Nghiên cứu tổng hợp keo chịu nước, thân thiện với môi trường từ nguyên liệu dầu vỏ hạt điều phục vụ trong công nghiệp chế biến gỗ trên địa bàn tỉnh Đắk Lắk
1. Tên nhiệm vụ: Nghiên cứu tổng hợp keo chịu nước, thân thiện với môi trường từ nguyên liệu dầu vỏ hạt điều phục vụ trong công nghiệp chế biến gỗ trên địa bàn tỉnh Đắk Lắk
Cấp quản lýTỉnh/Thành phố
2. Tổ chức chủ trì nhiệm vụ: Viện Nghiên cứu Công nghiệp rừng
Địa chỉ: 46 đường Đức Thắng, phường Đức Thắng, quận Bắc Từ Liêm, Hà NộiĐiện thoại: 0243 7525632
3. Chủ nhiệm nhiệm vụ: ThS. Nguyễn Thị Trịnh
4. Mục tiêu nghiên cứu:
Mục tiêu tổng quát: Tạo ra được một loại keo dán sinh học từ dầu vỏ hạt điều dùng để sản xuất ván dán, góp phần đa dạng hóa sản phẩm, giảm thiểu gây ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe con người.
Mục tiêu cụ thể:
-
Đánh giá được hiện trạng nguồn nguyên liệu, tình hình khai thác, chế biến điều, dầu vỏ hạt điều trên địa bàn tỉnh Đắk Lắk và một số vùng lân cận.
-
Xây dựng được 01 quy trình tổng hợp keo dán từ dầu vỏ hạt điều.
-
Tạo được 50kg keo dán từ dầu vỏ hạt điều và 0,5m3 ván dán sử dụng keo từ dầu vỏ hạt điều đáp ứng các yêu cầu cho sản xuất đồ mộc.
-
Xây dựng được 01 mô hình sản xuất ván dán sử dụng keo từ dầu vỏ hạt điều quy mô 400m3/năm.
5. Nội dung nghiên cứu chính:
Nội dung 1: Đánh giá hiện trạng nguồn nguyên liệu, tình hình khai thác, chế biến điều, dầu vỏ hạt điều và khả năng ứng dụng làm keo dán gỗ thân thiện với môi trường trên địa bàn tỉnh Đắk Lắk và một số vùng lân cận.
-
Công việc 1: Đánh giá hiện trạng nguồn nguyên liệu, tình hình khai thác điều trên địa bàn tỉnh và một vùng lân cận.
-
Công việc 2: Đánh giá tình hình sản xuất, chế biến điều, dầu vỏ hạt điều và khả năng ứng dụng làm keo dán gỗ thân thiện môi trường trên địa bàn tỉnh và một số vùng lân cận.
Nội dung 2: Nghiên cứu thông số công nghệ tổng hợp keo dán gỗ từ dầu vỏ hạt điều.
-
Công việc 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn (dầu vỏ hạt điều và Formaldehyde) đến chất lượng keo.
-
Công việc 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian nấu đến chất lượng keo.
-
Công việc 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến chất lượng keo.
-
Công việc 4: Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến chất lượng keo.
-
Công việc 5: Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép và thời gian ép tới chất lượng ván gỗ dán sử dụng keo từ dầu vỏ hạt điều.
-
Công việc 6: Xây dựng dự thảo quy trình tổng hợp keo dán.
6. Lĩnh vực nghiên cứu: KHOA HỌC KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ
7. Phương pháp nghiên cứu:
- Nội dung 1: Đánh giá hiện trạng nguồn nguyên liệu, tình hình khai thác, chế biến điều, dầu vỏ hạt điều và khả năng ứng dụng làm keo dán gỗ thân thiện với môi trường trên địa bàn tỉnh Đắk Lắk và một số vùng lân cận.
Các bước thực hiện:
Bước 1. Lựa chọn địa điểm khảo sát
- Tiêu chí lựa chọn địa điểm khảo sát:
+ Vùng nguyên liệu điều phát triển.
+ Khu vực có cơ sở chế biến điều, dầu vỏ hạt điều.
+ Thuận lợi khảo sát và tốn ít kinh phí.
- Phương pháp khảo sát:
+ Thu thập thông tin thứ cấp: Thu thập các văn bản liên quan đến tình hình sử dụng nguyên liệu, khai thác và chế biến điều và dầu vỏ hạt điều; Trao đổi trực tiếp với cán bộ có liên quan. Bước 2. Xây dựng phương án điều tra và lập 03 mẫu phiếu điều tra với ≤ 30 tiêu chí/phiếu. Bước 3. Tiến hành điều tra, khảo sát:
-
Điều tra khảo sát 03 tỉnh: Đắk Lắk, Gia Lai, Bình Phước.
-
Số lượng điều tra: 5 cơ sở sản xuất/tỉnh.
-
Dự kiến số ngày điều tra: 4 ngày/tỉnh x 3 tỉnh = 12 ngày.
-
Số lượng phiếu điều tra: 3 phiếu/1 cơ sở.
-
Phỏng vấn và khảo sát trực tiếp bằng phiếu câu hỏi tại hiện trường theo nhóm, mỗi nhóm 3-4 người. Nội dung điều tra, khảo sát bao gồm:
+ Hiện trạng nguồn nguyên liệu, tình hình khai thác các sản phẩm từ điều (hạt điều, dầu điều).
+ Quy trình công nghệ chế biến và công nghệ tách chiết dầu vỏ hạt điều và ứng dụng keo dán gỗ thân thiện với môi trường tại các cơ sở trên địa bàn tỉnh và một số vùng lân cận.
- Nội dung 2: Nghiên cứu thông số công nghệ tổng hợp keo dán gỗ từ dầu vỏ hạt điều. Tiến hành xây dựng các công thức thí nghiệm thông số công nghệ tổng hợp keo dán từ dầu vỏ hạt điều và Cardanol (Cardanol là một phenol tự nhiên thu được từ axit anacardic, thành phần chính của dầu vỏ hạt điều) ở quy mô phòng thí nghiệm (3kg/mẻ) với các nội dung như sau:
Công thức thực thí nghiệm các công việc thực hiện:
Để thực hiện nội dung này, đề tài tiến hành thí nghiệm tổng hợp keo dán lần lượt từ dầu vỏ hạt điều và Cardanol. Căn cứ vào tham khảo một số đơn vị tổng hợp keo, đề tài đã thiết lập các thông cố thí nghiệm cho các yếu tố thay đổi, dự kiến các thông số như sau:
- Tỷ lệ trộn của các thành phần chính, cụ thể:
+ Dầu vỏ hạt điều/Phenol hoặc Cardanol/phenol là 10/90, 20/80, 30/70 (theo khối lượng).
+ Tỷ lệ Formaldeheyde/Phenol ≤ 1.8/l (tỷ lệ theo số mol).
+ Tỷ lệ NaOH/Phenol là ≤ 0.5/l (tỷ lệ theo số mol).
-
Thời gian nấu: 30, 45 và 60 phút.
-
Nhiệt độ nấu: 90, 100 và 110oC.
-
Tốc độ khuấy: 50. 60 và 70 vòng/phút.
Bảng mã hóa biến và các mức độ khảo sát
|
Nhân tố (biến)
|
Mã hóa
|
Giá trị
|
|
-1
|
0
|
1
|
|
Tỷ lệ dầu vỏ hạt điều hoặc
Cardanol/Phenol
|
X1
|
10/90
|
20/80
|
30/70
|
|
Thời gian, phút
|
X2
|
30
|
45
|
60
|
|
Nhiệt độ, oC
|
X3
|
90
|
100
|
110
|
|
Tốc độ khuấy (Vòng/phút)
|
X4
|
50
|
60
|
70
|
Các phương pháp đánh giá chất lượng keo dán
a/ Xác định hàm lượng khô của keo: Theo tiêu chuẩn GB/T 14732-2017.
b/ Xác định độ nhớt: Bằng máy đo độ nhót mã hiệu VISCOTESTER-345030, theo Tiêu chuẩn ASTM D1084.
c/ Hàm lượng formaldehyde: Xác định hàm lượng Formaldehyde tự do trong keo dán theo TCVN 11569:2016.
d/ Xác định độ thời gian sống của keo: Theo dõi định kỳ 1-2 ngày để kiểm tra sự thay đổi độ nhớt của keo.
Từ kết quả thí nghiệm tổng hợp keo, lựa chọn loại keo được tổng hợp có chất lượng tốt nhất để tiến hành nghiên cứu thông số công nghệ tạo ván dán. Tiến hành các nghiên cứu thí nghiệm tạo ván dán sử dụng keo dán tạo ra quy mô phòng thí nghiệm kích thước ván 400 x 400 x 15mm với các nội dung công việc như sau:
Công thức thí nghiệm của các yếu tố công nghệ:
Đề tài tiến hành bố trí thí nghiệm với các yếu tố công nghệ bao gồm: áp suất ép ván, nhiệt độ ép ván và thời gian ép. Căn cứ vào các tài liệu tham khảo [12, 13], đề tài đã thiết lập các thông số thí nghiệm cho các yếu tố thay đổi, dự kiến các thông số như sau:
-
Nhiệt độ ép: 110oC, 120oC và 130oC.
-
Thời gian ép ván: 12, 14 và 16 phút. Các yếu tố cố định:
-
Áp suất ép: 1,1 MPa.
-
Nguyên liệu: ván bóc gỗ keo (chiều dày 1,8mm).
-
Lượng keo tráng: 120g/m3.
Bảng mã hóa biến và các mức độ khảo sát
|
Nhân tố (biến)
|
Mã hóa
|
Giá trị
|
|
-1
|
0
|
1
|
|
Nhiệt độ, oC
|
X2
|
110
|
120
|
130
|
|
Thời gian, phút
|
X3
|
12
|
14
|
16
|
Các phương pháp kiểm tra, đánh giá chất lượng ván:
a/ Xác định khối lượng thể tích: Theo tiêu chuẩn TCVN 8048-2:2009 (ISO 13061-2:1014).
b/ Xác định độ trương nở chiều dày sai khi ngâm nước: Thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 12445:2018 (ISO 16983:2003).
c/ Xác định chất lượng dán dính theo TCVN 8328-1:2010 (ISO 12466-1).
d/ Xác định hàm lượng formaldehyde tự do của ván dán theo TCVN 11899-5:2018.
f/ Phương pháp thử độ bền của ván dán với mối hại lâm sản: được tiến hành theo TCCS 01:2016/KHLN-CNR.
- Bố trí thí nghiệm:
+ Loài mối dùng trong khảo nghiệm: Mối Coptotermes formosanus Shiraki trong môi trường tự nhiên hoặc gây nuôi trong phòng thí nghiệm.
+ Mẫu gỗ làm giá thể để khảo nghiệm: Mẫu được gia công theo kích thước 30 x 150 x 10mm.
+ Các bước thí nghiệm: được thực hiện theo TCCS 01:2016/KHLN-CNR.
- Chỉ tiêu đánh giá kết quả khảo nghiệm: Độ bền của ván với mối được đánh giá bằng cách cho điểm dựa trên 3 chỉ tiêu so sánh giữa mẫu tẩm và mẫu đối chứng (tính toán theo công thức tích lũy Abbot):
+ Tỷ lệ % số mẫu tẩm chế phẩm có vết mối ăn so với mẫu đối chứng:
VDC – VTT
X% = --------------------------- x 100
VDC
Trong đó: VDC là bình quân số mẫu đối chứng có vết mối ăn.
VTT là bình quân số mẫu tẩm chế phẩm có vết mối ăn.
+ Tỷ lệ % mẫu có vết mối ăn rộng ≥ 1cm2
VRDC – VRTT
Y% = ---------------------------- x 100
VRDC
Trong đó: VRDC là bình quân số mẫu đối chứng có vết mối ăn rộng ≥ 1cm2.
VSTT là bình quân số mẫu tẩm chế phẩm có vết mối ăn rộng ≥ 1cm2.
+ Tỷ lệ % số mẫu có vết mối ăn sâu ≥ 1mm:
VSDC – VSTT
Z% = --------------------------- x 100
VSDC
Trong đó: VRDC là bình quân số mẫu đối chứng có vết mối ăn sâu ≥ 1mm.
VSTT là bình quân số mẫu tẩm chế phẩm có vết mối ăn sâu ≥ 1mm.
Cho điểm các chỉ tiêu X%, Y%, Z%: nếu các chỉ tiêu đạt.
Cộng đồn 3 chỉ tiêu đánh giá, nếu:
+ Công thức đạt 3 đến 4 điểm là có hiệu lực tốt.
+ Công thức đạt lớn hơn 4 điểm đến 7 điểm là có hiệu lực trung bình.
+ Công thức đạt trên 7 điểm đến 9 điểm là có hiệu lực kém.
g/ Phương pháp thử độ bền của ván dán với nấm mốc: Thực hiện theo tiêu chuẩn AWPA E24 – Tiêu chuẩn hiệp hội gỗ Hoa Kỳ.
Xây dựng dự thảo quy trình tổng hợp keo dán từ dầu vỏ hạt điều: Từ quy trình thí nghiệm và kết quả thu được về công thức tổng hợp keo dán tiến hành xây dựng dự thảo quy trình công nghệ tạo keo dán hiệu quả, đảm bảo yêu cầu.
Nội dung 3: Tạo sản phẩm thử nghiệm và xây dựng mô hình sản xuất ván tại cơ sở
Công việc 1: Tổng hợp 50kg keo dán từ dầu vỏ hạt điều theo quy trình xây dựng. Đánh giá chất lượng và hiệu chỉnh, hoàn thiện thông số công nghệ.
Công việc 2: Tạo 0,5m3 ván dán theo dự thảo quy trình xây dựng. Đánh giá chất lượng và hiệu chỉnh, hoàn thiện thông số công nghệ.
-
Phối hợp với Công ty TNHH Tam Phát tiến hành tạo 0,5m3 sản phẩm ván gỗ dán sử dụng keo dán từ dầu vỏ hạt điều phù hợp cho sản xuất đồ mộc với kích thước 1220 x 2440 x 15mm theo các thông số công nghệ xây dựng trong dự thảo quy trình.
-
Tiến hành đánh giá lại các tính chất ván theo các bước như nội dung 3.
Công việc 3: Từ mô hình tính toán lý thuyết, căn cứ vào hiện trạng bố trí các các thiết bị hiện có tại đơn vị phối hợp tiến hành điều chỉnh các thông số cho phù hợp để xây dựng mô hình phù hợp với thực tế sản xuất hiện có.
Từ quy trình sản phẩm trong phòng thí nghiệm và tạo sản phẩm thử nghiệm tại đơn vị phối hợp, mô hình sản xuất với các thiết bị có tại cơ sở sơ bộ tính toán hiệu quả kinh tế của mô hình sản xuất ván dán sử dụng keo dán từ dầu vỏ hạt điều.
8. Sản phẩm khoa học và công nghệ dự kiến:
1. Keo dán gỗ từ dầu vỏ hạt điều với các tiêu chí:
+ Độ pH 10 - 12;
+ Độ nhớt: từ 110 - 350 mPas;
+ Hàm lượng fomandehyde tự do từ sản phẩm ván dán sử dụng keo đạt mức E1;
+ Thời gian sống của keo ≥ 30 ngày;
+ Hàm lượng khô: 40 - 50%.
2. Ván dán có sử dụng keo tạo ra:
+ Ván dán kích thước: 1220 x 2440 x 15mm đạt được các chỉ tiêu sau: KLR ≥ 0,6g/cm3;
+ Trương nở chiều dày: ≤ 15%;
+ MOR > 50 Mpa;
+ Chất dán dính: > 1,5 Mpa;
+ Hàm lượng fomandehyde đạt cấp E1.
3. Báo cáo đánh giá hiện trạng nguồn nguyên liệu, tình hình khái thác, chế biến và công nghệ tách chiết dầu vỏ hạt điều trên địa bàn tỉnh Đắk Lắk và một số vùng lân cận.
4. Báo cáo thực nghiệm lựa chọn công thức tạo keo dán gỗ từ dầu vỏ hạt điều.
5. 01 quy trình tổng hợp kep dán từ dầu vỏ hạt điều.
6. Báo cáo tính toán thiết kế mô hình sản xuất thực tế tại đơn vị phối hợp.
7. Báo cáo đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế của mô hình sản xuất ván dán sử dụng keo dán từ dầu vỏ hạt điều.
8. 01 báo cáo hội thảo.
9. Báo cáo tổng kết đề tài.
9. Thời gian thực hiện: 3/2022- 12/2023