Công nghệ gỗ trấu và các xu hướng
ứng dụng phụ phầm xenlulo để chế
tạo gỗ
Bài viết này giới thiệu khái quát về công nghệ gỗ trấu và các xu hướng ứng
dụng phụ phẩm xenlulo để chế tạo gỗ. Đặc biệt nhấn mạnh đến tiềm năng sử
dụng trâu để sản xuất gỗ tại Việt Nam. Nếu sản xuất được 1 triệu tấn gỗ trấu thì
sẽ có thể xuất khẩu được doanh số tương đương xuất khẩu 2 triệu tấn gạo.
Ngoài ra cũng đề cập đến các khía cạnh khác của công nghệ này như các lợi ích
từ bảo vệ môi trường, tạo việc làm…
Thông tin chung
Đã có nhiều nghiên cứu nhằm sử dụng trấu và rơm rạ một cách hiệu quả hơn.
Trong số đó có nghiên cứu sản xuất gỗ sinh thái TGV (Trấu gỗ Việt Nam)
xenlulo composite từ trấu. Đây là công trình khoa học kết hợp giữa Viện
Nghiên cứu Lúa, Đại học Nông nghiệp Hà Nội và Viện Vật lý - Viện Khoa học
Công nghệ Việt Nam.
Vài nét về công nghệ TGV
Công nghệ TGV gồm các khâu: Nghiền trấu thành bột; Trộn bột trấu với keo và
phụ gia để tạo viên nguyên liệu; Đùn viên nguyên liệu thành các tấm hoặc thanh
TGV.
Nghiền trấu thành bột: Đây là một công nghệ đơn giản. Người ta có thể nghiền
đập trấu trong các máy nghiền cánh búa, có tốc độ cao. Máy nghiền thường
chọn loại có công suất 35 kW đạt năng suất nghiền đến 5 tấn/h. Điều đặc biệt
cần lưu ý là trong quá trình nghiền cần phải có hệ thống hút bụi để đảm bảo sức
khỏe cho công nhân. Độ mịn của trấu sau nghiền đến 0,lmm (qua sàng 40 mesh)
là giá trị thích hợp. Trấu có thể được nghiền trong xí nghiệp chính hoặc có thể
được nghiền ở các hộ nông dân. Nếu nghiền ở hộ nông dân thì cần phải có hệ
thống kiểm tra.
Trộn keo và phụ gia: Keo kết dính là một thành phần cơ bản của công nghệ
TGV. Keo là các loại chất polime chuyên dụng, dễ thấy ở Việt Nam. Keo được
trộn với trấu trong các máy trộn có tốc độ quay 300 - 400 vòng/phút. Thường có
công suất 250 kg/h, tức là khoảng 5 tấn/ngày. Đối với các xưởng lớn, người ta
thường sử dụng 2 hoặc 3 máy trộn. Khi trộn keo và phụ gia với trấu, thì keo
nóng lên gần đến nhiệt độ chảy dẻo và quyện chặt với bột trấu. Để lợi dụng cơ
chế này, người ta đã chế tạo các máy trộn có gia nhiệt. Do đó, có hai loại máy
trộn, máy trộn nóng và máy trộn lạnh. Máy trộn nóng mặc dù giá thành cao
nhưng đều hơn.
Chế tạo viên nén: Mục đích của việc chế tạo viên nén là tiếp tục làm đồng đều
nguyên liệu và làm tăng mật độ của chúng. Bởi vì vật liệu càng đều và càng có
mật độ cao thì chất lượng sản phẩm gỗ càng tăng, đặc biệt là các chỉ tiêu cơ lý.
Có hai cách chế tạo viên nén:
Cách thứ nhất: Đùn ép trong các hệ đùn trục xoắn: Có thể là đùn trong máy một
trục hoặc máy hai trục. Máy một trục thì rẻ nhưng độ nén không cao. Máy đùn
hai trục thì đạt độ nén cao (mật độ cao) và năng suất cao. Tuy vậy, máy tạo viên
nén hai trục rất đắt. Ví dụ, máy của Đức năng suất 250 kg/h có giá đến 2 triệu
Euro. Trong khi đó, cũng máy tương đương như vậy, nhưng của Trung Quốc thì
giá khoảng 3 tỷ đồng.
Cách thứ hai: Tạo viên nén trong máy nén viên gỗ: Máy nén viên gỗ là các máy
nén mùn cưa thành viên có đường kính 8-10 mm, chiều dài 5 - 8 mm. Loại máy
này năng suất có thể đạt đến 5 tấn/h. Tức là một ngày có thể chế tạo được 100
tấn nguyên liệu. Tuy nhiên máy cũng rất đắt, khoảng 30 tỷ đồng, hơn nữa độ
nén chặt lại không cao như cách tạo viên trong máy đùn hai trục.
Đùn thanh gỗ profil: Các thanh gỗ dài tùy biến có tiết diện ngang định hình theo
khuôn được gọi là profil. Các profil được đùn ra trong các máy đùn hai trục
song song. Loại tốt nhất là loại máy đùn hai trục, có tỉ lệ chiều dài trên đường
kính L/D lớn (thường L/D > 20). Trục đùn cần được chế tạo bằng thép tốt, độ
chịu mài mòn cao. Bởi vì trong quá trình sử dụng các hạt khoáng trong vỏ trấu
vốn rất cứng sẽ nhanh chóng mài mòn các khe răng, làm cho áp suất đùn giảm.
Khi vật liệu được đùn trong máy đùn, một số quá trình lý hóa sẽ xảy ra liên tiếp,
bao gồm:
Quá trình ăn liệu: Đây là quá trình các khe răng của hai trục quay ngược chiều
nuốt vật liệu thô vào khe giữa hai trục máy đùn. Lúc đó, vật liệu còn nguội chưa
chảy thành dòng để đi vào nòng đùn và được cuốn cưởng bức vào thân máy.
Máy càng lớn, thể tích khe răng càng cao thì tốc độ ăn liệu càng lớn, năng suất
đùn càng cao.
Quá trình trộn đều và chảy lỏng: Sau khi bị cuốn vào trục đùn, vật liệu sẽ bị đưa
vào khu vực nhiệt độ cao. Các chất keo nhựa sẽ bị chảy lỏng ở nhiệt độ thích
họp. Nhiệt độ gia công thay đổi theo chủng loại keo, thường từ 15°c đến 21°c...
Tuy vậy, trong suốt chiều dài đùn (khoảng 2.000 mm) thì nhiệt độ còn phải
được điều chỉnh rất tinh tế nữa.
Quá trình thổi gió: Quá trình này cần thực hiện khi vật liệu đùn đã đi qua được
khoảng ½ thân trục đùn. Vì khi đó một số sản phẩm đã hóa hơi như hoi nước,
khí cháy, dầu bốc hơi... Các sản phẩm dạng khí này nếu không được hút đi thì
chúng sẽ tạo thành các lỗ rỗng bên trong sản phẩm và làm giảm đặc tính cơ lý.
Mặt khác, chúng sẽ gây nứt vỡ sản phẩm trong quá trình làm mát ở giai đoạn
sau.
Quá trình đồng đều hóa: Đây là quá trình quan trọng đối với tất cả các sản phẩm
composite. Bởi vì nếu các chất keo không được hòa đều với bột trấu thì chúng
sẽ tạo nên các chỗ yếu cục bộ, làm giảm nghiêm trọng các chỉ tiêu về bền uốn,
bền kéo... Quá trình đồng đều hóa là quá trình keo nhựa chảy đều và thấm ướt
mặt ngoài của tất cả các hạt trấu vi mô.
Quá trình nén tạo áp suất: Đây là quá trình nén các hạt trấu đã thấm ướt keo với
nhau. Khi đó thể tích khối vật liệu giảm xuống do lực đùn tăng cao, các hạt trấu
bị ép sát vào nhau, các mối tiếp giáp giữa các hạt bị keo nhựa ken cứng, vật liệu
trở thành một khối dẻo chắc đặc. Chúng sẽ uốn lượn theo biến dạng của khuôn,
định hình theo khuôn, sau đó sẽ cứng hóa trong quá trình làm mát ở miệng
khuôn.
Quá trình làm mát: Đây là quá trình sau khi vật liệu chảy lỏng đã được định
hình trong khuôn. Sự làm mát là quá trình giảm nhiệt đột ngột để keo nhựa cứng
lại. Để keo nhựa cứng lại, thông thường nhiệt độ phải giảm với gradient
>5°c/mm. Người ta có thể dùng máy làm mát chuyên dụng gọi là các chiller.
Chiller thực chất là một máy lạnh công nghiệp. Hoặc người ta cũng có thể làm
mát bằng nước tuần hoàn, dạng dòng chảy có áp hoặc dạng phun nước.
Khả năng bảo vệ môi trường
Khoảng 30% khối lượng rác thải tại các thành phố lớn của Việt Nam là cây,
que, củi vụn và gỗ đã sử dụng. Hàng triệu tấn trấu ở đồng bằng sông Cửu Long
đang làm tắc nghẽn kênh rạch. Chúng sẽ được tái chế làm nguyên liệu đầu vào
cho ngành gỗ công nghiệp. Do đó, công nghệ TGV sẽ góp phần tích cực để bảo
vệ môi trường. Theo một hướng khác, nhân dân sẽ tích cực trồng rừng để có
nguyên liệu bán cho các nhà máy gỗ công nghiệp. Rừng sẽ được trồng rất nhiều,
mà không bị phá. Thậm chí gỗ công nghệ TGV còn chấp nhận nguyên liệu đầu
vào là các cây ngắn hạn như đay, rơm rạ, tre, nứa, keo, tràm... Ngoài ra, các sản
phẩm gỗ công nghệ TGV còn có thể được tái sinh. Tức là các sản phẩm cũ, có
thể được đưa đến nhà máy để xay nghiền lại, chế tác thành gỗ mới. Do đó, có
thể nói gỗ TGV là một công nghệ không phế thải.
Kết luận
Các yếu tố kể trên là những yếu tố quan trọng đảm bảo cho một ngành công
nghiệp ra đời và phát triển mạnh mẽ. Các yếu tố ấy đã bao hàm toàn bộ quá
trình của sản phẩm từ thị trường đầu ra, đến công nghệ và đầu vào nguyên liệu