BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

TRIỆU VĂN HẢI

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG CỦA
CÔNG NGHỆ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT
TỪ VỎ CÂY VÀ POLYETHYLENE

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Chuyên ngành:

Kỹ thuật chế biến lâm sản

Mã số:

62 54 03 01

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Cao Quốc An
2. GS. TS. Trần Văn Chứ

Hà nội, 2016


-



Thư viện Trường Đại học Lâm nghiệp


iii

LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hoàn thành luận án tiến sỹ, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy
giáo hướng dẫn PGS. TS Cao Quốc An, GS.TS Trần Văn Chứ đã tận tình giúp đỡ, hướng
dẫn tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Đại học Lâm nghiệp, lãnh đạo phòng
đào tạo sau đại học, các thầy cô giáo viện Kiến trúc cảnh quan và nội thất, viện Công
nghiệp gỗ đã quan tâm và tận tình chỉ bảo cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu
tại Trường.
Tôi xin chân thành cảm ơn Đảng ủy, Ủy ban nhân dân huyện Hoành Bồ đã tạo điều
kiện cho tôi về vật chất, tinh thần và thời gian trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn các cán bộ, công nhân viên thuộc Trung tâm thí
nghiệm trọng điểm trường Đại học Lâm nghiệp Nam Kinh Trung Quốc đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi nhất giúp tôi hoàn thành phần thực nghiệm của luận án.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã
luôn động viên, giúp đỡ và ủng hộ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu./
Hà Nội, tháng 06 năm 2016
Nghiên cứu sinh

Triệu Văn Hải


4
MỞ ĐẦU
Hiện nay, tài nguyên rừng trồng của nước ta như: Keo lá tràm, Keo tai tượng, Bạch đàn, …

xử lý sợi gỗ với dung dịch MAPP. Qua phân tích quang phổ cho thấy liên kết MA với gỗ và PP đã
xuất hiện.
Năm 1988, một số nhà khoa học đã nghiên cứu phương pháp biến tính nhựa nền PP bằng MA
nhằm tạo ra một chất có các gốc tự do, các gốc này được ghép nối với sợi gỗ bởi những liên kết
đồng hóa trị và Hydro, như vậy MAPP đã làm tăng đáng kể hiệu quả sử dụng của sợi gỗ và nhựa.
Không chỉ dừng lại ở đây, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về chất trợ tương hợp MAPP với các
tỷ lệ và các phương pháp khác nhau trên cơ sở nền nhựa PP gia cường bằng sợi tự nhiên đã được
nghiên cứu như:
Jochen Gassan và Andrzej K.Bledzki (1999) đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình
xử lý bề mặt sợi đến tính chất cơ học của compozit PP- sợi đay. Tác giả đã tiến hành xử lý sợi bằng
dung dịch MAPP trong toluen với các hàm lượng MAPP khác nhau trong 5phút và 10 phút, đem
sấy chân không trong 2 giờ ở 75oC. Kết quá cho thấy, Hiệu quả của chất trợ tương hợp phụ thuộc
vào nồng độ và thời gian xử lý, Môđun uốn tăng 90% qua xử lý bằng MAPP trong 5 phút bằng
dung dịch toluen. Xử lý lâu hơn và nồng độ MAPP cao hơn sẽ làm modun uốn giám xuống. Độ bền
uốn tăng 40% khi xử lý bằng dung dịch MAPP 0,1% TL trong toluen với thời gian xử lý 15 phút.
Khi tăng nồng độ MAPP lên 0,6% thi kết quả nhận được với 5 và phút 10 là như nhau.


5
Fauzi Febrianto, Dina Styawatti (2006) đã tiến hành nghiên cứu về Ảnh hưởng của bột gỗ và
hàm lượng chất biến tính MA đến tính chất vật lý và đặc tính cơ học của vật liệu composit Bột gỗ
và PP tái sinh. Nghiên cứu chỉ ra rằng tính chất vật lý và đặc tính cơ học của vật liệu compozit phụ
thuộc vào hàm lượng và kích thước của bột gỗ-PP. Khi càng tăng tỷ lệ gỗ-nhựa thì độ bền kéo càng
giảm, modun đàn hồi tăng. Tính chất vật lý và đặc tính cơ học của vật liệu được và bị ảnh hưởng
bởi hàm lượng chất MA, khi cho 2,5%TL MA tất cả các chi số về độ bề kéo, độ bền kéo đứt và
modun đàn hồi đều tăng gấp 2.15, 2.27 and 1.18 lần so với compozit không có MA.
Flex and gatenholm (1991) đã sử dụng MAPP để xử lý xenlulo trong sợi gỗ. Kết quả cho thấy,
chất trợ tương hợp MAPP đã làm giảm góc tiếp xúc giữa hai loại vật liệu góc tiếp xúc nằm trong
khoảng 1300-1400, khả năng kết dính tăng lên rõ rệt. Cùng với nghiên cứu đó, một số nghiên cứu
khác đã đánh giá được sự ảnh hưởng của chất trợ tương hợp đến khả năng thấm ướt của gỗ và liên

PE, PVC tái chế với phế liệu gỗ Keo tai tượng. Kết quả đã đạt được như: đã xây dựng được các
bước công nghệ chủ yếu để xử lý tái chế các loại nhựa này và các bước công nghệ tạo bột gỗ Keo
tai tượng từ mun cưa, phoi bào, bìa bắp; Đã xác định được ảnh hưởng tỷ lệ bột gỗ/nhựa tái chế đến
tính chất của hạt và đã thiết lập được quy trình công nghệ tạo hạt gỗ nhựa với cấp tỷ lệ cho nhựa PP
và PE (bột gỗ 50%/nhựa 45%/ trợ tương hợp 5%) và đề xuất được công nghệ sản xuất composite
gỗ-nhựa từ phế liệu gỗ và nhựa tái chế PP, PE, PVC trên máy ép đùn hai trục vít Cinnanici TS 80.
Năm 2013, đề tài thuộc chương KH&CN trọng điểm cấp Nhà nước KC.02/11-15 của TS.
Nguyễn Vũ Giang nghiên cứu chế tạo vật liệu composite trên cơ sở nhựa polylefin (polyetylen,
polypropylene) khâu mạch (XLPO) và bột gỗ biến tính ứng dụng làm vật liệu xây dựng, kiến trúc


6
nội- ngoại thất [10]. Vật liệu được chế tạo từ bột gỗ Giáng hương sau đó xử lý bột gỗ bằng kiềm
nóng để loại bỏ tạp chất có trong bột gỗ và rửa sạch bằng nước cất rồi sấy khô; sau đó biến tính bề
mặt bột gỗ bằng tetraethyl ortosilicat và 3-glyxidoxyl propyl trimetoxy silan. Dùng bột gỗ đã biến
tính chế tạo vật liệu XLPE/bột gỗ biến tính và XLPP/bột gỗ biến tính với các yếu tố thay đổi như tỷ
lệ bột gỗ thay đổi từ 20-60%, nhiệt độ gia công từ 170-200oC, thời gian trộn từ 3-8 phút; phương
pháp gia công là dùng thiết bị ép đùn một trục tạo hạt sau đó chuyển sang máy ép định hình tấm
phẳng,… Kết quả đề tài đã xác định được các thông số công nghệ ảnh hưởng tới quá trình biến tính
bột gỗ Giáng hương và điều kiện gia công tối ưu cho hai loại vật liệu XLPE/bột gỗ biến tính và
XLPP/bột gỗ biến tính.
Năm 2014, nghiên cứu sinh Quách Văn Thiêm với Luận án “Nghiên cứu một số yếu tố công
nghệ tạo vật liệu composite gỗ nhựa plypropylene” đã nghiên cứu tạo vật liệu compozit gỗ cao su
và nhựa PP, luận án đã xây dựng được các mối quan hệ giữa thông số công nghệ sản xuất và chất
lượng WPC. Ngoài ra, luận án đã đề xuất được thông số công nghệ tối ưu để sản xuất WPC từ gỗ
cao su và nhựa PP với quy mô phòng thí nghiệm.
1.3. Những đóng góp mới của luận án
(1) Luận án là công trình đầu tiên tại Việt Nam nghiên cứu một cách hệ thống công nghệ sản
xuất vật liệu compozit từ vỏ cây và nhựa HDPE.
(2) Luận án đã nghiên cứu sử dụng hạt nano TiO2 để tạo vật liệu compozit vỏ cây và nhựa

từ vỏ cây Keo tai tượng và nhựa HDPE nguyên sinh.
2.2. Đối tƣợng nghiên cứu
(1) Đối tượng nghiên cứu tổng quát
Công nghệ sản xuất vật liệu compozit từ vỏ cây Keo tai tượng và nhựa nhiệt dẻo HDPE
(WPC).
(2) Đối tượng nghiên cứu cụ thể
- Tỉ lệ trộn bột vỏ cây, bột gỗ, nhựa HDPE, chất trợ tương hợp MAPE.
- Ảnh hưởng của đơn yếu tố các thông số công nghệ gồm tỉ lệ trộn vỏ cây, nhiệt độ đầu đùn,
tốc độ quay trục vít đến chất lượng WPC.
- Mối quan hệ đồng thời của nhiệt độ đầu đùn và tốc độ quay trục vít đến chất lượng WPC.
- Hiệu quả chịu tia UV của WPC khi cho thêm hạt nano TiO2.
2.3. Phạm vi nghiên cứu
2.3.1. Các yếu tố cố định
(1) Nguyên liệu
+ Vật liệu cốt: bột gỗ và bột vỏ cây gỗ Keo tai tượng (Acacia mangium); kích thước bột (2 4)mm; độ ẩm của bột 4%.
+ Vật liệu nền: Polyetylen khối lượng riêng cao (HDPE)
+ Chất trợ tương hợp: MAPE
(2) Thiết bị và công nghệ ép đùn
- Thiết bị sử dụng: Máy ép đùn 2 trục vít (ESYMASTER).
- Công nghệ ép: Sử dụng công nghệ ép đùn một giai đoạn.
- Địa điểm thí nghiệm: Phòng thí nghiệm trọng điểm, Viện công nghiệp gỗ trường ĐH lâm
nghiệp Nam Kinh, Trung Quốc.
2.3.2. Các yếu tố thay đổi
(1) Tỉ lệ trộn hỗn hợp nguyên liệu
Trong luận án, ảnh hưởng của tỉ lệ trộn hỗn hợp nguyên liệu đến tính chất compozit được
nghiên cứu thông qua hai bước:
- Bước 1: Xây dựng mối quan hệ giữa tỉ lệ trộn giữa bột gỗ Keo tai tượng và nhựa HDPE với
tính chất compozit (cố định các thông số công nghệ khác) để xác định tỉ lệ trộn hợp lý.
+ Tỉ lệ trộn bột gỗ thay đổi trong khoảng 26% đến 54%;
+ Tỉ lệ trộn MAPE thay đổi trong khoảng 0,2% đến 5,8%;

WPC,
(4) So sánh khả năng chịu tia UV của WPC khi cho thêm nano TiO2 và WPC đối chứng. Mục
đích chính là nghiên cứu thăm dò để đề xuất công nghệ cải thiện khả năng chịu thời tiết cho WPC.
Chƣơng 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Đặc điểm vỏ cây Keo tai tƣợng
Việc sử dụng vỏ cây làm nguyên liệu gia cường vừa có ý nghĩa trong việc lợi dụng triệt để tài
nguyên gỗ đồng thời cũng góp phần giảm thiểu phát thải ra môi trường.
Đối với mỗi loài cây khác nhau, lượng vỏ cây hay tỉ lệ vỏ cây không giống nhau, ngoài ra,
một số đặc điểm khác như chiều dài và đường kính sợi vỏ cây cũng khác nhau. Do đó luận án đã
tiến hành xác định một số đặc điểm cơ bản của vỏ cây làm cơ sở cho việc sử dụng để làm nguyên
liệu gia cường trong sản xuất vật liệu WPC từ bột vỏ cây và nhựa HDPE.
Các đặc của vỏ cây được xác định gồm: chiều dày vỏ, tỉ lệ vỏ, khối lượng riêng vỏ, kích thước
sợi vỏ. Kết quả nghiên cứu được lần lượt thể hiện như sau:
3.1.1. Độ dày vỏ và tỉ lệ vỏ theo chiều cao thân cây
Độ dày vỏ và tỉ lệ vỏ gỗ Keo tai tượng theo chiều cao thân cây được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 3.1. Chiều dày vỏ và tỉ lệ vỏ Keo tai tƣợng theo chiều cao thân cây
Vị trí theo chiều cao (m)

Độ dày vỏ (cm)

Tỉ lệ vỏ (%)

0
1,85
7,6
1,3
1,5
7,1
3,6


Sd

Độ thon

Sd

Gốc
1.056
207
21,1
3,6
51
11,4
Thân
1.077
194
20,0
3,5
55
11
Ngọn
1.107
201
19,7
2,6
57
10
Ghi chú: Số liệu trong bảng là chiều dài và đường kính trung bình, tuy nhiên nên căn cứ vào tần số
xuất hiện của chiều dài và đường kính sợi để đánh giá về hình thái sợi.

lượng xenlulo thấp hơn nhiều so với gỗ nói chung, và hàm lượng chất chiết xuất rất lớn, điều này có
thể gây ảnh hưởng nhất định đến công nghệ sản xuất cũng như chất lượng của sản phẩm compozit
từ bột vỏ cây và nhựa.
3.2. Ảnh hƣởng của tỉ lệ trộn bột gỗ và chất trợ tƣơng hợp đến chất lƣợng WPC
Trên cơ sở các thông số thí nghiệm đã bố trí như ở trên, tiến hành tạo vật liệu WPC từ bột gỗ
và nhựa polyetylen khối lượng riêng lớn (HDPE), và tiến hành đánh giá ảnh hưởng đồng thời của
các nhân tố gồm tỉ lệ trộn bột gỗ và tỉ lệ trộn chất trợ tương hợp MAPE đến một số tính chất cơ bản
của WPC như: khối lượng riêng, độ hút nước, độ bền kéo, độ bền uốn tĩnh, mô đun đàn hồi uốn tĩnh
và độ mài mòn với mục đích tìm ra tỉ lệ trộn bột gỗ (tỉ lệ vật liệu cốt) và nhựa HDPE (vật liệu nền)
phù hợp dùng để nghiên cứu tạo WPC có sử dụng thêm phế thải trong chế biến gỗ - vỏ cây Keo tai
tượng.
Trong thí nghiệm này, các thông số thay đổi là tỉ lệ trộn bột gỗ (X1) và tỉ lệ MAPE (X2), các
thành phần khác tạo WPC sẽ thay đổi theo sao cho tổng khối lượng các thành phần trong hỗn hợp
tạo WPC đạt 100 phần khối lượng.
3.2.1. Ảnh hưởng đến khối lượng riêng
khối lượng riêng là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng vât liệu nói
chung, vật liệu WPC nói riêng. Qua nghiên cứu xác định khối lượng riêng của WPC với các thông
số công nghệ khác nhau cho thấy khối lượng riêng của WPC có sự khác biệt không đáng kể (bảng
4.7).
Bảng 3.4. Khối lƣợng riêng của WPC với tỉ lệ thành phần khác nhau
TT

X1

X2

Tỉ lệ bột gỗ (PKL)

Tỉ lệ MAPE (PKL)


0

30
50
30
50
54
26
40
40
40

1
1
5
5
3
3
5,8
0,2
3

1,030
1,092
0,988
1,044
1,080
0,998
1,006
1,070

30
1
1,33
2
1
-1
50
1
0,82
3
-1
1
30
5
1,29
4
1
1
50
5
1,41
5
1,41
0
54
3
0,81
6 -1,41
0
26


X1

X2

Tỉ lệ bột gỗ (PKL)

Tỉ lệ MAPE (PKL)

Độ bền kéo (MPa)

21,5
1
-1
-1
30
1
16,6
2
1
-1
50
1
22,7
3
-1
1
30
5
20,7

0
0
40
3
Phương trình tương quan giữa tỉ lệ trộn bột gỗ (X1) và tỉ lệ trộn MAPE (X2) với độ bền khi
chịu kéo (S) của WPC như sau:
S = 22,076 + 0,877X1 - 0,441X12 - 1,123X22 + 0,233X1X2 + 0,242X22
Hệ số tương quan: R = 0,92
3.2.4. Ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh


11
Độ bền uốn tĩnh của vật liệu nói chung, vật liệu WPC nói riêng là chỉ tiêu không thể thiếu để
đánh giá chất lượng cũng như làm cơ sở để tính toán thiết kế chi tiết sản phẩm.
Trong nghiên cứu này, độ bền uốn tĩnh đã được xác định với các loại sản phẩm WPC tạo ra
với các tỉ lệ trộn nguyên liệu khác nhau. Kết quả như trong bảng 3.7.
Bảng 3.7. Độ bền uốn tĩnh của WPC khi tỉ lệ thành phần khác nhau
TT

X1

X2

Tỉ lệ bột gỗ (PKL)

Tỉ lệ MAPE (PKL)

Độ bền uốn (MPa)

22,3

6 -1,41
0
26
3
22,3
7
0
1,41
40
5,8
19,9
8
0
-1,41
40
0,2
22,2
9
0
0
40
3
Phương trình tương quan giữa tỉ lệ trộn bột gỗ (X1) và tỉ lệ trộn MAPE (X2) với độ bền uốn
tĩnh (MOR) của WPC như sau:
MOR = 20,06 + 2,38X1 + 0,09X12 - 0,69X22 + 1,55X1X2 + 0,89X22
Hệ số tương quan: R = 0,88
3.2.4. Ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi uốn tĩnh
Kết quả cho thấy, độ lớn mô đun đàn hồi biến động khá rõ rệt khi tỉ lệ trộn nguyên liệu thay
đổi, mô đun đàn hồi thay đổi trong phạm vi 1,06 GPa đến 1,70 Gpa (bảng 3.8).
Bảng 3.8. Mô đun đàn hồi uốn tĩnh WPC với tỉ lệ thành phần khác nhau

5
1,666
4
1
1
50
5
1,354
5
1,41
0
54
3
1,155
6 -1,41
0
26
3
1,559
7
0
1,41
40
5,8
1,063
8
0
-1,41
40
0,2


-1
1
-1

-1
-1
1

30
50
30

1
1
5

0,354
0,409
0,480


12

Khối lượng riêng, g/cm3

4
1
1
50

0,492
Phương trình tương quan giữa tỉ lệ trộn bột gỗ (X1) và tỉ lệ trộn MAPE (X2) với độ mài mòn
(AS - Abrasion resistant) của WPC như sau:
AS = 0,48 + 0,02X1 - 0,03X12 + 0,02X2 0,004X1X2 - 0,02X22
Hệ số tương quan: R = 0,92
Từ các phương trình tương quan ở trên ta có thể xác định được tỷ lệ hỗn hợp giữa bột gỗ,
nhựa HDPE và MAPE hợp lý, để làm cơ sở cho việc nghiên cứu thay thế tỷ lệ bột vỏ cây cho bột gỗ.
3.3. Xác định tỉ lệ trộn bột gỗ, HDPE và MAPE hợp lý
Nhằm xác định tỉ lệ trộn phù hợp giữa chất gia cường (bột gỗ) và MAPE với điều kiện thí
nghiệm, luận án đã tiến hành giải bài toán tối ưu theo phương pháp trao đổi giá trị phụ.
- Các phương trình tương quan đã được lập ở phần trên như sau:
+ Độ hút nước (W)
W = 1,12-0,17X1 + 0,03X12 - 0,23X22 - 0,07X1X2 + 0,03X22
+ Độ bền kéo (S)
S = 22,076 + 0,877X1 - 0,441X12 - 1,123X22 + 0,233X1X2 + 0,242X22
+ Độ bền uốn tĩnh (MOR)
MOR = 20,06 + 2,38X1 + 0,09X12 - 0,69X22 + 1,55X1X2 + 0,89X22
+ Mô đun đàn hồi uốn tĩnh (MOE)
MOE = 1,44 + 0,06X1 - 0,17X2 - 0,03X1X2 + 0,09X22
+ Độ mài mòn (AS)
AS = 0,48 + 0,02X1 - 0,03X12 + 0,02X2 0,004X1X2 - 0,02X22
Giải hệ phương trình gồm các phương trình tương quan trên với các điều kiện của hàm mục
tiêu, kết quả thu được như sau:
- Lượng dùng bột gỗ: 43,53 phần khối lượng
- Lượng dùng MAPE: 3,25 phần khối lượng
- Lượng dùng HDPE : 53,22 phần khối lượng
3.4. Nghiên cứu ảnh hƣởng của tỉ lệ bột vỏ cây đến chất lƣợng WPC
3.4.1. Ảnh hưởng đến khối lượng riêng
Kết quả xác định khối lượng riêng của WPC khi tỉ lệ bột vỏ cây thay thế thay đổi có quy luật
như biểu đồ hình 3.1.

1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0:100

10:90

20:80

30:70

40:60

100:0

Tỉ lệ bột vỏ cây : bột gỗ
Hình 3.2. Sự thay đổi độ hút nƣớc khi tỉ lệ bột vỏ cây thay đổi

Độ bền kéo, MPa

3.4.3. Ảnh hưởng đến độ bền kéo
Kết quả xác định độ bền kéo của WPC sản xuất từ bột gỗ, bột vỏ cây Keo tai tượng và HDPE
được thể hiện trong hình 3.3.
20
10
0
0:100

20:80

30:70

40:60

100:0

Tỉ lệ bột vỏ cây : bột gỗ

Hình 3.4. Độ bền uốn tĩnh của WPC khi tỉ lệ bột vỏ cây thay thế tăng lên


Mô đun đàn hồi uốn
tĩnh, GPa

14
1500
1000
500
0
0:100 10:90 20:80 30:70 40:60 100:0
Tỉ lệ bột vỏ cây : bột gỗ

Hình 3.5. Mô đun đàn hồi uốn tĩnh của WPC khi tỉ lệ bột vỏ cây thay thế tăng lên

Độ mài mòn, g/100
vòng

Từ hình ta thấy, quy luật thay đổi của độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn tĩnh cũng tương

mài mòn tăng lên khi lượng bột vỏ cây thay thế bột gỗ tăng lên.
3.5. Tiểu kết
(1) Keo tai tượng có chiều dày vỏ và tỉ lệ vỏ giảm dần theo chiều cao thân cây với tỉ lệ trung
bình khoảng 6,03%.
Khối lượng riêng của vỏ cây khác nhau rất lớn giữa phần gốc và phần ngọn với giá trị lần lượt
ở các phần gốc, thân và ngọn là 0,453 g/cm3, 0,285 g/cm3 và 0,189 g/cm3.
Đường kính sợi vỏ cây trung bình khoảng 19-21 µm, chiều dài trung bình khoảng 1.050-1100
µm.
Hàm lượng xenlulo trong vỏ cây chiếm 17,4%, hemixenlulo chiếm 25,8%, lignin chiếm
24,7%, chất chiết xuất trong nước nguội chiếm 14,5%, chất chiết xuất trong nước nóng chiếm 19,2%
và chất triết xuất trong dung dịch 1% NaOH chiếm 49,8%.
(2) Tỉ lệ trộn bột gỗ và chất trợ tương hợp MAPE có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng của
WPC.
Giá trị tỉ lệ trộn bột gỗ và MAPE hợp lý theo điều kiện thí nghiệm là:
- Lượng dùng bột gỗ: 43,53 phần khối lượng
- Lượng dùng MAPE: 3,25 phần khối lượng
- Lượng dùng HDPE : 53,22 phần khối lượng
(3) Tỉ lệ thay thế bột gỗ bằng bột vỏ cây có ảnh hưởng nhất định đến tính chất cơ lý của WPC.
Căn cứ xu hướng biến đổi tính chất WPC khi tỉ lệ bột vỏ cây tăng lên, có thể thấy khi lượng vỏ cây


15
cho thêm quá nhiều sẽ không có lợi cho chất lượng sản phẩm, để có thể thu được sản phẩm có chất
lượng đạt yêu cầu trong một số lĩnh vực ứng dụng, luận án khuyến nghị nên trộn khoảng 30% lượng
vỏ cây thay cho bột gỗ. Có nghĩa, tỉ lệ trộn bột vỏ cây và bột gỗ là 30 : 70 (trong tổng số 43,53 phần
khối lượng) là tương đối hợp lý.
3.6. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của công nghệ ép đùn đến chất lƣợng WPC
3.6.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ ép đến chất lƣợng WPC
3.6.1.1. Ảnh hưởng đến độ hút nước
Kết quả xác định độ hút nước của WPC được thể hiện trong hình 3.7.

nước thấp mà chi phí không cao thì có thể chọn nhiệt độ đầu đùn khoảng 140-150oC.
3.6.1.2. Ảnh hưởng đến độ bền kéo
Độ bền kéo của WPC với nhiệt độ đầu đùn khác nhau được thể hiện trong biểu đồ hình 3.8.
21
19
17
15
13
11
9
7
5
120

130

140

150

160

Nhiệt độ đầu đùn, oC
Hình 3.8. Độ bền kéo WPC khi nhiệt độ đầu đùn thay đổi

Kết quả thí nghiệm cho thấy, với nhiệt độ đầu đùn lựa chọn từ 120 oC đến 160 oC sản phẩm
WPC có độ bền kéo thay đổi khá rõ, đặc biệt là khi nhiệt độ tăng từ 120oC lên đến 140oC thì mức
độ tăng lên của độ bền kéo là nhanh nhất. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ tiếp tục tăng đến 160oC thì độ
bền kéo lại có xu hướng ổn định và giảm nhẹ, điều này có thể là do khi nhiệt độ tăng lên cao ít
nhiều làm cho liên kết giữa bột gỗ, bột vỏ cây và nhựa bị ảnh hưởng, vì thế nó làm cho độ bền kéo

oC

Mô đun đàn hồi uốn
tĩnh, MPa

Hình 3.9. Độ bền uốn tĩnh WPC khi nhiệt độ đầu đùn thay đổi
2000
1500
1000
500
0
120

130

140

150

160

Nhiệt độ đầu đùn,

oC

Hình 3.10. Mô đun đàn hồi uốn tĩnh WPC khi nhiệt độ đầu đùn thay đổi

Độ mài mòn, g/100
vòng


mài mòn giảm xuống, nhưng đến khoảng 140oC thì có xu hướng tăng lên. Nguyên nhân có thể do
khi nhiệt độ đầu đùn thấp thì khả năng trộn lẫn của hỗn hợp không tốt làm cho độ mài mòn cao, khi
nhiệt độ tăng đã làm cho nhựa và hỗn hợp chất gia cường (bột gỗ và bột vỏ cây) được trộn đều và ở


17

Độ hút nước, %

nhiệt độ dưới 140oC thì chưa gây ảnh hưởng đến hỗn hợp chất gia cường này, nhưng khi nhiệt độ
lên trên 140oC đã gây ra tác động đến tính chất của chúng, dẫn đến độ mài mòn tăng lên.
3.7. Nghiên cứu ảnh hƣởng của tốc độ quay trục vít đến chất lƣợng WPC
3.7.2.1. Ảnh hưởng đến độ hút nước
Từ thí nghiệm đã thiết kế, luận án tạo mẫu WPC với tốc độ quay trục vít khi ép đùn khác nhau
và đã tiến hành đánh giá độ hút nước sau 4 ngày ngâm nước ở nhiệt độ thường. Kết quả nghiên cứu
như hình 3.12.
2
1,5
1
0,5
0
10

15

20

25

30


30

Tốc độ quay trục vít, vòng/phút
Hình 3.13. Độ bền kéo WPC khi tốc độ quay trục vít thay đổi

Từ kết quả nghiên cứu cho thấy, khi tốc độ quay trục vít tăng lên, độ bền kéo của WPC tăng
theo, và có xu hướng đạt giá trị ổn định khi tốc độ quay từ 20 vòng/phút trở lên. Điều này cho thấy,
nếu tốc độ quay của trục vít nhỏ, thì tốc độ đùn sản phẩm tương đối nhỏ, làm cho sản phẩm có thể
chưa đạt được đến khối lượng riêng như mong muốn. Nhưng khi tốc độ quay trục vít quá cao (trên
25 vòng/phút) thì khi đó có thể sản phẩm đã cơ bản đạt được đến khối lượng riêng như mong muốn
và nó sẽ ổn định, vì vậy làm cho độ bền kéo của sản phẩm cơ bản không thay đổi.
Từ đó có thể thấy, tốc độ quay của trục vít vào khoảng 20-30 vòng/phút là tương đối hợp lý.
3.7.2.3. Ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn tĩnh


Độ bền uốn tĩnh,
MPa

18
26,0
25,0
24,0
23,0
22,0
10

15

20

Hình 3.15. Mô đun đàn hồi uốn tĩnh WPC khi tốc độ quay trục vít thay đổi

Độ mài mòn, g/100
vòng

Từ kết quả thí nghiệm có thể thấy, tốc độ quay trục vít có ảnh hưởng khá rõ rệt đến độ bền
uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn tĩnh của sản phẩm. Khi tốc độ quay trục vít tăng từ 10 lên 20
vòng/phút thì độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn tĩnh tăng lên khá nhanh. Điều này là do khi
tốc độ quay trục vít tăng lên sẽ làm cho độ nén ép tăng lên, điều này cũng có thể làm cho khối
lượng riêng của sản phẩm tăng lên theo.
3.7.2.4. Ảnh hưởng đến độ mài mòn
Độ mài mòn của vật liệu khi tốc độ quay trục vít máy ép đùn thay đổi thể hiện trong biểu đồ
hình 3.16.
0,44
0,42
0,40
0,38
0,36
10

15

20

25

30

Tốc độ quay trục vít, vòng/phút
Hình 3.16. Độ mài mòn WPC khi tốc độ quay trục vít thay đổi

-1
30
130
1,2
2
1
-1
20
150
1,0
3
-1
1
30
150
0,8
4
1
1
32
140
0,9
5
1,41
0
18
140
1,4
6 -1,41
0

X2

Tốc độ quay trục vít
(v/phút)

Nhiệt độ đầu phun (oC)

Độ bền kéo (MPa)

20
130
17,5
1
-1
-1
30
130
22,6
2
1
-1
20
150
21,7
3
-1
1
30
150
22,7

0
0
Phương trình tương quan giữa tốc độ quay trục vít (X1) và nhiệt độ đầu phun (X2) với độ bền
kéo (S) của WPC như sau:
S = 21,41 + 1,22X1 - 0,78X12 + 0,56X2 - 1,08X1X2 + 0,22X22
Hệ số tương quan: R = 0,92
3.9.3. Ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh
Trong nghiên cứu này, độ bền uốn tĩnh đã được xác định với các loại sản phẩm WPC tạo ra
với các thông số chế độ ép đùn khác nhau. Kết quả như trong bảng 3.11.
Bảng 3.11. Độ bền uốn tĩnh của WPC với chế độ ép khác nhau
TT

X1

X2

Tốc độ quay trục vít
(v/phút)

Nhiệt độ đầu phun (oC)

Độ bền uốn (MPa)

1
2
3
4
5
6
7

140
154

18.8
24.0
24.8
30.2
28.8
21.9
28.3


20
25
126
18.9
8
0
-1,41
25
140
26.7
9
0
0
Phương trình tương quan giữa tốc độ quay trục vít (X1) và nhiệt độ đầu phun (X2) với độ bền
uốn tĩnh (MOR) của WPC như sau:
MOR = 2,16 + 2,17X1 + 12,83X12 + 0,44X2 - 0,58X1X2 + 14,0X22
Hệ số tương quan: R = 8,6
3.9.4. Ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi uốn tĩnh

1,247
3
-1
1
30
150
1,464
4
1
1
32
140
1,356
5
1,41
0
18
140
1,086
6 -1,41
0
25
154
1,367
7
0
1,41
25
126
1,010

20
130
1
-1
-1
0,41
30
130
2
1
-1
0,37
20
150
3
-1
1
0,38
30
150
4
1
1
0,39
32
140
5
1,41
0
0,37

+ Độ bền kéo (S) lớn nhất
+ Độ bền uốn tĩnh (MOR) lớn nhất


21
+ Mô đun đàn hồi uốn tĩnh (MOE) lớn nhất
+ Độ mài mòn (AS) nhỏ nhất (khả năng chịu mài mòn lớn nhất)
- Các phương trình tương quan đã được lập ở phần trên như sau:
+ Độ hút nước (W)
W = 1,43 + 0,07X1 - 0,07X12 + 0,18X2 + 0,03X1X2 - 0,09X22
+ Độ bền kéo (S)
S = 21,41 + 1,22X1 - 0,78X12 + 0,56X2 - 1,08X1X2 + 0,22X22
+ Độ bền uốn tĩnh (MOR)
MOR = 2,16 + 2,17X1 + 12,83X12 + 0,44X2 - 0,58X1X2 + 14,0X22
+ Mô đun đàn hồi uốn tĩnh (MOE)
MOE = 1,54 + 0,17X1 - 0,77X12 + 0,17X2 + 0,23X1X2 - 0,09X22
+ Độ mài mòn (AS)
AS = 0,44 + 0,33X1 - 0,02X12 + 0,04X2 + 0,01X1X2 - 0,01X22
Giải hệ phương trình gồm các phương trình tương quan trên với các điều kiện của hàm mục
tiêu như trên, kết quả thu được như sau:
- Tốc độ quay trục vít: 24,36 vòng/phút
- Nhiệt độ đầu đùn : 147, 5 oC
3.10. Nghiên cứu khả năng chịu tia UV của WPC từ bột vỏ cây khi thêm hạt Nano
3.10.1. Thực nghiệm tạo WPC khi cho thêm hạt nano TiO2
Trong thí nghiệm này các thông số công nghệ tạo WPC được sử dụng ngay các thông số công
nghệ hợp lý mà ta có được từ việc giải bài toán tối ưu ở phần trên.
- Tỉ lệ hỗn hợp thành phần như sau:
Chất gia cường : HDPE : MAPE = 43,53 (70% bột gỗ + 30% bột vỏ cây) : 53,22 : 3,25
- Tỉ lệ dụng TiO2 so với lượng HDPE: 0,5%, 1%, 1,5%
- Tốc độ quay trục vít: 24,36 vòng/phút

Hình 3.17. Biến đổi màu sắc khi chiếu tia UV của mẫu WPC không chứa TiO2


22
10,00
8,00
6,00
4,00
2,00
0,00
0

200

400

600

800

1000

Thời gian chiếu UV, giờ
Delta_L*

Delta_E

Hình 3.18. Biến đổi màu sắc khi chiếu tia UV của mẫu WPC chứa 0,5% TiO2
8,00
6,00


400

600

800

1000

Thời gian chiếu UV, giờ
Delta_L*

Delta_E

Hình 3.20. Biến đổi màu sắc khi chiếu tia UV của mẫu WPC chứa 1,5% TiO2

Từ kết quả thí nghiệm cho thấy, độ sáng (L*) của ván mỏng sau khi chiếu tia UV thay đổi rất rõ,
và có tính quy luật. Hơn nữa ở các mẫu WPC với lượng dùng TiO2 tăng lên thì sự thay đổi độ sáng giảm
xuống từ giá trị L khoảng 7 đến 9 xuống còn khoảng 1 đến 3.
Độ chênh lệch màu tổng E của các mẫu WPC không chứa TiO2 và mẫu chứa TiO2 cũng có
xu hướng biến đổi tương tự với L. Với mẫu không chứa TiO2 thì E có giá trị khoảng 9 đến 10,
nhưng với mẫu chứa TiO2 thì giá trị E giảm xuống còn khoảng 40-50% (khoảng 3 đến 5). Điều


23
này có nghĩa, khi cho thêm TiO2 vào trong quá trình sản xuất WPC từ vỏ cây Keo tai tượng có thể
làm tăng độ ổn định màu sắc của vật liệu khi chiếu tia UV.
Với kết quả này có thể khuyến nghị, trong quá trình sản xuất WPC từ vỏ cây Keo tai tượng
dùng làm các sản phẩm ngoài trời nên cho thêm một lượng TiO2 nhất định (khoảng từ 1,0-1,5% so
với nhựa HDPE là hợp lý). Do điều kiện nghiên cứu cũng như phạm vi của luận án nên chưa tiến

nano TiO2.
(3) Đánh giá một cách tổng hợp hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và môi trường nếu áp dụng công
nghệ sản xuất WPC từ vỏ cây gỗ rừng trồng.


24

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU, BÀI BÁO ĐĂNG TRÊN TẠP CHÍ
KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
1. Triệu Văn Hải, Cao Quốc An, Phạm Thị Ánh Hồng. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một
số yếu tố công nghệ trong sản xuất vật liệu composite từ vỏ cây và polyethylene. Tạp chí
khoa học công nghệ lâm nghiệp, số 4 năm 2015.
2. Cao Quốc An, Triệu Văn Hải, Vũ Mạnh Tường, Lê Văn Tung. Nghiên cứu ảnh hưởng
của công nghệ ép đùn đến chất lượng composite nhựa vỏ cây. Tạp chí khoa học công nghệ
lâm nghiệp, số 4 năm 2015.