蒸煮处理对竹纤维化学组成的影响及机理

采用热机械-蒸煮方法制备慈竹纤维,并运用FTIR、x-射线衍射分析技术对蒸煮处理前后慈竹纤维的化学组成、结晶结构进行了研究,此外,还研究了处理前后慈竹化学成分的变化,结果表明:不同蒸煮工艺处理后竹纤维的纤维素较未处理竹材有所上升,而木质素含量有所下降,其中,第2组蒸煮工艺所得纤维素含量提高了19.27%,木质素含量下降了38.85%,运用x-射线衍射测得的纤维素结晶度均有所上升。     

木质素改性脲醛树脂对竹层积材甲醛释放量及胶合性能的影响

针对竹层积材中甲醛释放量过高的问题,以碳化竹片为原料,利用木质素作为脲醛树脂胶黏剂的甲醛捕捉改性剂,对脲醛树脂胶黏剂进行共混改性后压制双层竹层积材。采用木质素添加量和组坯方式的双因素分析法,探讨木质素改性脲醛树脂胶黏剂对竹层积材甲醛释放量及胶合性能的影响;采用环境扫描电子显微镜(ESEM)对木质素改性后的竹层积材胶合界面进行微观形貌分析。木质素的加入使竹层积材的甲醛释放量明显降低,各组坯方式下竹层积材的甲醛释放量差异较小,均可达到GB 18580—2001标准规定的E2级;随着木质素添加量的增加,竹层积材的剪切强度逐渐增大,竹黄面与竹黄面无节组坯试件(II)、竹黄面与竹青面无节组坯试件(IO)及竹黄面与竹黄面有节组坯试件(Node)的剪切强度均在木质素添加量为40%时达到最大,分别为7.6,8.0和8.5 MPa,相比空白组分别提高了85%,70%和41%;对于竹黄面与竹黄面组坯试件,带节试件的胶层剪切强度大于无节组;由ESEM可知,碳化竹材胶合界面被压缩甚至压溃,表面细胞不同程度呈扁平碎片状,胶黏剂主要渗透到竹材的表层破坏细胞,多数为薄壁细胞,位于竹材表层的维管束中偶尔也会有胶黏剂存在,极少量胶黏剂可能通过裂隙进入竹材更深部位的细胞。结果表明:在相同木质素添加量条件下,组坯方式对竹层积材甲醛释放量几乎没有影响;黄-黄无节组坯试件、黄-青无节组坯试件及黄-黄有节组坯试件胶层剪切强度随着木质素添加量的增加逐渐增大,黄-青组坯试件的胶层剪切强度普遍优于黄-黄组坯试件,黄-黄有节组坯试件胶层剪切强度均大于无节试件;ESEM分析表明,由于碳化竹片表面易被压缩压溃,木质素含量较大的高黏度胶黏剂缺乏有效渗透,致使胶黏剂集聚在压溃细胞表面,竹片胶合界面有效胶层厚度增大,从而导致胶层剪切强度增加。     

碱煮氧化工艺制备竹纤维及结构性能表征

研究以竹片为原料,经氢氧化钠蒸煮预处理后匀浆,再用次氯酸钠与氢氧化钠的混合液对匀浆液干燥物进行氧化处理,以考察处理过程对纤维素结构的影响和除杂效果。同时,利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、热重分析(TG)和X射线衍射(XRD)对各阶段竹材的变化进行表征。结果表明:以8%(w/v)浓度的氢氧化钠溶液蒸煮竹材30 min,6%(w/v)的次氯酸钠(NaClO)与8%的氢氧化钠(NaOH)混合液以4∶1的体积比在40℃条件下氧化处理24 h后,得到的竹纤维平均直径为10.33μm,半纤维素和木质素可被有效去除,相对结晶度为62.93%,比原材料略有提高,制得竹纤维的热稳定性相比原材料和碱处理后样品出现下降。     

竹节对竹材动态粘弹性的影响

采用动态热机械分析仪(DMA)分析同一竹子不同高度处的竹材制成厚度相同的有节与无节的试件,以及同一高度处的竹材制成不同厚度的有节与无节试件,研究其动态力学性能变化规律.结果表明:①竹材的储能模量随温度的升高而下降,损耗模量在玻璃化转变温度前,随温度的升高而增大,超过玻璃化转变温度,随温度的升高而下降,损耗因子的变化趋势与损耗模量相同;②处于竹竿上部的竹材的常温储能模量要比下部的大,并且损耗峰温度也要稍高于下部的竹材,竹青含量越高的试件的常温储能模量和损耗模量都越高;③含有竹节的竹材的储能模量要稍高于不含竹节的竹材.     

竹节对竹材抗压力学性能影响的试验研究

以毛竹为对象,对竹材抗压性能进行研究,分析了无竹节、单竹节及双竹节对竹材抗压弹性模量、竹材横纹抗压强度、顺纹抗压强度的影响。试验结果表明:抗压弹性模量与含水率成反比,即含水率越高,抗压弹性模量越小;抗压弹性模量与竹节数成正比,按照无竹节、单竹节及双竹节试测出抗压弹性模量均值分别为12.66 GPa、13.673 GPa、14.087 GPa。对于横纹抗压,竹节能较大的提升竹材的承载性能,单竹节及双竹节较无竹节在强度上有1.30及2.333倍增加;对于顺纹抗压,竹节对提升竹材承载性能有一定影响,但幅度不够明显;通过显著性检验可知竹材有无竹节对横纹抗压强度有显著性影响,竹节对竹材顺纹抗压强度的影响在90%的置信区间上存在显著相关。     

高温蒸汽软化竹材的力学性能及结构表征

为增加竹材的塑性以达到更好的软化效果,采用高温蒸汽软化法将竹材在不同软化温度和时间下进行软化处理,以抗弯弹性模量(MOE)作为评价指标对软化效果进行了研究,并借助傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)对软化后竹材的主要官能团和结晶特性进行了表征和分析。结果表明:竹材的MOE随软化温度的升高而降低,在软化温度为160℃时降低最显著,同未处理材相比降幅达48.5%;MOE随软化时间的增加先降低后升高,在软化时间为6 min时降低最明显,降幅同未处理材相比达45.5%。当软化温度和软化时间分别为160℃和6 min时,竹材的软化效果较好。随着软化温度的升高和时间的延长,竹材半纤维素结构变化最为明显,有利于竹材的软化,竹材纤维素相对结晶度呈先增大后减小的趋势。因此,适宜的软化温度和时间对竹材的软化效果极为重要。     

竹材氨法木质素高效分离试验

本文研究了利用氨水作为蒸煮液对天然原料竹材中木质素的高效分离作用,并探讨了在不同氨水浓度,液固比,最高反应温度,最高反应温度下保温时间等条件对氨水分离竹材中木质素的影响,研究结果表明:当氨水浓度为25%,液固比为6:1,最高反应温度为180℃下保温3 h,氨水对竹材中木质素的分离效果最佳.并就反应得到的氨黑液的资源化利用提出自己看法.     

毛竹筒展平板微观结构和基本性能初步研究

为了拓展竹展平板后续加工应用,对毛竹筒高温软化前后及展平板的显微构造及基本力学性能进行了观测与测试。结果表明:竹材软化后的薄壁细胞变形较小,展平后的薄壁细胞变形较大。对比原竹材与展平板的物理力学性能,展平板的密度和抗弯弹性模量分别比原竹材增大4.40%和6.76%,静曲强度、顺纹抗压强度和顺纹抗拉强度分别降低4.35%、4.32%和20.52%。除顺纹抗拉强度指标外,其他物理力学性能指标在展平前后变化不大,基本不影响其后续的加工利用。     

毛竹筒展平板微观结构和基本性能初步研究张

为了拓展竹展平板后续加工应用,对毛竹筒高温软化前后及展平板的显微构造及基本力学性能进行了观测与测试。结果表明:竹材软化后的薄壁细胞变形较小,展平后的薄壁细胞变形较大。对比原竹材与展平板的物理力学性能,展平板的密度和抗弯弹性模量分别比原竹材增大4.40%和6.76%,静曲强度、顺纹抗压强度和顺纹抗拉强度分别降低4.35%、4.32%和20.52%。除顺纹抗拉强度指标外,其他物理力学性能指标在展平前后变化不大,基本不影响其后续的加工利用。     

水热-微波处理对榆木软化和顺纹压缩及弯曲的影响

采用水热-微波处理方法对榆木成熟材进行软化处理,通过顺纹压缩率、单维和多维弯曲最小曲率半径表征木材软化效果;以XRD,FYIR等方法测定木材表面组成、结晶度变化,分析软化处理对木材顺纹压缩的影响.结果表明:水热-微波处理可显著增强木材的软化性能,处理后木材中的抽提物几乎完全抽出(1.73%～0.47%),半纤维素发生明显降解,使木质素相对含量得到增加,木材表面羟基数量显著增加;非结晶区微纤丝趋于有序,相对结晶度提高,结晶区表面微纤丝羟基裸露,氢键键合增强,结晶区宽度增加.当采用处理方案为B时,顺纹压缩率最大,单维和多维弯曲时的曲率半径最小.较高的结晶度和适宜的羟基数量是试样B表现出较高软化性能的主要原因.     

饱和蒸汽热处理工艺对毛竹材理化性能及防霉性能的影响北大核心

采用热处理温度为140、160、180℃,热处理时间为20、25、30 min的饱和蒸汽热对毛竹材进行高温改性处理,分析了不同热处理工艺对毛竹材化学成分、结晶度和力学性能的影响,对比了不同热处理工艺条件下毛竹材的防霉效果。结果表明:1)热处理温度在140℃时,竹材中化学成分变化不大。当热处理温度在160℃以上时,竹材中半纤维素和纤维素的含量随热处理时间增加而减少,木质素相对含量呈上升趋势;2)热处理温度和时间都对竹材样品的结晶度有积极的影响;3)热处理温度在140℃时,竹材的弹性模量和静曲强度均比未处理时增加。随着热处理温度的升高和时间的延长,竹材的弹性模量和静曲强度下降,力学性能呈下降趋势。在180℃处理30 min后,处理材的弹性模量和静曲强度较未处理材降低23.15%和19.00%;4)饱和蒸汽热处理竹材的防霉能力与未处理材相比均有提高;热处理温度对竹材的防霉性能的影响大于热处理时间;经180℃处理30 min的竹材其霉变速度最慢,防霉效果最好。     

蒸煮爆破处理过程中毛竹材加工剩余物主要化学成分的变化研究

采用硫酸水解法(aldito-acetate procedure)、X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析了蒸爆过程中毛竹材加工剩余物纤维聚集态结构及主要化学成分的变化.研究结果表明,(1)毛竹材加工剩余物经蒸爆处理,60%左右的半纤维素水解,木质素低分子化且裸露到纤维表面,易被80%乙醇及木质素溶剂提取,从而实现毛竹材加工剩余物主要组分的有效分离.(2)毛竹材加工剩余物经蒸爆处理,80%乙醇抽提物得率提高,综纤维素得率减少,木质素含量减少:葡萄糖相对含量增加,半纤维素降解明显.(3)210℃处理10 min和220℃处理10 min的蒸爆浆的化学组成变化几乎没有区别,但两者与200℃处理10 min差别较大,210℃处理10 min是毛竹材加工剩余物适宜的处理温度.(4)FTIR结果显示蒸爆处理后在1040～1060 cm-1区的吸收峰分裂为明显的2个峰表明半纤维素降解,1166 cm-1处的吸收强度明显减弱,表明C-O-C键有不同程度的断裂.X-身寸线衍射分析结果显示毛竹材加工剩余物蒸爆处理后纤维素相对结晶度增加.     

冰醋酸/双氧水改性竹材物理力学性能及化学成分分析

【目的】为研究不同改性剂配比、冰醋酸浓度、处理时间和温度对竹材的顺纹抗弯强度、顺纹抗拉强度以及硬度的影响,测定其抗弯强度、抗拉强度及硬度改性处理前后变化,以期获得合适的铅笔板处理工艺。【方法】以毛竹(Phyllostachys edulis)为原料,采用冰醋酸与双氧水浸渍处理工艺,针对改性竹材的化学成分变化,通过XRD、FTIR、TG仪器对改性竹材的化学成分及改性效果进行了表征。【结果】改性竹材抗弯强度和抗拉强度分别随处理温度、冰醋酸和双氧水含量的升高而降低,相比于对照组抗弯强度平均降低44.5%,抗拉强度平均降低59.9%,硬度平均降低44.81%;TG和DTG热解峰值温度滞后,残渣率下降,说明内部冰醋酸含量增加,纤维素、半纤维素有部分被分解;经XRD分析表明改性竹材的结晶度下降约1.5%,结晶度随着处理温度的升高有所降低;在1 250～1 377 cm^-1区域的甲基、羧基吸收峰和3 415 cm^-1处羟基吸收峰的增强,表明竹材内部亲水基团增加。【结论】优选改性剂浓度配比为1∶1,处理温度为60℃,处理时间为24 h。     

水热-微波软化处理对水曲柳弯曲的影响

采用水热-微波处理方法对水曲柳幼龄材和成熟材进行软化处理,通过顺纹压缩率、单维和多维弯曲最小曲率半径表征木材软化效果。以XRD,FTIR等方法测定木材表面组成、结晶度变化,分析软化处理对木材顺纹压缩和弯曲曲率的影响。结果表明:水热-微波处理可显著增强木材的软化性能,使木材表面羟基数量显著增加,非结晶区微纤丝趋于有序,相对结晶度提高,结晶区表面微纤丝羟基裸露,氢键键合增强,结晶区宽度增加。当水煮处理时间为140～150min、微波处理时间为350s时,试材顺纹压缩率最大,单维和多维弯曲时的曲率半径最小。     

茯苓褐腐过程中木材化学成分的变化

用褐腐真菌茯苓按常规栽培方法对木材进行降解,对比研究了正常材和不同腐朽程度木材化学组成之间的差异,用傅立叶红外光谱仪(FTIR)对样品进行表征.结果发现,腐朽初期,综纤维素和戊聚糖的含量及纤维素结晶度随腐朽时间的延长逐渐降低,木质素和1%NaOH抽出物的相对含量却逐渐升高.当腐朽进行到15周时,综纤维素含量、戊聚糖含量和纤维素结晶度分别由正常材的72.80%、14.95%和40.3%下降到18.57%、8.58%和16.1%,木质素含量和1%NaOH抽出物含量分别从27.30%和12.89%增加到43.88%和70.07%.之后,随着腐朽时间的延长,木材的组成几乎保持不变.FTIR结果证实了相同的变化趋势.     

硫酸对过氧化氢-乙酸预处理巨龙竹酶解和发酵的影响

以巨龙竹(DS)为研究对象，对其进行过氧化氢-乙酸(PA)预处理，探讨预处理中硫酸添加量对竹材化学组成、酶解效率和乙醇产率的影响。研究结果表明：随着预处理过程中硫酸用量的增加，竹材中的木质素质量分数不断降低，而纤维素和半纤维素的质量分数有所增加。在预处理中，添加硫酸作为反应助剂，能够使酶解效率提升，当硫酸体积分数为0.5%时，72 h的葡萄糖和木糖得率分别为84.77%和85.05%,与未添加硫酸的过氧化氢-乙酸预处理的巨龙竹相比，分别增加了42.40%和33.72%;其水解液经酵母发酵后的乙醇质量浓度为13.52 g/L,比未添加硫酸的过氧化氢-乙酸预处理水解液增加了73.33%。在巨龙竹过氧化氢-乙酸预处理过程中以硫酸作为助剂，能够降低底物的疏水性和表面木质素覆盖率，增加结晶度和比表面积，添加0.5%硫酸，纤维素酶可及度从未添加硫酸时的282.15 mg/g增加到500.12 mg/g,进而增加了纤维素酶与纤维素之间的生产性吸附，因此使巨龙竹的酶解效率和发酵产率得到提升。     

竹材弦面纵向切削的研究

研究了竹材弦面纵向切削的3种切削方式(单劈刀切削、单刨刀切削及并列式双刨刀切削)及单刨刀切削时的切削阻力,结果表明:对竹材采用劈或刨的切削方式,均可进行弦面纵向切削并能获得质量较好的竹蔑。竹材的节间、节部、切削厚度、含水率及切削速度等因素对切削阻力均有不同程度的影响。节部切削阻力明显高于节间切削阻力;切削阻力随切削厚度的增大而增大,两者成线性关系;含水率增大时,节间切削阻力减小,而节部切削阻力变化不大;切削速度增大时,节间切削阻力基本上是下降的,而节部切削阻力是增大的。     

饱和蒸汽热处理对竹束化学成分和结晶度的影响

为揭示竹材饱和蒸汽热处理的微观机理,并为竹材材性调控及热处理工艺参数的优化提供理论依据,采用傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)和X射线衍射法(XRD)研究饱和蒸汽热处理毛竹竹束过程中,竹束初始含水率和热处理时间对其化学成分和相对结晶度的影响规律。结果表明:绝干竹束与初始含水率为20%的竹束相比,其相对结晶度迅速由0.62降低到0.50;进一步提高竹束初始含水率,热处理产物相对结晶度变化不大,维持在0.48左右。同时,热处理使竹束结晶区晶层距离变大,粒径增加。这主要是由于饱和蒸汽热处理会使竹束中产生宏观残余应力,导致晶格畸变,进而使晶格各向异性收缩。此外,随着热处理时间的延长,竹束中木质素含量逐渐提高,而半纤维素含量逐渐降低,处理50 min后半纤维素含量降低幅度分别为71.8%,68.6%,84.4%,52.2%和87.1%。纤维素含量呈现先降低后提高再降低的趋势,热处理30～40 min后,竹束中的纤维素含量达到最大值。分析认为,这主要是由于半纤维素热降解会产生大量乙酸,催化纤维素在非结晶区的降解,但随着热处理时间的延长,竹束中半纤维素降解越来越剧烈,导致纤维素相对含量增加。     

水热预处理竹材制备低聚木糖和单糖的研究

以贵州慈竹为研究对象,对其进行水热预处理(LHWP),研究不同预处理强度系数对竹材化学组分、酶水解性能及低聚木糖(XOS)浓度的影响。利用X射线衍射(XRD)和傅里叶转换红外线光谱分析仪(FT-IR)分析预处理前后物料的物理和化学结构变化。研究结果表明:水热预处理过程中竹材的半纤维素含量显著降低,而纤维素及木质素的含量则有所增加;水热预处理能够显著提升竹材的酶解效率,在预处理强度系数为4.50时,预处理竹材的酶水解性能最高,葡聚糖和木聚糖酶水解得率分别为79.0%和92.0%;而XOS质量浓度则在强度系数为3.96时,达到最大值8.7 g/L(得率55.3%),继续提高预处理强度,XOS质量浓度降低,在强度系数为4.50时,体系中仅检测到0.5 g/L(得率3.1%)XOS。     

蒸汽高温处理工艺对竹材软化效果的影响

以毛竹(Phyllostachys heterocycla cv.pubescens)材为研究对象,研究蒸汽高温处理温度、处理时间和毛竹初始含水率对毛竹抗弯弹性模量与静曲强度的影响。180℃蒸汽软化处理5 min后试件自身温度下降规律,结果表明,随着处理温度的升高和时间的延长,试件弹性模量与静曲强度均呈下降趋势,并且在处理温度为160-200℃时,其力学性能下降最快;180℃软化处理5 min后,初含水率为114%的泡水试件较初始含水率为11%的气干试件,静曲强度和弹性模量分别下降了51.8%,27.9%;蒸汽高温处理对竹材具有较好的软化效果,但处理后试件温度下降过快会导致其力学性能升高、塑性降低,不利于展平,在实际生产中应快速高效的进行软化展平,适当提高生产环境温度。