聚丙烯基木塑復合材料中生物質(zhì)含量的紅外光譜分析研究.pdf

1、木塑復合材料（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)含量對于復合材料的物理、力學性能和價格均具有重要影響。因此，快速、準確地預(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，由于其組分復雜，相互影響嚴重，致使現(xiàn)有的檢測

2、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(Cunninghamialanceolata(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復合材料為研究對象，對比研究了中紅

3、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

4、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

5、質(zhì)定量分析的通用模型。采用一階導數(shù)結(jié)合變量標準化(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)測標準偏差(SEP)為1.376，RPD值（校正樣品的標準偏差與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)

6、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

7、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，且譜峰復雜、重疊嚴重。因此，需要借助化學計量學方法，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)測準確性及可重復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