本文關(guān)鍵詞：聚丙烯基木塑復(fù)合材料中生物質(zhì)含量的紅外光譜分析研究

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【摘要】：木塑復(fù)合材料(Wood Plastic composites簡稱WPCs)原料來源廣泛、價格低廉,不僅實現(xiàn)了生物質(zhì)資源的高效利用,還有效地緩解了廢舊塑料對環(huán)境的污染。目前,WPCs已廣泛應(yīng)用于建筑、包裝、園林、室內(nèi)家具以及汽車內(nèi)裝飾件等各領(lǐng)域。WPCs中生物質(zhì)含量對于復(fù)合材料的物理、力學(xué)性能和價格均具有重要影響。因此,快速、準(zhǔn)確地預(yù)測WPCs中生物質(zhì)的含量對于木塑產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展意義重大。然而,由于其組分復(fù)雜,相互影響嚴(yán)重,致使現(xiàn)有的檢測方法尚不能滿足市場的要求。本論文選用闊葉材楊木(Populus cathayana Rehd.)、針葉材杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.)和毛竹(Phyllostachys pubescens Mazel)為生物質(zhì)填料,聚丙烯(PP)為塑料基體,添加一定比例的添加劑,采用擠出成型法制備了生物質(zhì)含量在30% 60%之間的WPC樣品。首先,以杉木/PP復(fù)合材料為研究對象,對比研究了中紅外光譜分別結(jié)合一元線性回歸法、多元線性回歸法及偏最小二乘法建立的木粉定量分析模型的性能。在此基礎(chǔ)上,利用中紅外光譜技術(shù)結(jié)合偏最小二乘法建立了三種WPC樣品中生物質(zhì)定量分析通用模型。此外,探討了近紅外光譜結(jié)合偏最小二乘法建立三種WPC樣品中生物質(zhì)定量分析通用模型的可行性。本文旨在利用紅外光譜技術(shù)建立一種快速、準(zhǔn)確的檢測方法對WPCs中的生物質(zhì)進行定量分析。論文的主要結(jié)論如下:(1)中紅外光譜法可以定量分析WPCs中的生物質(zhì)。采用一元線性回歸法、多元線性回歸法及偏最小二乘法分別建立的杉木/PP復(fù)合材料中木粉定量分析模型均具有較強的預(yù)測能力。其中,采用偏最小二乘法所建模型的性能最佳。外部驗證結(jié)果表明,模型的預(yù)測準(zhǔn)確性較高,相對預(yù)測偏差在±6%以內(nèi)。精密性檢驗結(jié)果表明,模型預(yù)測的精密性較好,兩次預(yù)測值間差值的范圍是0.4-3.3%。(2)杉木/PP、楊木/PP及毛竹/PP復(fù)合材料的中紅外光譜具有高度的相似性,采用偏最小二乘法可以建立三種WPC樣品中生物質(zhì)定量分析的通用模型。采用一階導(dǎo)數(shù)結(jié)合變量標(biāo)準(zhǔn)化(SNV)對譜圖預(yù)處理后建立的模型性能最佳,生物質(zhì)含量的預(yù)測值與參照值間非常接近,相對預(yù)測偏差在±6%以內(nèi),決定系數(shù)(R2)為0.942,預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)偏差(SEP)為1.376,RPD值(校正樣品的標(biāo)準(zhǔn)偏差與SEP比值)達到4.189。精密性檢驗結(jié)果表明,中紅外通用模型的預(yù)測可重復(fù)能力較強,兩次預(yù)測值間差值的范圍是0.0-3.1%。(3)采用基線校正對譜圖處理后,采用近紅外光譜技術(shù)結(jié)合偏最小二乘法建立的生物質(zhì)定量分析模型預(yù)測性能最佳。模型對三種PP基復(fù)合材料均具有較強的預(yù)測能力,生物質(zhì)含量的預(yù)測值與參照值間具有較高的一致性,相對預(yù)測偏差在±7%以內(nèi),R2為0.941,SEP為1.760,RPD值達到3.955。精密性檢驗結(jié)果表明,近紅外通用模型的可重復(fù)能力較強,兩次預(yù)測值間差值的范圍是0.4-2.8%。(4)WPCs的中紅外譜圖中生物質(zhì)與PP具有明顯的分子結(jié)構(gòu)特征性,特征吸收峰的位置、強度、形狀差別顯著。因此,可直接從WPCs的中紅外譜圖中讀取有效信息,便于實現(xiàn)生物質(zhì)的定量分析。WPCs的近紅外譜圖中生物質(zhì)與PP的吸收峰較弱,且譜峰復(fù)雜、重疊嚴(yán)重。因此,需要借助化學(xué)計量學(xué)方法,從近紅外譜圖中提取有效的信息,方可實現(xiàn)生物質(zhì)的定量分析。WPCs中生物質(zhì)的近紅外光譜定量分析方法的預(yù)測準(zhǔn)確性及可重復(fù)性與中紅外光譜法近乎相同。與傳統(tǒng)的WPCs定量分析方法相比,紅外光譜方法的預(yù)測準(zhǔn)確性有了較大的提高。且紅外光譜方法分析成本低、檢測時間短,操作簡便,便于應(yīng)用和推廣。
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB332;O657.33

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本文編號：1238060