铝溶胶改性杨木纤维性能的研究

采用溶胶-凝胶法以铝的无机盐为原料制备溶胶,通过真空加压法将溶胶引入杨木纤维细胞壁内,分析改性后杨木纤维的性能。结果表明,铝溶胶处理木纤维的质量增加率受其含水率的影响,木纤维含水率越高,木纤维／氧化铝纳米复合材料的质量增加率越低。在溶胶处理木纤维过程中采用超声波处理,超声波时间越长,木纤维／氧化铝纳米复合材料的质量增加率越高。红外分析表明,在处理后木纤维的内部已经形成O—Al—O键,可以推测Al2O3凝胶的存在;扫描电镜-能谱分析(SEM-EDX)可看出,溶胶粒子已经渗入到细胞壁内,并保持了木材多孔结构。以杨木纤维-氧化铝纳米复合材料压制的中密度纤维板尺寸稳定性和阻燃性明显提高。     

硅溶胶改性杨木纤维的工艺及性能

为了改善木纤维的尺寸稳定性,以硅溶胶-凝胶法制备木纤维/二氧化硅复合材料。结果表明：改性后杨木纤维的质量增加率随溶胶浓度的下降而减小,但溶胶粒子更易进入细胞壁中;为保持木材孔隙结构,采用抽真空的方法将纤维表面和细胞腔中过剩溶胶抽出,木纤维质量增加率先增加后减少;通过扫描电镜能谱仪分析,硅基本处于细胞壁位置;傅里叶变换衰减红外光谱分析显示处理后的木纤维中有Si—O—Si键生成。硅溶胶改性后,杨木纤维板的尺寸稳定性得到一定程度的提高。     

蒸汽爆破对芦苇纤维及其木塑复合材料性能的影响

【目的】为了解决湖泊和湿地芦苇无人采收造成资源浪费和二次污染的问题,探究蒸汽爆破后芦苇纤维形态、结构和化学组分的变化,并研究了蒸汽爆破处理及芦苇纤维含量对木塑复合材料性能的影响。【方法】采用蒸汽爆破方法对芦苇进行处理,测定了纤维理化指标; 以高密度聚乙烯(HDPE)为塑料基体添加合适的助剂,采用双螺旋挤压法制备芦苇/HDPE木塑复合材料并测定其力学性能。【结果】与未经爆破处理的芦苇原材料相比,1.2 MPa和1.5 MPa蒸汽爆破处理的芦苇纤维素含量分别提高了19.2%和18.1%, 酸不溶木素分别减少了5.5%和1.0%,综纤维素分别降低了6.1%和12.7%,半纤维素大量降解,可溶性糖含量分别增加了4.51%和7.64%。1.2 MPa蒸汽爆破处理极显著增加了细纤维含量,可以改善纤维质量。同时,蒸汽爆破处理的芦苇/HDPE复合材料的拉伸强度和弯曲强度最大,较未爆破处理的分别提高了22.3%和32.6%,达到国标(GB/T 24137—2009)要求; 纤维质量分数为50%、55%和60%时的芦苇/HDPE木塑复合材料性能均达到国家标准。【结论】利用蒸汽爆破处理芦苇纤维生产木塑复合材料是一种高价值的新型芦苇资源化利用途径。     

氧等离子体处理对酶解木质素胶合力的影响

用氧等离子体处理酶解木质素,分析酶解木质素表面化学成分及自由基浓度的变化,研究氧等离子体处理对酶解木质素/杨木纤维复合材料性能的影响,探索氧等离子体对酶解木质素胶合力的影响。结果表明:经氧等离子体处理后,酶解木质素表面m(O)/m(C)提高了56.0%,大量含氧官能团(如—OH、—COO等)被引入酶解木质素表面。同时,酶解木质素表面自由基浓度提高了27.4%。氧等离子体处理使酶解木质素/杨木纤维复合材料的物理力学性能得到了改善,其中内结合强度提高了30.2%,静曲强度增加了14.2%,吸水厚度膨胀率下降了29.0%。     

白腐菌改性桉木CTMP浆的漂白研究

利用白腐菌改性处理可以显著提高机械浆的强度性能,有利于拓宽机械浆的应用范围.本文采用白腐菌Trametes hirsute 196对桉木CTMP浆进行改性处理,并探讨了白腐菌处理后纸浆的漂白工艺.研究结果表明:白腐菌处理使桉木CTMP浆白度值从49.6%下降到37.8%,且这种改性后纸浆的可漂性较差,H2O2和Na2S2O4单段漂后纸浆白度均在60%以下,但采用Na2S2O4—H2O2两段组合漂白工艺可以使漂后Bio-CTMP浆白度达到71.3%.     

杨木化机浆污泥/马尾松纤维复合板的制备及性能研究

采用杨木化机浆污泥与马尾松纤维复合制得污泥/纤维复合纤维板,分析污泥添加量、脲醛树脂施加量和热压温度对复合板物理力学性能的影响,并用锥形量热仪分析复合纤维板的燃烧性能。结果表明:随着污泥加入量的增加,污泥/纤维复合板的内结合强度增加,但静曲强度和弹性模量则呈下降趋势。当污泥用量达到15%、施胶量为8%、热压温度为165℃时,污泥/纤维复合板的各项力学性能均能达到GB/T 11718—1999中密度纤维板国家标准要求。加入15%污泥的纤维板的热释放速率及质量损失速率均降低,可明显降低火灾的危险性。     

利用白腐菌生产蔗渣膳食纤维的研究

以蔗渣为原料,经过膨化,白腐菌处理以及H2O2漂白等工序,有效地去除了蔗渣中的木质素,制备得弛度高,组织柔软蔬松,色泽佳的膳食纤维,本文探讨了膨化的条件,白腐菌处理的时间以及H2O2漂白的条件,并确定出最佳的制备工艺流程。     

溶胶-凝胶法Al2O3涂层碳纤维的制备与表征

该文研究了溶胶-凝胶法在碳纤维表面制备氧化铝(Al2O3)涂层时勃姆石溶胶浓度、涂层厚度和材料的层间剪切强度的关系，发现Al2O3涂层的厚度与勃姆石溶胶浓度基本呈线性关系，并且随着溶胶浓度的提高，涂层厚度增加，试样的层间剪切强度表现为先增加后下降的趋势。在勃姆石溶胶的浓度为0．27mol／L左右时，所得Al2O3涂层的厚度约为30nm，环氧基复合材料的层间剪切强度达到最大值。X射线光电子能谱和扫描电子显微镜分析表明，在碳纤维表面形成的Al2O3薄膜均匀、完整。     

溶胶-凝胶法制备TiO2/SiO2复合材料光催化降解罗丹明B

采用溶胶-凝胶法以钛酸四丁酯、正硅酸四乙酯制备了TiO2/SiO2复合材料,利用XRD对复合材料的物相结构进行了表征,表明制备的TiO2/SiO2复合材料为锐钛矿型.FTIR表明复合材料形成了Si—O—Ti的网络结构,TG-DTA表明复合材料的热性能提高.以罗丹明B为降解物,探讨了该复合材料的光催化活性,考察了固液比、pH值、时间对降解效果的影响,结果表明,TiO2/SiO2复合材料对罗丹明B降解率明显高于纯TiO2,当固液比为6g/L、pH为6、降解时间为120min时降解率可达到94.59%.     

碳酸镁晶须的反向沉淀法制备及其阻燃性能

【目的】制备碳酸镁晶须并研究其作为填充物时对复合材料阻燃和力学性能的影响。【方法】以镁盐和碳酸钠为原料,采用反向沉淀法制备碳酸镁晶须,并考察镁盐(MgSO_4·7H_2O、Mg(NO_3)_2·6H_2O、MgCl_2·6H_2O等)、反应时间、滴液速度、表面活性剂[十二烷基硫酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)]等因素对碳酸镁晶须形貌的影响;同时研究经钛酸酯偶联剂NDZ-311改性后的碳酸镁晶须对高密度聚乙烯(HDPE)材料的阻燃性能和力学性能的影响。【结果】所制备的碳酸镁晶须形貌为棒状,以MgSO_4·7H_2O与Na_2CO_3反应30min,硫酸镁溶液滴加速率为3.5mL·min~(-1)时所制备的碳酸镁晶须长径比最大;表面活性剂可显著提高其长径比。经钛酸酯偶联剂NDZ-311改性后的碳酸镁晶须可明显提高HDPE的阻燃性能和拉伸强度,当其添加量为高密度聚乙烯的40wt%时,复合材料的拉伸强度提高一倍。【结论】采用反向沉淀法可制备棒状碳酸镁晶须,该晶须对HDPE具有良好的阻燃和增强性能。     

增强-染色复合改性杨木的强度和耐光色牢度

【目的】通过木材增强-染色联合改性,提高人工林杨木的物理力学和装饰性能,为人工林速生软质木材的高效增值利用提供技术支持。【方法】将水溶性低分子质量三聚氰胺脲醛树脂(MUF)与酸性大红G复配得到复合染色剂,通过真空加压浸渍处理,对杨木进行增强-染色一体化改性,测试改性材颜色、强度、氙光老化等性能,并利用SEM分析其微观性状。【结果】增强-染色复合改性材的Δa^*、Δb^*、ΔC^*、ΔL^*与ΔE^*等色差指标与水染材基本一致; 复合染色材表面与内部颜色差异小于水染材。与未处理材相比,增强-染色复合改性材的密度、抗弯弹性模量(MOE)、抗弯强度(MOR)和抗压强度分别提高了38.2%、6.28%、20.67%和48.87%,与树脂增强改性材相当。SEM分析结果表明,MUF改性材和复合改性材细胞腔和细胞间隙被改性剂填充; 与水染材相比,复合改性材中的染料颗粒分布更均匀。耐光色率度测试结果表明水染材颜色在10 h内变化最快,50 h开始趋于平缓; 增强-染色复合改性材在光照50～75 h颜色变化加快,75 h后趋于稳定,其耐光色牢度比水染材提高了28.3%。【结论】染料的添加对树脂MUF的增强改性作用无明显影响,染料的加入也不影响水溶性低分子质量MUF树脂的高渗透性,树脂填充细胞腔和细胞间隙使得两种改性材的密度和力学强度均大大提高,树脂对染料的包覆和固结使得复合染色材的耐水色牢度明显提高,增强-染色复合改性材比水染材具有更好的耐光色牢度。将木材功能性改良与染色相结合的杨木增强-染色一体化改性技术,能显著改善速生杨木材料的物理力学和装饰性能。     

利用核磁共振测定木材润胀细胞壁的水分含量与孔径分布

【目的】利用核磁共振冻融分析技术测定杉木与杨木两种速生材细胞壁润胀状态吸着水含量与孔隙分布情况,为改性剂粒径选择与改性效果评价提供方法。【方法】常温下获得试样内水分T₂弛豫信号总量,通过核磁冻融分析系统对试样进行降温处理,检测不同冷冻温度条件试样内未冻结水分信号量; 依据Gibbs-Thomson效应确定凝固点降低与孔径的关系,并以此分析孔径分布。【结果】核磁冻融法测定杉木和杨木吸着水饱和含量约为38%,高于通过吸湿外推法估算数值,与溶剂排出法、多孔板法、离心法结果相近; 核磁冻融分析法避免了常温条件按照T₂弛豫分布确定吸着水含量偏小的现象; 两种速生材试样细胞壁润胀状态孔径小于1.59 nm的孔隙占比约为75%,大于4.56 nm的孔隙占比不超过6%,与溶剂排出法、光谱标记法结果相符。【结论】核磁共振冻融分析技术可较为便捷准确地获得木材吸着水含量与细胞壁孔隙分布,其结果可用于指导改性剂粒径的选择与改性效果评价。     

南方型杨树无性系间生长性状和木材材性的遗传差异

【目的】杨树是我国平原地区种植面积最大、木材产量最高的速生用材树种之一,如何做到适地适树,提高杨树人工林的产量和质量,是生产中需要解决的关键技术问题。综合评价杨树无性系间的生长和力学性能,可为长江中下游地区筛选杨树优良无性系提供依据。【方法】在对美国引进的104个美洲黑杨无性系和3个对照无性系进行初步评价的基础上,选择17个生长较优良的25年生无性系,分析其生长性状、木材基本密度、抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度。【结果】所研究的17个无性系间在生长性状、木材基本密度、抗弯强度、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度等方面存在极显著差异; 木材基本密度与抗弯弹性模量和顺纹抗压强度之间存在显著正相关关系,力学性质各指标间也存在极显著线性相关。综合评价表明,无性系‘NL-95’、S371、S313和‘I-69’属于低强度、中低品质材,其他13个无性系都属于低强度、高品质材。【结论】所研究的17个无性系中,从美国引进的S3239和S3312两个无性系的综合表现最好,适合在长江中下游地区作为用材林推广应用。     

江苏杨木人造板的研发与展望

在总结江苏杨木加工产业现状的基础上，分析了存在的不足，提出了具有发展强势的人造板产品，包括杨木单板层积材、杨木水泥模板、杨木复合地板、杨木人造薄木、竹木复合层积材、超常厚度中密度纤维板、草木复合中密度纤维板、软质纤维（碎料）板、定向结构板、木（草）塑复合材料、杨木木丝墙体材料和废旧木材人造板等。指出了实现人造板产业持续发展的保证措施，包括优化资源供应，重视无醛胶粘剂的研发，加强木材保护技术的研究，突出技术创新，实施人才、专利和标准战略。     

美洲黑杨无性系木材纤维性状遗传变异

【目的】美洲黑杨是苏北地区栽植面积最大的用材树种之一,具有重要的经济价值和生态价值。近年来,随着市场对杨树木材需求量的增加及质量要求的提高,对杨树材性改良的研究迫在眉睫。材性性状中,纤维长度、纤维长宽比等性状值的大小直接影响杨木制浆性能和造纸质量。通过对美洲黑杨无性系木材纤维性状遗传变异的研究,了解杨树木材纤维性状的遗传变异规律,为杨树材性改良及新品种选择提供科学依据。【方法】以泗洪县林场11个美洲黑杨无性系10年生对比试验林为材料,选取各无性系在各区组的标准株,测量其胸径和树高后,伐倒并在离地1.3 m处截取圆盘带回实验室气干备用。试样经脱木素试剂处理后,分别用光学显微镜及纤维形态自动分析仪(MORFI)测量其纤维长度和纤维宽度,计算得到纤维长宽比。将两种测量方法得到的数据进行回归分析,确定回归方程,使后续大规模测定的数据更加精确。使用SPSS 19.0对获得的数据进行分析处理,得到各纤维性状的遗传变异规律和性状间相关关系。采用K-means法对11个无性系进行聚类分析,选取纤维性状和生长性状均表现优异的无性系。用R语言作图,进行数据可视化表达。【结果】用两种测量方法测得的纤维长度、纤维长宽比回归分析R²值均大于0.9, MORFI测量值可靠。纤维长度和纤维长宽比的大小均随林龄增加而增加。11个无性系纤维长度、纤维宽度和纤维长宽比的平均值分别为1 107.8 μm、22.3 μm和49.57。3个纤维性状在无性系间存在显著差异,区组间差异不显著;纤维长度、纤维宽度和纤维长宽比性状的遗传力分别为0.764、0.832和0.590。3个纤维性状在第3、6、9龄间表现出高度相关。纤维长度与生长性状间的相关系数为0.21~0.25,纤维宽度与生长性状间相关系数处于0.39~0.48;纤维长宽比与生长性状间相关系数为-0.07~-0.02。11个无性系可分为3类,其中4-6、4-50、2-2和4-45表现优异,10-34、7-40、7-53和8-9表现次之,7-45、1-20和7-38表现较差。【结论】MORFI(纤维形态自动分析仪)可以快速且较为精确地测量纤维长度和纤维宽度,适合大批量数据的测定,但测定结果需进行回归调整。纤维长度和纤维长宽比随着林龄增大而增加,说明随着林龄的增加,木材制浆性能增强。美洲黑杨无性系纤维性状存在遗传变异,且变异受遗传的影响大于受环境的影响。各纤维性状在幼林第3龄与中林第6龄和成林第9龄间相关密切,且为正相关,对美洲黑杨纤维性状的选择可在林木生长早期进行。美洲黑杨无性系生长性状与纤维长度、纤维长宽比性状间的相关性不显著,在美洲黑杨纤维用材遗传改良时可采用独立选择方法。11个无性系中,2-2、4-6、4-45和4-50在纤维性状和生长性状方面均表现优异,可进行进一步遗传测定,为新品种选育创造条件。     

毛竹与樟子松木材孔隙结构的比较

【目的】竹木材料孔隙结构特征是影响材料性能的重要因素。通过定量表征与直观观察相结合方式探索竹木材料内部孔隙结构特征。通过对比分析,建立竹木材料内部孔隙结构与组织构造的对应关系,分析竹木材料内部孔隙结构差异,研究孔隙结构对材料性能的影响。【方法】以毛竹和樟子松木材为试验材料,采用压汞法对材料的孔隙率、孔体积、孔径分布、比表面积等参数进行定量测试,分析材料的孔隙结构特征。采用扫描电镜对材料的组织结构(毛竹:导管、筛管、薄壁细胞和纹孔等部位。樟子松:管胞、射线薄壁细胞、纹孔等部位)进行观察,确定各组织结构所构成孔隙的孔径范围。【结果】孔隙率(毛竹47.58%、樟子松67.16%)及汞压入量(毛竹0.633 mL/g、樟子松1.596 mL/g)测试结果表明毛竹内部孔体积显著低于樟子松。总孔面积(毛竹82.04 m²/g、樟子松18.16 m²/g)及中孔孔径(毛竹33.8 nm、樟子松445.0 nm)对比结果表明毛竹中大部分孔隙集中在孔径较小区域(32.4 nm左右),而樟子松木材中孔隙孔径主要集中在226.7、7 082.3 nm左右,造成毛竹孔面积显著高于樟子松木材。结合扫描电镜观察结果可知,毛竹中孔径11.3～100 μm范围内孔隙主要对应导管、基本组织中的薄壁细胞及纤维细胞。而835.0 nm左右孔隙对应基本组织及纤维细胞上纹孔。樟子松木材中孔径20 μm左右孔隙对应樟子松木材管胞; 而7 082.3 nm左右孔隙则对应具缘纹孔的纹孔口和射线薄壁细胞。此外,毛竹和樟子松木材中孔径小于1 μm的孔隙结构(毛竹中32.4 nm左右,樟子松木材中226.7、749.9 nm左右)主要位于具缘纹孔塞缘及细胞壁上。【结论】采用压汞法和扫描电镜观察方法可以实现对毛竹及樟子松木材孔隙结构的表征分析,有助于分析竹木材料性能差异产生的原因。然而,在通过压汞测试材料孔隙结构参数时,受墨水瓶孔效应影响,部分孔径较大的孔隙被认为是小孔,影响测试结果的准确性。因此,后续研究应考虑竹木材料的孔隙形态,从而实现对竹木材料孔隙结构的全面准确表征。     

打浆压溃作用对切短纤维形态结构的影响

【目的】基于植物细胞壁微观结构特征,建立纤维S₂层微纤丝长度与微纤角的关系模型,并计算出适合制备纳米纤维的纤维长度。【方法】利用打浆机疏解将纤维快速切短至计算长度范围,在pH 7.5的碱性环境下对切短后纤维进行压溃处理,观察纤维形态结构的变化。【结果】平均长度在0.41～0.64 mm范围内的切短纤维经压溃处理后,纤维刚性结构遭到破坏,产生纵向开裂,水合Na⁺从纤维端面及表面裂纹处渗透进入纤维内部并产生润胀水化,纤维保水值由125.6%增大至319.3%,有效地破除了纤维细胞壁的P层和S₁层,由此削弱了纤维微纤丝层间结合力。纤维结晶度及热重分析表明,纤维压溃初期(保水值125.6%),其结晶度为72%～73%,热解活化能为75.02～76.93 kJ/mol; 随着压溃强度的增加(保水值319.3%),纤维结晶度降低至45%,热解活化能降低至37.78 kJ/mol,进一步说明了纤维经一定强度的压溃处理可有效削弱纤维微纤丝层间结合力。【结论】针对不同类型纤维原料及纤维形态结构,应将纤维切短至合适长度,可使纤维更易被压溃、吸水润胀及微纤丝化。     

基于CRISPR/Cas9的毛果杨bHLH106转录因子的功能研究

目的 采用CRISPR/Cas9基因编辑系统创制毛果杨(Populus trichocarpa)bHLH106(Basic Helix-Loop-Helix 106)基因的突变体,分析植株的表型特征,初步揭示PtrbHLH106基因在毛果杨木材形成过程中的功能。方法 基于前期对毛果杨野生型(WT)茎干的不同细胞类型(形成层、木质部和韧皮部细胞)RNA-seq数据,克隆得到一个在形成层及木质部较高表达的bHLH基因PtrbHLH106。采用CRISPR/Cas9基因编辑技术创制毛果杨PtrbHLH106的功能缺失突变体。对生长60、90、120 d的毛果杨ptrbhlh106突变体和WT植株进行表型观察;对生长120 d的植株各茎节进行石蜡切片,利用甲苯胺蓝染色观察并进行细胞统计分析。结果 获得毛果杨ptrbhlh106突变体;与WT相比,突变体植株的株高、地径无明显差异;在整个测量的生长周期中,第8茎节长度有缩短的趋势,茎节数量有增加的趋势;形成层细胞层数有增加的趋势但差异不显著,导管细胞孔径显著增大,纤维细胞数量显著减少。结论 ptrbhlh106突变体与WT植株在导管孔径和纤维细胞数量上存在差异,初步证明PtrbHLH106基因参与了调控毛果杨次生木质部的发育。