{ mm}$, cần tái nghiền); dăm từ $1,25\text{ mm}$ đến $10\text{ mm}$ dùng cho lớp giữa chiếm 81,1%; dăm từ $0,315\text{ mm}$ đến $1,25\text{ mm}$ dùng cho lớp mặt chiếm 7,55%; hao hụt bột bụi khoảng 5%. Dăm được sấy qua trống quay (nhiệt độ đầu vào $120 - 140^\circ\text{C}$, đầu ra $100 - 130^\circ\text{C}$, tốc độ 3 vòng/phút) để đưa độ ẩm từ $60 - 70%$ xuống còn $3 - 5%$.
-
Chế tạo thiết bị và thực nghiệm nghiền chất kết dính thạch dừa:
- Nhóm nghiên cứu chế tạo máy nghiền thí nghiệm dùng động cơ $1\text{ Hp}$, bộ truyền đai hình thang điều chỉnh tốc độ trục dao từ $110 - 140\text{ vòng/phút}$, trang bị 2 lưỡi dao thép dập răng cưa kích thước $20 \times 8 \times 0,5\text{ cm}$.
- Qua 7 lần thử nghiệm tỷ lệ phối trộn nước, kết quả chỉ ra rằng để nghiền nhuyễn thạch dừa cần bổ sung lượng nước lớn để đạt dung dịch huyền phù có nồng độ chất rắn thạch dừa khoảng $4 - 5%$. Đây là một trở ngại công nghệ lớn vì lượng nước đưa vào thảm dăm cao gấp $2,5 - 3$ lần khối lượng dăm khô (để có $10 - 12\text{ g}$ thạch dừa cần $250 - 300\text{ g}$ nước).
-
Nghiên cứu bổ sung tinh bột và xác lập chế độ ép, sấy ván:
- Để khắc phục lượng ẩm dư thừa và tăng cường liên kết, tinh bột mỳ được phối trộn vào dung dịch thạch dừa với các tỷ lệ khác nhau. Thử nghiệm trên mẫu ván kích thước $180 \times 180 \times 18\text{ mm}$, lượng dăm $500\text{ g}$, ép tại nhiệt độ $150^\circ\text{C}$ trong $40\text{ phút}$, sau đó sấy ở $100^\circ\text{C}$ với các mức thời gian 90, 180 và 300 phút.
| Thời gian sấy ở $100^\circ\text{C}$ (phút) | Thạch dừa (g) | Tinh bột (g) | Tỷ lệ tinh bột / thạch dừa (%) | Độ bền uốn tĩnh $\sigma_u$ (MPa) | Tỷ lệ trương nở chiều dày $TS$ (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 300 | 1200 | 50 | 4,2 | 14,1 | 13,8 |
| 300 | 1150 | 100 | 8,7 | 15,7 | 12,3 |
| 300 | 1100 | 150 | 13,6 | 14,3 | 13,4 |
| 180 | 1200 | 50 | 4,2 | 13,9 | 14,0 |
| 180 | 1150 | 100 | 8,7 | 15,9 | 12,1 |
| 180 | 1100 | 150 | 13,6 | 14,5 | 13,2 |
| 90 | 1200 | 50 | 4,2 | 10,5 | 16,4 |
| 90 | 1150 | 100 | 8,7 | 13,9 | 13,8 |
| 90 | 1100 | 150 | 13,6 | 12,7 | 15,0 |
Kết quả và đóng góp
Kết quả kỹ thuật chính
- Xác định được thành phần cơ lý hóa của gỗ xà cừ phế liệu thích hợp cho sản xuất ván dăm, với tỷ lệ thu hồi dăm công nghệ lớp giữa ($1,25 - 10\text{ mm}$) đạt 81,1% và dăm lớp mặt đạt 7,55%.
- Chế tạo thành công thiết bị nghiền thạch dừa chuyên dụng trong phòng thí nghiệm hoạt động ổn định ở dải tốc độ $110 - 140\text{ vòng/phút}$.
- Xác định được chế độ sấy và tỷ lệ phối trộn tối ưu: Tỷ lệ tinh bột bổ sung đạt $8,7%$ (tương đương $100\text{ g}$ tinh bột mỳ trên $1150\text{ g}$ thạch dừa), chế độ ép nóng tại $150^\circ\text{C}$ trong thời gian $40\text{ phút}$, kết hợp chế độ sấy ván ở nhiệt độ $100^\circ\text{C}$ trong thời gian $180\text{ phút}$.
- Tại chế độ tối ưu này, ván dăm thực nghiệm đạt độ bền uốn tĩnh cao nhất là $15,9\text{ MPa}$ (tương đương $\approx 159\text{ kG/cm}^2$, vượt mức yêu cầu tối thiểu $140\text{ kG/cm}^2$ theo TCVN 7754:2007) và tỷ lệ trương nở chiều dày giảm xuống còn $12,1%$ (tiệm cận tiêu chuẩn $\le 12%$).
Giải pháp và đóng góp khoa học
- Đóng góp khoa học: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm đầu tiên về khả năng tạo màng và kết dính của biopolymer cellulose vi khuẩn phối trộn tinh bột với dăm gỗ xà cừ; bước đầu làm sáng tỏ cơ chế hình thành liên kết Xenlulo – Lignin trong điều kiện ép nhiệt không dùng keo tổng hợp.
- Đóng góp thực tiễn: Mở ra giải pháp tận dụng nguồn phế liệu bóc ván xà cừ và phế phụ phẩm nông nghiệp tại các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long; tạo tiền đề cho việc sản xuất các sản phẩm ván nhân tạo không phát thải formaldehyde, bảo vệ sức khỏe người sử dụng.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đề tài
- Dung dịch thạch dừa sau khi nghiền có nồng độ chất rắn thấp ($4 - 5%$), dẫn đến hàm lượng nước đưa vào thảm dăm quá cao (gấp $2,5 - 3$ lần khối lượng dăm khô), gây kéo dài thời gian ép nhiệt ($40\text{ phút}$) và thời gian sấy ($180\text{ phút}$), làm tăng mức tiêu hao năng lượng.
- Tỷ lệ trương nở chiều dày sau khi ngâm nước 2 giờ của mẫu tối ưu ($12,1%$) vẫn còn cao hơn nhẹ so với ngưỡng quy định của tiêu chuẩn ván chịu ẩm ($12%$).
- Cơ chế tạo liên kết ở cấp độ vi mô giữa sợi cellulose vi khuẩn và lignin gỗ mới được giải thích dựa trên các hiện tượng thực nghiệm, chưa được phân tích sâu bằng ảnh chụp hiển vi điện tử quét (SEM) hay phổ hồng ngoại (FTIR) trên sản phẩm ván hoàn thiện.
Hướng nghiên cứu tiếp theo
- Nghiên cứu giải pháp cơ học hoặc lý - hóa nhằm tách bớt nước, nâng cao nồng độ chất rắn của huyền phù thạch dừa trước khi phối trộn với dăm.
- Khảo sát bổ sung các chất phụ gia kỵ nước tự nhiên hoặc chất biến tính sinh học để cải thiện độ bền nước và hạ thấp tỷ lệ trương nở chiều dày của ván dăm.
- Hoàn thiện quy trình công nghệ nhằm rút ngắn chu kỳ ép nhiệt, tiến tới thử nghiệm sản xuất ở quy mô bán công nghiệp (pilot).
Giá trị tham khảo
Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo thiết thực cho các đối tượng:
- Sinh viên, học viên ngành Chế biến Lâm sản và Công nghệ Gỗ: Tham khảo quy trình phân loại dăm công nghệ, phương pháp sấy trống quay, quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố và các tiêu chuẩn kiểm tra cơ lý ván dăm theo TCVN.
- Nhà nghiên cứu ngành Vật liệu Mới và Công nghệ Sinh học: Tham khảo thiết kế thiết bị nghiền màng cellulose vi khuẩn, phương pháp biến tính hệ keo sinh học bằng tinh bột và cơ chế tạo liên kết sinh học thay thế keo formaldehyde.
- Doanh nghiệp sản xuất ván nhân tạo: Tham khảo định hướng công nghệ sản xuất vật liệu xanh từ nguồn phế liệu gỗ và phụ phẩm dừa nhằm định hướng phát triển các dòng sản phẩm thân thiện với môi trường.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao lượng nước trong dung dịch thạch dừa lại là trở ngại lớn nhất trong công nghệ ép ván dăm sinh học?
Khi nghiền thạch dừa bằng thiết bị cơ học, cần bổ sung lượng nước lớn để tạo huyền phù, khiến nồng độ chất rắn thạch dừa chỉ đạt $4 - 5%$. Để đảm bảo tỷ lệ keo $10 - 12%$ theo dăm khô, lượng nước đưa vào thảm dăm cao gấp $2,5 - 3$ lần khối lượng dăm. Lượng ẩm dư thừa này làm tăng áp suất hơi nước cục bộ trong thảm dăm khi ép nhiệt, dễ gây phồng rộp, tách lớp ván và buộc phải kéo dài thời gian ép nhiệt ($40\text{ phút}$) cùng thời gian sấy ($180\text{ phút}$) để thoát ẩm.
2. Thiết bị nghiền thạch dừa tự chế trong nghiên cứu có cấu tạo và thông số vận hành như thế nào?
Thiết bị gồm 3 bộ phận chính:
- Bộ phận cắt: Gồm 2 lưỡi dao thép kích thước $20 \times 8 \times 0,5\text{ cm}$, mỗi lưỡi dập $5 - 6$ răng cưa ngang trên đoạn dài $12\text{ cm}$, đặt trái chiều nhau trên trục quay.
- Bộ phận truyền động: Sử dụng động cơ điện công suất $1\text{ Hp}$, bộ truyền 2 đai hình thang và hộp giảm tốc điều chỉnh tốc độ từ $0 - 300\text{ vòng/phút}$ (tốc độ vận hành tối ưu từ $110 - 140\text{ vòng/phút}$).
- Khung bệ: Thùng chứa bằng thép đặt trên hệ khung sắt định hình V100 chịu lực chống rung.
3. Tỷ lệ phân bố kích thước dăm gỗ xà cừ sau khi nghiền búa và sàng phân loại đạt kết quả ra sao?
Kết quả sàng phân loại $1500\text{ g}$ dăm xà cừ qua hệ rây Liên Xô ghi nhận:
- Cỡ hạt $>10\text{ mm}$ (dài $>40\text{ mm}$): chiếm 6,3% (kích thước quá lớn, phải đưa về nghiền lại).
- Cỡ hạt từ $1,25\text{ mm}$ đến $10\text{ mm}$: chiếm 81,1% (đạt quy cách làm dăm lớp giữa thảm ván).
- Cỡ hạt từ $0,315\text{ mm}$ đến $1,25\text{ mm}$: chiếm 7,55% (dùng làm dăm lớp bề mặt).
- Lượng bột, bụi mịn lọt qua sàng $0,315\text{ mm}$ và hao hụt: chiếm khoảng 5%.
4. Tỷ lệ phối trộn tinh bột và chế độ sấy nào cho tính chất cơ lý của ván tốt nhất?
Theo kết quả thực nghiệm ở nhiệt độ ép $150^\circ\text{C}$ và thời gian ép $40\text{ phút}$, chế độ sấy ván ở nhiệt độ $100^\circ\text{C}$ trong thời gian $180\text{ phút}$ kết hợp tỷ lệ tinh bột $8,7%$ ($100\text{ g}$ tinh bột mỳ trên $1150\text{ g}$ thạch dừa) cho kết quả tối ưu: độ bền uốn tĩnh đạt $15,9\text{ MPa}$ và tỷ lệ trương nở chiều dày đạt $12,1%$.
5. Gỗ xà cừ có những đặc tính cơ lý nào đáng lưu ý khi sử dụng làm ván dăm?
Gỗ xà cừ (Khaya senegalensis A. Juss) có khối lượng thể tích cơ bản $0,675\text{ g/cm}^3$ và ở độ ẩm 12% là $0,746\text{ g/cm}^3$. Gỗ có độ bền uốn tĩnh ($957,5\text{ kG/cm}^2$) và ứng suất kéo dọc ($666,07\text{ kG/cm}^2$) cao, giúp tạo độ bền chịu lực tốt cho ván. Tuy nhiên, ứng suất nén ngang của gỗ xà cừ khá cao ($116,43 - 129,46\text{ kG/cm}^2$) cùng khối lượng thể tích lớn đòi hỏi áp lực ép nén thảm dăm phải cao hơn so với các loại gỗ mềm thông thường.
Kết luận
Đề tài đã hoàn thành việc khảo sát đặc tính phế liệu gỗ xà cừ, thiết kế chế tạo thiết bị nghiền sinh khối cellulose vi khuẩn và xác định các thông số công nghệ bước đầu để sản xuất ván dăm sinh thái. Việc bổ sung $8,7%$ tinh bột mỳ vào chất kết dính thạch dừa kết hợp chế độ ép nhiệt $150^\circ\text{C}$ trong $40\text{ phút}$ và sấy $180\text{ phút}$ ở $100^\circ\text{C}$ đã tạo ra sản phẩm ván dăm đạt độ bền uốn tĩnh $15,9\text{ MPa}$, đáp ứng yêu cầu chịu lực theo tiêu chuẩn TCVN 7754:2007. Kết quả này chứng minh tính khả thi của việc thay thế keo hóa học formaldehyde bằng biopolymer tự nhiên từ nước dừa, mở ra hướng nghiên cứu tiềm năng trong lĩnh vực vật liệu gỗ nhân tạo thân thiện với môi trường tại Việt Nam.