二次纤维的微波强化碱预处理及其氰乙基化改性研究

对二次纤维(SF)的微波强化碱预处理及其氰乙基化反应工艺及反应产物氰乙基化二次纤维(CSF)结构、性能和热塑化机理进行探讨.结果表明,在微波辐射功率200、400和600W的作用条件下,辐射特定时间都能明显提高SF的反应程度、缩短反应时间,微波连续辐射比间歇辐射更有利于提高SF的氰乙基化反应程度;SF的氰乙基化有消晶效果,CSF的结晶度降低随着含氮量的增加而不断降低、晶面间距增大;CSF具有热塑性,可热压成形;SF氰乙基化反应程度越高,CSF的热塑性能和力学性能越好;CSF之所以具有热塑化性,与SF引入取代基团—CH2CH2 CN,纤维素的结晶结构遭到破坏而促进纤维素大分子或链段的运动有关.     

微晶纤维素氰乙基化及其反应动力学研究

通过微晶纤维素的氰乙基化试验,研究了反应温度和反应时间对氰乙基化产物取代度(DS)的影响,表明在50℃以下,微晶纤维素的氰乙基化取代度随反应温度的升高和反应时间的延长而增加。傅里叶红外光谱分析显示微晶纤维素氰乙基化后羟基峰明显减弱,并形成了新的碳氮三键吸收峰,证明纤维素中的部分羟基氢被氰乙基所取代。X射线衍射分析显示微晶纤维素中原有的结晶结构被破坏。X4显微熔融温度测定仪、维卡软化点测定仪等的分析表明微晶纤维素氰乙基化产物的热塑性先随取代度的升高而提高,取代度超过1.43后,产物的热塑性又随取代度的升高而下降。确定了微晶纤维素氰乙基化在不同温度(30、35、40和45℃)下的反应速率常数(分别为1.30、1.61、1.94和2.26 s-1),计算出了微晶纤维素氰乙基化反应的表观活化能为29.8 kJ/mol。     

生物质聚氨酯制备中微波预处理对液化的影响研究

为提高液化效率,以水为介质,将麦秆纤维在不同的微波条件下进行预处理,研究微波处理对液化效率的影响,利用FT-IR、SEM、XRD等仪器分析方法对微波处理前后的麦秆化学结构、纤维形貌和聚集态结构等进行对比分析,研究了微波加速液化反应的机理。结果表明:其他条件相同时,微波预处理3 min可将液化反应时间由未处理时的60 min降低至处理后的40 min,效果明显;研究发现微波预处理不会改变液化反应的历程,但适当的微波作用使麦秆纤维的结晶度由未处理前的46.35%下降到30.7%,麦秆纤维表面变得疏松,可及度变大,因此反应活性增强。     

纤维素预处理技术的发展

预处理在纤维素的衍生物反应和功能转化中起着非常重要的作用。本文综述提高纤维 可及度和反应性能的各种物理和化学的预处理技术及其发展,并对蒸汽爆破、微波、超声波等预处理新技术作一简单介绍。     

Effects of Microwave Pretreatment on Liquefaction in the Preparation of Biomass Polyurethane

为提高液化效率,以水为介质,将麦秆纤维在不同的微波条件下进行预处理,研究微波处理对液化效率的影响,利用FT-IR、SEM、XRD等仪器分析方法对微波处理前后的麦秆化学结构、纤维形貌和聚集态结构等进行对比分析,研究了微波加速液化反应的机理.结果表明:其他备件相同时,微波预处理3 min可将液化反应时间由未处理时的60min降低至处理后的40 min,效果明显;研究发现微波预处理不会改变液化反应的历程.但适当的微波作用使麦秆纤维的结晶度由未处理前的46.35％下降到30.7％,麦秆纤维表面变得疏松,可及度变大,因此反应活性增强.     

木材氰乙基化改性研究（Ⅱ）

利用ＮａＳＣＮ饱和的低浓度ＮａＯＨ水溶液作预润胀剂和催化剂，以丙烯腈作醚化剂对杉木进行氰乙基化改性。研究了丙烯腈用量、反应温度和时间、ＮａＯｈ浓度等对氰乙基化反应的影响。利用ＦＴＩＲ－Ｘ－ｒａｙ、ＴＭＡ、ＳＥＭ等对氰乙基化木材的微观结构和热塑性进行了研究和表征。     

浒苔纤维聚丙烯酸吸水树脂的制备及性能分析

在浒苔纤维上接枝丙烯酸,通过改变浒苔纤维的预处理方法,探讨浒苔纤维在聚丙烯酸类吸水树脂中应用的可行性。以未预处理、1%NaOH预处理和漂白预处理浒苔纤维为原料,在固定的碱用量、交联剂和引发剂用量条件下制备浒苔纤维聚丙烯酸吸水树脂,考察了预处理方法、丙烯酸中和度、浒苔纤维用量和尺寸对吸水树脂性能的影响;比较了吸水树脂对去离子水、生理盐水、人工尿液3种液体的吸液倍率。研究结果表明:合成吸水树脂过程中浒苔纤维用量为1.00 g、丙烯酸中和度为65%、筛分尺寸为250～380μm的未预处理浒苔纤维合成的吸水树脂吸液性能最好,其对去离子水、生理盐水和人工尿液的吸液倍率分别为1 643、244和201 g/g。通过扫描电子显微镜(SEM)观察发现,未预处理浒苔纤维与丙烯酸接枝效果最好,合成的树脂吸水饱和后纤维形态饱满、孔隙少。X射线衍射(XRD)结果也显示,浒苔纤维经过预处理后其非结晶区大量流失,结晶度升高,纤维素结晶区不利于与丙烯酸单体的接枝,从而阻碍了碱预处理和漂白预处理浒苔纤维与丙烯酸的接枝反应。     

漆酶预处理前后蔗渣半纤维素的提取及性质研究

以蔗渣为原料,经漆酶预处理后通过微波辅助碱法提取半纤维素,研究了漆酶预处理对蔗渣半纤维素提取效果的影响,并采用扫描电子显微镜、比表面积及孔径分析仪和凝胶渗透色谱仪等对漆酶预处理前后的蔗渣形貌、孔隙特征和半纤维素相对分子质量等进行表征。结果表明:蔗渣经160 U/g漆酶预处理后的蔗渣表面有片状结构生成,与未处理样相比,总孔体积和比表面积明显增加,分别提高了26.7%和90.5%,且局部有孔洞出现。预处理后的蔗渣50 g(绝干)在氢氧化钠质量分数8%、两者固液比1∶20(g∶mL)、微波功率800 W、提取时间50 min、提取温度90℃的微波辅助碱法提取条件下,蔗渣半纤维素产率高达89.0%。     

桉木纤维预处理对酚醛泡沫复合材料性能的影响

利用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)及碱液和KH-550复合的方法对桉木纤维进行预处理,制备桉木纤维-酚醛泡沫复合材料。分析了预处理方法对桉木纤维分子结构、结晶性能和微观形貌的影响,以及预处理方法对桉木纤维复合泡沫机械性能、燃烧性能、隔热性能、微观形貌等性能的影响。结果表明,预处理改变了桉木纤维的微观结构,增强了纤维的结晶度,改善了桉木纤维与酚醛树脂间的界面相容性,复合泡沫的各项性能显著提高,其中弯曲和压缩强度最大提高了约45%和112%,粉化率、导热系数和泡孔孔径最多降低了80.3%,6.8%和300.0%,但预处理对阻燃性无促进作用,复合泡沫的极限氧指数最大降低了13.4%。综合分析可知,KH-550直接处理的复合泡沫各项性能较优,且纤维的质量分数应控制在5%以内。     

纤维素酶预处理对杨木APMP浆配抄性能的影响

为了改善杨木高得率浆的配抄性能,扩大其应用范围,研究探讨了纤维素酶预处理对杨木碱性过氧化氢机械浆(APMP浆)配抄性能的影响。结果表明,与未经过酶预处理的杨木APMP浆相比,酶处理后APMP浆打浆能耗最大可降低19%,纤维吸水润胀程度增加,保水值增加12.6%;与不同比例针叶木漂白硫酸盐浆(BKP浆)配抄后,纸张的裂断长、耐破指数和撕裂指数均有所提高,最大可分别提高6.1%,44.6%和30.3%,纸张的松厚度、白度和不透明度稍有降低。纤维质量分析仪(FQA)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析结果显示,酶处理后纤维平均长度增加7.0个百分点,细小纤维组分减少10.0%,纤维卷曲指数降低22.4%,结晶度提高0.7%。可见,纤维素酶预处理可以改善杨木APMP浆的配抄性能,提高纸浆纤维质量,所配抄的纸张的物理强度性能指标有显著提高。     

不同预处理对竹纤维束提取及其结构的影响

采用3种不同的预处理工艺提取获得竹纤维束,利用光学显微镜和X射线衍射法分别比较3种工艺下竹纤维束的微观形态和结晶结构。研究结果表明,低碱处理可分离提取竹纤维束,提取的竹纤维束为黄褐色丝状,直径为100～200μm。微观形态下,竹纤维束横截面呈蜂窝状,纵面呈多根柱形紧密排列状。3种工艺中,10%碱常温处理分离竹纤维最易,分离效果最好,残留基质黏附最少。由竹材经3种工艺提取的竹纤维束,结晶结构未改变,但相对结晶度均较原竹材有所提高。     

蒸汽爆破-乙醇蒸煮两步法预处理对麦秆结构的影响

对麦秆采用先蒸汽爆破后乙醇蒸煮的两步法进行预处理,研究预处理对麦秆组分及结构变化的影响。蒸汽爆破过程实验条件选取200 g绝干麦秆,压力1.75 MPa和时间3.5 min。乙醇预处理过程选取80 g蒸汽爆破麦秆(绝干),55%乙醇,两者固液比1∶5(g∶mL),温度170℃、时间30 min。通过高效液相色谱法测定,预处理最终产物组分中半纤维素降低89%左右,木质素降低35%左右。采用红外光谱、纤维形态分布分析及SEM分析对预处理过程中麦秆结构变化情况进行研究,结果表明:蒸汽爆破过程破坏了半纤维素酯键连接且半纤维素降解非常明显,但对纤维素链结构影响和降解作用相对较低;麦秆经过蒸汽爆破预处理后,纤维平均长度明显降低,而平均宽度却显著增加;再经乙醇预处理后纤维平均长度基本保持不变,但平均宽度降低;经两步预处理后麦秆纤维的天然物理结构由紧密到蓬松,纤维束呈松散状态且纤维表面基本无碎片附着物,利于后续加工利用。     

植物纤维预处理与降解方法研究

指出了植物纤维含有大量纤维素,是世界上最大的可再生资源,但目前大部分作为废弃物处理造成了资源浪费。探讨了植物纤维结构特点、植物纤维的预处理方法和降解的主要手段等,提出了预处理方法和降解方法的合理选择是有效地资源化利用植物纤维的关键。     

绿液预处理对麦草化学成分及酶水解糖化的影响

主要探讨在不同温度、用碱量和硫化度条件下绿液预处理对麦草化学成分及酶水解效率的影响。随着预处理用碱量和硫化度的提高木质素的脱除率增加,但同时也加剧了碳水化合物的降解,导致麦草浆得率下降。绿液预处理废液的pH值小于9.5,弱碱介质可以减少碳水化合物的降解,同时避免禾草原料含量较高的硅溶解在黑液中,有利于废液的碱回收利用。预处理后浆料经过由纤维素酶、木聚糖酶和β-葡萄糖苷酶组合而成的混合酶液水解,纤维素酶用量从5 FPU/g增加到10 FPU/g时,总糖得率及转化率显著增加。在酶用量为10 FPU/g条件下经过48 h的酶水解后,温度130℃、用碱量8%、硫化度40%条件下的预处理浆料总糖得率达到最大值43%,总糖转化率为73.1%。     

Effect of steam pretreatment on wood moisture content and characteristics of vacuum drying

The effects of high temperature steam pretreatment on the change in wood moisture content (MC) and characteristics of vacuum drying were investigated in this study. Poplar and manchurian walnut woods were pretreated with high temperature steam at 100°C and 140°C, prior to vacuum drying. A comparison of the characteristics of vacuum drying between steam pretreated wood and untreated wood was carried out. The results show that during steam pretreatment, the MC of wood decreased within a few hours. The reduction of MC varied with the temperature; the higher the temperature, the faster the MC dropped. During the vacuum drying stage, the rates of drying of pretreated samples were higher than those of untreated samples when MC was below the fiber saturation point. Furthermore, the total drying time of samples treated at a steam temperature of 140°C was lower than that of untreated samples. Therefore, a vacuum procedure after steam pretreatment can effectively shorten the drying time when drying wood.     

剑麻纤维/聚丙烯木塑复合材料耐磨性能研究

采用熔融共混、模压成型方式制备剑麻纤维(SF)/聚丙烯(PP)木塑复合材料,探讨剑麻纤维对复合材料耐磨性能的影响;考察SF的表面处理方式、用量以及同玻璃纤维(GF)混杂增强与复合材料耐磨性能的关系;通过扫描电镜(SEM)对复合材料磨损的表面形态结构进行了研究。结果表明:SF的表面处理方式和用量对材料耐磨性能有一定影响;SF与GF混杂后材料的耐磨性能随SF用量的增加而增加;纯PP树脂的摩擦以磨粒磨损和粘着磨损为主,SF/PP复合材料磨损以磨粒磨损为主,SF/GF/PP复合材料的磨损是磨粒磨损和粘着磨损共同承担的结果。     

碱液处理对改善竹束液体渗透性能的研究

竹材液体渗透性是影响竹材改性处理效果的重要因素。采用碱液处理(80℃,质量分数1%～4%,处理时间1～4 h)竹束,分析工艺参数对竹束质量损失率、染液质量增加率的影响,解析处理前后竹材微观构造、孔隙结构参数的变化情况,揭示碱液处理改善竹材液体渗透性的机理。结果显示,碱液质量分数及处理时间对竹束质量损失率影响显著。碱液质量分数2%、处理时间1 h条件下,可以在保证竹束液体渗透性改善效果和处理效率的同时,使竹束质量损失率较小。扫描电镜观察发现,碱液处理后竹束导管等细胞产生明显皱缩,导管壁上规则的网状孔隙结构产生破坏,竹材部分闭塞孔隙结构重新打开,竹纤维产生剥离现象。压汞测试分析发现,碱液处理后竹材显微构造变化会导致竹束内部孔体积增大;细胞壁内部孔径40 nm左右的孔隙增多,孔径增大。竹束纤维细胞剥离可增加液体渗透通道,缩短液体渗透路径,降低液体渗透压,提升液体渗透效率。孔体积的增大导致流体在竹束内部的渗透量增大,孔径增大导致流体在竹束内部渗透的效率提高。竹束细胞壁内部小尺寸孔隙的增加,使流体有更多的渗透路径向细胞壁内部渗透,易于实现深度均匀渗透。     

Performance characterization of rigid polyurethane foam with refined alkali lignin and modified alkali lignin

The two kinds of rigid polyurethane (PU) foams were prepared with respectively adding the refined alkali lignin and alkali lignin modified by 3-chloro-1,2-epoxypropane to be instead of 15% of the polyether glycol in weight. The indexes of mechanical performance, apparent density, thermal stability and aging resistance were separately tested for the prepared PU foams. The results show that the mechanical property, thermal insulation and thermal stability for PU foam with modified alkali lignin are excellent among two kinds of PU foams and control samples. The additions of the refined alkali lignin and modified alkali lignin to PU foam have little effect on the natural aging or heat aging resistance except for decreasing hot alkali resistance apparently. Additionally, the thermal conductivity of modified alkali lignin PU foam is lowest among two kinds of PU foams and control samples. The alkali lignin PU foam modified by 3-chloro-1,2-epoxypropane could be applied in the heat preservation field.