Nghiên cứu công nghệ tạo ván laminated veneer lumber (LVL) chậm cháy từ chất chống cháy amôniphốtphát

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

NGUYỄN MINH ĐỨC

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TẠO VÁN LAMINATED VENEER
LUMBER (LVL) CHẬM CHÁY TỪ CHẤT CHỐNG CHÁY
AMÔNIPHỐTPHÁT

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Tây - 2008


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

NGUYỄN MINH ĐỨC

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TẠO VÁN LAMINATED
VENEER LUMBER (LVL) CHẬM CHÁY TỪ CHẤT
CHỐNG CHÁY AMÔNIPHỐTPHÁT
Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị và công nghệ gỗ, giấy
Mã số: 60 - 52- 24

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS. Trần Văn Chứ

Hà Tây - 2008


ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Cháy và quá trình cháy là một hiện tượng vật lý, hoá học phức tạp có
thể xuất phát từ tự nhiên hoặc do con người tạo ra, hiện tượng này đã được
con người lợi dụng, sử dụng vào các mục đích khác nhau từ rất lâu. Quá trình
cháy sinh ra nhiệt năng, từ nhiệt năng có thể chuyển hoá thành cơ năng, điện
năng…
Hoả hoạn là một khái niệm về sự cháy ngoài ý muốn của con người nó
luôn là mối đe doạ thường xuyên đối với đời sống con người. Mỗi khi có hoả
hoạn xảy ra, đều để lại những hậu quả khủng khiếp, gây thiệt hại về người và
của cải vật chất. Từ lâu hoả hoạn đã được xếp vào một trong tứ đại hoạ của
loài người “Thuỷ, Hoả, Đạo, Tặc”.
Trong công tác phòng cháy và chữa cháy, thì phòng cháy bao giờ cũng
phải là chủ yếu, vì đó là biện pháp tích cực chủ động, cơ bản và hiệu quả nhất.
Tuy biết rằng, muốn phòng cháy triệt để phải loại trừ được toàn bộ các nguồn
gốc gây cháy ra khỏi các hoạt động của con người, nhưng thực tế người ta vẫn
chưa làm được điều đó, vì đây là một vấn đề hết sức phức tạp, khó khăn.
Nhiều vụ cháy đã xảy ra do những nguyên nhân ngoài khả năng khống chế
của con người như: động đất, núi lửa, sét đánh…
Gỗ và sản phẩm từ gỗ ngày càng được con người sử dụng gia tăng cả
về số lượng và chất lượng theo đà tiến bộ của xã hội. Để đáp ứng nhu cầu sử
dụng, nhiều quốc gia đã chuyển hướng mục tiêu từ sử dụng gỗ rừng tự nhiên
và sản phẩm xẻ sang gỗ mọc nhanh rừng trồng và sản phẩm ván nhân tạo.

Những năm gần đây, ván nhân tạo đang dần là loại vật liệu góp phần
thay thế gỗ tự nhiên và được sử dụng rộng rãi trong đồ mộc, trong xây dựng,
kiến trúc.

1


Ván LVL (laminated veneer lumber) là một trong những loại ván có
nhiều ưu điểm: có khả năng chịu nén ép, mô đun đàn hồi và độ bền uốn tĩnh
cao hơn so với ván xẻ dùng làm nguyên liệu, nâng cao khả năng sử dụng và
cải thiện độ bền kết cấu thông qua việc hạn chế đến mức thấp nhất sự ảnh
hưởng của các khuyết tật tự nhiên của gỗ. Các sản phẩm LVL có ưu điểm là
chiều dài lớn hơn nhờ vào quá trình ép liên tục, đồng thời có thể tạo ra chiều
rộng lớn theo ý muốn. Ván LVL về cơ bản giống như ván dán có cấu trúc ván
ép lớp là sự sắp xếp các lớp ván mỏng theo một hướng nhất định, với chất kết
dính nhằm tổ chức lại cấu trúc của gỗ.
Ván LVL là một loại vật liệu mới có khả năng bắt lửa và cháy tương tự
như các vật liệu khác và được xếp vào loại các vật liệu dễ cháy. Gần đây đã
có nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực này và có các kết quả nhất định.
Tuy nhiên, khi dùng hoá chất chống cháy cho ván LVL , chúng ta cần
chú ý đến sự ảnh hưởng của hoá chất chống cháy đến tính năng kỹ thuật của
keo dán (khả năng hoà tan, độ bền liên kết, độ pH của hỗn hợp, …), đến tính
chất vật lý, cơ học của ván LVL (đặc biệt khả năng hút nước của ván, độ bền
liên kết của ván…, các thông số chế độ ép (đặc biệt nhiệt độ và thời gian ép).
Chúng ta mong muốn đạt hiệu quả chống cháy cao, nhưng các tính chất
vật lý, cơ học khác của ván LVL không bị ảnh hưởng hoặc có ảnh hưởng thì
vẫn phải nằm trong giới hạn cho phép.
Vì vậy, với mục đích nghiên cứu tạo ra và sử dụng một hợp chất chống
cháy hữu cơ dùng cho ván LVL để tạo ra một loại ván LVL chậm cháy dùng
trong xây dựng và đồ mộc (trên cơ sở các loại hoá chất chống cháy và các

phương pháp xử lý chống cháy được lựa chọn) góp phần vpào công tác phòng
chống cháy, đề tài:
“Nghiên cứu công nghệ tạo ván Laminated Veneer Lumber (LVL)
chậm cháy từ chất chống cháy Amôniphốtphát”

2


Đề tài được thực hiện trong khung khổ của một luận án tốt nghiệp bậc cao
học nhằm khảo sát một trong những biện pháp phòng cháy hiệu quả cho một
loại vật liệu mới.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Về mặt khoa học: Luận án sẽ tổng hợp các vấn đề cốt yếu về lý thuyết
chống cháy cho ván LVL.
Nghiên cứu tạo ra ván LVL chậm cháy với các trang thiết bị và điều kiện
tại Việt Nam. Qua các nội dung cơ bản sau:
- Quá trình cháy của gỗ và sản phẩm gỗ, các phương pháp chống cháy cho
ván LVL chậm cháy, các chất phụ gia chống cháy.
- Các vấn đề về kỹ thuật khi tạo ván LVL chậm cháy như: ảnh hưởng của
các chất chống cháy đến các tính năng của keo dán, ảnh hưởng của tỷ lệ chất
chống cháy đến các chỉ tiêu chất lượng của ván LVL.
- Về mặt ý nghĩa thực tiễn: sự thành công của đề tài sẽ là một trong những
cơ sở lý luận để các nhà nghiên cứu, sản xuất, sử dụng vật liệu LVL tham
khảo lựa chọn, góp phần vào mục tiêu hạn chế thiệt hại do hoả hoạn gây ra.

3


Chương 1
NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

1.1. Lịch sử nghiên cứu về chống cháy cho ván LVL
1.1.1. Trên thế giới
Lịch sử phát triển về chống cháy cho gỗ, sản phẩm gỗ nói chung và cho
ván LVL nói riêng bắt đầu từ năm 1907. Lúc đó, người ta cho MgO, MgCl2,
MgBr2 vào trong các loại ván. Do có thành phần halozen thể hiện tính chống
cháy rõ rệt và ngay lập tức được các nhà sản xuất chấp nhận [1,Tr.4].
Năm 1940, các công trình nghiên cứu hãng “Bankroft” đã công bố một số
chất chống cháy vô cơ, như: chất chống cháy muối bazơ. Các sáng chế của
Z.A.Rogovin cùng các cộng tác viên đã tạo ra các chất chống cháy hữu cơ,
như: cloparaphin [1,Tr.4].
Năm 1953, Anon đã đưa ra một số chất chống cháy vô cơ, như: chất
chống cháy nhóm Bo, hợp chất kim loại.
Năm 1960, S.M.Gorxin đã công bố các chất chống cháy vô cơ, như:
chất chống cháy hệ P-N, nhóm halozen [1, Tr.4].
Tất cả các chất chống cháy nêu trên đều có khả năng chống cháy cho
gỗ và ván LVL. Tuy nhiên, các chất chống cháy này có tính tan trong nước
cao, dễ tan trong nước, dễ bị rửa trôi khi sử dụng ngoài trời. Ngoài ra, phản
ứng của chất chống cháy hệ P-N là phản ứng tỏa nhiệt, không có lợi cho việc
chống cháy.
Để khắc phục những nhược điểm trên, vào những năm 1970 đến 1980,
các nhà khoa học Liên Xô (cũ) đã tạo ra chất chống cháy Acid photphoric đa
tụ. Chất được tạo ra do các phản ứng của urea, mêlamin với acid photphoric
(H3PO4), chúng được sử dụng nhiều để xử lý chống cháy cho các loại vải, ván
dăm, ván sợi, ván LVL [1, Tr.4].

4


Từ những năm 1970 trở lại đây, đã phát triển một loại tụ hợp hệ P-N
mới, dung dịch chống cháy tụ hợp Amoniphotphat (gọi tắt là APP) có công

thức phân tử (NH4)n+2PnO3n+1. Đây là một loại hợp chất dạng bột màu trắng,
thành phần hữu hiệu P2O5 chiếm trên 65%, hàm lượng N trên 12%, có khả
năng chống cháy tốt, khả năng tan trong nước là 0.1-6%, tính chống rửa trôi
cao, làm cho bề mặt xử lý sạch, không có hiện tượng nhớp nháp [2,Tr.337].
Vào những năm 1970, các nhà khoa học Trung Quốc đã tạo ra các loại
keo kí hiệu là: U.D.PF, MDPM, H3PO4.PFAC, H3BO3.MFAC có khả năng
chống cháy.
Hiện nay, chất chống cháy có chứa photpho đang được ưa chuộng trong
ván dăm, ván sợi, ván LVL. Lượng hóa chất chứa photpho trên thế giới hiện
nay có khoảng 20 tỷ tấn [1, Tr.5]. Theo các nguồn khác đưa ra photpho được
xác định trong 1000 tỷ tấn tương đương với 130 tỷ tấn photpho. Điều đó đảm
bảo cho việc sản xuất các sản phẩm hóa học trong một số thế kỷ. Ở Nga, Mỹ
và Maroc đang sản xuất một lượng lớn photpho cung cấp cho thế giới.
1.1.2. Trong nước
Ở Việt Nam, về phòng chống cháy cho vật liệu có khả năng cháy nói
chung đã được các nhà khoa học của trường Đại học Phòng Cháy Chữa Cháy,
Cục Phòng Cháy Chữa Cháy và Viện An Toàn Lao Động nghiên cứu. Tuy
nhiên, mục đích của các công trình nghiên cứu đó chủ yếu là chữa cháy. Còn
việc phòng chống cháy cho gỗ và sản phẩm từ gỗ thì rất ít có các công trình
nghiên cứu, đặc biệt là ván LVL.
Ở trường Đại học Lâm Nghiệp đã có một số công trình nghiên cứu về
phòng chống cháy cho gỗ của PGS .TS Hoàng Thúc Đệ, TS Nguyễn Cảnh
Mão trong quá trình sấy gỗ và hóa lâm sản. Điều đáng chú ý nhất, trong
những năm gần đây (1995-2003) đã có một số công trình nghiên cứu tạo ván
dăm chậm cháy như: đề tài tiến sỹ của PGS Trần Văn Chứ và một số đề tài

5


có liên quan đến chất chống cháy và ảnh hưởng của một số chất chống cháy

đến khả năng trang sức, độ bền, khả năng chống cháy của ván dăm, ván sợi,
ván LVL, như :
1. Trần Quang Khải (2001), Đánh giá sự ảnh hưởng của các tỷ lệ chất
chống cháy đến chỉ tiêu chất lượng trang sức và tính chất vật lý cơ học của
ván dăm khi sơn P-U lên bề mặt ván dăm chậm cháy từ H3BO3 và
Na2B4O7.10H2O.
2. Trần Văn Toản (2003), Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất ép, thời
gian ép tới một số tính chất cơ bản của ván LVL tạo ra từ Keo lai.
3. Nguyễn Minh Ngọc (2003), Đánh giá sự ảnh hưởng của một số đơn
pha chế chống cháy đến chất lượng trang sức dán phủ ván lạng gỗ lên ván
dăm.
4. Vương Văn Tiệp (2003), Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất ép,
lượng chất chống cháy đến chất lượng ván dăm chống cháy.
5. Nguyễn Thị Hương Giang (2004), Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng
độ, thời gian tẩm hóa chất B-B đến độ bền và khả năng chống cháy của ván
LVL.
Tuy nhiên, đối với hóa chất chống cháy được tạo ra từ Urea và H3PO4
là một loại hóa chất mới nên hiện nay chưa có công trình nào nghiên cứu về
việc tạo ra và sử dụng chúng để chống cháy cho ván LVL. Vì vậy, để tạo ra
một loại nhựa có khả năng chống cháy, chống rửa trôi tốt, có giá phù hợp
dùng để chống cháy cho các loại ván trên, đề tài nghiên cứu này phần nào giải
quyết được vấn đề đó.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu tạo ra một loại chất chống cháy hữu cơ (Amoniphotpho)
dùng cho ván LVL, có khả năng chống cháy tốt, chống rửa trôi tốt, giá cả phù
hợp và có quy trình đơn giản.

6

- Đánh giá được khả năng chậm cháy của ván LVL khi sử dụng hóa
chất chống cháy Amoniphotphat.
1.3. Nội dung nghiên cứu
- Tiến hành tạo nhựa Amoniphotphat dùng cho ván LVL chống cháy
- Đánh giá chất lượng chất chống cháy của ván LVL sau khi chống cháy.
- Tiến hành tạo ván LVL chậm cháy.
- Kiểm tra chất lượng ván LVL chậm cháy.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu để thực hiện các mục tiêu trên là kế thừa,
nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để kiểm chứng.
1.4.1. Phương pháp thừa kế các tài liệu
Để nghiên cứu tạo ra chất chậm cháy (UP) dùng cho ván LVL chống
cháy, tôi đã thừa kế một số tài liệu về chống cháy cho gỗ và sản phẩm từ gỗ
của TS. Trần Văn Chứ và Trần Tuấn Nghĩa. Ngoài ra, còn một số các đề tài
của sinh viên có liên quan.
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Trong đề tài này, tôi tiến hành nghiên cứu về lý thuyết chất chống cháy,
tạo nhựa và một số vấn đề liên quan đến chống cháy cho ván LVL.
1.4.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
a. Các bước tiến hành tạo nhựa Amoniphotpho (UP)
- Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu, thiết bị để tạo nhựa.
- Bước 2: Tạo nhựa UP.
- Bước 3: Kiểm tra chất lượng nhựa UP.
- Bước 4: Tạo ván LVL chậm cháy.
- Bước 5: Kiểm tra chất lượng ván LVL chậm cháy.
b. Phương pháp kiểm tra chất lượng của nhựa Amôniphotphat

7

Để đánh giá chất lượng của nhựa tạo ra, cần tiến hành kiểm tra một số
chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản sau:
- Hàm lượng khô.
- Độ pH, độ nhớt.
- Tỷ trọng
- Độ hoà tan.
Các chỉ tiêu này được kiểm tra theo tiêu chuẩn GB/ T4897/77.
c. Kiểm tra chất lượng ván LVL chậm cháy
Để kiểm định nhựa UP trên ván LVL chống cháy, cần tiến hành kiểm
tra các tính chất của ván như:
- Khả năng trương nở chiều dày ván.
Khả năng trương nở chiều dầy ván LVL được kiểm tra theo tiêu chuẩn
CSN- 490110, với kích thước mẫu thử là: 25 x 25 x t(mm).
- Khối lượng thể tích.
Để kiểm tra khối lượng thể tích ván được kiểm tra theo tiêu chuẩn
UDC-919, GB 9846.11- 88
Kích thước mẫu là: 50 x 50 x t (mm)
- Cường độ kéo trượt màng keo.
Cường độ kéo trượt màng keo được kiểm tra theo tiêu chuẩn JAS –
11152 (1993), với kích thước mẫu thử là 35 x 25 x t (mm).
- Cường độ uốn tĩnh.
Độ bền uốn tĩnh được kiểm tra theo tiêu chuẩn Nông nghiệp Nhật Bản:
JAS S-1115.2
- Cường độ uốn tĩnh cạnh ván.
Độ bền uốn tĩnh được kiểm tra theo tiêu chuẩn: JAS S-1115.2
- Môdul đàn hồi cạnh ván.
Độ bền uốn tĩnh được kiểm tra theo tiêu chuẩn: JAS S-1115.2

8

- Môdul đàn hồi mặt ván
Độ bền uốn tĩnh được kiểm tra theo tiêu chuẩn: JAS S-1115.2
- Khả năng chống cháy của ván LVL
Khả năng chống cháy của ván LVL được kiểm tra theo tiêu chuẩn
ASTM – E69 –50 của Mỹ và được đánh giá qua chỉ tiêu về tỷ lệ tổn thất khối
lượng của ván, với kích thước mẫu thử là 150 x 35 x t (mm).
1.5. Phạm vi nghiên cứu
1.5.1. Các hóa chất
+ Urea (NH2CONH2)
+ Acid photphoric (H3PO4)
+ Chất xúc tác NaOH
+ Tỷ lệ U:P
1.5.2. Các yếu tố cần xác định
+ Độ nhớt.
+ Hàm lượng khô.
+ Độ pH của dung dịch chống cháy.
+ Độ pH của dung dịch chống cháy và keo.
+ Độ hòa tan.
+ Tỷ trọng.

9


Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Lý thuyết chung về chất chống cháy
2.1.1. Yêu cầu đối với chất chống cháy trong ván LVL
Chất chống cháy cho gỗ và các sản phẩm từ gỗ cần đảm bảo các yêu
cầu sau:

+ Khả năng chống cháy tốt, hiệu quả chống cháy cao (phải ngăn được
cháy lan toả, cháy phát sáng và cháy không phát sáng).
+ Tính ổn định hoá học cao, khả năng phong hoá tốt, không độc hại, không có
tính kích thích đối với con người và gia súc, không gây ô nhiễm môi trường. Khi
cháy tạo thành khói ít, khói có độ độc thấp, không có tính kích thích.
+ Ngăn cản được nguồn cháy có ngọn lửa và hạn chế cháy có khói.
+ Không ăn mòn đối với gỗ và kim loại, khó rửa trôi.
+ Không ảnh hưởng lớn đến độ bền và khả năng chống ẩm của sản phẩm.
+ Không ảnh hưởng đến khả năng liên kết của thành phần tạo gỗ và các
sản phẩm từ gỗ, không ảnh hưởng đến quá trình trang sức lên bề mặt sản phẩm.
+ Pha chế đơn giản, nguồn gốc phong phú, dễ tìm kiếm, giá thành rẻ và
sử dụng tiện lợi [1,tr 36].
+ Không được là nguồn gốc cho sự phá hoại của nấm mốc [2, tr 335].
Một số loại hóa chất chống cháy đơn lẻ rất khó đáp ứng được các yêu
cầu trên. Vì vậy, trong phòng chống cháy người ta thường dùng hỗn hợp các
chất.
2.1.2. Phân loại chất chống cháy
Chất chống cháy được phân thành 2 loại sau:
a. Chất chống cháy vô cơ
Chất chống cháy hệ P-N. Gồm có:

10


Các muối amôni (NH4+), (NH4)2HPO4, (NH4)2H2PO4, H3PO4, (NH4)2SO4,
NH4Cl, (NH4)2HSO4, NH4Br, (NH4)n+2PnO3n+1 [1, Tr.37]; [2, Tr.348].
+ Muối bazơ. Gồm có: Na2CO3, CaCO3, MgCl2, CaCl2, Na2SO4,
Ca3(PO4)2, MgBr2...vv.
+ Hợp chất kim loại. Gồm có: ZnCl2, Al2(SO4)3, AlCl3, LiCl...vv.
+ Chất chống cháy Bo. Nhóm Bo gồm có:H3BO3, Na2B4O7.10H2O,

NH4HB4O7.3H2O, [NH4C(NH2)2]HBO4, các hợp chất Bo với natri(Na) và
amôni nhiều bậc...
+ Chất chống cháy nhóm halozen. Gồm có các chất chứa nguyên tố:F,
Cl, Br, I [1,Tr.37].
b. Các loại keo có khả năng chống cháy
Gồm có:U-F, M-F, U-M-F, P-F, U-P-F. Các loại keo này đều có tính
chống cháy nhất định [1,Tr.37].
c. Chất chống cháy hữu cơ
Gồm có: Cloparafin (các sản phẩm chứa clo của các hydrocarbon có
10:30 nguyên tử carbon); tetrametynolfoclorua (HOCH2)4PCl (sản phẩm của
PH3, formadehyde và NH4Cl; tri (Ox-cloetyl)-photphat [(ClCH2CH2O)3PO],
focfazen (là các chất có các liên kết hoặc thẳng với các nhóm P-N. Các cấu tử
của các chế phẩm chống cháy Dixianiamid (C2H4N4). Các chất photphat hữu
cơ được tạo khi cho urea, melamin, Dixianiamid phản ứng với acid phot
phoric [1,Tr.37].
Các chất photphat được tạo ra khi cho ure đa tụ với các acid photphoric
được dùng rất nhiều trong sản xuất ván dăm, ván sơi...
d. Chất chống cháy dạng màng
Gồm có: màng sơn, màng giấy tẩm keo (phenolic, melamin...vv), các
tấm cách nhiệt… [1, Tr.38].

11


2.1.3. Cơ chế chống cháy
Từ những năm 1940, rất nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu về cơ chế
chống cháy cho gỗ và sản phẩm từ gỗ. Tuy nhiên, các phương án giải thích về
cơ chế chống cháy chỉ dừng lại ở một đến hai hướng và chỉ đúng cho một vài
vật liệu. Vì vậy, việc nghiên cứu để tìm ra cơ chế chậm cháy của vật liệu có
sợi đã có nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm và đã có rất nhiều lí luận

về cơ chế chống cháy. Song các cơ chế đó đều có những điểm chưa hoàn
thiện. Đến năm 1982, theo đánh giá của nhiều nhà khoa học thì cơ chế chống
cháy của F.C. Browe là hoàn thiện nhất [1, tr.6,7]. Cơ chế chống cháy đó
được mô tả theo sơ đồ sau:

Ngăn

Tác dụng vật lý
Cơ chế
phòng,
chống
3 ngọn
lửa

Tác dụng che
phủ

cách
nhiệt

Tác dụng nhiệt
Tác dụng khí

Thu nhiệt
g 2. Cơ
Loãng khí
Truyền
Sở Lý
nhiệt
Ngăn chặn phản Thuyết

ứng nối
mạch
Tách nước, carbon hoá

Tác dụng hoá học

Cơ chế

Cơ chế

chống

ngăn

Tác dụng hoá

cháy,

cản

nổ

cháy bề

học
Tác dụng vật lý

Kết hợp liên kết gốc
hydro

mặt

Cơ chế
chống
nổ

Tác dụng hóa
học
Tác dụng vật lý

Hình 2.1. Sơ đồ cơ chế chống cháy của F.C Browe [1, tr.7].

12


2.2. Một số vấn đề liên quan đến chống cháy cho ván LVL
2.2.1. Nguyên tắc hình thành ván LVL
Ván LVL là một loại ván dán đặc biệt có chiều dày ván mỏng lớn, có
thể sản xuất được ở cùng một cấp chiều dày hoặc nhiều cấp chiều dày khác
nhau. Chiều dày ván mỏng dùng cho ván LVL lớn hơn chiều dày ván mỏng
dùng cho ván dán thông thường [3, Tr.11].
Nguyên tắc hình thành ván LVL như sau:
- Các lớp ván mỏng xếp song song với nhau theo chiều thớ gỗ.
- Hai lớp ván mỏng kế tiếp nhau có cùng một mặt (hoặc cùng mặt trái
hoặc cùng mặt phải).
- Chiều dày ván mỏng thông thường là bằng nhau ở tất cả các lớp trên
cùng một tấm ván. Tuy nhiên, trong trường hợp đặc biệt, chiều dày ván mỏng
có thể tăng dần từ ngoài vào trong theo nguyên tắc đối xứng.
2.2.2. Cơ chế chống cháy
Dạng cháy của vật liệu sợi nói chung và của ván LVL nói riêng thường

ở 3 dạng đó là:
+Cháy có ngọn lửa
+Cháy lan toả
+Cháy có khói
Trong đó, dạng cháy có ngọn lửa và cháy lan toả dễ gây nguy hiểm. Do
đó, để xử lý chống cháy tạo ván LVL chậm cháy chủ yếu là ngăn chặn hai
hiện tượng cháy này [3,Tr.16].
Quá trình cháy của vật liệu có sợi và ván LVL cần có 4 điều kiện cơ bản sau:
+ Chất có thể cháy.
+ Nhiệt lượng cháy.
+ Lượng khí cung cấp.
+ Phản ứng dây chuyền cháy.

13


Thiếu một trong các điều kiện trên thì quá trình cháy không thể duy trì
được. Vì vậy, để triệt tiêu hoặc giảm bớt các điều kiện cháy trên, ta có thể sử
dụng các tác dụng vật lý hoặc tác dụng hoá học nhằm ngăn cản quá trình cháy
xảy ra [3,Tr,17].
a. Tác dụng vật lý
1- Tác dụng che phủ
Khi có sự cháy xảy ra, ở dưới nhiệt độ nhiệt phân của ván, chất chống
cháy nóng chảy, tạo bọt và phủ một lớp “men” lên trên bề mặt ván, hạn chế sự
phát sinh của khí ra ngoài, ngăn cản sự tiếp xúc của ôxy với nhiệt lượng cháy,
làm chậm quá trình nhiệt phân của các phân tử gỗ trong ván [3,Tr.18].
Các hoá chất có cơ chế loại này: H3BO3, Na2B4O7.10H2O, Na2CrO7,
ZnCl2, glycol, glyxerin, NH3...vv.
2- Tác dụng hạn chế nhiệt gây cháy.
+ Cách nhiệt: Khi ván cháy, các chất chống cháy có hệ số truyền nhiệt

thấp. Do đó, nó có tác dụng ngăn cách nhiệt vào bên trong, ngăn chặn sự tăng
nhiệt trong sợi nhiệt bị toả ra ngoài làm giảm nhiệt độ gây cháy và ngăn cản
nước hoá hơi trong ván [3,Tr,18].
+ Hút nhiệt: Quá trình nóng chảy và phân giải của hoá chất chống cháy
đều là các phản ứng thu nhiệt. Khi quá trình cháy xảy ra, các chất chống cháy
thu nhiệt, ngăn cản nhiệt độ hỗn hợp cháy đạt đến nhiệt độ phân giải, ngăn
cản quá trình giải phóng nước thấm và quá trình hóa hơi của nước trong vật
liệu [3, Tr.18].
+ Truyền nhiệt: Khi ván cháy, các chất chống cháy làm tăng tính dẫn
nhiệt của ván, làm cho bề mặt ván toả nhiệt nhanh hơn quá trình cấp nhiệt của
nguồn cháy. Nhiệt lượng cấp cho quá trình cháy sẽ được truyền dẫn, lan toả
rất nhanh và khống chế nhiệt độ tăng lên, làm cho quá trình cháy không thể
duy trì được [3, Tr.18].

14


b. Tác dụng làm loãng khí có thể gây cháy
1-Loãng khí có thể gây cháy
Chất chống cháy phân giải khi ván LVL cháy tạo ra các khí không cháy.
Các khí này làm loãng nồng độ của hỗn hợp khí gây cháy, làm giảm nhiệt độ
ngọn lửa và như vậy quá trình cháy sẽ chậm lại.
Các khí không cháy như: CO2, Hơi nước, CO, NH3, HX (HCl, HBr, HI),
...[1,Tr.35].
2-Khống chế cháy dạng lan truyền
Các chất chống cháy phân giải hoặc hoá hơi tạo ra các chất hoạt động
mạnh. Các chất hoạt động mạnh này làm cho quá trình nối mạch các phản ứng
cháy trong ngọn lửa bị dừng lại.
Các chất có tác dụng khống chế cháy dạng lan truyền là: Halozen, Kim
loại kiềm, kiềm thổ,...vv [3,Tr.18].

c. Tác dụng hoá học
1-Tác dụng mất nước hoá than
Khi ván LVL cháy, nhiệt độ tăng lên, chất chống cháy hình thành axit
hoặc bazơ làm cellulose mất nước, hoá than. Lớp than này có tác dụng ngăn
cản quá trình cháy tiếp theo. Sở dĩ như vậy là do tỷ suất dẫn nhiệt, truyền
nhiệt, toả nhiệt của than thấp, tỷ nhiệt cao, có thể dựa vào tác dụng vật lý cuả
chúng làm tăng tốc độ khống chế cháy. Trong ván LVL các chất hoá than có
kết cấu tế bào nhiều lỗ có tác dụng cách nhiệt tốt [1,Tr.35].
Cơ chế hình thành than như sau:
T0C
(C6H10O5)n

6n C + 5n H2O

2- Tác dụng liên kết hydro
Khi cháy, chất chống cháy hình thành cầu nối giữa các thành phần trong
gỗ hoặc các liên kết hydro ngăn cản quá trình nhiệt phân.

15


Các muối photpho và gốc sunphat (SO42-) tạo thành các gốc: =O, -OH,
-NH2, đều hình thành liên kết hydro trong celullose, lignin [1,Tr.36].
2.2.3. Hoá chất chống cháy
Hoá chất chống cháy dùng cho ván LVL ngoài các điều kiện trên (ở
Tr.7) còn phải thoả mãn một số yêu cầu sau:
- Có khả năng chống rửa trôi và biến tính tốt.
- Không làm ảnh hưởng đến khả năng dàn dính của keo trong quá trình ép.
- Quy trình đơn giản.
Hoá chất chống cháy dùng trong đề tài này là sản phẩm được tạo ra từ

phản ứng trùng hợp giữa acid photphoric(H3PO4) và Urea(NH2CONH2). Chất
chống cháy này được dùng nhiều nhất trong sản xuất ván chậm cháy nói
chung và ván LVL nói riêng. Chúng có khả năng ngăn chặn cả cháy có ngọn
lửa và cháy lan toả.
Qua việc nghiên cứu về thành phần chất chống cháy trên cơ sở acid
photphoric và urea, cho thấy mỗi cấu tử đều có một chức năng xác định như
sau: H3PO4 làm thay đổi đặc tính phân giải nhiệt theo hướng cháy đến cùng,
urea làm giảm sự phá huỷ của acid lên gỗ, [4,Tr.95]. Acid photphoric là một
cấu tử chính để giảm độ cháy [4,Tr.96] do có tỷ lệ P2O5. Hàm lượng P2O5 có
trong acid photphoric là 72,4% [5,Tr.180].
H3PO4 trong ván LVL có thể tồn tại ở 2 dạng: dạng tự do và dạng liên
kết với celullose. Nếu ở dạng liên kết acid photphoric có tác dụng làm dẻo và
photphat hoá celullose tạo ra các mối liên kết ngang giữa các phần tử
celullose [1,Tr.43]. H3PO4 và UREA trong và tạo ra các liên kết:
O
Celullose - chất chống cháy - P - OH
OH . NH3

16


O
Celullose - chất chống cháy - P – O- Celullose
OH . NH3
Urea có khả năng chống cháy tốt. Khi có cháy xảy ra, chúng thu nhiệt
của nguồn cháy, nóng chảy hình thành lớp bao phủ dạng thuỷ tinh, giải phóng
khí trơ. Các khí trơ này làm loãng khí dễ cháy, chống lại cháy có ngọn lửa và
cháy lan toả [1,Tr.43]. Phản ứng phân giải nhiệt của chúng như sau:
2NH2CONH2

NH3 +NH2CONHCONH2

NH2CONHCONH2 + NH2CONH2
(NHCO)3

(NHCO)3 + NH3

3NHCO

Sự có mặt của urea tự do trong ván LVL còn có tác dụng tăng cường
cho quá trình tạo ra các mối liên kết giữa các sợi gỗ và bên trong các sợi gỗ.
Điều này, làm cho ván LVL có kết cấu “chặt chẽ” hơn [1,Tr.43]. Ngoài ra, nó
còn nâng cao tỷ lệ N/P, tạo điều kiện hạ thấp tính dễ cháy [4,Tr.184].
Khả năng chống cháy rất tốt của hợp chất photpho hoá trị 5 là ngăn chặn
quá trình cháy âm ỉ nhờ các phản ứng các phản ứng oxy hoá trong sự hiện hữu
của acid photphoric [1,Tr.43]:
2H3PO4 + 5C

2P + 5CO + 3H2O

4P

+5O2

2P2O5

P2O5

+5C

2P + 5CO

Do các phản ứng này mà các chất chống cháy chứa photpho có tác
dụng chống cháy âm ỉ rất tốt.
Từ những nhận định trên, có thể thấy acid photphoric và urea là những
chất chống cháy hiệu quả. Đặc biệt là sản phẩm được tạo ra từ phản ứng trùng
hợp giữa H3PO4 và Urea có khả năng chống cháy rất tốt.
2.2.4. Các phương pháp xử lý chống cháy cho ván LVL
Ván LVL khi chưa xử lý hoá chất chống cháy, chậm cháy đều có thể
cháy. Vì vậy, muốn phòng cháy, chống cháy cho ván LVL cần có các biện

17


pháp nâng cao tính chịu nhiệt cho ván LVL hoặc cách ly ván với nguồn nhiệt
gây cháy bằng vật liệu bảo vệ trung gian. Biện pháp thường dùng có hiệu quả
nhất hiện nay là dùng hoá chất chống cháy để xử lý cho ván.
a. Xử lý chống cháy cho sản phẩm ván LVL
1-Ngâm tẩm chất chống cháy
Phương pháp này có 3 cách: Phương pháp tẩm mao mạch (đưa dung dịch
chất chống cháy lên bề mặt ván LVL), tẩm khuếch tán (ngâm trong dung dịch
chất chống cháy) và tẩm áp lực.
+ Ưu điểm: Chất chống cháy không bị tổn thất trong qúa trình sấy ván,
thiết bị ngâm tẩm đơn giản.
+ Nhược điểm: Lượng thuốc thấm vào ván có hạn và không ổn định, khả
năng chống không cháy cao, chất chống cháy có thể làm giảm độ bền của ván,
làm xấu màu sắc của ván và ảnh hưởng đến công đoạn trang sức. Sau khi
ngâm tẩm phải thêm công đoạn sấy làm tăng công suất của máy móc và thiết
bị [1, Tr.44].
2-Phủ bề mặt ván LVL bằng các màng chất chống cháy

Màng chất chống cháy được sử dụng để phủ lên bề mặt ván LVL là các
loại màng sơn, keo (P-F, U-F, U-M-F, ...)
+ Ưu điểm: Đơn giản, dễ được các nhà sản xuấtt chấp nhận.
+ Nhược điểm: Lớp màng ngăn cản các chất bay hơi dễ cháy thoát ra
ngoài, tạo điều kiện cho quá trình cháy tiếp theo. Mặt khác, khi cháy sinh ra
nội ứng suất, làm màng phủ nứt, các chất khí hình thành trong quá trình nhiệt
phân tạo ra áp lực, có thể phá huỷ lớp màng phủ. Vì vậy, phương pháp này
chỉ có thể kéo dài thời gian bắt đầu phân giải nhiệt mà không làm thay đổi bản
chất của quá trình phân giải nhiệt [1,Tr.45].
3-Phương pháp ép nhiệt
Cách 1: Trải đều chất chống cháy dạng bột lên bề mặt ván LVL.

18


Sau đó, tiến hành ép nhiệt. Dưới tác động của nhiệt độ, áp suất, chất
chống cháy nóng chảy và thấm vào trong ván.
+ Ưu điểm: Ván không bị phá huỷ do dung môi.
+ Nhược điểm: Làm giảm độ bền của ván do ảnh hưởng của áp suất ép
đến các liên kết trong ván LVL và làm bề mặt ván trương nở. Nếu xử lý ép
nhiệt một lần, mức độ chống cháy không đạt yêu cầu, ta cần phải ép nhiệt
nhiều lần, mức độ ảnh hưởng càng lớn. Mặt khác, chất chống cháy dạng bột
khó giữ lại trên bề mặt ván và nếu trải không đều sẽ ảnh hưởng đến khả năng
liên kết của ván [1,Tr.46].
Cách 2: Phun chất chống cháy dạng lỏng lên bề mặt ván LVL, tiến hành
ép nhiệt để chất chống cháy thấm vào trong ván.
+ Ưu điểm: Khả năng thấm chất chống cháy tốt hơn, mức độ ảnh hưởng
đến tính chất vật lý, cơ học của ván rất ít.
+ Nhược điểm: Khi ép nhiệt dễ tạo bọt trên bề mặt ván làm giảm hiệu
quả chống cháy [3, Tr.21].

4- Phương pháp phun quét chất chống cháy
Các chất chống cháy dùng trong phương pháp này thường là các chất
hữu cơ hoặc các chất vô cơ kết hợp cùng với các loại keo dán [3,Tr.21].
+ Ưu điểm: Đơn giản, dễ thực hiện.
+ Nhược điểm: Khả năng chống rửa trôi của chất chống cháy kém.
b. Xử lý chất chống cháy cho ván mỏng
1-Phun chất chống cháy trước khi tráng keo
Tiến hành trộn keo riêng và trộn chất chống cháy riêng. Sau đó, phun
dung dịch chất chống cháy vào ván mỏng đã được sấy khô. Sau khi phun chất
chống cháy khoảng 10  15 phút thì tiến hành phun keo. Phương pháp này dễ
thực hiện và khả năng chống cháy tốt [3,Tr.21].

19


2-Phương pháp xử lý ván mỏng
Ngâm ván mỏng trong dung dịch chất chống cháy. Chất chống cháy sẽ
thấm đều vào trong ván. Sau đó, sấy ván đến độ ẩm theo yêu cầu của công
nghệ thì tiến hành phun keo.
+ Ưu điểm: Sự ảnh hưởng của nước, chất chống cháy đến tính chất vật
lý, cơ học của ván rất ít, hiệu quả chống cháy cao.
+ Nhược điểm: Một số chất chống cháy sẽ bị phân giải khi tiến hành sấy
ván mỏng đã được ngâm tẩm, chất chống cháy sẽ bị hao tổn làm giảm khả
năng chống cháy, tăng phụ tải máy sấy.
Nếu dùng chất chống cháy có tính kiềm hoặc axít mạnh, nó sẽ làm giảm
độ bền của ván, ảnh hưởng xấu đến độ pH của ván mỏng, tăng khả năng hút
ẩm, chất chống cháy khó thấm vào trong ván, ăn mòn thiết bị.
Nếu dùng chất chống cháy dạng lỏng thì quá trình thấm chất chống cháy
vào ván khó khống chế, gây tổn thất và gây ô nhiễm môi trường.
Vì vậy, phương pháp này chỉ ứng dụng cho những chất chống cháy mang

tính bazơ yếu hoặc trung tính [3,Tr.22].
3-Cho chất chống cháy vào trong mạng phân tử keo U-F, P-F, M-F
Trong quá trình điều chế các loại keo, ta cho chất chống cháy vào. Các
chất chống cháy sẽ liên kết vào mạng phân tử của keo dán.
+ Ưu điểm: Khả năng chống rửa trôi của ván cao, màu sắc đẹp, giá thành
rẻ, ít ảnh hưởng đến độ bền của ván, không ăn mòn thiết bị.
+ Nhược điểm: Hiệu quả chống cháy không ổn định [1,Tr.47].
4- Phương pháp trộn chất chống cháy vào dung dịch keo
Đầu tiên, hoà chất chống cháy vào nước. Sau đó, trộn dung dịch chất
chống cháy vào keo dán. Sau khi trộn đều hai dung dịch, tiến hành phun hỗn
hợp keo và chất chống cháy vào ván mỏng.

20


+Ưu điểm: Hiệu quả chống cháy cao, đơn giản, đầu tư nhỏ, không cần
thay đổi công nghệ đã có, không cần thiết bị mới, chất chống cháy phân bố
đều trong ván mỏng và có khả năng chống rửa trôi tốt.
Hiện nay, phương pháp này đang là một trong những phương pháp được
ứng dụng nhiều nhất. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi chất chống cháy
phải có khả năng hoà trộn tốt cùng keo dán và các chất phụ gia khác.
+ Nhược điểm: Đưa vào ván mỏng một lượng nước lớn, gây khó khăn
cho quá trình ép nhiệt, chất chống cháy có thể ảnh hưởng đến độ pH của keo
dán (làm cho keo đóng rắn sớm, vón cục,...), ảnh hưởng đến các tính chất vạt
lý và cơ học của ván [1,Tr48].
2.2.5. Phương pháp kiểm tra khả năng chống cháy của ván LVL được xử
lý chống cháy
Để kiểm tra khả năng chống cháy của ván người ta thường dùng phương
pháp ống lửa, hộp gốm.
Đây là phương pháp dùng chỉ tiêu tổn thất khối lượng mẫu thử, thời gian

cháy có ngọn lửa, cháy có than, cháy âm ỉ và nhiệt độ mẫu thử trong các giai
đoạn cháy để đánh giá khả năng chống cháy của vật liệu.
Tiêu chuẩn kiểm tra ASTM E69 - 50 [1, tr.55].
Phương pháp kiểm tra bằng “ống lửa” được mô tả như sau: Mẫu ván
LVL có kích thước dài x rộng x dày = 150 x 35 x dày (mm), độ ẩm 12%
được đặt vào trong ống sắt (kích thước ống sắt: đường kính 50mm, chiều dài
165 mm). Mẫu ván thò ra ngoài ống sắt về phía dưới 5mm. Phía sát đáy ống
sắt có đặt gương quan sát quá trình cháy của ván LVL. Mẫu ván LVL treo vào
dây nối với cân điện tử.
Đèn dùng để đốt cháy mẫu thử là đèn cồn hoặc đèn hơi. Khi đốt cháy
mẫu, tim ngọn lửa phải đúng vào đoạn cuối của mẫu thử (cách 10mm). Nếu
dùng đèn cồn thì thời gian đốt là 2,5 phút, đèn hơi thì thời gian đốt là 2 phút.

21


Khi hết thời gian đốt, tắt nguồn lửa. Qua gương quan sát tình hình cháy của
mẫu thử, dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian mẫu bén lửa, cháy có ngọn lửa
và cháy có khói.
Qua cân điện tử, có thể đo được tổn thất khối lượng trong quá trình cháy
của ván, khối lượng mẫu trước khi đốt và sau khi đốt.
Chỉ tiêu tổn thất khối lượng mẫu còn được kiểm tra bằng phương pháp
“hộp gốm”. Phương pháp này, mẫu có kích thước rộng x dài x dày = 70 x 140
x dày (mm) được đặt nghiêng một góc 350 so với phương nằm ngang. Phía
dưới mẫu (cách 20mm) đặt đèn cồn. Thời gian đốt cháy là 150 giây.
Đối với những mẫu có kích thước nhỏ (20 x 10 x 5mm) được thử nghiệm
bằng nhiệt lượng xung (nhiệt lượng tạo ra khi cháy 10cm3 ankol biến tính)
theo phương pháp OC [1, tr.55].
2.3. Lý thuyết về tạo nhựa U-P
2.3.1. Phản ứng trùng hợp giữa urea với H3PO4

Urea phản ứng với acid photphoric tạo ra chế phẩm dùng để chống cháy
cho ván LVL trong quá trình ép nóng [5,Tr.46].
Với mục đích loại bỏ việc thuỷ phân urea thì phản ứng cần được tiến
hành trong môi trường không có nước hoặc với một lượng nước cực tiểu chứa
trong acid photphoric [4,Tr.182].
Khả năng phản ứng của nó tăng theo sự tăng của mức độ trùng hợp.Việc
tạo thành poly photphat được đề xuất theo sơ đồ sau:

H2N

C

NH2 + HO

P

O

O

O

O

H2N

OH
- NH3

OH

22

C

O

P
OH

OH


O

O
NH2 + H2N

C

H2N

O
O

C

P

OH

- NH3

OH
O
H2N

O

C

O

O
O

P

NH2

C

OH
O
H2N

O

O
O

C

C

OH + H2N

P

O

NH2

C

OH
O

H2N

O

P

O

OH

- CO2

O

C

O

O
O

-NH3

O

P

C

OX

NH2

(1)

n

Quá trình theo sơ đồ này diễn ra với sự tạo thành amoniac và xác xuất
lớn nhất tạo thành polyphotphat. Trong đó: X-NH4, n - mức độ trùng hợp.
tương ứng với NH4. Đồng thời, trong sơ đồ trên có thể có phản ứng dẫn tới
việc tạo thành poliphotphat amoniac:
O
O

HO

P

OH + H2N

C

O
O

O
P

O

P

O - NH4 OH
23

OH

OH
O

OH

HO

P

OH

- CO2

(2)