棉花秸稈是重要的生物質(zhì)資源,其來(lái)源廣泛、產(chǎn)量巨大。我國(guó)的棉花秸稈年產(chǎn)量高達(dá)2600萬(wàn)噸,其中棉稈皮的質(zhì)量約700萬(wàn)噸。然而,由于秸稈的回收途徑不夠完善、處理技術(shù)欠缺以及應(yīng)用領(lǐng)域狹窄等問(wèn)題,現(xiàn)階段對(duì)棉秸稈處理的主要方式還是在田間焚燒。這會(huì)給大氣環(huán)境造成嚴(yán)重的負(fù)擔(dān),同時(shí)也導(dǎo)致了資源的浪費(fèi)。已有研究嘗試了分離棉稈皮,將棉稈皮纖維應(yīng)用到紡織纖維和復(fù)合板材中。本課題用分次閃爆的方法獲得棉稈皮纖維,采用抄造、熱壓的方式來(lái)制備棉稈皮纖維網(wǎng)。對(duì)棉稈皮分離和纖維網(wǎng)成型的工藝條件進(jìn)行了討論。制備了棉稈皮纖維濾料及棉稈皮纖維和聚乳酸(PLA)混合的復(fù)合材料,研究了材料的制備方法、性能以及在氣體過(guò)濾等領(lǐng)域的應(yīng)用。首先,用分次閃爆法分離出棉稈皮纖維,對(duì)分次閃爆與延時(shí)閃爆做了比較,并對(duì)分次閃爆制得纖維的表面特征、化學(xué)成分和力學(xué)性能等做了表征。分次閃爆減少了高溫對(duì)纖維的損傷,制備的纖維呈短絨狀,含有大量分支和毛羽。試驗(yàn)得出分次閃爆最佳次數(shù)為3次,所得纖維得率為32.45%,長(zhǎng)度47.7 mm,細(xì)度50.4 dtex,長(zhǎng)徑比726.9,纖維素含量68.5%,斷裂強(qiáng)度2.2±0.4 cN/dtex。接著,通過(guò)抄造、熱壓來(lái)制備纖維隨機(jī)分布的棉稈皮纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。研究了打漿時(shí)間和定量?jī)蓚�(gè)參數(shù),得出最優(yōu)參數(shù)為:打漿20min,纖維網(wǎng)的定量95.5 g/m~2。此時(shí)制成的棉稈皮纖維網(wǎng)厚度0.113±0.007mm,緊度0.846g/cm~3,強(qiáng)度為21.48±0.12MPa,斷裂伸長(zhǎng)率約1.1%,抗張吸收值為16.94±1.9J/m~2。工藝流程中的水作為載體可循環(huán)使用,無(wú)化學(xué)試劑添加。最后,對(duì)棉稈皮纖維的應(yīng)用進(jìn)行研究。一種方法是通過(guò)將棉稈皮纖維網(wǎng)浸漬殼聚糖溶液熱壓干燥制成過(guò)濾材料。分別對(duì)熱壓壓力、纖維定量和殼聚糖濃度進(jìn)行研究,并對(duì)該過(guò)濾材料的空氣過(guò)濾性能、孔徑及拉伸力學(xué)性能等做了表征。最佳試驗(yàn)條件為熱壓壓力1MPa,纖維定量95.5 g/m~2,殼聚糖溶液濃度18g/L。該試驗(yàn)條件制得的過(guò)濾材料的干、濕態(tài)拉伸強(qiáng)度,分別為15MPa、7.2 MPa;斷裂伸長(zhǎng)率分別為2.5%、3.7%;楊氏模量810MPa、229 MPa。顆粒物粒徑≥2μm時(shí)有高達(dá)97.7%的過(guò)濾效率、0.24kPa的壓降�？椎闹睆街饕植荚�26~29μm,總分布率為95%。研究結(jié)果為棉稈皮纖維在空氣過(guò)濾領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能。另一種方法,將棉稈皮纖維與PLA纖維混合,經(jīng)打漿、抄造與熱壓制成復(fù)合材料。并對(duì)棉稈皮纖維與聚乳酸質(zhì)量比和熱壓時(shí)間做了研究。試驗(yàn)得出棉稈皮纖維/PLA質(zhì)量比為1/1,熱壓15min(溫度190?C)為最佳試驗(yàn)條件。該試驗(yàn)條件制得的復(fù)合材料厚度0.126mm,干、濕態(tài)下的拉伸強(qiáng)度分別為12.15 MPa、4.88 MPa,斷裂伸長(zhǎng)率分別為1.55%、1.5%,楊氏模量分別是1126MPa、508MPa,彎曲剛度為35 cN·cm~2/cm。該復(fù)合材料是由棉稈皮纖維構(gòu)建成網(wǎng)絡(luò)骨架,聚乳酸包覆、填充其中的結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)改善了纖維與聚乳酸復(fù)合材料硬且脆的不足,具有一定的柔韌性。綜上所述,棉稈皮的利用不只在高長(zhǎng)徑比的紡織纖維和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料方面。對(duì)于長(zhǎng)度不均、短絨狀纖維的有效利用可以更大范圍的實(shí)現(xiàn)棉秸稈的資源再利用。另外,棉稈皮纖維浸漬殼聚糖溶液和與聚乳酸的復(fù)合,為棉稈皮纖維在空氣過(guò)濾和柔韌性復(fù)合材料方面提供了新的思路。
【學(xué)位單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ914.3;TB332
【部分圖文】：

圖 1-1 蒸汽閃爆機(jī)示意圖Fig.1-1 Picture of steam explosion machine述蒸汽閃爆的方法，超臨界、等離子處理等方法也有應(yīng)用在秸稈材料的提heng[15]將稻草置于 260 C 的超臨界甲醇中，再輔以白腐酶處理，其棕櫚酸率與未處理的稻草的 20.9%相比提高到了 28.2%。等離子處理是通過(guò)沖擊體產(chǎn)生等離子體，對(duì)秸稈表面進(jìn)行刻蝕的表面處理。如 Huner[16]用等離子來(lái)降低麥稈表面的親水性，以增強(qiáng)與環(huán)氧樹(shù)脂的親和力。NgoDinhVu[17]用理稻草，來(lái)提高木質(zhì)素和纖維素的提取率。生物法主要是利用酶和真菌、細(xì)菌等微生物來(lái)分解秸稈類材料中的膠質(zhì)。生物法纖維的分離中應(yīng)用的很廣泛，如漚麻。真菌和細(xì)菌多是用特定的某種微生腐化，但是微生物的培養(yǎng)、保存技術(shù)不是很完善，所以應(yīng)用的時(shí)候比較復(fù)，脫膠較溫和，對(duì)纖維素等成分不會(huì)有損傷。生物法在實(shí)際使用的時(shí)候，方法相結(jié)合。如 Zheng[18]選擇了三種芽孢桿菌：NT-39、NT-53、NT-76，對(duì)和生產(chǎn)多糖降解酶。研究提出經(jīng)酶脫膠處理 5h 的苧麻纖維殘留的膠質(zhì)含

江南大學(xué)碩士學(xué)位論文4沒(méi)有髓，只有皮和木質(zhì)部結(jié)構(gòu)。如圖1-2，從棉秸稈的結(jié)構(gòu)來(lái)看，有周皮和薄壁組織、韌皮部三部分。周皮在最外層，由于受陽(yáng)光的照射和雨水的侵蝕，其表面是破裂的深褐色。在周皮內(nèi)是薄壁組織，主要是膠質(zhì)。韌皮部在最里層，約占總質(zhì)量的80%，是棉稈皮纖維的原料。薄壁細(xì)胞在韌皮部纖維束之間將纖維束黏連在一起，所以使用物理、化學(xué)方法去除膠質(zhì)就可以得到棉稈皮纖維。圖1-2 棉花秸稈莖的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1-2 Schematic of structure of cotton stalks棉稈皮的結(jié)構(gòu)方面，有研究表明植物的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)可以分為胞間層、初生細(xì)胞壁和次生細(xì)胞壁三個(gè)部分。其中次生細(xì)胞壁又由最外層的S1層，中間的S2層和最內(nèi)層的S3三層組成。初生細(xì)胞壁和胞間層多為膠質(zhì)

棉稈皮纖維的結(jié)構(gòu)圖
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