農(nóng)作物秸稈表面性能及膠合重組技術(shù)研究.pdf

1、我國(guó)是一個(gè)森林資源相對(duì)貧乏的國(guó)家，木材供應(yīng)日趨緊張。而農(nóng)作物秸稈資源十分豐富，年產(chǎn)近6億噸。迄今為止，我國(guó)農(nóng)作物秸稈的綜合利用除少量用作造紙、飼料外，工業(yè)化利用率很低。大量秸稈資源由于無(wú)法合理、科學(xué)的利用，造成了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。利用農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)人造板產(chǎn)品的研究，雖然取得了可喜的研究成果，但生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品仍局限在利用麥秸和稻草生產(chǎn)碎料板。本研究以幾種高大農(nóng)作物秸稈為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)其纖維形態(tài)、化學(xué)成分、表面形貌及成分、表面潤(rùn)濕性及表

2、面膠合性能的研究，探索秸稈表面改性的方法，結(jié)合重組木和單板條層積材的生產(chǎn)工藝，在基本不破壞秸稈縱向強(qiáng)度的條件下，探討秸稈膠合重組工藝技術(shù)，為農(nóng)作物秸稈的合理、科學(xué)利用提供理論依據(jù)。 借助于光學(xué)顯微鏡(OM)和掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)原料外貌和纖維形態(tài)進(jìn)行觀(guān)察和分析，利用化學(xué)分析方法測(cè)定了秸稈的化學(xué)組成及化學(xué)性質(zhì)，秸稈纖維的纖維形態(tài)、化學(xué)組分及纖維素含量與木材纖維大致相同，但木素含量較少，接近于部分闊葉材，半纖維素含量比木材纖維

3、多，而且灰分含量高。具有較大的酸堿緩沖容量，對(duì)常用膠粘劑膠合有不利影響。必須適當(dāng)調(diào)整調(diào)膠工藝。 借助掃描電子顯微鏡和X射線(xiàn)能譜儀(SEM-EDAX)分析，秸稈表面除H外，主要由C、O、Si、K四種元素組成，高粱和玉米秸稈表面含Si量高達(dá)30％以上，葵花稈表面含Si量較少。高粱稈表面塊狀物和棒狀物則主要由高碳化合物組成。 借助于OCA20光學(xué)接觸角測(cè)定儀并根據(jù)W.A.Zisman提出的臨界表面張力概念，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定和理論計(jì)算

4、，得出秸稈表面自由能分別為：高粱稈19.9mN/m，新疆葵稈30.2mN/m，貴州葵稈17.4mN/m，玉米稈29.6mN/m。秸稈的表面自由能比木材要低得多，屬于低能表面固體。 接觸角測(cè)定及膠合試驗(yàn)表明，除了異氰酸酯外，脲膠、水溶性酚膠及醇溶性酚膠對(duì)幾種秸稈的表面不能形成有效的膠合，必須對(duì)秸稈表面改性和膠料改性。但秸稈分離后制成的板材可以形成一定的分布不均的膠合強(qiáng)度。說(shuō)明分離有助于表面難粘秸稈材料的膠合，分離的單元越小即表面積

5、越大，重組后的膠合性越好?；瘜W(xué)藥劑對(duì)高粱稈表面的潤(rùn)濕性有一定改善。在本試驗(yàn)條件下，酸堿處理對(duì)于改善高粱稈表面潤(rùn)濕性的作用不明顯。而表面活性劑處理對(duì)于改善高粱稈表面潤(rùn)濕性的作用比較明顯。雖然試驗(yàn)所用各種化學(xué)藥劑對(duì)高粱稈表面的潤(rùn)濕性有一定改善，但對(duì)膠合性能的改善效果不明顯。 空氣低溫等離子體能快速、有效地改善秸稈表面的潤(rùn)濕性和膠合性能。放電功率、氣體壓力、處理時(shí)間對(duì)秸稈的低溫等離子體處理效果有影響。在本試驗(yàn)條件下，處理時(shí)間影響顯著，

6、氣體壓力和放電功率次之。其最佳處理工藝是：放電功率15W、氣體壓力20Pa、處理時(shí)間30s?？諝獾蜏氐入x子體處理秸稈后，隨著時(shí)間的推移，處理效果會(huì)逐漸減弱，但17天后會(huì)趨向于穩(wěn)定并保持很長(zhǎng)時(shí)間。 借助SEM-EDAX和FT-IR分析，空氣低溫等離子體處理對(duì)秸稈表面處理后，可以對(duì)材料表面進(jìn)行刻蝕，去除弱界面層，在秸稈纖維表面引入大量的羥基、羰基、羧基等含氧官能團(tuán)，從而達(dá)到改性的目的。 對(duì)于葵花稈、玉米稈和高粱稈等高大型農(nóng)作