农作物秸秆表面性能及胶合重组技术研究

【摘要】：我国是一个森林资源相对贫乏的国家，木材供应日趋紧张。而农作物秸秆资源十分丰富，年产近6亿吨。迄今为止，我国农作物秸秆的综合利用除少量用作造纸、饲料外，工业化利用率很低。大量秸秆资源由于无法合理、科学的利用，造成了资源浪费和环境污染。利用农作物秸秆生产人造板产品的研究，虽然取得了可喜的研究成果，但生产工艺和产品仍局限在利用麦秸和稻草生产碎料板。本研究以几种高大农作物秸秆为研究对象，通过对其纤维形态、化学成分、表面形貌及成分、表面润湿性及表面胶合性能的研究，探索秸秆表面改性的方法，结合重组木和单板条层积材的生产工艺，在基本不破坏秸秆纵向强度的条件下，探讨秸秆胶合重组工艺技术，为农作物秸秆的合理、科学利用提供理论依据。 借助于光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)对原料外貌和纤维形态进行观察和分析，利用化学分析方法测定了秸秆的化学组成及化学性质，秸秆纤维的纤维形态、化学组分及纤维素含量与木材纤维大致相同，但木素含量较少，接近于部分阔叶材，半纤维素含量比木材纤维多，而且灰分含量高。具有较大的酸碱缓冲容量，对常用胶粘剂胶合有不利影响。必须适当调整调胶工艺。 借助扫描电子显微镜和X射线能谱仪(SEM-EDAX)分析，秸秆表面除H外，主要由C、O、Si、K四种元素组成，高粱和玉米秸秆表面含Si量高达30％以上，葵花秆表面含Si量较少。高粱秆表面块状物和棒状物则主要由高碳化合物组成。 借助于OCA20光学接触角测定仪并根据W．A．Zisman提出的临界表面张力概念，经试验测定和理论计算，得出秸秆表面自由能分别为：高粱秆19.9mN／m，新疆葵秆30.2mN／m，贵州葵秆17.4mN／m，玉米秆29.6mN／m。秸秆的表面自由能比木材要低得多，属于低能表面固体。 接触角测定及胶合试验表明，除了异氰酸酯外，脲胶、水溶性酚胶及醇溶性酚胶对几种秸秆的表面不能形成有效的胶合，必须对秸秆表面改性和胶料改性。但秸秆分离后制成的板材可以形成一定的分布不均的胶合强度。说明分离有助于表面难粘秸秆材料的胶合，分离的单元越小即表面积越大，重组后的胶合性越好。 化学药剂对高粱秆表面的润湿性有一定改善。在本试验条件下，酸碱处理对于改善高粱秆表面润湿性的作用不明显。而表面活性剂处理对于改善高粱秆表面 【关键词】：农作物秸秆 表面性能 表面改性 低温等离子体改性 胶合重组技术
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：S38
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-33
• 1.1 农作物秸秆资源及利用概况13-17
• 1.1.1 农作物秸秆资源13
• 1.1.2 农作物秸秆的传统用途13-14
• 1.1.3 秸秆人造板生产研究现状14-17
• 1.2 秸秆的表面性质与表面改性17-20
• 1.3 树脂基复合材料界面研究综述20-25
• 1.3.1 复合材料概述20-21
• 1.3.2 木质复合材料界面研究21-23
• 1.3.3 增强纤维的表面处理23-25
• 1.4 低温等离子体材料表面改性25-29
• 1.4.1 低温等离子体对材料表面改性26-27
• 1.4.2 低温等离子体技术在木质材料科学研究中的应用27-29
• 1.5 纤维平行重组材研究与生产现状29-31
• 1.5.1 重组木(Scrimber)29-31
• 1.5.2 单板条层积材(PSL)31
• 1.6 本研究的意义、主要内容与创新点31-33
• 1.6.1 研究的意义31
• 1.6.2 研究的主要内容31-32
• 1.6.3 创新点32-33
• 2 秸秆原料纤维形态与化学成分分析33-44
• 2.1 试验材料及设备33-34
• 2.1.1 试验材料33
• 2.1.2 主要仪器及设备33-34
• 2.2 试验方法34
• 2.2.1 秸秆组织结构的测量34
• 2.2.2 秸秆纤维的离析34
• 2.2.3 化学成分的测定34
• 2.2.4 PH值与酸碱缓冲容量的测定34
• 2.3 试验结果与分析34-43
• 2.3.1 葵花秆34-41
• 2.3.2 玉米秆41-42
• 2.3.3 高粱秆42-43
• 2.4 小结43-44
• 3 秸秆表面形貌与表面成分研究44-49
• 3.1 试验材料及方法44-45
• 3.1.1 试验材料44
• 3.1.2 试验设备44-45
• 3.1.3 试验方法45
• 3.2 试验结果及分析45-48
• 3.2.1 秸秆表面形貌分析45-46
• 3.2.2 秸秆表面成分分析46-48
• 3.3 小结48-49
• 4 秸秆表面润湿性与胶合性能的研究49-70
• 4.1 试验原理49-56
• 4.1.1 润湿过程的热力学原理50-53
• 4.1.2 润湿过程动力学原理53-54
• 4.1.3 润湿性、粘附功和胶接强度54-56
• 4.2 试验材料及方法56-58
• 4.2.1 试验材料56
• 4.2.2 试验设备56
• 4.2.3 试验方法56-58
• 4.3 试验结果及分析58-68
• 4.3.1 表面润湿性分析58-64
• 4.3.2 润湿作用对界面粘合的影响64
• 4.3.3 秸秆表面的最大胶接功、胶接张力分析64-67
• 4.3.4 胶合性能分析67-68
• 4.4 小结68-70
• 5 秸秆表面化学改性研究70-75
• 5.1 材料与方法70-71
• 5.1.1 试验材料70
• 5.1.2 试验仪器70
• 5.1.3 试验过程70-71
• 5.2 结果与分析71-74
• 5.2.1 高梁秆表面的润湿性能71
• 5.2.2 酸处理对高梁秆表面润湿性的影响71-72
• 5.2.3 碱处理对高梁秆表面润湿性的影响72
• 5.2.4 表面活性剂处理对高梁秆表面润湿性的影响72-73
• 5.2.5 表面化学改性后胶合性能分析73-74
• 5.3 小结74-75
• 6 秸秆表面低温等离子体处理研究75-93
• 6.1 材料与方法76-81
• 6.1.1 试验材料76
• 6.1.2 试验设备76-77
• 6.1.3 试验方法77-81
• 6.2 试验结果与分析81-92
• 6.2.1 低温等离子体处理工艺对秸秆表面润湿性的影响81-84
• 6.2.2 低温等离子体处理秸秆表面 SEM-EDAX和 FT-IR分析84-90
• 6.2.3 处理后秸秆表面胶合性能分析90-91
• 6.2.4 低温等离子体处理时效性的分析91-92
• 6.3 小结92-93
• 7 秸秆胶合重组技术的研究93-109
• 7.1 试验材料与设备93-95
• 7.1.1 试验材料93-94
• 7.1.2 试验设备94-95
• 7.2 试验方法95-99
• 7.2.1 试验设计95-97
• 7.2.2 试验过程97-98
• 7.2.3 性能检测98-99
• 7.3 试验结果与分析99-108
• 7.3.1 葵花秆重组材试验结果99
• 7.3.2 葵花秆重组材试验分析99-105
• 7.3.3 葵花秆重组材验证试验及其性能的对比105
• 7.3.4 高粱秆及玉米秆重组材试验结果与分析105-107
• 7.3.5 几种秸秆重组材外观构造分析107-108
• 7.4 小结108-109
• 结论109-111
• 参考文献111-119
• 致谢119-120
• 攻读学位期间的主要学术成果120-121

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