纳米纤维素制备技术及产业化现状

近年来,随着人们对于可再生生物质资源转化利用的日益重视,纳米纤维素因其独特的性质而受到广泛关注。纳米纤维素在高性能复合材料、电子产品、催化材料、生物医用材料和能源等领域的潜在应用引起了学术界和工业界的浓厚兴趣。纳米纤维素与有着近100年发展历史的石油化工产品之间的竞争将是大势所趋。林业行业、建筑业、石化行业和制造业之间的密切合作是将绿色纳米纤维素引入大型消费品市场的关键。纳米纤维素的成本和性能非常具有市场竞争力,其两大主要产品为纤维素纳米纤丝(CNF)和纤维素纳米晶体(CNC)。目前,CNF的制备主要是用化学和酶解等方法对纤维素纤维进行预处理,再通过机械解纤法来分离和减小经过预处理的CNF尺寸。CNC则是利用无机酸、有机酸、氧化、酶解、离子液体、低共熔溶剂(DES)或超临界水法对纯化纤维素处理得到的。CNF和CNC未来的市场发展将取决于新型高效溶剂体系的开发(如固体有机酸和DES等),可大量应用纳米纤维素、有效降低总体生产成本的相关产品(如纳米纤维素复合钻井液、纳米纤维素-水泥复合材料和纳米纤维素改性塑料等)的研发,以及纤维素纳米材料的相关国际标准、生理毒性和使用规范的制订,从而帮助相关部门研发和利用纤维素纳米材料。     

纳米纤维素/聚丙烯酸⁃聚丙烯酰胺双网络导电水凝胶的合成与表征

将AA(丙烯酸)和AM(丙烯酰胺)单体通过自由基聚合及物理交联构建PAAAM(聚丙烯酸-聚丙烯酰胺)水凝胶的基本骨架,再将TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基)纳米纤维素-石墨烯(TOCN-GN)纳米导电复合物作为纳米增强相均匀分散到水凝胶基体中,通过Fe~(3+)物理交联水凝胶中的羧基形成离子配位键,建立更加紧密的交联网络,合成双重物理交联TOCN-GN/PAAAM复合水凝胶。TOCNs起到了纳米增强和协助分散GN的双重作用,而GN在提高力学性能的同时,也赋予水凝胶优异的导电性能。通过对复合水凝胶的化学结构、微观形貌、力学强度和导电性能等分析发现:当TOCNs的质量分数为2.0%,GN的质量分数为0.7%,Fe~(3+)浓度为0.10 mol/L时,导电水凝胶的综合性能最佳,如良好的抗压强度(2.15 MPa)、可拉伸性(当断裂伸长率为568.4%时,拉伸应力到达132.0 kPa)、优异的自恢复性能和抗疲劳能力(60 min内恢复效率高达92.1%)。由于GN和Fe~(3+)的存在,TOCNs可协助GN形成良好的导电通路,电导率可达2.49 S/m。此类复合导电水凝胶有望在可穿戴传感设备领域得以应用。     

木质人造板吸水过程中内部单元体尺寸及相对位置的变化

吸水易导致木质人造板物理力学性能的变化。为探讨木质人造板吸水后内部单元体尺寸及相对位置的变化,使用X射线断层扫描仪检测吸水前后4种中密度纤维板(MDF)、2种定向刨花板(OSB)和1种胶合板(PW)的内部单元体尺寸及相对位置的变化,分析了吸水导致人造板内部单元体尺寸及相对位置变化的原因,深入剖析了胶黏剂、添加剂和组坯方式对人造板结构稳定性的影响。结果表明,人造板吸水后尺寸增加主要集中在厚度方向。三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂和石蜡添加剂,二苯基甲烷二异氰酸酯胶黏剂能有效保持MDF内部单元体间相对位置的稳定。吸水后,酚醛树脂胶黏剂所制OSB易发生胶层分离。PW的内部组成结构可更好地保持人造板的尺寸稳定性和结构完整。试验结果为优化人造板生产工艺和指导人造板的合理使用提供了理论依据。     

基于快速气相电子鼻对人造板气味的分析

通过应用法国Alpha M.O.S公司生产的快速气相电子鼻HeraclesⅡ对4种不同的人造板材进行主要成分分析(PCA),软独立模型分类法(SIMCA)及统计质量控制(SQC)等的分析。测试获得了较为理想的结果,快速气相电子鼻HeraclesⅡ对于人造板的气味成分具有明显的区分辨别能力,表明电子鼻技术可以应用在人造板材领域。同时,可为人造板材的产品开发,质量检测,产品品控与板材种类辨别分析等提供参考及帮助。     

纳米SiO2 -APP 对木塑复合材料界面特性及力学性能的影响

用聚磷酸铵(APP)与阻燃协效剂纳米二氧化硅(SiO2 )制备了阻燃型木塑复合材料,并利用FTIR、SEM 和力学 性能测试仪,探讨纳米SiO2 的添加量(2%、4%、6%)和APP 的添加量(8%、10%、12%)对木塑复合材料的界面性 能和力学性能的影响。结果表明:1)当纳米SiO2 添加量为2% ~6%、APP 添加量为8% ~10%时,两者可以均匀地 分布在木塑复合材料的孔隙中,并且纳米SiO2 可以与木质纤维形成Si—O—C 结合,改善复合材料的界面性能;但 是,APP 添加量增加至12%时,纳米SiO2 和APP 之间会发生团聚,降低了复合材料的性能。2)当纳米SiO2 添加量 为2% ~6%、APP 添加量为8% ~10%时,木塑复合材料的拉伸强度和弯曲强度均比未添加纳米SiO2 、APP 的有所 增加,拉伸断裂伸长率基本保持不变,冲击强度降低。通过双因素方差分析可知,纳米SiO2 、APP 的添加量以及两 者之间的交互作用对拉伸性能、弯曲性能无显著影响,但APP 的添加量以及两者之间的交互作用对冲击强度有显 著影响。      

平面密度分布对刨花板内结合强度的影响

平面密度变异是非单板类木质人造板所共有的一种结构现象 ,其变异程度和分布特征对板材性能有一定影响。本文利用单板条模拟 4种具有不同平面密度分布的刨花板 ,讨论了随机铺装刨花板坯模型的平面密度分布规律及试件大小与密度分布的关系 ,分析了密度以及平面密度分布对非单板类木质人造板内结合强度的影响。结果表明 :随机铺装刨花板的平面密度遵循正态分布规律 ;内结合强度受密度影响较大 ,密度增加有助于内结合强度提高 ,但密度过高将导致内结合强度下降 ;试件大小影响试件之间密度变异程度 ,适当增加试件尺寸 ,可降低内接合强度测试结果的离散性。     

中美木材科学与工程类本科专业课程体系的比较研究

从课程体系的基本框架、通识教育课程、专业教育课程、实践环节等4个方面对中美木材科学与工程类本科专业课程体系的建设情况进行了比较研究,并对美国高校木材科学与工程类本科专业名称的调整趋势及其对课程体系和专业方向的影响进行了分析。在此基础上,指出美国木材科学与工程类本科专业课程体系建设值得借鉴之处在于:课程体系建设以市场为导向,能根据产业需求变化及时调整课程内容、课程结构乃至专业方向和专业名称;课程体系的主干清晰,专业理论教学内容丰实;既注重文理兼备的综合素质培养,又重视实践能力和实务能力的培养;建有与课程体系相配套的灵活学制,等等。同时指出,由于中美两国在林业产业格局和发展方向上存在巨大差异,所以针对我国国情和林业行业的实际情况而言,美国木材科学与工程类本科专业课程体系是有缺陷的,我国高校不应完全照搬,而应根据我国木材加工业的智能化发展趋势,增设或更新技术、装备和管理等方面的课程,并在教材内容建设方面逐渐从木材拓展至生物质材料,从而为我国林业产业培养合格的工程技术人才。     

秸秆人造板切碎机性能的试验研究

根据对农作物秸秆人造板生产要求的分析，设计了一新型秸秆切碎机，并对其切碎性能进行了测试．结果表明其能保证加工的要求。     

数字散斑分析技术在定向刨花板水分吸放循环中的应用

  目的  旨在深入研究水分对定向刨花板(oriented strand board, OSB)力学性能的影响规律。  方法  选取13和19 mm共2种厚度的OSB为研究对象,调整试件含水率及对试件进行吸放水循环处理,使用万能力学试验机压缩试件,同步使用数字散斑相关分析技术记录试件的面内应变分布。  结果  含水率和吸放水循环次数增加,均会增加试件厚度和压缩变形。压缩载荷作用下,压缩和剪切应变均多始于OSB试件厚度方向上的中心区域。吸放水循环会释放OSB表层内应力,造成试件表层区域结构疏松和载荷作用下表层压缩应变集中。含水率为20%时,试件压缩变形增加70%,且面内应变分布规律改变,具体表现为试件中心区域应变集中现象弱化。吸放水循环使试件面内应变增加,但对应变分布规律影响较小。8次吸放水循环后,试件压缩变形增加约30%。  结论  含水率和吸放水循环次数的增加均使OSB的抗压强度下降和厚度方向上的应变增加,含水率增加会造成应变分布改变但吸放水循环对应变分布影响不明显。图7表1参23     

玻璃纤维增强杨木混凝土模板用胶合板研究

以玻璃纤维为增强材料,酚醛树脂为胶粘剂,研究了浸胶玻璃纤维布的配置层数和配置模式对杨木混凝土模板用胶合板静曲强度和弹性模量的影响.结果表明:浸胶玻璃纤维布对杨木胶合板的顺纹和横纹静曲强度及弹性模量均具有明显的增强效果,且随玻璃纤维布层数增加,产品的静曲强度和弹性模量均呈现上升趋势.增加玻璃纤维布数量对产品静曲强度的增强效果优于弹性模量;玻璃纤维层数相同而配置模式不同的杨木胶合板静曲强度和弹性模量差异较大,将玻璃纤维配布靠近于表层配置可以发挥更好的增强效果.