Dây chuyền sản xuất vật liệu composite nhựa gỗ

Năm 2012, PGS. Nguyễn Vũ Giang - Phó viện trưởng Viện Kỹ thuật nhiệt đới cùng các cộng sự đã thực hiện một đề tài cấp Nhà nước (KC.02) nghiên cứu khoa học công nghệ định hướng ứng dụng do Bộ Khoa học và Công nghệ tài trợ, sử dụng bột gỗ được nghiền từ các phế phẩm của ngành sản xuất và chế biến gỗ trong nước kết hợp với các loại polyme nhiệt dẻo phổ biến như PE, PP, PVC, PA… và các chất phụ gia khác để tạo ra một hỗn hợp dẻo có thể đùn ép thành các sản phẩm composite nhựa gỗ trên quy mô công nghiệp. Bằng việc sử dụng những phụ gia và kỹ thuật đặc biệt, không gây ô nhiễm môi trường để tạo ra pha vật liệu thứ ba dạng hạt hoặc màng kích thước nanomet có thể gắn kết gỗ và nhựa, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc xử lý bột gỗ thành vật liệu gia cường cho nhựa nhiệt dẻo. Nhóm nghiên cứu đã trộn bột gỗ vào dung dịch TEOS để tạo ra các hạt nano SiO2 có khả năng liên kết với nhóm -OH trong bột gỗ. Khi các hạt SiO2 này bám vào bề mặt bột gỗ, chúng sẽ lấp đầy các lỗ trống khiến bột gỗ được phủ tấm áo mới kị nước và trở nên tương thích hơn với bề mặt nhựa. Các chất hóa học trong phụ gia sẽ khơi mào cho những phản ứng tạo liên kết ngang, hình thành nên cầu nối giữa vật liệu nhựa nền và bột gỗ. Ưu điểm của các hạt hoặc màng nano này là làm tăng bề mặt riêng của bột gỗ tiếp xúc nhựa nền trong quá trình phối trộn nóng chảy, do đó làm tăng khả năng kết dính với nền nhựa khi hình thành sản phẩm cuối. Kỹ thuật phối trộn với tốc độ cao lên tới hàng trăm vòng/phút và nhiệt ma sát trong khi quay sẽ khiến bột gỗ dàn đều trên nền nhựa. Kết thúc quá trình này, hỗn hợp sệt sẽ được đưa vào máy đùn trục vít để đẩy khuôn, qua hệ thống làm mát bằng nước và ra thành phẩm profile composite nhựa gỗ.

Điểm mới của quy trình này là đã giải quyết được vấn đề tương hợp giữa bột gỗ với nền nhựa, đưa được lượng bột gỗ cao lên tới 60-70% khối lượng hoặc hơn vào trong sản phẩm tùy theo chất lượng yêu cầu. Điều này sẽ giúp giảm giá thành sản xuất vật liệu ở Việt Nam và khiến composite có nhiều tính chất giống gỗ hơn, cân đối giữa sức bền và tính thẩm mỹ, đồng thời vẫn có được các tính chất quan trọng của nhựa như chống ẩm, chống thấm và dễ tạo hình.

Quy trình sản xuất trên đã được Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ KH&CN) cấp bằng độc quyền sáng chế số 1-0017173 (công bố đơn năm 2013) cho gỗ nhựa composite trong nhà, và bằng độc quyền giải pháp hữu ích số 2-0001768 (công bố đơn năm 2015) cho gỗ nhựa composite ngoài trời.

Trên thực tế, các nhà khoa học đã tìm mọi cách để thiết kế vật liệu composite của mình trở nên thân thiện với môi trường. Việc sử dụng nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh cũng góp phần giải quyết bài toán đau đầu tại điểm cuối vòng đời sản phẩm. Sau nhiều năm sử dụng, ván sàn hay vách cửa làm từ vật liệu gỗ composite có thể thu hồi, làm sạch, nghiền nhỏ và sử dụng phương pháp nhiệt để trở lại dạng hỗn hợp ban đầu trước khi gia công lại. “Với chúng tôi, đây là điều làm cho vật liệu nhựa gỗ này trở nên đáng quý. Nó tận dụng mọi vật liệu và giảm thiểu tối đa rác thải ra môi trường”, anh nói.

Quy trình này là đã giải quyết được vấn đề tương hợp giữa bột gỗ với nền nhựa, đồng thời đưa được lượng bột gỗ cao lên tới 60-70% khối lượng hoặc hơn vào trong sản phẩm tùy theo chất lượng yêu cầu. Điều này sẽ giúp giảm giá thành sản xuất vật liệu ở Việt Nam và khiến composite có nhiều tính chất giống gỗ hơn, cân đối giữa sức bền và tính thẩm mỹ, nhưng đồng thời vẫn có được các tính chất quan trọng của nhựa như chống ẩm, chống thấm và dễ tạo hình. Điều đáng quý ở vật liệu gỗ composite này là sau nhiều năm sử dụng, ván sàn hay vách cửa làm từ vật liệu gỗ composite có thể thu hồi, làm sạch, nghiền nhỏ và sử dụng phương pháp nhiệt để trở lại dạng hỗn hợp ban đầu trước khi gia công lại. Điều này giúp cho cho chúng ta có thể tận dụng lại vật liệu và giảm thiểu tối đa rác thải ra môi trường.