基于TG-FTIR的杨木热解过程中脲醛树脂影响机理的模型物研究

热解是废弃人造板高效回收利用的方式,人造板中所含胶黏剂是其不同于生物质的主要特征。为了有效环保地利用热解技术处理废弃人造板,解明人造板热解过程中其所含脲醛树脂胶黏剂(UF)对木材热解特性的影响,深入探索UF对人造板中木材各组分的作用机制,以杨木及木材的三种主要组分(纤维素、半纤维素、木素)为研究对象,创新性地依据杨木的化学组成,以纤维素、木聚糖和木素配制成模型物,并加入UF模拟人造板的构成。利用热重红外光谱联用(TG-FTIR)分析法,对比分析了加入UF前后模型物以及杨木各主要组分的热失重特性及气相演变规律。热重及红外结果表明,UF促进了纤维素热解过程中水和羧酸类物质的生成。UF与木素结合生成热不稳定的含氮结构,释放大量氨气,并且在200～300 ℃区间内参与了木素的热解并直接影响木素热解产物的生成。由此推测,在人造板热解过程中,木材三种主要组分中与UF作用的主要成分是木素。     

离子液体对锯末中纤维素的溶解及再生研究

探讨了离子液体1-(4-磺酸基丁基)-3-甲基咪唑的硫酸氢盐(IL-1)作为催化剂,金属氯化物作为助催化剂时纤维素的水解,利用离子液体IL-1对杨木锯末中纤维素的直接溶解并再生,考察了温度、碱性溶液的浓度以及溶解时间对溶解率的影响,通过傅里叶红外光谱FT-IR、X-射线衍射仪及热失重对处理前后锯末、再生纤维素的结构、结晶性及热性能进行了研究.结果表明,温度为90℃,NaOH质量分数为6%,溶解时间为2 h时,离子液体对杨木锯末具有最佳的溶解性,溶解率可达45%左右.离子液体主要溶解杨木锯末中的纤维素,且为非衍生化的直接溶解,再生后的纤维素结晶形态由纤维素I变为II,热稳定性能有所降低.     

化学镀铜天然高分子材料表面特征的近红外光谱分析

通过对天然高分子材料木材进行化学镀的方法制成的木质电磁屏蔽材料既可以保留木材的一些优良特性,又能有效改善木材导电、 导热和电磁屏蔽性,不仅为木材的增值利用开辟了新道路,还为电磁屏蔽材料的加工利用拓宽了领域。本研究利用近红外光谱结合主成分分析法对化学镀铜处理前后样品进行了分析研究,旨在探讨利用近红外光谱技术研究该材料表面特性的可行性。结果表明：(1)化学镀铜前后样品表面的近红外光谱在形状和吸收强度上存在显著差异,而不同镀铜时间的样品之间也存在差异,尤其是反应未充分的样品。(2)经过主成分分析后,镀铜前后样品沿PC1轴、 PC2轴大致分成了6类,其中未处理样品、 活化处理样品性质较接近,镀铜时间25和40 min样品因反应充分,性质也比较类似,说明近红外光谱中包含反映材料处理前后的重要特征信息。(3)比较近红外区域和可见光区域光谱的主成分分析效果,发现近红外光谱区比可见光光谱区对镀铜处理前后样品的分类效果好,可见光光谱在突出样品的表面颜色特征信息方面表现更好,这说明两者结合运用更有利于样品表面特征信息的表征。     

酸法制备杨木微/纳纤丝及其表征

近二十多年来,如何从天然纤维素中分离微/纳纤丝和用其来增强高分子聚合物受到许多学者的关注。本研究以杨木纤维素为原料,采用硫酸和盐酸的混合液水解、恒温水浴振荡处理制备杨木微/纳纤丝。利用扫描电子显微和X射线衍射仪对制备的杨木微/纳纤丝进行分析表征,结果表明当酸处理条件为杨木纤维3g、浓H2SO4体积分数为15%、浓HCl体积分数为5%、恒温水浴60℃、振荡8h,可得到杨木微/纳纤丝,杨木微/纳纤丝宽度分布在200nm到1μm之间,长宽比约60~120,相度结晶度为77.59%。     

UV辐射前后乙酰化木材的化学组分结构变化与微观构造表征

以杨木木粉为试样,进行不同时长的乙酰化处理,利用紫外光加速老化,探讨不同乙酰化度对木材耐光性能的影响,根据FTIR光谱分析试样化学组分特征吸收峰强度的变化规律,建立乙酰化处理时间与木材化学组分变化之间的关系。结果表明：UV辐射前,乙酰化木粉在1 739 cm-1处饱和酯化合物中CO和 1 385 cm-1处乙酸酯基中C—H的特征吸收峰强度均大于原木粉,处理40 min木粉的吸收峰强度最大,增重率最高,木粉的乙酰化效果显著;UV辐射后,乙酰化木粉在1 504 cm-1处木质素中苯环特征吸收峰强度明显大于原木粉,且乙酰化处理40 min木粉的吸收峰强度最大,表明乙酰化处理能够有效抑制木材化学组分的光降解反应,提高木材的耐光老化性能,其中处理40 min的效果最佳;SEM图片显示,乙酰化处理木粉的纤维状表面较原木粉更加均匀,材料粒径更小,乙酰化处理能有效提高木材的稳定性。     

杨木的动态力学性能

应用分离式Hopkinson压杆（SHPB）研究了干、湿速生杨木在高应变率加载条件下的动态力学性能,并同准静态压缩实验的结果进行了比较,论述了干、湿杨木在高应变率载荷条件下破坏的机制。结果表明:杨木的应力应变曲线与多孔固体相似,经历弹性、屈服以及致密3个阶段;冲击后,干杨木试样纤维因胞壁坍塌而压实,湿杨木试样由于胞管内水的作用而产生垂直于纤维轴向的拉应力,使纤维沿轴向相互分离,并且应变率对杨木的力学性能的影响明显。     

杨木和桉木的二维相关红外光谱

采用红外光谱结合二维相关分析技术,对两种速生阔叶树杨木和桉木进行了快速鉴别研究。结果表明,二者在一维红外光谱图上差别不明显,而二维相关红外谱图具有较大的差别。在800～1 500 cm-1波段范围内,二者的同步二维相关光谱图还比较类似,都在1 221,954,879 cm-1处出现较强的自动峰,在1 470, 1 150,1 1 05, 1 008 cm-1处出现微弱的自动峰。在1 500～1 800 cm-1波段范围内,杨木在1 655 cm-1处有一个非常强的自动峰,在1 600 cm-1附近有一个很弱的自动峰,二者形成了一对正的交叉峰;桉木在1 725,1 650和1 600 cm-1处均出现较强的自动峰,并形成一个较强的3×3峰组。除此之外,桉木还在1 580和1 510 cm-1出现2个弱的自动峰,其中1 580 cm-1和其余4个自动峰形成了较弱的负交叉峰,1 510 cm-1和其他3个自动峰形成正的交叉峰。这说明,桉木在1 500～1 800 cm-1波段对应的官能团比杨木相应的官能团对热微扰更为敏感,杨木和桉木的二维相关红外光谱差别,快速鉴别这两种木材的。