NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN DĂM SỬ DỤNG CHẤT KẾT DÍNH CELLULOSE VI KHUẨN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
… YZ …

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG NHU

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
VÁN DĂM SỬ DỤNG CHẤT KẾT DÍNH
CELLULOSE VI KHUẨN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 06/2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
… YZ …

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG NHU

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
VÁN DĂM SỬ DỤNG CHẤT KẾT DÍNH
CELLULOSE VI KHUẨN

Chuyên ngành : Kỹ thuật máy, thiết bị và công nghệ gỗ, giấy
Mã số

: 60 – 52 - 24

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

Hướng dẫn khoa học:
TS. HOÀNG THỊ THANH HƯƠNG

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 06/2010


LÝ LỊCH CÁ NHÂN
Họ và tên: Nguyễn Thị Phương Nhu
Sinh ngày 14 tháng 8 năm 1984 tại huyện Đăk-Pơ tỉnh Gia Lai. Con Ông
Nguyễn Dinh và bà Lê Thị Kính.
Tốt nghiệp tú tài tại Trường Trung học Phổ thông Quang Trung, Tỉnh Gia
Lai năm 2002.
Tốt nghiệp Đại học ngành Chế Biến Lâm sản hệ chính quy tại Trường
Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh năm 2006.
Sau đó làm việc tại Công ty TNHH Thiên Nam, Tỉnh Bình Định với chức
vụ là nhân viên kinh doanh.
Từ tháng 9 năm 2007 theo học Cao học ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị và
công nghệ gỗ, giấy tại Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh.
Tình trạng gia đình: độc thân
Địa chỉ liên lạc: 43/5A – Điện Biên Phủ – Phường 15 – Quận Bình Thạnh
– Tp Hồ Chí Minh.
Điện thoại: 0905012702
Email:


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và
chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào.

Nguyễn Thị Phương Nhu


LỜI CẢM ƠN
Trân trọng cảm ơn quý thầy cô trong Ban Giám hiệu Trường Đại học
Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh, Phòng Đào tạo sau Đại học và quý Phòng
ban đã giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện đề tài.
Trân trọng cảm ơn Ban Chủ nhiệm Khoa Lâm nghiệp, quý thầy cô trong
Bộ môn Chế biến lâm sản đã tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian học
tập và đã giúp đỡ về cơ sở vật chất và thông tin tư liệu.
Trân trọng cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của GVHD: TS. Hoàng Thị
Thanh Hương.
Trân trọng cảm ơn PGS.TS Đặng Đình Bôi, PGS.TS Hồ Xuân Các,
PGS.TS Hứa Thị Huần, TS. Phạm Ngọc Nam, TS. Hoàng Xuân Niên,
PGS. Phạm Thành Hổ đã giúp đỡ tôi về phương pháp nghiên cứu và
truyền đạt những kiến thức quý báu.
Trân trọng cảm ơn công ty TNHH Kiến Sáng, cùng toàn thể bạn bè đã
giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Qua đây cũng xin được gửi lời cảm ơn tới gia đình tôi. Đã động viên và
tạo mọi điều kiện tốt nhất trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận
văn.


TÓM TẮT
Đề tài “ Nghiên cứu công nghệ sản xuất ván dăm sử dụng chất kết dính
Cellulose vi khuẩn” được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Chế biến lâm sản,
Khoa Lâm nghiệp trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng 4

đến tháng 10 năm 2009. Kết quả như sau:
1. Cellulose vi khuẩn là một loại cellulose sinh học có thể bị phân hủy hoàn
toàn và là nguồn năng lượng có thể phục hồi. Cellulose vi khuẩn có khả năng
kết dính với các phần tử dăm để tạo nên các sản phẩm ván dăm thân thiện
với môi trường.
2. Tìm ra được phương trình tương quan biểu diễn sự phụ thuộc của độ bền
uốn tĩnh (Y2-1), độ bền kéo vuông góc (Y2-2), lực bám đinh vít (Y2-3) và độ
trương nở theo chiều dày ván dăm (Y2-4) vào nhiệt độ ép, tỷ lệ chất kết dính
BC và thời gian ép với hàm bậc hai như sau:
™ Hàm phương trình tương quan của độ bền uốn tĩnh
Y2-1 = 110,256 + 15,805X1 + 8,138X2 + 18,455X3 + 6,375X2X3 – 9,65X12 –
13,739X22 – 10,965X32
Giải bài toán tối ưu khi Y2-1

max, với điều kiện ràng buộc của X1, X2, X3 (-1,68

≤ Xi ≤ 1,68; i = 1,3). Kết quả tối ưu đạt được: Y2-1 = 128,05 khi nhiệt độ ép là
168,190C; tỷ lệ chất kết dính BC là 77,64%; thời gian ép là 44,97 phút.
™ Hàm phương trình tương quan của độ bền kéo vuông góc
Y2-2 = 2,52 + 0,115X1 + 0,03X2 + 0,108X3 + 0,163X2X3 – 0,118X22 – 0,125X32
Giải bài toán tối ưu khi Y2-2

max, với điều kiện ràng buộc của X1, X2, X3 (-

1,68 ≤ Xi ≤ 1,68; i = 1,3). Kết quả tối ưu đạt được: Y2-2 = 2,775 khi nhiệt độ ép là
176,80C; tỷ lệ chất kết dính BC là 78,85%; thời gian ép là 44,56 phút.
™ Hàm phương trình tương quan của lực bám đinh vít
Y2-3 = 87,282 + 6,373X1 + 1,804X2 + 7,259X3 + 3,645X1X2 – 2,66X1X3
+1,575X2X3 – 4,87X22 – 4,905X32

Giải bài toán tối ưu khi Y2-3

max, với điều kiện ràng buộc của X1, X2, X3 (-

1,68 ≤ Xi ≤ 1,68; i = 1,3). Kết quả tối ưu đạt được: Y2-3 = 93,349 khi nhiệt độ ép là
170,780C; tỷ lệ chất kết dính BC là 78,39%; thời gian ép là 42,78 phút.
™ Hàm phương trình tương quan của độ trương nở chiều dày
Y2-4 = 19,823 – 0,312X1 + 0,568X2 – 0,373X3 – 0,191X12 – 0,641X22 – 0,29X32
Giải bài toán tối ưu khi Y2-4

min, với điều kiện ràng buộc của X1, X2, X3 (-

1,68 ≤ Xi ≤ 1,68; i = 1,3). Kết quả tối ưu đạt được: Y2-4 = 14,55 khi nhiệt độ ép là
176,80C; tỷ lệ chất kết dính BC là 78,87%; thời gian ép là 48,4 phút.
3. Giải phương trình Y chung theo điều kiền ràng buộc X1, X2, X3 và điều kiện
hai hàm lực bám đinh vít và tỷ lệ trương nở chiều dày. Với: Lực bám đinh vít
Nmax (88,06 ≤ Y2-3 ≤ 93,349) ; tỷ lệ trương nở chiều dày Tsmin (12,454 ≤ Y2-4
≤ 20,04) cho kết quả các giá trị tối ưu : X1 = 0,673 (ứng với T = 166,730C) ;
X2 = 0,58 (ứng với K = 77,9%) và X3 = 1,13 (ứng với τ = 45,65 phút)
Với các thông số công nghệ như trên, chất lượng ván đạt được :
+ Độ bền uốn tĩnh : σut = 127,648 (kG/cm2)
+ Độ bền kéo vuông góc : σkéo = 2,644 (kG/cm2)
+ Lực bám đinh vít : N = 93,349 (KG) = 952,16 (N)
+ Độ trương nở chiều dày : Ts = 18,85 (%) 
4. Đề xuất công nghệ sản xuất ván dăm sử dụng chất kết dính Cellulose vi
khuẩn.


SUMMARY

The Thesis “Study of the Particle board producting technology using the
bacterium cellulose adhesive” is carried out at the laboratory of Forestry Product
Processing Branch, the Forestry Department of the University of Agriculture and
Forestry Ho Chi Minh city from April to September of the year 2009. Resul as
following:
1. Bacterium cellulose is biological cellulose which is completely disintegrated
and is a recoverable energy. Bacterium cellulose has ability to stick together
with timber chip elements to create Particle board which is friendly with
environment.
2. The interrelation equation that shows out the dependence of the static
bending durability (Y2-1), the endurance square corners (Y2-2), nail holding
intensity (Y2-3), the bloom of the thick of Particle board (Y2-4) on the pressure
temperature, the rate between glue-chips and pressure time as below:
*The interrelation equation functions of static bending durability.
Y2-1 = 110,256 + 15,805X1 + 8,138X2 + 18,455X3 + 6,375X2X3 – 9,654X12 –
13,739X22 – 10,965X32
The equation is optimal when Y2-1 Æ max, with the bind condition of X1, X2, X3 (1,68 ≤ Xi ≤ 1,68; i = 1,3). The optimal result is: Y2-1 = 128,048 when the pressure
temperature reached 168,190C and the glue BC rate is 77,64% with time of press is
44,97 minutes.
*The interrelation equation functions of endurance square corners.
Y2-2 = 2,52 + 0,115X1 + 0,03X2 + 0,108X3 + 0,163X2X3 – 0,118X22 – 0,125X32
The equation is optimal when Y2-2 Æ max, with the bind condition of X1, X2, X3 (1,68 ≤ Xi ≤ 1,68; i = 1,3). The optimal result is: Y2-2 = 2,775 when the pressure
temperature reached 176,80C and the glue BC rate is 78,85% with time of press is
44,56 minutes.
*The interrelation equation functions of nail holding intensity.


Y2-3 = 87,282 + 6,373X1 + 1,804X2 + 7,259X3 + 3,645X1X2 – 2,66X1X3
+1,575X2X3 – 4,87X22 – 4,905X32
The equation is optimal when Y2-3 Æ max, with the bind condition of X1, X2, X3 (1,68 ≤ Xi ≤ 1,68; i = 1,3). The optimal result is: Y2-3 = 93,349 when the pressure

temperature reached 170,780C and the glue BC rate is 78,39% with time of press is
42,78 minutes.
*The interrelation equation functions of bloom of the thick of chipboard.
Y2-4 = 19,823 – 0,312X1 + 0,569X2 – 0,373X3 – 0,191X12 – 0,64X22 – 0,29X32
The equation is optimal when Y2-4 Æ min, with the bind condition of X1, X2, X3 (1,68 ≤ Xi ≤ 1,68; i = 1,3). The optimal result is: Y2-3 = 14,552 when the pressure
temperature reached 176,80C and the glue BC rate is 78,867% with time of press is
48,4 minutes.
The general Y equation is solved follow the bind condition of X1, X2, X3 and the
conditions of the two functions nail holding intensity and bloom of the thick of
Particle board. With nail holding intensity (Nmax) is (88,06 ≤ Y2-3 ≤ 93,349) and the
rate of bloom of the thick of Particle board (Tsmin) is (12,454 ≤ Y2-4 ≤ 20,04), the
optimal result is X1 = 0,673 (corresponding with T = 166,730C) ; X2 = 0,58
(corresponding with K = 77,9%) and X3 = 1,13 (corresponding with τ = 45,65
minutes).
With above technology parameters, the Particle board quality is reached:
The static bending durability:

σut = 127,648 (kG/cm2)

The endurance square corners:

σkéo = 2,644 (kG/cm2)

The nail holding intensity:

N = 93,349 (KG) = 952,16 (N)

The bloom of the thick of chipboard: Ts = 18,85 (%)
3. Putting forward technology process of producing Particle board using bacterium
cellulose.

MỤC LỤC
CHƯƠNG

TRANG
Trang tựa
Trang Chuẩn Y ............................................................................ i
Lý Lịch Cá Nhân ........................................................................ii
Lời Cam đoan........................................................................... iii
Lời cảm ơn ................................................................................ iv
Tóm tắt ....................................................................................... v
Mục lục ..................................................................................... vi
Danh sách các chữ viết tắt .......................................................vii
Danh sách các hình ................................................................ viii
Danh sách các bảng ................................................................... ix

1. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................... 1
1.2. Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................. 3
1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ................................................................... 4
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................... 4
1.5. Phạm vi nghiên cứu của đề tài .................................................................... 5
2. TỔNG QUAN ............................................................................................... 6
2.1. Tổng quan tình hình sản xuất ván nhân tạo trên thế giới và ở Việt Nam .. 6
2.2. Tình hình nghiên cứu ván dăm trên thế giới và Việt Nam........................ 10
2.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ........................................................... 9
2.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ......................................................... 11
2.3. Tổng quan tình hình sử dụng keo dán trong sản xuất ván nhân tạo.......... 14
2.4. Tổng quan về chất kết dính cellulose vi khuẩn (BC) ................................ 19

2.4.1. Đặc điểm BC .......................................................................................... 19
2.4.1.1. Đặc tính cấu trúc ................................................................................. 19
2.4.1.2. Tính chất lý hóa ................................................................................... 19


2.4.2. Nguồn vi khuẩn sản xuất BC ................................................................. 21
2.4.3. Nguồn nguyên liệu cho quá trình lên men sản xuất BC ........................ 22
2.4.4. Sự hình thành và dự đoán trử lượng keo BC ......................................... 22
2.4.5. Ứng dụng sinh khối A.xylinum làm tác nhân kết dính ........................... 24
2.5. Cơ sở lý thuyết tạo ván dăm...................................................................... 26
2.5.1. Khảo sát các chỉ tiêu về nguyên liệu dăm gỗ ......................................... 28
2.5.2. Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ván dăm ................................ 31
2.5.2.1. Những yếu tố thuộc về vật liệu ........................................................... 31
2.5.2.2. Những yếu tố công nghệ ..................................................................... 36
2.6. Các thuyết liên kết của keo và gỗ ............................................................. 37
3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................. 42
3.1. Nội dung nghiên cứu của đề tài................................................................. 42
3.2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ....................................................... 42
3.2.1. Vật liệu nghiên cứu ................................................................................ 42
3.2.2. Phương pháp nghiên cứu........................................................................ 44
3.2.2.1. Giới hạn các thông số nghiên cứu ....................................................... 45
3.2.2.2. Mô hình thí nghiệm ............................................................................. 46
3.2.2.3. Quy hoạch thực nghiệm ...................................................................... 47
3.2.2.4. Phân tích đánh giá mô hình hồi quy bậc hai ....................................... 50
3.2.2.5. Phương pháp xác định tính chất của ván ............................................ 52
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................... 55
4.1. Kết quả nội dung thí nghiệm ép ván dăm sử dụng chất kết dính BC ....... 55
4.2. Kết quả nghiên cứu thí nghiệm ván dăm sử dụng chất kết dính BC......... 56
4.2.1. Xử lý kết quả thí nghiệm ở mô hình bậc nhất ........................................ 57
4.2.2. Xử lý kết quả thí nghiệm ở mô hình bậc hai .......................................... 59

4.2.3. Phân tích kết quả thí nghiệm ở mô hình bậc hai .................................... 61
4.2.4. Kết quả xác định các thông số công nghệ tối ưu ................................... 69
4.3. Thảo luận kết quả nghiên cứu ................................................................... 71
4.4. Đề xuất quy trình công nghệ sản xuất ván dăm ...................................... 73
5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................... 79


5.1. Kết luận ..................................................................................................... 79
5.2. Kiến nghị ................................................................................................... 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 82
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 86


DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
BC – Cellulose vi khuẩn
A.xylinum – vi khuẩn Acetobacter xylinum
T – Nhiệt độ ép (0C)
K – Tỷ lệ dăm keo (%)
τ – Thời gian ép (phút)
P – Áp suất ép (kG/cm2)
N – Số thí nghiệm
γ – Khối lượng thể tích ván (g/cm3)
σut – Độ bền uốn tĩnh (kG/cm2)
σkeo – Độ bền kéo vuông góc (kG/cm2)
N – Lực bám đinh vít (N)
Ts – Độ trương nở theo chiều dày (%)
ANOVA – Phân tích phương sai
Ftính – Giá trị F tính theo tiêu chuẩn Fisher
Fbảng – Giá trị F tra bảng theo tiêu chuẩn Fisher
R – Hệ số tương quan

n – Số thí nghiệm lặp lại
ГOCT – Tiêu chuẩn quốc gia Liên Xô cũ
Y1-1 – Hàm phương trình tương quan bậc nhất độ bền uốn tĩnh dạng mã hóa
Y1-2 – Hàm phương trình tương quan bậc nhất độ bền kéo vuông góc dạng mã hóa
Y1-3 – Hàm phương trình tương quan bậc nhất lực bám đinh vít dạng mã hóa
Y1-4 – Hàm phương trình tương quan bậc nhất độ trương nở chiều dày dạng mã hóa
Y2-1 – Hàm phương trình tương quan bậc hai độ bền uốn tĩnh dạng mã hóa
Y2-2 – Hàm phương trình tương quan bậc hai độ bền kéo vuông góc dạng mã hóa
Y2-3 – Hàm phương trình tương quan bậc hai lực bám đinh vít dạng mã hóa
Y2-4 – Hàm phương trình tương quan bậc hai độ trương nở chiều dày dạng mã hóa
Δσut – Hàm phương trình tương quan độ bền uốn tĩnh dạng thực


Δσkeo – Hàm phương trình tương quan độ bền kéo vuông góc dạng thực
ΔN – Hàm phương trình tương quan lực bám đinh vít dạng thực
ΔTs – Hàm phương trình tương quan tỷ lệ trương nở chiều dày dạng thực


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 2.1. Tình hình sản xuất gỗ xẻ và một số ván nhân tạo trên thế giới

6

Bảng 2.2. Sản lượng ván dăm trên thế giới năm 2008

7

Bảng 2.3. Một số vi khuẩn tổng hợp BC

20

Bảng 2.4. Khả năng chịu lực của sản phẩm kết dính bằng phương pháp
lên men
Bảng 2.5. Khả năng chịu lực của một số sản phẩm kết dính bằng bột BC

24
25

Bảng 2.6. Ảnh hưởng của độ ẩm gỗ đối với chất lượng dăm và cường độ
của ván dăm

28

Bảng 2.7. Kích thước dăm sử dụng trong sản xuất ván dăm

33

Bảng 2.8. Ảnh hưởng của kích thước dăm đến độ bền ván

33

Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật của dăm công nghệ

41

Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật của chất kết dính cellulose vi khuẩn

42

Bảng 3.3. Các yếu tố tác động và miền biến động thí nghiệm

47

Bảng 3.4. Ma trận kế hoạch thực nghiệm bậc nhất

37

Bảng 3.5. Ma trận kế hoạch thực nghiệm bậc hai

48

Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm sản xuất ván dăm sử dụng chất kết dính BC

56

Bảng 4.2. Kết qủa xác định các chỉ tiêu cơ, lý ván dăm sử dụng chất kết
dính BC chiều dày 18mm và 15mm

71

Bảng 4.3. So sánh một số yếu tố công nghệ giữa ván dăm sử dụng chất
kết dính BC và keo UF

76

Bảng 4.4. So sánh một số tính chất chủ yếu giữa ván dăm sử dụng chất

kết dính BC và keo UF

77


DANH MỤC CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 2.1. Cấu trúc của bacterial cellulose và plant cellulose

19

Hình 2.2. Mối quan hệ giữa khối lượng thể tích và ứng suất của ván

31

Hình 2.3. Cấu trúc của dãy dài cellulose kết dính nhau

39

Hình 3.1. Sơ đồ hình thành keo BC

42

Hình 3.2. Mô hình thí nghiệm nghiên cứu công nghệ sản xuất ván
dăm sử dụng chất kết dính BC
Hình 3.3. Sơ đồ lấy mẫu thí nghiệm trên tấm ván dăm gỗ

46
51

Hình 3.4. Sơ đồ vị trí kiểm tra chiều dày mẫu thử khối lượng thể tích ván
dăm

51

Hình 3.5. Sơ đồ mẫu thử độ bền kéo vuông góc bề mặt ván dăm

52

Hình 3.6. Sơ đồ mẫu thử độ bền uốn tĩnh ván dăm

53

Hình 4.1. Biểu đồ ép ván dăm

54

Hình 4.2. Đồ thị ảnh hưởng của các hệ số hồi quy tới hàm Y2-1 dạng mã hóa 61
Hình 4.3. Đồ thị biểu diễn quan hệ X1 – X2 – Y1 dạng không gian 3 chiều

61

Hình 4.4. Đồ thị biểu diễn quan hệ X1 – X3 – Y1 dạng không gian 3 chiều

62

Hình 4.5. Đồ thị biểu diễn quan hệ X2 – X3 – Y1 dạng không gian 3 chiều

62

Hình 4.6. Đồ thị ảnh hưởng của các hệ số hồi quy tới hàm Y2-2 dạng mã hóa 63
Hình 4.7. Đồ thị biểu diễn quan hệ X1 – X2 – Y2 dạng không gian 3 chiều

63

Hình 4.8. Đồ thị biểu diễn quan hệ X1 – X3 – Y2 dạng không gian 3 chiều

64

Hình 4.9. Đồ thị biểu diễn quan hệ X2 – X3 – Y3 dạng không gian 3 chiều

64

Hình 4.10. Đồ thị ảnh hưởng của các hệ số hồi quy tới hàm Y2-3 dạng mã
hóa

65

Hình 4.11. Đồ thị biểu diễn quan hệ X1 – X2 – Y3 dạng không gian 3 chiều 65
Hình 4.12. Đồ thị biểu diễn quan hệ X1 – X3 – Y3 dạng không gian 3 chiều 66
Hình 4.13. Đồ thị biểu diễn quan hệ X2 – X3 – Y3 dạng không gian 3 chiều 66


Hình 4.14. Đồ thị ảnh hưởng của các hệ số hồi quy tới hàm Y2-4 dạng mã
hóa

67

Hình 4.15. Đồ thị biểu diễn quan hệ X1 – X2 – Y4 dạng không gian 3 chiều 67
Hình 4.16. Đồ thị biểu diễn quan hệ X1 – X3 – Y4 dạng không gian 3 chiều 68
Hình 4.17. Đồ thị biểu diễn quan hệ X2 – X3 – Y4 dạng không gian 3 chiều 68
Hình 4.18. Công nghệ sản xuất ván dăm sử dụng chất kết dính BC

73


Chương 1
ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1.

Đặt vấn đề
Ngày nay, những tiến bộ khoa học kỹ thuật đang được ứng dụng rộng rãi

vào đời sống tinh thần cũng như vật chất của mỗi con người. Chính những sự
phát triển này đã đặt ra những đòi hỏi nhằm đảm bảo khả năng ứng dụng một
cách có hiệu quả nhất, các sản phẩm thân thiện với môi trường và đặc biệt không
gây nguy hại cho người sử dụng.
Ván nhân tạo ra đời giải quyết tốt nhu cầu sử dụng của con người, những
sản phẩm đòi hỏi những tấm ván lớn với khối lượng thể tích và kích thước theo
yêu cầu sử dụng, ít bị nấm mốc mối mọt tấn công,…Ván nhân tạo ra đời là một
bước ngoặt lớn trong việc giải quyết tốt vấn đề nguyên liệu gỗ rừng trồng ngày
càng bị cạn kiệt bởi nhiều nguyên nhân khác nhau như: Chặt phá rừng bừa bãi,
khai thác không đi đôi với bảo vệ và phục hồi, do thiên tai, hạn hán, nhu cầu
lương thực tăng không ngừng, do đó nhiều diện tích rừng bị biến mất để nhường
chỗ cho việc gieo trồng những loại cây lương thực. Thêm vào đó, nạn cháy rừng
xảy ra ở tất cả các châu lục làm cho diện tích rừng ở trên thế giới ngày càng thu
hẹp, khả năng cung cấp gỗ cho rừng tự nhiên ngày càng giảm xuống. Việt nam

cũng không nằm ngoài quy luật đó, theo kết quả sơ bộ điều tra dân số của Tổng
cục thống kê, tính đến 0 giờ ngày 1/4/2009, dân số của Việt Nam là khoảng 86
triệu người. Như vậy nếu bình quân mỗi người sử dụng 0,05 m3 gỗ/năm (mức
bình quân thấp nhất của nhiều quốc gia), thì nhu cầu sử dụng gỗ đòi hỏi ít nhất là
4,3 triệu m3/năm – một khối lượng vuợt quá khả năng cung ứng rừng tự nhiên
hiện nay của nước ta.
Tập trung củng cố, phát triển công nghệ sản xuất ván nhân tạo nói chung
và công nghệ sản xuất ván dăm nói riêng đang là mục tiêu quan trọng trong chiến

1


lược phát triển ngành chế biến gỗ nước ta, nhằm tháo gỡ những thiếu hụt về
nguyên liệu gỗ hiện nay, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội để xây dựng,
phát triển bền vững nền kinh tế và môi sinh của đất nước. Để thực hiện được
những mục tiêu trên, phải tiến hành giải quyết đồng bộ nhiều khía cạnh từ việc
lựa chọn nguyên liệu, đầu tư thiết bị, cải tiến công nghệ,…trong đó vấn đề nâng
cao chất lượng sản phẩm có vai trò hết sức quan trọng và phải đi trước một bước.
Ngày nay, khi khoa học đã và đang có những bước tiến bộ vượt bậc, đặc
biệt trong lĩnh vực sinh học đã cho ra đời nhiều công trình nghiên cứu mang tính
ứng dụng cao. Phát minh về sự lên men vi sinh vật sớm được ứng dụng ở quy mô
công nghiệp từ đầu thế kỷ XX và phát triển cho đến nay. Sự phát minh ra tế bào
vi khuẩn Acetobacter xylinum, trong đó có cellulose vi khuẩn (BC) có khả năng
kết dính để tạo một số vật liệu có giá trị từ các phế thải nông lâm nghiệp đang
dần được nghiên cứu ứng dụng.
Khi ngành ván nhân tạo mới hình thành và phát triển, con người thường
tận dụng tất cả những phế liệu từ các ngành công nghiệp khác, các nguồn nguyên
liệu từ những khu rừng đã bị chặt phá và bỏ lại,…kết hợp với các loại chất kết
dính để sản xuất ra những loại ván theo yêu cầu sử dụng. Nhưng một đặc điểm
cần phải đặc biệt được quan tâm, đó là các loại chất kết dính này có khả năng

phát tán formaldehyde rất lớn nên có thể gây hại cho môi trường và người sử
dụng mà sau này mới có những phương pháp thử để kiểm nghiệm chúng.
Sản phẩm ván dăm của Việt Nam đã có từ những năm 1970, song mãi gần
đây mới xuất hiện khả năng sử dụng, tiêu thụ và sản lượng ngày càng tăng trên
thị trường. Do đó, các cơ sở sản xuất ván dăm đang được xây dựng ở nhiều tỉnh
thành của nước ta.
Trước thực trạng đó, vấn đề nghiên cứu và sử dụng những chất kết dính
mới không gây ô nhiễm môi trường và gây nguy hại cho người sử dụng là một
hướng nghiên cứu đúng đắn cho cả mục tiêu trước mắt và lâu dài. Việc nghiên
cứu này phải đi trước một bước nhằm tìm ra các giải pháp công nghệ hợp lý ứng
dụng vào sản xuất.

2


Xuất phát từ những nhận định trên bước đầu chúng tôi tiến hành nghiên
cứu đề tài: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất ván dăm sử dụng chất kết dính
cellulose vi khuẩn”.
1.2.

Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, sản xuất nhiều loại ván ép trong nước phải hạn chế do sử dụng

keo phenol – formaldehyde và keo ure – formaldehyde gây độc hại. Bên cạnh đó,
trên thế giới, A.xylinum và BC đã được nghiên cứu nhiều và cho thấy tiềm năng
ứng dụng độc đáo. Đặc biệt BC có nhiều ưu điểm khi sử dụng như biopolymer
làm vật liệu mới trong các lĩnh vực khác nhau ngoài thực phẩm như: y học, khoa
học vật liệu, mỹ phẩm,..A.xylinum là một loại vi khuẩn có trong sinh khối của
thạch dừa, mà thành phần chủ yếu là cellulose nên gọi là cellulose vi khuẩn
(bacterial cellulose - BC).

Tuy nhiên, hướng nghiên cứu sử dụng BC làm tác nhân kết dính với các
nguồn phế liệu nông lâm nghiệp để tạo các vật liệu có giá trị hơn còn ít. Các
nghiên cứu đầu tiên của nhóm cộng tác viên trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên
– ĐH Quốc gia TP. Hồ Chí Minh đã cho những kết quả khả quan, cần tiếp tục
hoàn thiện sản phẩm và xây dựng quy trình công nghệ cho sản xuất lớn.
Tạo nguồn tiêu thụ ổn định cho thạch dừa Bến Tre, nơi có hàng trăm cơ sở
sản xuất từ nước dừa già, nhưng tiêu thụ bấp bênh do bị ép giá. Ngoài ra, có thể
mở rộng sản xuất thạch dừa ở nhiều địa điểm khác nhau bằng mật rỉ đường gần
các cơ sở sản xuất ván ép. Như vậy sẽ tạo thêm việc làm góp phần xóa đói giảm
nghèo ở nông thôn, nơi có nguồn nguyên vật liệu dồi dào cho sản xuất các chế
phẩm kết dính bằng BC.
Tuy nhiên, ý tưởng và các sản phẩm đề tài đều mới so với trong nước và
trên thế giới. Nhiều sản phẩm tương tự ván ép, nhưng cách sản xuất có nhiều
điểm khác cơ bản, cũng như các chỉ tiêu đánh giá cũng khác nhau. Điều này đặt
ra vấn đề xây dựng quy trình công nghệ mới, mà việc tiến tới thương phẩm phải
có quá trình tiếp tục thử nghiệm và hoàn thiện quy trình.
Dựa vào nhu cầu thực tiễn sử dụng của người tiêu dùng và sự phát triển
của ngành công nghệ sinh học, trong việc phát hiện ra khả năng kết dính của sinh
3


khối cellulose vi khuẩn với các loại phế liệu nông lâm nghiệp. Chúng tôi nhận
thấy, có thể ứng dụng sinh khối cellulose vi khuẩn làm chất kết dính mới trong
công nghệ sản xuất ván nhân tạo nói chung và ván dăm nói riêng. Quá trình
nghiên cứu xác định các thông số công nghệ trong sản xuất ván dăm sử dụng chất
kết dính cellulose vi khuẩn là một hướng đi thật sự cần thiết và cần nhanh chóng
hoàn thiện quy trình.
1.3.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

™ Nghiên cứu một số yếu tố công nghệ hợp lý cho việc thiết lập công nghệ
sản xuất ván dăm phù hợp với loại chất kết dính cellulose vi khuẩn, đáp
ứng được những yêu cầu kỹ thuật của ván dăm dùng trong sản xuất hàng
mộc, trang trí nội thất và trong điều kiện công nghệ sản xuất của Việt
Nam.
™ Cụ thể tìm ra các thông số công nghệ (tỷ lệ chất kết dính sử dụng, nhiệt độ
ép ván, thời gian đóng rắn của chất kết dính hợp lý), từ đó đề xuất công
nghệ sản xuất ván dăm sử dụng chất kết dính BC.
1.4.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học
-

Nghiên cứu biopolymer BC chịu sự phân hủy sinh học làm vật liệu mới là
một hướng nghiên cứu được phát triển mạnh trên thế giới có ý nghĩa quan
trọng làm giảm sử dụng plastic hóa học gây ô nhiễm.

-

Khai thác thêm một tính chất mới của BC là vấn đề mới cần xây dựng cơ
sở khoa học cho các ứng dụng rộng hơn.

-

Cellulose vi khuẩn có rất nhiều ứng dụng, nhưng đây là ứng dụng đầu tiên
sử dụng làm chất kết dính trong công nghệ sản xuất ván nhân tạo.

Ý nghĩa thực tiễn
-

Sản phẩm ván dăm sử dụng chất kết dính cellulose vi khuẩn không gây ô
nhiễm môi trường và người sử dụng.

-

Sản phẩm mới có thể cạnh tranh cao nhờ sản xuất được trong nước với
nguồn vật liệu đơn giản và sẵn có.

4


-

Các sản phẩm mới dự kiến như ván dăm, ván dán, ván sàn công nghiệp,
ván ốp trần, tường kết dính bằng BC không độc, không mùi có tính cạnh
tranh cao so với các sản phẩm truyền thống nên có thể xâm nhập thị
trường.

1.5.

Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Tuy dùng BC có thể kết dính nhiều loại phế phụ phẩm như dăm gỗ, xơ

dừa, bã mía, các loại phế liệu nông nghiệp…nhưng đề tài chỉ tập trung nghiên
cứu công nghệ sản xuất ván dăm tổng hợp từ nguyên liệu gỗ rừng trồng để khẳng
định khả năng kết dính của cellulose vi khuẩn.
Cellulose vi khuẩn có thể được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác

nhau, với những tính chất cơ lý khác nhau. Nhưng đề tài chọn loại chất kết dính
cellulose vi khuẩn đã được nghiên cứu sản xuất tại trường Đại học Khoa học Tự
Nhiên – Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh làm chất kết dính trong suốt quá trình
nghiên cứu.
Trong sản xuất ván dăm, có nhiều loại ván dăm với nhiều quy cách khác
nhau, nhưng đề tài chỉ tập trung nghiên cứu công nghệ sản xuất ván dăm ba lớp,
với quy cách chiều dày được chọn là 18mm. Sở dĩ chúng tôi xác định phạm vi đề
tài như trên vì ván dăm 3 lớp hiện nay đang được sản xuất và sử dụng rộng rãi
trên thế giới và Việt Nam, đặc biệt trong trang trí nội thất và trong sản xuất đồ
mộc dân dụng.

5


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Tổng quan tình hình sản xuất ván nhân tạo trên thế giới và ở Việt Nam
Đến cuối thế kỷ XIX, đầu thế kỷ XX cùng với sự phát triển của khoa học
kỹ thuật, công nghệ sản xuất ván nhân tạo ra đời. Nhà máy ván dăm đầu tiên xây
dựng ở Đức năm 1941. Năm 1942, ở Mỹ xây dựng nhà máy ván dăm đầu tiên
thuộc công ty Farley và Loetscher, khối lượng thể tích của ván từ 0.7 – 1.8
g/cm3. Năm 1947, Ottokreibaum (người Đức) giới thiệu phương pháp sản xuất
ván dăm ép đùn, phương pháp này phát triển rất mạnh ở Mỹ vào những năm 50
(Phạm Ngọc Nam, 2006).
Sau chiến tranh thế giới thứ II, đặc biệt những năm 60, khoa học kỹ thuật
và công nghệ trên thế giới phát triển mạnh mẽ, thúc đẩy công nghệ sản xuất ván
dăm có những bước tiến bộ vượt bậc cả về quy mô và chất lượng. Cùng với ván
dăm, ván sợi đã được phát minh từ cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20. Cho đến giữa
thế kỷ 20 nền công nghiệp sản xuất ván sợi mới phát triển mạnh và ngày càng
hoàn thiện đáp ứng yêu cầu xã hội.

Bảng 2.1: Tình hình sản xuất gỗ xẻ và một số ván nhân tạo trên thế giới
Loại sản
phẩm
(m3)
Gỗ xẻ
Ván dán
Ván
dăm
Ván sợi

Năm
1990

2000

2003

2005

2006

505.278.347 378.396.813 394.131.198 432.399.000 439.603.395
48.156.808

58.133.597

58.028.390

73.222.963

73.710.037

50.441.500

84.818.503

87.561.219

100.647.990 106.454.830

20.215.627

33.554.594

40.185.146

46.357.370

52.205.193

Theo faostat.fao.org
6


Trong những năm gần đây, ván dăm là loại sản phẩm chiếm tỷ trọng giá
trị lớn trong sản xuất ván nhân tạo (45 – 50 tỷ USD), ván dăm được sử dụng
trong nhiều lĩnh vực khác nhau: nhà ở, xây dựng, đồ mộc và lĩnh vực sử dụng
ngày càng rộng rãi. Trên thế giới trong 15 – 20 năm gần đây có xu hướng phát
triển mạnh chủng loại gỗ OSB (Oriented Strand Board) và ván sợi có khối lượng
thể tích trung bình MDF (Medium Density Fibreboard). Phát triển ván nhân tạo

đã tạo ra khả năng tận dụng gỗ các loại, từ gỗ lá kim đến gỗ lá rộng, từ phế liệu
gỗ đến gỗ tạp, gỗ rừng trồng mọc nhanh, phế liệu nông nghiệp,…với khối lượng
rất lớn và tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu cao (Phạm Văn Chương, 1998).
Bảng 2.2: Sản lượng ván dăm trên toàn thế giới năm 2008
Đơn vị tính m3
STT

Quốc gia

Sản lượng

STT

Quốc gia

Sản lượng

1

Argentina

555000

11

Italya

3350000

2

Australia

933000

12

Japan

1135000

3

Brazil

2751000

13

Malaysia

222000

4

Canada

7962000

14

Mexico

100000

5

China

11505000

15

New Zealand

245000

6

Chile

551000

16

Russian

5750000

7

Denmark

343000

17

Spain

2350000

8

France

4525049

18

Thai Lan

2600000

9

Germany

10193000

19

USA

18164320

10

Indonesia

125000

20

Việt Nam

180000
Theo faostat.fao.org

Nước có sản lượng ván dăm lớn nhất là Mỹ, kế đến là Trung quốc. Ở khu
vực Đông Nam Á ván nhân tạo cũng phát triển mạnh: Thái Lan dân số khoảng 62
triệu người, năm 2008 sản xuất 2.600.000 m3 ván dăm, bình quân đầu người
0,042 m3/năm; Malaysia hơn 26 triệu dân sản xuất khoảng 1 triệu m3 ván sợi và
222000 m3 trong năm. Đài Loan dân số trên 22 triệu người hàng năm nhập
350000 m3 ván nhân tạo. Việt Nam, với dân số khoảng 86 triệu người, dự án phát

7


triển sản xuất 1 triệu m3 ván nhân tạo vào năm 2010, so với các nước lân cận vẫn
là một chỉ tiêu khiêm tốn (Phạm Văn Chương, 1998).

Quốc gia tiêu dùng khối lượng ván nhân tạo lớn nhất là Mỹ (chiếm 33%
khối lượng tiêu dùng toàn thế giới), Liên Xô (chiếm 10%),…
Hiện nay Trung Quốc đã trở thành nước sản xuất MDF lớn nhất Châu Á:
năm 2001 Trung Quốc có 189 nhà máy MDF tổng công suất 5.422.000 m3; năm
2005 có 259 nhà máy tổng công suất 15.364.000 m3; tăng 18,3%; đến năm 2008
sản lượng của Trung Quốc đạt 19.970.00 m3 chiếm 31,6% sản lượng toàn thế
giới (Phạm Văn Chương, 1998).
Ván dăm được phát triển rộng rãi ở tất cả các châu lục, mạnh nhất ở Châu
Âu, kế đến là Châu Á, Bắc Mỹ. Năm 2001 toàn thế giới có 719 nhà máy, tổng
công suất 81.972.000 m3, năm 2005 có 733 nhà máy tổng công suất 85.844.000
m3; tăng 4,7% (Hoàng Tiến Đượng, 2001).
Ván gỗ dán là loại ván nhân tạo đang trong giai đoạn được phát triển
nhưng đôi khi cũng đã bị con người lãng quên. Sản lượng ván gỗ dán đã tăng từ
44 triệu m3 (năm 1985) lên gần 60 triệu m3 (năm 2005) tăng 36,3%. Trên thị
trường thế giới ván gỗ dán có khối lượng buôn bán là 20 triệu m3/năm, chỉ sau
ván dăm. Từ giữa những năm 1990, Brazil đã trở thành nhà sản xuất và xuất khẩu
chính về ván gỗ dán trên thế giới, chiếm hơn 60% công suất toàn thế giới (Bùi
Văn Ái, 2007).
Ván sàn công nghiệp có dán mặt trên cơ sở phát triển công dụng của MDF
hứa hẹn tương lai phát triển mạnh mẽ: năm 2000 sản lượng toàn thế giới là 350
triệu m3, năm 2004 đã đạt 600 triệu m3 (Phạm Văn Chương, 1998).
Qua đây nhận thấy, những nhân tố ảnh hưởng đến việc phát triển sản xuất
ván nhân tạo trên toàn thế giới:
™ Nền kinh tế Châu Á đang trên đà phát triển hưng thịnh, đặc biệt là nền
kinh tế Trung Quốc thời gian qua việc xây dựng nhà máy phát triển mạnh
mẽ, sản lượng đồ mộc tăng 7 – 10%; bên cạnh đó việc xây dựng nhà cửa ở
Hàn Quốc bùng nổ (lên tới mức 700.000 căn hộ/năm). Điều đó đã thúc
đẩy việc sản xuất ván nhân tạo thế giới đạt tới những đỉnh cao, đặc biệt là
8