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生物预处理秸秆纤维特性及复合材料的性能研究

杜珂珂 雍宬 孙恩惠 黄红英 曲萍 徐跃定 陈玲 孙倩 关明杰

杜珂珂, 雍宬, 孙恩惠, 黄红英, 曲萍, 徐跃定, 陈玲, 孙倩, 关明杰. 生物预处理秸秆纤维特性及复合材料的性能研究[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210647
引用本文: 杜珂珂, 雍宬, 孙恩惠, 黄红英, 曲萍, 徐跃定, 陈玲, 孙倩, 关明杰. 生物预处理秸秆纤维特性及复合材料的性能研究[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210647
DU Keke, YONG Cheng, SUN Enhui, HUANG Hongying, QU Ping, XU Yueding, CHEN Ling, SUN Qian, GUAN Mingjie. Properties of bio-pretreated straw fiber and its composite materials[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210647
Citation: DU Keke, YONG Cheng, SUN Enhui, HUANG Hongying, QU Ping, XU Yueding, CHEN Ling, SUN Qian, GUAN Mingjie. Properties of bio-pretreated straw fiber and its composite materials[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210647

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生物预处理秸秆纤维特性及复合材料的性能研究

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210647
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(21808093);江苏省农业科技创新基金资助项目[CX(19)2003];江苏省重点研发计划(现代农业)(BE2020335)
详细信息
    作者简介: 杜珂珂(ORCID: 0000-0002-5049-151X),从事胶黏剂和木质复合材料的研究。E-mail: 1822862632@qq.com
    通信作者: 雍宬(ORCID: 0000-0003-4619-6822),助理研究员,博士,从事农业废弃物的利用研究。E-mail: xianzhiquan@qq.com
  • 中图分类号: S216

Properties of bio-pretreated straw fiber and its composite materials

  • 摘要:   目的  探究生物预处理对秸秆纤维及其与脲醛树脂制备的复合材料性能的影响,为秸秆基复合材料的制备及发展提供理论依据。  方法  接种微生物菌剂(秸秆腐熟剂)对水稻Oryza sativa秸秆进行好氧发酵处理,测定不同处理时间下水稻秸秆中半纤维素、纤维素、木质素等的变化,测试并对比未经生物改性处理秸秆纤维(S0)、经生物改性处理5 (S5)和10 d (S10)秸秆纤维的结晶度和微观形貌,制备秸秆纤维/脲醛树脂复合材料,分别标记为F0、F5、F10,比较不同生物预处理时间下秸秆基复合材料的表面性能和力学性能。  结果  改性处理后秸秆表面的硅和蜡等物质被去除,但较长的生物改性处理时间(10 d)会破坏秸秆纤维自身结构。相比于S0和S10,S5的纤维素相对含量最高,为37.99%,结晶度也最好,为47.8%。3种秸秆基复合材料中F5疏水性最好,表面能最低,冲击韧性最大(7 665.64 J·m−2);F10抗弯性能更好,静曲强度和弹性模量分别为27.73和20 354 MPa,相比F0分别提高了59.00%和50.17%。  结论  生物改性处理可以改善秸秆纤维的表面性质,提高秸秆纤维/脲醛树脂复合材料的性能,生物改性处理5 d的秸秆纤维更好,制备的复合材料性能更优良。图4表1参28
  • 图  1  生物预处理秸秆组分相对含量变化(A)及X射线衍射图谱(B)

    Figure  1  The relative content changes of the components (A) and X-ray diffraction pattern (B) of biologically pretreated straw fiber

    图  2  不同秸秆纤维S0(A)、S5(B)和S10(C)的表面微观形貌及其宏观对比(D)

    Figure  2  Surface morphology of biologically pretreated straw fiber S0 (A), S5 (B) and S10 (C) and their macroscopic comparison (D)

    图  3  复合材料的接触角(A)及表面能(B)

    Figure  3  Contact angle (A) and surface energy (B) of composites

    图  4  复合材料的抗弯强度(A)及冲击韧性(B)

    Figure  4  Flexural strength (A) and impact toughness (B) of composites

    表  1  脲醛树脂制备过程中物料添加情况

    Table  1.   Adding quality of materials during the preparation of urea-formaldehyde resin

    阶段37%(质量分数)
    甲醛溶液/g
    尿素/g聚乙烯
    醇-124/g
    三聚氰
    胺/g
    PEGDGE/g
    11 000.0371.05.3
    2106.010.6
    353.0106.0
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-22
  • 录用日期:  2022-03-25
  • 修回日期:  2022-03-22

生物预处理秸秆纤维特性及复合材料的性能研究

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210647
    基金项目:  国家自然科学基金资助项目(21808093);江苏省农业科技创新基金资助项目[CX(19)2003];江苏省重点研发计划(现代农业)(BE2020335)
    作者简介:

    杜珂珂(ORCID: 0000-0002-5049-151X),从事胶黏剂和木质复合材料的研究。E-mail: 1822862632@qq.com

    通信作者: 雍宬(ORCID: 0000-0003-4619-6822),助理研究员,博士,从事农业废弃物的利用研究。E-mail: xianzhiquan@qq.com
  • 中图分类号: S216

摘要:   目的  探究生物预处理对秸秆纤维及其与脲醛树脂制备的复合材料性能的影响,为秸秆基复合材料的制备及发展提供理论依据。  方法  接种微生物菌剂(秸秆腐熟剂)对水稻Oryza sativa秸秆进行好氧发酵处理,测定不同处理时间下水稻秸秆中半纤维素、纤维素、木质素等的变化,测试并对比未经生物改性处理秸秆纤维(S0)、经生物改性处理5 (S5)和10 d (S10)秸秆纤维的结晶度和微观形貌,制备秸秆纤维/脲醛树脂复合材料,分别标记为F0、F5、F10,比较不同生物预处理时间下秸秆基复合材料的表面性能和力学性能。  结果  改性处理后秸秆表面的硅和蜡等物质被去除,但较长的生物改性处理时间(10 d)会破坏秸秆纤维自身结构。相比于S0和S10,S5的纤维素相对含量最高,为37.99%,结晶度也最好,为47.8%。3种秸秆基复合材料中F5疏水性最好,表面能最低,冲击韧性最大(7 665.64 J·m−2);F10抗弯性能更好,静曲强度和弹性模量分别为27.73和20 354 MPa,相比F0分别提高了59.00%和50.17%。  结论  生物改性处理可以改善秸秆纤维的表面性质,提高秸秆纤维/脲醛树脂复合材料的性能,生物改性处理5 d的秸秆纤维更好,制备的复合材料性能更优良。图4表1参28

English Abstract

杜珂珂, 雍宬, 孙恩惠, 黄红英, 曲萍, 徐跃定, 陈玲, 孙倩, 关明杰. 生物预处理秸秆纤维特性及复合材料的性能研究[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210647
引用本文: 杜珂珂, 雍宬, 孙恩惠, 黄红英, 曲萍, 徐跃定, 陈玲, 孙倩, 关明杰. 生物预处理秸秆纤维特性及复合材料的性能研究[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210647
DU Keke, YONG Cheng, SUN Enhui, HUANG Hongying, QU Ping, XU Yueding, CHEN Ling, SUN Qian, GUAN Mingjie. Properties of bio-pretreated straw fiber and its composite materials[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210647
Citation: DU Keke, YONG Cheng, SUN Enhui, HUANG Hongying, QU Ping, XU Yueding, CHEN Ling, SUN Qian, GUAN Mingjie. Properties of bio-pretreated straw fiber and its composite materials[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210647

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