酶解木质素/植物纤维复合材料制备工艺研究

论文摘要

本课题来源于国家自然科学基金“冷等离子体自由基引发与诱导接枝协同强化酶解木质素胶合力的机理”（编号：31070504）。目前能源危机和环境污染已经成为影响人类可持续发展的重大障碍,随着纤维素燃料乙醇工业的发展,酶解木质素必将成为一类丰富的可再生资源。酶解木质素的增值利用可显著地降低纤维素燃料乙醇的生产成本,有效提升纤维素燃料乙醇工业的经济活力。本文利用酶解木质素制备不添加合成树脂胶和任何化学助剂的植物纤维复合材料。研究了酶解木质素/植物纤维复合材料的制备工艺,并针对木质素分子大,芳环上的取代基较多,位阻大,反应活性不足的问题,提出采用氧冷等离子体处理活化酶解木质素,分析了氧冷等离子体处理对酶解木质素/植物纤维复合材料物理力学性能的影响。研究结果表明：1、酶解木质素的添加量、热压温度、纤维含水率、热压时间对酶解木质素/植物纤维复合材料的物理力学性能都有影响。在本文试验范围内,较优的工艺参数为：酶解木质素的添加量10%、热压温度210℃、纤维含水率20%、热压时间90s/mm。2、利用响应面优化法研究了氧冷等离子体酶解木质素/植物纤维复合材料的制备工艺。在本文试验范围内,较优的工艺参数为：热压温度210℃、纤维含水率20%、热压时间90s/mm。3、酶解木质素经氧冷等离子体改性后,能显著提高酶解木质素／植物纤维复合材料的物理力学性能,其中板材内结合强度提高21.8%,吸水厚度膨胀率减小了41.3%,静曲强度提高8.1%。4、酶解木质素经氧冷等离子体改性后,表面含氧官能团显著增加,其中-OH增加20%、-C=O增加5%,-O-C=07%。同时,酶解木质素表面自由基浓度也有所增加。含氧官能团和自由基浓度的提高有利于植物纤维间结合强度的提高。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 选题依据和意义
• 1.1.1 选题意义
• 1.1.2 研究目的和意义
• 1.2 木质素在复合材料中的应用现状
• 1.2.1 木质素在胶黏剂中的应用
• 1.2.2 木质素在木塑复合材料中的应用
• 1.3 木质素的改性研究现状
• 1.3.1 磺化反应
• 1.3.2 氧化反应
• 1.3.3 接枝共聚反应
• 1.3.4 缩合反应
• 1.3.5 曼尼希反应
• 1.3.6 烷基化和羟烷基化反应
• 1.3.7 等离子体改性
• 1.4 研究内容
• 1.5 创新点
• 2. 试验材料与方法
• 2.1 试验材料与仪器设备
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 植物纤维制备
• 2.2.2 酶解木质素/植物纤维复合材料制备工艺流程
• 2.2.3 酶解木质素氧冷等离子体改性处理
• 2.2.4 酶解木质素表面官能团分析
• 2.2.5 酶解木质素表面自由基浓度分析
• 2.2.6 酶解木质素热特性分析
• 3. 酶解木质素表面官能团及热特性分析
• 3.1 酶解木质素表面官能团分析
• 3.2 酶解木质素热特性分析
• 4. 酶解木质素/棉秆纤维复合材料制备工艺研究
• 4.1 试验方案
• 4.2 试验结果与分析
• 4.2.1 酶解木质素添加量对复合材料性能的影响
• 4.2.2 热压温度对复合材料性能的影响
• 4.2.3 含水率对复合材料性能的影响
• 4.2.4 本章小结
• 5. 氧冷等离子体改性酶解木质素/杨木纤维复合材料制备工艺研究
• 5.1 试验方案
• 5.2 试验结果与分析
• 5.2.1 工艺参数对板材内结合强度的影响
• 5.2.2 工艺参数对板材吸水厚度膨胀率的影响
• 5.2.3 工艺参数对板材静曲强度的影响
• 5.2.4 酶解木质素冷等离子体改性对板材性能的影响
• 5.3 本章小结
• 6. 总结论
• 7. 参考文献
• 详细摘要
• Abstract