稻秸秆和桑皮提取非织造纤维材料的方法研究

论文摘要

我国有丰富的秸秆资源,年产量可达7亿多吨,居世界之首。其中玉米秸秆占36.7%,稻草秸秆占27.5%,小麦秸秆占15.2%,经计算,从这2亿多吨的稻秸秆中就可提取稻秸秆纤维达1亿来吨。每年被伐的桑条资源同样惊人,2006年我国桑蚕茧产量达73.8万吨,占世界的70%以上,生丝产量9.3万吨,生丝出口量占世界的75%,主导着国际市场形势。据推算,每年产出74万吨蚕茧需要大约1000万亩桑田来支撑。而每年要对桑树进行夏伐与冬整,据估算一亩桑田因此剪下来的桑条就有4吨,其中桑皮重占桑条约17%,桑皮纤维重占桑皮约30%,这样每亩废桑条可生产桑皮纤维约200千克,总产量可达200万吨左右,约是我国06年桑蚕茧产量的3倍。由此可以看出开发利用稻秸秆纤维和桑皮纤维有着相当大的空间。本论文研究探讨了从农业废弃物——稻秸秆和桑皮中提取非织造纤维材料的方法。提取稻秸秆纤维运用了化学和物理学相结合的手段。在一定的温度和时间下,低浓度碱能水解稻秸秆的纤维细胞间的木质素,使粘结纤维细胞的多糖物质等松动脱落,并使之纤维细胞分离成纤维状,加之均匀搅拌给了纤维细胞的离散动力,也弥补了低浓度Na+的作用效果。低浓度Na+又不充分作用于所有的木质素和多糖物质,例如非酚型α—芳基醚键、酚型β—芳基醚键的木质素就很难被低浓度碱溶液水解,这样就使一部分的木质素及多糖物质仍然连接在纤维细胞与纤维细胞之间,从而使纤维长度达到厘米级单位。由此得出的试验结论为:稻秸秆与NaOH质量配比为1:0.6;稻秸秆与溶液的固液比（g:ml）为1:30;温度设置为90℃;搅拌转子的转速为720r/min,在加热的同时均匀搅拌;作用时间120min后得到的试验结果最为理想:提取的稻秸秆纤维平均长10.3mm,宽19.3μm;纤维的纤维素含量为74.85%;灰分含量为2.21%;成纤率为25.88%;纤维束未离散率为0.5%。提取桑皮纤维方法如下:通过不同水质在有氧、无氧、室内、室外条件下分别浸泡桑皮,微生物发酵和水体生物蚀取后从而使桑条表皮和韧皮部自然分离,进而韧皮部桑皮纤维离散成单根纤维,为提取桑皮纤维用于非织造材料提供了廉价、快捷、纯天然的提取方法。并且对浸泡期间的气温、湿度、水温、pH值的变化以及水体中生物的生长情况、桑皮纤维离散状况等做了详细的观察记录;对提取后桑皮纤维的各成分含量进行了测量和分析;对成纤后非织造布湿法成网的可行性进行了预测。结果表明:实测气温25～32℃,桑皮在室内有氧条件下用池塘水或自来水浸泡发酵20到25天纤维束成单纤率最佳,提取的桑皮纤维平均长23.2mm,宽18.9μm,纤维的纤维素含量为73.92%,回潮率7.63%,苯醇提取物2.42%。本研究对不同的农业废弃物使用了不同的方法提取纤维用于非织造材料,提出的两种纤维在特点、性质、成分、状态上有一定的差异,稻草纤维较桑皮纤维硬、短,但纤维素含量与桑皮纤维相近。通过扫描电镜图可直观地看到,所提取的稻秸秆纤维和桑皮纤维在外表结构上很接近。通过与棉纤维电镜图比较,我们发现三个纤维在外表结构都很接近,表面的细丝状螺旋形皱纹是纤维的最外层——初生层,也是纤维素纤维的特征之一。通过红外光谱进一步分析得出,稻秸秆纤维、桑皮纤维、棉纤维在微观结构、成分都十分接近,从而推断三者都是纤维素纤维。由于纤维所含有的主要基团基本相同,因此波谱图的大体形状相近,各化学键振动造成的吸收峰的波谱带相差不大,所不同的是各基团含量的多少对红外光的吸收强度有所差异。我们可以根据提取的两纤维的各自特性可进行混纺,扬长避短,为不同的要求制出不同规格的产品。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 文献综述
• 1.1 稻秸秆纤维和桑皮纤维开发的目的
• 1.2 稻秸秆纤维和桑皮纤维开发的意义
• 1.3 稻秸秆纤维和桑皮纤维开发与利用的国外状况
• 1.4 稻秸秆纤维和桑皮纤维开发与利用的研究背景
• 1.5 稻秸秆纤维和桑皮纤维开发与利用的国内现状
• 1.5.1 目前秸秆资源利用的研究方向
• 1.5.2 国内桑皮纤维开发利用的现状
• 2 引言
• 2.1 本论文试验依据
• 2.2 主要研究内容
• 2.2.1 稻秸秆纤维
• 2.2.2 桑皮纤维
• 2.3 课题前景
• 3 材料与方法
• 3.1 稻秸秆原料的选取
• 3.2 桑皮原料的选取
• 3.3 稻秸秆和桑皮原料化学成分分析
• 3.3.1 试验目的
• 3.3.2 试验内容
• 3.3.3 主要仪器及试剂
• 3.3.4 试验方法与步骤
• 3.4 提取稻秸秆纤维
• 3.4.1 主要仪器及试剂
• 3.4.2 试验步骤
• 3.4.3 试验方法
• 3.5 提取桑皮纤维
• 3.5.1 主要仪器及试剂
• 3.5.2 试验步骤
• 3.5.3 试验方法
• 3.6 稻秸秆纤维和桑皮纤维的性能与结构
• 3.6.1 长度
• 3.6.2 宽度
• 3.6.3 回潮率
• 3.6.4 纤维素含量
• 3.6.5 其他成分含量分析
• 3.6.6 表面形态
• 3.6.7 微观结构
• 4 理论分析
• 4.1 主要化学成分及特性
• 4.1.1 纤维素
• 4.1.2 半纤维素
• 4.1.3 果胶物质
• 4.1.4 木质素
• 4.1.5 脂肪腊质
• 4.1.6 灰分
• 4.1.7 其他
• 4.2 脱胶机理
• 4.2.1 稻秸秆碱煮的化学脱胶机理
• 4.2.2 桑皮的生物脱胶机理
• 4.3 环境扫描电子显微镜
• 4.4 红外光谱
• 5 结果与分析
• 5.1 稻秸秆和桑皮原料
• 5.1.1 化学成分测量结果与分析
• 5.1.2 与其他一些植物纤维原料成分的比较
• 5.2 提取稻秸秆纤维结果与分析
• 5.2.1 纤维长度作指标对试验各因素的比较分析
• 5.2.2 纤维宽度作指标对试验各因素的比较分析
• 5.2.3 纤维长宽比值作指标对试验各因素的比较分析
• 5.2.4 纤维的纤维素含量作指标对试验各因素的比较分析
• 5.2.5 稻秸秆提取的纤维电镜图片
• 5.2.6 综合各指标对试验各因素的分析结论
• 5.3 提取桑皮纤维结果与讨论
• 5.3.1 pH指标测试
• 5.3.2 纤维离散指标
• 5.3.3 水面菌类生长指标
• 5.3.4 水体生物生长指标
• 5.3.5 纤维素含量指标
• 5.3.6 桑皮提取的纤维性能
• 5.3.7 桑皮提取的纤维电镜图片
• 5.3.8 桑皮纤维生物脱胶结论
• 5.4 稻秸秆纤维和桑皮纤维的性能与结构测试结果及分析
• 5.4.1 长度与宽度
• 5.4.2 回潮率
• 5.4.3 纤维素含量
• 5.4.4 纵向表面形态及微观结构
• 5.4.5 红外光谱测试结果与分析
• 5.4.6 与其他纤维素的纤维的红外光谱图的比较
• 6 结论
• 6.1 原材料化学成分分析结论
• 6.2 稻秸秆纤维提取结论
• 6.3 桑皮纤维提取结论
• 6.4 扫描电镜观察结论
• 6.5 红外光谱分析结论
• 6.6 论文创新点
• 6.7 不足之处与展望
• 参考文献
• 附录A
• 致谢
• 作者简介
• 在读期间发表的学术论文