【摘要】：為了研究堿性木質(zhì)素對玉米秸稈成型特性的影響及其軟化黏結(jié)作用,以玉米秸稈為原料進行壓縮成型,考察添加堿性木質(zhì)素對成型效果的影響。結(jié)果表明:堿性木質(zhì)素能夠促進成型,改善成型效果,當添加量由0提高到20%時,玉米秸稈成型顆粒的松弛密度由1 005 kg/m3增大到1 157 kg/m3,徑向最大抗壓力由1 353 N增大到1 930 N。采用DSC對玉米秸稈和堿性木質(zhì)素的熱轉(zhuǎn)變特征溫度進行了研究,結(jié)果表明:玉米秸稈和堿性木質(zhì)素的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度分別在92.5~103℃、61~137℃之間;在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變過程中,100℃時存在比能耗最低點;100~130℃為堿性木質(zhì)素起較好黏結(jié)作用的溫度范圍。采用SEM對顆粒微觀形態(tài)進行觀察,發(fā)現(xiàn)堿性木質(zhì)素發(fā)生玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變后在顆粒內(nèi)部能夠形成"局部熔融"和"機械互鎖"兩種結(jié)合形式,適合的堿性木質(zhì)素添加量為10%~15%。
【圖文】：

第6期李偉振，等:堿性木質(zhì)素對玉米秸稈成型特性的影響37圖1成型實驗模具圖Fig．1Assemblydrawingofcompressionmoldingexperiment即能反映影響因素對成型指標的影響。根據(jù)前人研究結(jié)果［16－18］，本研究選定堿性木質(zhì)素添加量0～20%、成型壓力2～9kN、原料水分6%～22%、成型溫度40～160℃，在實驗中考察其它參數(shù)的影響時將水分設為14%，，將壓力設為6kN，溫度設為100℃，堿性木質(zhì)素添加量取中間值10%。為了減少因粒徑分布不同造成的影響，采用較小粒徑的原料(0.15～0.43mm)。壓縮速度和保壓時間對成型的影響相對較小，為了保證原料達到設定溫度，將壓縮速度設為20mm/min，保壓時間40s，整個壓縮過程約400s。1.3分析與測試1.3.1熱轉(zhuǎn)變特征溫度針對生物質(zhì)成型過程，熱轉(zhuǎn)變特征溫度主要指玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度和熔融溫度。聚合物是由分子質(zhì)量和鏈長不同的結(jié)構單體組成，因此玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化發(fā)生在一個溫度區(qū)間內(nèi)。木質(zhì)素的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度取決于它的來源，主要與生物質(zhì)種類、水分含量及樣品的提取制備過程有關［19－21］。本研究采用DSC來分析試樣的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度、熔融溫度等熱變化。具體操作如下:取樣品質(zhì)量小于10mg，在TA-Q200差示掃描量熱儀上進行實驗，實驗中先將樣品以10℃/min加熱到90℃，恒溫10min，然后快速冷卻至0℃(約3min)，然后以10℃/min加熱到200℃。在升溫過程中，物質(zhì)的比熱容會發(fā)生變化，其中向吸熱方向的臺階對應各物質(zhì)的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度，吸熱峰對應物質(zhì)的熔融溫度。1.3.2微觀形態(tài)分析采用日立S-4800FESEM場發(fā)射掃描電子顯微鏡對顆粒內(nèi)部橫斷面結(jié)構進行微觀觀察，實驗中電壓為2kV，放大倍數(shù)為60和1200倍。1.3.3成型技術指標測試物理特性是成型顆粒的重要品質(zhì)特性，它直接決定了成型顆粒的運輸、貯藏條件及使用要求，松?

38林產(chǎn)化學與工業(yè)第37卷ESC=Wm=∫fdsm(2)式中:ESC—壓縮過程的比能耗，kJ/kg;W—總能耗，J;m—顆粒質(zhì)量，g;f—壓力，kN;s—位移，mm。2結(jié)果與討論2.1不同條件對玉米秸稈成型特性的影響2.1.1堿性木質(zhì)素添加量在含水量14%、溫度100℃和成型壓力6kN條件下，堿性木質(zhì)素添加量對玉米秸稈成型特性的影響結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，堿性木質(zhì)素的添加量由0提高到20%，松弛密度由1005kg/m3增大到1157kg/m3，增大了15.1%;徑向最大抗壓力由1353N增大到1930N，增大了42.6%。這表明添加堿性木質(zhì)素能促進玉米秸稈成型。比能耗隨堿性木質(zhì)素添加量變化規(guī)律不明顯，在12.54～14.84kJ/kg之間。圖2堿性木質(zhì)素添加量對玉米秸稈成型的影響Fig．2Effectofalkaliligninamountoncornstalkpelleting2.1.2溫度在堿性木質(zhì)素添加量10%、水分14%和成型壓力6kN條件下，溫度對成型特性的影響結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，溫度由40℃至130℃，松弛密度由1018kg/m3增大到1179kg/m3，增大了15.8%，徑向最大抗壓力從1316N增大到1669N，增大了26.8%;溫度繼續(xù)由130℃升高到160℃，松弛密度和徑向最大抗壓力變化不明顯。隨著溫度升高，比能耗先減小后增大，溫度100℃時比能耗最校溫度由40℃升高到100℃，比能耗從37.64kJ/kg減小到14.84kJ/kg，減小了60.6%;溫度由100℃升高到160℃，比能耗從14.84kJ/kg增大到25.60kJ/kg，增大了72.5%。這說明溫度對成型有較大影響。在一定溫度范圍內(nèi)提高溫度有助于粒子間的結(jié)合，促進成型，并減小能耗。圖3溫度對堿性木質(zhì)素和玉米秸稈混合成型的影響Fig．3Effectoftemperatureonpelletingofalkaliligninandcornstalk2.1.3水分在堿性木質(zhì)素添加量10%、溫度100℃和成型壓力6kN條件下，水分對成型特性的影響結(jié)果如圖4所?

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