BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DĂM TỪ GỖ VỤN VÀ HẠT NHỰA PHẾ LIỆU LÀM NGUN LIỆU SẢN XUẤT ĐỒ GỖ S K C 0 9 MÃ SỐ: T 2011 - 67 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề Tài: NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DĂM TỪ GỖ VỤN VÀ HẠT NHỰA PHẾ LIỆU LÀM NGUN LIỆU SẢN XUẤT ĐỒ GỖ MÃ SỐ: T2011 - 67 SVTH : QCH VĂN THIÊM NGUYỄN VĂN TÚ Tp Hồ Chí Minh 2011 MỤC LỤC Chương 1.ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu .3 1.4 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Ý nghĩa đề tài Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2.1 Khái qt vật liệu Polyme Composite và Composite gỗ - nhựa 2.1.1 Khái niệm về vật liệu Polyme Composite 2.1.2 Vâ ̣t liê ̣u Composite gỡ – nhựa (WPC) 2.1.3 Lịch sử phát triển ứng dụng vật liệu composite gỗ-nhựa 2.2 Tình hình nghiên cứu .7 2.2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 2.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 10 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 19 3.1 Tìm hiểu nhu cầu sử dụng nhựa phế liệu ngành nhựa .19 3.2 Tìm hiểu phế liệu ngành gỗ 22 3.3 Lý luận kết hợp vật liệu composite gỗ nhựa 23 3.3.1 Sự hình thành bề mặt vật liệu phức hợp gỗ nhựa 23 3.3.2 Lý luận tính kết hợp bề mặt .24 3.3.3 Lý luận thấm ướt bề mặt 24 3.3.4 Lý luận liên kết hóa học 25 3.3.5 Lý luận liên kết giới 26 3.3.6 Lý luận liên kết lớp bề mặt yếu 26 3.3.7 Lý luận mở rộng bề mặt 27 3.4 Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ - nhựa 27 3.4.1 Thành phần vật liệu composite 27 3.4.2 Sợi gia cường 30 3.4.3 Vai trò vật liệu thành phần composite 36 3.4.4 Tính chất chung vật liệu composite .36 3.4.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất composite gỗ - nhựa tái chế .37 3.5 Nghiên cứu quy trình sản xuất ván dăm - nhựa phế liệu (composite gỗ nhựa) 39 3.5.1 Lưu trình tạo composite từ phế liệu gỗ nhựa tái chế 39 3.5.2 Mơ tả lưu trình thực .40 Chương 4.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44 4.1 Kết luận .44 4.2 Kiến nghị 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 i DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Cấ u ta ̣o vâ ̣t liê ̣u PC cớ t sơ ̣i Hình 2.2 Vật liệu WPC sử dụng làm ván sàn ngồi trời Hình 2.3 Sử dụng vật liệu WPC xây dựng nhà dân dụng Hình 2.4 Một số chi tiết ơtơ làm từ WPC 14 Hình 2.5 Ứng dụng WPC làm ván sàn 15 Hình 2.6 Bàn ghế từ WPC 16 Hình 2.7 Trang trí xây dựng từ WPC 17 Hình 2.8 Một số profiles composite gỗ - nhựa sản phẩm 18 Hình 3.1 Nhựa nhiệt dẻo dùng sản xuất WPC 29 Hình 3.2 Phân loại sợi thực vật 30 Hình 3.3 Cơng thức cấu tạo xenlulo 31 Hình 3.4 Cơ chế phân hủy xenlulo 32 Hình 3.5 Cơng thức cấu tạo số monome Hemixenlulo 33 Hình 3.6 Cơng thức cấu tạo Lignin 34 Hình 3.7 Cấu trúc sợi thực vật 35 Hình 3.8 Sơ đồ thực nghiệm tạo composite từ phế liệu gỗ nhựa PP 39 Hình 3.9 Sơ đồ máy tạo hạt gỗ nhựa 42 ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ván dăm từ gỗ vụn hạt nhựa phế liệu (Composite gỗ - nhựa) iii THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất ván dăm thất từ gỗ vụn hạt nhựa phế liệu làm ngun liệu sản xuất đồ gỗ - giai đoạn I - Mã số: T2011 - 67 - Chủ nhiệm: ThS Qch Văn Thiêm - Cơ quan chủ trì: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: từ tháng đến tháng 11 năm 2011 Mục tiêu: - Tìm hiểu tổng phế liệu ngành nhựa ngành chế biến gỗ - Tìm hiểu nhu cầu sử dụng ván composite gỗ nhựa - Xác định sở khoa học việc liên kết vật liệu composite gỗ nhựa Tính sáng tạo: - Đã mơ tả quy trình sản xuất ván dăm - nhựa phế liệu yếu tố ảnh hưởng Kết nghiên cứu: - Đã tìm hiểu nhu cầu sử dụng nhựa phế liệu ngành nhựa đưa phương pháp sử dụng phế liệu ngành gỗ - Xác định chế liên kết vật liệu composite gỗ nhựa là: Sự hình thành bề mặt vật liệu phức hợp gỗ nhựa; liên kết thấm ướt bề mặt; liên kết hóa học; liên kết giới ; liên kết lớp bề mặt yếu; liên kết mở rộng bề mặt - Xác định thành phần vai trò loại thành phần vật liệu composite gỗ - nhựa - Xác định yếu tố ảnh hưởng đến tính chất composite gỗ - nhựa tái chế như: Ảnh hưởng kích thước bột gỗ; độ ẩm bột gỗ; hàm lượng bột gỗ; phương pháp gia cơng thơng số chế độ ép; số lần tái chế nhựa - Đã xác định mơ tả quy trình sản xuất ván Sản phẩm: - Báo cáo khoa học quy trình sản xuất dăm - nhựa phế liệu Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: - Kết nghiên cứu lý thuyết cơng nghệ sản xuất ván dăm từ gỗ vụn nhựa phế liệu áp dụng thực tiễn sản xuất chuyển giao cơng nghệ Ngày 22 tháng 11 năm 2011 Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên) iv INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: - Project title: Research technology manufacturing particle board from wood debris and scrap plastic granules as raw materials for wood production - Period I - Code number: T2011 - 67 - Coordinator: Master Quach Van Thiem - Implementing institution: University of Technical Education HoChiMinh City - Duration: from March to November - 2011 Objective(s): - Search a total waste of plastic and wood processing - Search the demand for wood plastic composite board - Identify the scientific basis for the associated wood and plastic composite materials Creativeness and innovativeness: - Describe the production process particle board - plastic scraps and other factors affecting Research results: - Search the demand for plastic and scrap of plastics and method of making use of scraps of wood industry - Determining the mechanisms that link the wood plastic composite material which is: The formation of the surface of the wood plastic composite materials; link the wet surface; chemical bond; associated motor; layer link surface weak; link on extended surfaces - Determining the composition and role of each component in composite wood material – plastic - Identify factors affecting the properties of composite wood - recycled plastic such as: The effects of powder size timber of wood flour moisture; the content of wood pulp; the processing method and mode parameters pressed; the number of plastic recycling - Identify and describe the manufacturing process of plastic processing board Products: - Scientific reports on the chip manufacturing process - plastic scrap Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: - The results of theoretical research on production technology of particle board from wood debris and scrap plastic granules are applied in practical production and technology transfer v Chương ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Lý chọn đề tài Ngành gỗ Việt Nam đạt năm qua là: có tốc độ phát triển cao, 10 ngành xuất chủ lực nước Chỉ 10 năm trở lại đây, kim ngạch xuất ngành gỗ tăng gần 10 lần, từ 219 triệu USD năm 2000, tăng lên khoảng 2tỷ USD năm 2006 năm 2007 khoảng 2,4 tỷ USD khoảng 3tỷ USD năm 2010 Trong q trình khai thác, chế biến gỗ rừng trồng, ln ln để lại lượng thứ phế liệu đáng kể gỗ cành khai thác lõi gỗ sau bóc ván mỏng, mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn Đặc điểm chung dạng phế liệu khối lượng thể tích thấp, tiết diện hình tròn, đường kính nhỏ độ cong Nếu tiếp tục gia cơng thành ngun liệu hình hộp, phương pháp xẻ, hiệu suất sử dụng gỗ thấp, chí phí lớn, hiệu kinh tế khơng cao, chất thải rắn nhiều, bất lợi cho mơi trường Đồng thời, phần gỗ tốt bị loại bỏ thành phế liệu Tất nhược điểm phế liệu khắc phục cách chế biến chúng thành gỗ vụn, dăm nhỏ kết hợp với chất kết dính thích hợp để sản xuất dạng vật liệu sử dụng trang trí nội thất Hàng năm ngành cơng nghiệp chế biến gỗ nước ta phải nhập từ 3.5 - triệu m3 gỗ tròn, lượng phế liệu cưa xẻ gỗ thường dao động từ 1112% thể tích Lượng phế liệu sản xuất chế biến gỗ phụ thuộc vào ngun liệu, kích thước tạo sản phẩm, cơng suất thiết bị thường chiếm tỷ trọng từ 45-63% thể tích ngun liệu Như thấy, lượng phế liệu gỗ lớn sử dụng chủ yếu làm nhiên liệu, lãng phí ảnh hưởng đến tỷ lệ lợi dụng gỗ giá thành sản phẩm Vấn đề đặt làm để sử dụng hiệu lượng phế liệu gỗ để nâng cao tỷ lệ lợi dụng ngun liệu đồng thởi bảo vệ mơi trường Nhựa phế liệu dạng chất thải rắn khó phân hủy mơi trường tự nhiên, nên chúng thường sử dụng để sản xuất sản phẩm tái sinh Tuy nhiên, sản phẩm nhựa tái sinh thường có chu kỳ tồn ngắn lần tái sinh chất lượng nhựa Đồng thời phát sinh nhiễm mơi trường sản xuất Vì vậy, tận dụng phế liệu nhựa để sản xuất sản phẩm có chu kỳ sử dụng lâu dài điều cần thiết Một hướng giải tốt vấn đề sản xuất sản phẩm dạng tấm, dạng khối làm vật liệu trang trí nội, ngoại thất đồ mộc cách sử dụng phối hợp dăm gỗ với nhựa phế liệu làm chất kết dính Sản phẩm gỗ - nhựa phế liệu có tính chất chủ yếu: Tính hút nước trương nở thấp Hầu khơng bị sinh vật hại gỗ phá hủy Bề mặt có chất lượng cao, dễ dàng thực kỹ thuật trang sức khác nhau, độ bền sản phẩm cao gỗ khoảng lần Có thể gia cơng máy chế biến gỗ thơng thường Kết hợp phế liệu gỗ phế liệu nhựa để tạo sản phẩm vừa hạn chế lượng chất thải rắn vào mơi trường, vừa tạo sản phẩm có giá trị giá trị sử dụng cao chất tham gia vào kết cấu sản phẩm Cơng nghệ sản xuất sản phẩm từ phế liệu gỗ - nhựa khơng phức tạp, phù hợp với trình độ điều kiện sản xuất nước Hiện nước ta chưa có sở ứng dụng cơng nghệ để sản xuất sản phẩm thương mại Nguồn ngun liệu (phế liệu chất dẻo phế liệu gỗ) để sản xuất vật liệu composite gỗ - nhựa có tiềm lớn Các kết nghiên cứu tình hình sản xuất vật liệu composite gỗ - nhựa từ phế liệu gỗ phế liệu chất dẻo thấy rằng, sản xuất vật liệu composite gỗ-nhựa xu hướng cơng nghệ đại, thân thiện mơi trường, có ý nghĩa mặt xã hội sử dụng hiệu nguồn tài ngun Sản phẩm composite gỗ - nhựa có chiều dày khác từ 4mm đến 40 mm, khối lượng thể tích đạt tới 1140 kg/m3 có nhiều ưu điểm như: tính ổn định kích thước cao, khả chống sinh vật hại tốt, bề mặt mịn, dễ gia cơng, tạo màu sắc thích hợp ứng dụng nhiều lĩnh vực: ván sàn, cầu thang, cửa, nhà ở, đồ gỗ nội thất, vật liệu trang trí…Mặt khác dây chuyền sản xuất composite gỗ nhựa phù hợp với sản xuất quy mơ nhỏ, vốn đầu tư thấp, sử dụng ngun liệu phế liệu cơng nghiệp gỗ cơng nghệ chất dẻo Các kết nghiên cứu nước cho thấy vật liệu composite nói chung nghiên cứu thành cơng cấp độ khác chủ yếu polyme nhiệt rắn, kết hợp với chất gia cường sợi thủy tinh, bột gỗ, bột tre, chất tăng cường khả ứng dụng rộng rãi Các cơng trình nghiên cứu sử dụng chất dẻo phế thải phế liệu gỗ để tạo vật liệu composite ít, hướng nghiên cứu có tiềm tương lai Xuất phát từ phân tích trên, chúng tơi chọn thực đề tài “Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất ván dăm từ gỗ vụn hạt nhựa phế liệu làm ngun liệu sản xuất đồ gỗ - giai đoạn 1” 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Đề tài nghiên cứu nhằm mục tiêu sau: - Tìm hiểu tổng phế liệu ngành nhựa ngành chế biến gỗ - Tìm hiểu nhu cầu sử dụng ván composite gỗ nhựa - Xác định sở khoa học việc liên kết vật liệu composite gỗ nhựa 1.3 Đối tượng nghiên cứu Đề tài tập trung vào nghiên cứu đối tượng sau: - Các phế liệu chế biến gỗ như: gỗ vụn, mùn cưa, dăm bào - Hạt nhựa Polypropylene tái chế 1.4 Phạm vi nghiên cứu Để sản xuất ngun liệu cho sản xuất đồ gỗ từ gỗ vụn hạt nhựa lĩnh vực rộng có nhiều quốc gia giới quan tâm, đòi hỏi nhiều kinh phí thời gian Trong phạm vi đề tài giai đoạn chúng tơi tập trung giải số nội dung sau: - Tìm hiểu phế liệu ngành nhựa - Tìm hiểu phế liệu ngành chế biến gỗ - Tìm hiểu nhu cầu sử dụng ván nhân tạo ngồi nước - Nghiên cứu sở lý luận thực tiễn cơng nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ - nhựa kết hợp 1.5 Ý nghĩa đề tài Làm tài liệu tham khảo cho việc nghiên cứu cơng nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ - nhựa Hình 3.4 Cơ chế phân hủy xenlulo * Hemixenlulo Cũng loại polysacarit tự nhiên, thủy phân chủ yếu tạo đồng phân lập thể thuộc pentoza (D–xyloza, L–arabinoza) số đồng phân lập thể thuộc hexoza (D–glucoza, D–mannoza, D–galactoza) dẫn xuất axit metoxyuronic Hemixenlulo có cấu trúc phức tạp xenlulo có cấu trúc phân tử có mạch nhánh nhiều, độ trùng hợp thấp n < 200 Do cấu trúc mạch nhánh nên hemixenlulo có cấu trúc chủ yếu vùng vơ định hình, ngồi có tồn vùng tinh thể xenlulo Vì dễ thủy phân dung dịch axit, dễ bị trích ly khỏi sợi dung dịch kiềm lỗng, dễ hấp thụ ẩm, có khả thủy phân tác dụng vi khuẩn làm suy giảm độ bền nhiệt sợi, tính chất học kém, khơng bền 32 Hình 3.5 Cơng thức cấu tạo số monome Hemixenlulo * Lignin Lignin polyme thơm tự nhiên, hỗn hợp phức tạp nhiều polyme dạng phenolic, có cấu tạo mạng khơng gian ba chiều Trong thực vật lignin chất liên kết tế bào, làm cho thành tế bào cứng hơn, chịu va đập, chịu nén, bền tác động vi sinh vật Một số quan điểm cho lignin đóng vai trò nhựa thực vật, xenlulo đóng vai trò chất gia cường Có quan điểm cho axit polyuronic hydrocacbon thành phần tạo nên lignin Lignin có cấu trúc vơ định hình, có khối lượng phân tử từ 4000 -10000, độ trùng hợp cao n = 25 – 45, liên kết đơn vị lignin phức tạp Bản chất liên kết chưa xác định rõ ràng, lignin có nhiều nhóm chức hydroxyl tự do, nhóm metoxyl, nhóm cacbonyl nối đơi, nhờ mà tham gia phản ứng oxy hóa làm đứt mạch cacbon tạo thành axit béo thơm, 33 hydro hóa khử, phản ứng với halogen, axit nitric, phản ứng metyl hóa Lignin nóng chảy nhiệt độ 140 – 160oC Một dạng cơng thức điển hình lignin sau: Hình 3.6 Cơng thức cấu tạo Lignin * Thành phần vơ Hàm lượng chất vơ thực vật thường quy hàm lượng tro, đo xấp xỉ lượng muối khống chất vơ khác sợi sau nung nhiệt độ 575±25oC Các chất vơ thường gặp thành phần tro oxit silic chiếm chủ yếu 90 - 97%, oxit kali chiếm 1.8 - 2.8%, CaO, PbO, Al2O3, Fe2O3… 3.4.2.3 Cấu trúc sợi Sợi thực vật nói chung sợi gỗ nói riêng bao gồm hai thành phần tinh thể vơ định hình Trong phần tinh thể bao gồm vi sợi, chúng tạo nên phân tử xenlulo Các vi sợi kết hợp với phần vơ định hình bao gồm hemixenlulo lignin Độ bền sợi thực vật tăng hàm lượng phần tinh thể lớn Bề mặt sợi tạo nên hỗn tạp polyme khơng đồng trạng 34 thái pha bao gồm xenlulo, hemixenlulo lignin Nhóm chức –OH xenlulo nhóm –COOH, -OH hemixenlulo tạo nên tính ưa nước cho bề mặt sợi Khi cho sợi tiếp xúc với nước góc thấm ướt lượng bề mặt sợi giảm Điều giải thích xâm nhập nước vào sợi làm trương sợi Tính ưa nước sợi nhược điểm sử dụng làm chất gia cường cho nhựa nhiệt dẻo hầu hết chúng khơng ưa nước Hình 3.7 Cấu trúc sợi thực vật 3.4.2.4 Các đặc điểm sợi tự nhiên sử dụng làm chất gia cường cho WPC Mặc dù nghiên cứu khoảng gần chục năm trở lại đây, vật liệu WPC gia cường sợi thực vật nhiều nhà khoa học quan tâm vì: - Giá thành sợi rẻ - Nguồn ngun liệu sẵn có dễ chế tạo - Có khả phân huỷ sinh học, phân huỷ nhiệt Do vậy, sử dụng sợi thực vật gia cường cho vật liệu PC khơng thu hiệu kinh tế cao mà giảm tối thiểu nhiễm mơi trường Nhược điểm vật liệu WPC gia cường sợi thực vật sợi thực vật thường chứa nhóm ưa nước khó tương hợp với chất nhựa Đồng thời sợi thực vật dễ hấp thụ ẩm làm giảm độ bền tuổi thọ sản phẩm Nhược điểm khắc phục cách xử lý sợi số chất hố học khác 35 3.4.3 Vai trò vật liệu thành phần composite Nhựa nhiệt dẻo - Liên kết vật liệu Bột gỗ - Đóng vai trò điểm chịu ứng suất - Chuyển ứng suất sang độn có tập trung ngoại lực tác dụng lên vật liệu - Thường có tính chất lý hóa cao - Bảo vệ sợi khỏi bị hư hỏng tác vật liệu động mơi trường 3.4.4 Tính chất chung vật liệu composite Vật liệu phức hợp gỗ nhựa (Wood –Plastic Composites, viết tắt WPC) loại vật liệu kết hợp sợi gỗ vật liệu nhựa, kết hợp vật liệu sợi gỗ vật liệu nhựa mang lại tính ưu việt cho sản phẩm phức hợp gỗ nhựa như: Bền sử dụng, tuổi thọ sản phẩm cao, có bề ngồi mang chất liệu gỗ, có độ cứng cao so với vật liệu nhựa, khơng có Formaldehyde khơng sinh khí độc hại Có nhiều tính chất tốt ví dụ so với vật liệu gỗ có kích thước ổn định hơn, khơng bị xuất vết rạn nứt, khơng bị cong vênh, dễ ràng tạo màu sắc cho sản phẩm, gia cơng lần thứ gống vật liệu gỗ, dễ ràng cắt gọt, dùng keo để kết dính, dùng đinh ốc vít để liên kết, cố định, quy cách hình dạng vào u cầu người dùng để điều chỉnh, tính linh hoạt cao Có tính nhiệt dẻo vật liệu nhựa từ dễ ràng gia cơng, tạo hình, thơng thường gia cơng theo mẫu đạt sẵn gia cơng theo u cầu cụ thể, có khả ứng dụng rộng Tính hóa học tốt, chịu độ PH, chịu hóa chất, chịu nước mặn, sử dụng nhiệt độ thấp, khơng bị biến đổi hình dạng hút ẩm Có thể sử dụng nhiều lần thu hồi tái sử dụng, có lợi ích bảo vệ mơi trường Gia cơng, chế tạo đơn giản, nhanh, đa dạng, dễ tạo hình, thay đổi sửa chữa, chi phí đầu tư thiết bị gia cơng thấp… 36 3.4.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất composite gỗ - nhựa tái chế Tính chất vật liệu composite gỗ - nhựa phụ thuộc vào nhiều yếu tố kích thước bột gỗ, độ ẩm, hàm lượng bột gỗ, nhựa PP qua nhiều lần tái chế, phương pháp gia cơng thơng số chế độ ép… 3.4.5.1 Ảnh hưởng kích thước bột gỗ Trong sản xuất WPC kích thước bột gỗ yếu tố định đến tính chất vật liệu Có nhiều loại bột gỗ sử dụng q trình sản xuất vật liệu WPC đặc biệt sử dụng phế thải cơng nghiệp gỗ mùn cưa, vỏ bào, dăm gỗ kích thước bột gỗ sử dụng nhiều cấp kích thước khác tùy thuộc vào mục đích sử dụng sản phẩm Bột gỗ có kích thước lớn khả phối trộn với nhựa khơng đồng kích thước bột gỗ nhỏ nên gây khuyết tật bề mặt, nhiên lại làm cho vật liệu giảm co rút làm tăng độ chảy 3.4.5.2 Ảnh hưởng độ ẩm bột gỗ Độ ẩm đóng vai trò tạo điều kiện cho q trình thẩm thấu khuếch tán nhựa nóng chảy dễ dàng Nếu độ ẩm bột gỗ cao làm giảm liên kết gỗ nhựa kéo dài thời gian đóng rắn 3.4.5.3 Ảnh hưởng hàm lượng bột gỗ Hàm lượng bột gỗ định phần lớn đến tính chất WPC, hàm lượng bột gỗ cao tỷ trọng vật liệu cao nhiên làm giảm khả liên kết vật liệu nhựa bột gỗ Nếu hàm lượng bột gỗ tính chất WPC dần tính chất vật liệu Vì việc nghiên cứu tỷ lệ bột gỗ nhựa điều quan trọng, liên quan đến tính chất WPC, nói cách khác liên quan đến cơng mục đích sử dụng sản phẩm 3.4.5.4 Ảnh hưởng phương pháp gia cơng thơng số chế độ ép Để gia cơng WPC chủ yếu sử dụng hai phương pháp ép đùn tạo hình ép phẳng khn kín Các phương pháp gia cơng khác tính chất khác Phương pháp đùn tạo hình cho tính chất cao phương pháp ép phẳng khn đồng mật độ gỗ nhựa nên khả liên kết tốt 37 Thơng số chế độ ép khâu cuối q trình tạo sản phẩm nên ảnh hưởng khơng nhỏ đến tính chất vật liệu Áp suất, nhiệt độ thời gian yếu tố điển hình giai đoạn Đối với phương pháp ép khn kín, áp suất q lớn làm phá vỡ kết cấu liên kết sản phẩm ngược lại áp suất nhỏ làm lỏng lẻo liên kết Thời gian dài khơng gây khuyết tật cho sản phẩm mà ảnh hưởng đến suất, thời gian ngắn lại gây ảnh hưởng tới liên kết gỗ nhựa Về nhiệt độ ép nhiệt độ gia cơng thấp hỗn hợp nhựa chưa nóng chảy ảnh hưởng đến trộn khả liên kết chất chất độn Khi nhiệt độ gia cơng q cao nhựa có khả nóng chảy tốt, nhiên lại ảnh hưởng xấu tới tính chất sợi thực vật sợi bị phân hủy làm giảm tính chất lý sợi ảnh hưởng xấu tới tính chất lý vật liệu 3.4.5.5 Ảnh hưởng số lần tái chế nhựa Tất điều kiện, nhựa tái chế nhiều tính chất giảm Điều khơng thể tránh mà loại nhựa qua nhiều lần tái chế mục đích WPC tận dụng phế liệu nhựa Do đó, sản xuất phụ thuộc vào mục đích sử dụng người ta sử dụng loại nhựa tái chế nhiều hay Ví dụ sản phẩm u cầu chịu lực cao vật liệu số lần tái chế tốt, số sản phẩm phải sử dụng nhựa ngun sinh 38 3.5 Nghiên cứu quy trình sản xuất ván dăm - nhựa phế liệu (composite gỗ nhựa) 3.5.1 Lưu trình tạo composite từ phế liệu gỗ nhựa tái chế Phế liệu gỗ Nhựa phế liệu Sấy Tạo mảnh nhựa Nghiền tạo bột Ép đùn tạo hạt nhựa Rửa sạch, làm khơ Trộn hỗn hợp bột gỗ hạt nhựa Ép đùn Hạt gỗ-nhựa Ép phẳng Mẫu sản phẩm Hình 3.8 Sơ đồ thực nghiệm tạo composite từ phế liệu gỗ nhựa PP 39 3.5.2 Mơ tả lưu trình thực * Phế liệu gỗ Trong dây chuyền chế biến gỗ phế liệu gỗ có nhiều dạng khác phoi bào, đầu mẫu, mùn cưa, Mùn cưa sau thu gom, tiến hành loại bỏ tạp chất: kim loại, nhựa, * Sấy mùn cưa Phế liệu mùn cưa sau thu gom loại bỏ tạp chất, chúng tơi tiến hành sấy khơ tới độ ẩm 8-10% với kiểu sấy trống quay (Nhiệt độ: 1200C, 20 phút/mẻ) Sau sấy xong mùn cưa bảo quản để tránh hút ẩm, đảm bảo cho q trình nghiền tạo bột gỗ sau * Tạo bột gỗ Mùn cưa sau sấy mang nghiền tạo bột gỗ Trong q trình nghiền tạo bột gỗ sinh nhiệt va chạm, cọ xát nên độ ẩm bột gỗ sau nghiền giảm xuống 3-5% Đây mức độ ẩm thích hợp cho q trình trộn hợp tạo composite gỗ - nhựa Kích thước bột gỗ đạt phụ thuộc vào mắt sàng Trong q trình nghiền nên nghiền kích thước 0.45mm tương ứng với lưới lọc 40 mesh (Mesh số dây kim loại đan lưới 1inch, mesh cao, lỗ lưới nhỏ) * Nhựa phế liệu PP Phế thải sau thu mua phân loại theo chủng loại cảm quan cơng dụng (theo nguồn gốc sản phẩm), q trình phân loại kết hợp với việc loại bỏ tạp chất Phế thải chủ yếu từ sản phẩm phục vụ sinh hoạt hàng ngày bàn ghế nhựa, thùng đựng sơn, vỏ hộp đựng đồ, vỏ ắc quy, vỏ lọai máy, cánh quạt dân dụng, túi đựng đồ, màng cơng nghiệp, nút chai uống nước chủ yếu làm nhựa PP nhựa PE * Tạo nhựa mảnh Sau phân thành loại lấy PP đem nghiền tạo mảnh máy Các mảnh nhựa có hình đa giác kích thước tương đối đồng tính có vòng tròn ngoại tiếp đường kính khoảng – 15mm 40 * Rửa sạch, làm khơ Đối với PP PE thực tế nhựa sau băm tạo mảnh đem rửa sạch, nhựa PVC ngược lại, sau rửa đem băm tạo mảnh Điều hình dạng loại nhựa khác nên phải thực để thuận tiện cho việc rửa Với nhựa PVC việc rửa nhựa thực máy khuấy ly tâm, PP PE chủ yếu rửa bồn lớn Tất loại nhựa rửa xà phòng với lượng 100Kg nhựa/ 1Kg xà phòng Trong q trình rửa loại bỏ tạp chất nhựa Khi nhựa rửa sạch, mang sấy khơ bám bề mặt nhựa sau đem bảo quản tránh hút ẩm để đảm bảo cho cơng đoạn * Ép đùn tạo hạt nhựa Sau có nhựa mảnh đạt u cầu độ ẩm, ta tiến hành ép đùn tạo hạt nhựa Đùn tạo hạt nhựa máy đùn trục vít với số lỗ đùn đầu đùn 11 lỗ đường kính lỗ đùn 3,2mm Sau đùn kéo sợi nhựa tiếp tục qua buồng làm lạnh nước, sợi kéo tự động nhờ máy kéo – cắt qua buồng nước làm nguội khoảng 11 giây tới máy cắt tạo hạt nhựa (chiều dài 3mm) Hạt nhựa sau đùn đem đóng gói, bảo quản * Trộn bột gỗ - hạt nhựa Sau cơng đoạn tạo bột gỗ hạt nhựa, thực tế bột gỗ thường trộn trực tiếp với nhựa mảnh ln, khơng qua cơng đoạn tạo hạt nhựa Việc trộn hợp vừa làm giảm cơng đoạn tạo hạt mà tính chất hạt gỗ nhựa tạo tốt hạt nhựa tạo lại qua lần tái sinh mà số lần tái sinh nhiều tính chất nhựa giảm Do điều kiện nên đề tài nghiên cứu từ cơng đoạn trộn mang trộn bột gỗ hạt nhựa theo tỷ lệ mà nghiên cứu chọn 50% bột gỗ + 50% hạt nhựa; 60% bột gỗ + 40% hạt nhựa; 70% bột gỗ + 30% hạt nhựa (% theo khối lượng) Trong q trình trộn làm cho độ ẩm bột gỗ hạt nhựa giảm xuống đáng kể có sinh nhiệt q trình Bột gỗ hạt nhựa sau trộn chuyển sang máy đùn tạo hạt gỗ nhựa ln, tránh để lâu để bột gỗ hạt nhựa hút ẩm trở lại 41 * Ép đùn tạo hạt gỗ - nhựa Sau bột gỗ hạt nhựa trộn cho vào máy đùn hai trục vít (Leistritz - Đức), đầu đùn có lỗ đùn, đường kính lỗ đùn 3,2mm Nhiệt độ gia cơng tùy thuộc vào đặc tính loại nhựa ví dụ PE khoảng 1350C PP 1750C Hình 3.9 Sơ đồ máy tạo hạt gỗ nhựa Q trình đùn tạo sợi gỗ nhựa, sợi qua băng tải làm nguội khơng khí Giai đoạn làm nguội khác với giai đoạn tạo hạt nhựa hạt gỗ nhựa tạo mà làm nguội buồng nước làm cho hạt gỗ nhựa hút nước, gây khó khăn việc xác định tính chất Sau giai đoạn làm nguội sợi gỗ nhựa kéo tới máy cắt hạt, chiều dài hạt gỗ nhựa cắt 3mm Trong q trình tạo hạt gỗ nhựa có số tượng bất ổn định phơi đùn ứng suất trượt vượt q giá trị tới hạn, sợi gỗ nhựa trượt bề mặt băng tải dẫn sợi Q trình trượt bám dính diễn sợi gỗ nhựa qua đầu tạo hình Hậu phơi đùn có dạng “xù xì” đứt đoạn Biện pháp khắc phục giảm tốc độ đùn, tăng nhiệt độ đùn Sau tạo hạt gỗ nhựa, phân loại theo cấp tỷ lệ khác đem lưu trữ bảo quản cho cơng đoạn ép khn kín * Tạo sản phẩm Sau có hạt gỗ - nhựa bột gỗ hạt nhựa trộn định lượng vào khn sau ép áp lực ép định nhiệt độ lớn nhiệt độ nóng chảy 42 ngun liệu tạo sản phẩm Ưu điểm: Chi phí đầu tư thấp, sản phẩm có kích thước lớn dễ thực Nhược điểm: Sản phẩm đơn chiếc, suất khơng cao, khơng có tính cơng nghiệp, độ ổn định tính chất, kích thước sản phẩm khơng cao Tiến hành ép sơ nhiệt độ 1700C áp lực 1,5MPa thời gian 15 phút sau tiếp tục tăng áp suất đến 7,5MPa trì 10 phút, sau tắt nhiệt 15 phút trì áp suất, nhiệt độ xuống 600C lấy mẫu làm khn 43 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Đề tài giải triệt để mục tiêu đề số kết sau: Đã tìm hiểu nhu cầu sử dụng nhựa phế liệu ngành nhựa đưa phương pháp sử dụng phế liệu ngành gỗ Xác định chế liên kết vật liệu composite gỗ nhựa là: Sự hình thành bề mặt vật liệu phức hợp gỗ nhựa; liên kết thấm ướt bề mặt; liên kết hóa học; liên kết giới ; liên kết lớp bề mặt yếu; liên kết mở rộng bề mặt Xác định thành phần vai trò loại thành phần vật liệu composite gỗ - nhựa Xác định yếu tố ảnh hưởng đến tính chất composite gỗ - nhựa tái chế như: Ảnh hưởng kích thước bột gỗ; độ ẩm bột gỗ; hàm lượng bột gỗ; phương pháp gia cơng thơng số chế độ ép; số lần tái chế nhựa Đã xác định mơ tả quy trình sản xuất ván dăm - nhựa phế liệu (composite gỗ nhựa) 4.2 Kiến nghị Đây lĩnh vực nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu sử dụng tiết kiệm ngun liệu; chúng tơi có số kiến nghị sau: Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố cơng nghệ đến tính chất lý vật liệu composite gỗ - nhựa Nghiên cứu xác định chế độ cơng nghệ tối ưu để sản xuất vật liệu composite gỗ nhựa 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Bùi Chương, Phan Thị Minh Ngọc, (2010), Cơ sở hóa học polymer, Nhà xuất bách khoa, Hà Nội Trần Vĩnh Diệu (2005), Gia cơng Polyme, Nxb Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Trần Vĩnh Diệu, Trần Trung Lê (2006), Mơi trường gia cơng chất dẻo compozit, Nhà xuất Bách khoa, Hà nội Nguyễn Đình Đức (2007), Cơng nghệ vật liệu compozit, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Nguyễn Hữu Niếu, Trần Vĩnh Diệu (2004), Hóa lý Polyme, Nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh Hồ Sĩ Tráng(2006), Cơ sở hóa học gỗ Xenluloza tập 1,2, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội Lê Xn Tình (1998), Khoa học gỗ, Nxb Nơng nghiệp, Hà Nội Tiếng nước ngồi G E Myers ( 1991), Wood Flour and polypropylene or High density Polyethylene composites: Influence of Maleated polypropylene Concentration and Extrusion Temperature on Properites Intern J Polymeric Mater, Vol 15, pp 171-186 Ichazo M.N., Albano C., Gonzales J., Perera R., Candal ( 2001), Polypropylene/wood flour composites: Treatment and properties, Composite Structures, vol 54, pp 207-214 10 John Z.lu, Qinglin Wu, Harold S McNabb, Jr (2000) Chemical coupling in wood fiber and polymer composites: A review of coupling agents and treatments Wood and fiber science, Vol 32(1) 11 Konstantinos Giannadakis (2010), Mechanisms of Inelastic Behavior of Fiber Reinforced Polymer Composite, Lulea University of Technoligy, Lulea, Sweden SE 97187 12 Kishi, H., M Yoshioka, A Yamanoi, and N Shiraishi (1988) Composites of wood and polypropylenes I Mokuzai Gakkaishi, vol.34(2), pp 133-139 13 Monchai Tajan, Phasawat Chaiwutthinan (2008), Thermal and Mechanical Properties of Wood-Plastic Composites from Iron Wood Flour and Recycled Polypropylene Foam Journal of Metals and Minerals, Vol 18, PP.53-56 45 [...]... sử dụng trong sản xuất cửa ở Pháp vào năm 1993 Đến năm 1990 Vật liệu compozit gỗ- PVC đã được sử dụng làm khung của sổ Sản phẩm này có thể sản xuất từ phế liệu trong công nghiệp gia công gỗ và sử dụng các loại chất dẻo tái sinh Vào năm 1996, một vài công ty ở Mỹ đã bắt đầu sản xuất các nguyên liệu sợi gỗ, sợi tự nhiên và chất dẻo ở dạng hạt Vào khoảng thời gian này thì công nghiệp sản xuất WPC đã bắt... gỗ, phế liệu trong quá trình xén cạnh ván Tính chung, khi sản xuất ván dán có thể thu hồi trên 50% phế liệu so với gỗ tròn + Phế liệu từ các công đoạn chế biến khác: Các xí nghiệp sản xuất đồ mộc thải ra một lượng phế liệu dưới dạng phoi bào, phoi tiện, mùn cưa…Khi hoàn thiện sản phẩm có nhiều chi tiết, sản phẩm không đạt yêu cầu cũng có thể sử dụng làm nguyên liệu sản xuất ván dăm + Các dạng phế liệu. .. cạnh ván và mùn cưa Phế liệu này có thể chiếm đến 30 – 40% nguyên liệu đầu vào Nếu tổ chức tốt thì đây là nguồn nguyên liệu đáng kể để sản xuất ván dăm Hiện nay, một số nước sử dụng hệ thống sử lý hiện đại, hệ thống này xẻ gỗ tròn thành ván đồng thời băm ngay bìa bắp thành dăm + Phế liệu ván bóc, dán: Các nhà máy sản xuất ván dán thường có một khối lượng không nhỏ phế liệu bao gồm ván bóc bị rách trong... nguồn gỗ nguyên Trong dạng nguyên liệu này chúng ta đặc biệt chú ý đến phế liệu cành ngọn, cây tỉa thưa, cây không đủ kích thước sau khi khai thác gỗ trụ mỏ, … 3.3 Lý luận kết hợp của vật liệu composite gỗ nhựa Vật liệu phức hợp gỗ nhựa là một loại vật liệu mới là sự kết hợp giữa sợi gỗ và vật liệu nhựa, sự kết hợp giữa vật liệu sợi gỗ và phức hợp vật liệu nhựa mang lại tính năng ưu việt cho sản phẩm... để sản xuất các sản phẩm đáp ứng được yêu cầu xã hội Từ đó nâng cao tỷ lệ sử dụng gỗ, góp phần bảo vệ rừng tự nhiên Hiện nay phế liệu sử dụng hiệu quả nhất là trong sản xuất ván dăm, phế liệu được băm ra thành dăm nhỏ, sau đó được ép lại với nhau nhờ keo dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất Do đó có thể tận dụng gỗ phê liệu từ một số nguồn sau: + Phế liệu gỗ xẻ bao gồm: Bìa bắp, đầu mẩu, cạnh ván và. .. PP, PE, PVC và chất thải khác chiếm khối lượng lớn trong thực tế từ các đồ dùng bằng nhựa trong cuộc sống đã được tái sử dụng bằng cách băm nghiền nhựa và tạo ra các hạt nhựa tái sinh để sử dụng trong công nghệ sản xuất các sản phẩm nhựa mới Rất nhiều cơ sở làng nghề đã thu gom nhựa phế thải và thực hiện việc tái chế theo hướng này Một số công trình nghiên cứu của Trung tâm Nghiên cứu vật liệu polyme... dây chuyền máu,… - Công ty, xí nghiệp: túi nilon, chai lọ,… Thực tế nhựa phế thải và phế phẩm nhựa (chất thải trong quá trình gia công các sản phẩm bằng nhựa) có thể sử dụng lại tại cơ sở sản xuất vật liệu nhựa Trong trường hợp này chất lượng của các sản phẩm nhựa tái chế không thua kém so với sản phẩm từ nhựa nguyên khai 19 Riêng nhựa phế thải sau khi sử dụng thường bị nhiễm bẩn và thường bị thải lẫn... nguyên liệu không sẵn có trong tự nhiên như nguyên liệu gỗ do rừng tự nhiên ngày càng cạn kiệt và theo chủ trương của Nhà nước sẽ đóng cửa rừng Vì vậy việc sử dụng phế liệu gỗ (phế liệu sau khai thác, phế liệu trong các công đoạn gia công như bìa bắp, đầu mẩu, mùn cưa, phoi bào,…) sau các quá trình sản xuất là vấn đề hết sức cần thiết Nhiệm vụ đặt ra là làm thế nào nghiên cứu sử dụng các loại phế liệu. .. cứu sản xuất vật liệu phức hợp gỗ nhựa từ sợi gỗ và nhựa PP để hoàn thiện tính hòa tan của sợi gỗ và nhựa PP đã sử dụng MAH-g-PP tiến hành xử lý vật liệu nhựa PP và sợi gỗ Thông qua phân tích quang phổ hồng ngoại chứng minh MAH-g-PP có tác dụng phát sinh phản ứng Este hóa giữa vật liệu gỗ và vật liệu nhựa, hình thành tính liên kết chủ yếu giữa vật liệu gỗ và vật liệu nhựa Thông qua phân tích bản quét... số nghiên cứu về vật liệu composite gỗ nhựa đã được thực hiện tại trung tâm polyme của trường Đại học Bách khoa, trong số đó đã có một số nghiên cứu bước đầu chế tạo thành công vật liệu composite trên nền nhựa PP, PE gia cường bằng bột gỗ Các nghiên cứu này đã cho thấy ảnh hưởng của tỷ lệ bột gỗ và nhựa PP đến tính chất composite gỗ nhựa và khi hàm lượng bột gỗ thay đổi thì tính chất của composite gỗ