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可完全降解的生物质板材制作工艺

2013-11-01 09:26:27 来源:中国投资研究网 【字体: 【收藏本页】【打印】【关闭】

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核心提示:生物质板材属于新型复合材料,具有价廉,易得,质轻,无污染等优点,有着较大市场潜力和发展前景。


关键词: 板材

  水稻秸秆的化学组成主要包括纤维素、半纤维素、木质素和各类抽提物。其中纤维素和半纤维素是本研究的主要利用物质。但与木材相比,水稻秸秆的木质素和纤维素含量低,木质素存在于纤维的四周,使纤维相互黏合固结,加大了试验中纤维的分离的难度。水稻收获以后,截取其秸秆晒干,即可进行生物质板材的制作。其工艺流程如图1所示。

板材制作工艺流程图

  该过程包括切碎和浸泡。将收获的水稻秸秆利用东芝QS-7粉碎机将其剪为长度约15mm的秸秆碎片,并在室温条件下,用清水浸泡96h。该步骤初步剪短了秸秆的长纤维,提高了下一步的磨解效率。

  将浸泡透的秸秆碎片,利用由日本里见制作所的A型磨解机,通过机械旋转摩擦工作面对秸秆碎片进行摩擦撕裂的机械磨解。该过程结束后,秸秆碎片被分离成单根纤维或纤维碎片,纤维长度约为1mm~2mm。此时,已经变得柔软的纤维得到了更好的分丝帚化,纤维素尾端的活性羟基基团可以更多地显露出来,增加了可以重新连接的活性基团,为下一步的纤维二次连接打下基础。

  被磨解后的水稻秸秆满足了制作生物质板材的要求,可以进行板材成型试验。本研究采用热压工艺,压缩模具为100mm×100mm×40mm的立方体,干燥为电热传导干燥,干燥温度为110℃,两面同时加热干燥。该模具底部带有一系列直径为2mm的气孔,以便于在压缩干燥过程中水分的排出。先在模具底部放上一块100mm×100mm×3mm,带有与模具相同规格气孔的铝板;并在铝板上铺上一层100mm×100mm的金属网,然后将磨解处理后的水稻秸秆悬浊液均匀地填充在模具中,再盖上一层同样规格的金属网;最后在金属网上压上一块也带有与模具具有相同规格气孔的100mm×100mm×20mm的铜块。将该试验装置放入热压机中进行压缩成型,并且同时加热干燥。保持加热温度为110℃,压缩时逐步加压,每30min增压最大压力的1/4,总计压缩成型时间为2h。经过干燥成型,水稻秸秆被制作成板状材料,即为水稻秸秆生物质板材。在压缩中,磨解过程中暴露出来的羟基基团与氢键重新结合,从而使纤维达到二次连接,形成板状材料。

  该生物质板材的拉伸破坏强度范围为2.37MPa至9.90MPa,从力学角度上看,生物质板材可以代替部分塑料制品,在制作地膜,包装,以及隔热保温方面有较广泛的应用前景。

  生物质板材的整体制作工艺中,没有添加任何的化学黏合剂或其他试剂,因此,在生物质板材废弃后,可自然降解,且完全可以直接还田再利用或造纸,达到材料的可再生循环。

  生物质板材属于新型复合材料,具有价廉,易得,质轻,无污染等优点,有着较大市场潜力和发展前景,但因为其由秸秆纤维制作,加工过程中,很难掌握纤维的分布方向,因此造成了板材为非均质材料,导致板材的不同部位力学强度不同,因此在成型步骤中对于纤维的均匀分布,仍需进一步研究。


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