基于改性木質(zhì)素的環(huán)保型木質(zhì)材料研制及其生命周期評價(jià).pdf

1、當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和人們生活水平不斷提高，大大推動人造板行業(yè)發(fā)展，隨之帶來林木資源匱乏、生產(chǎn)能耗大、游離甲醛釋放等問題嚴(yán)重制約著行業(yè)發(fā)展，威脅人類健康和生態(tài)環(huán)境。應(yīng)用生物綠色改性技術(shù)，開發(fā)研制環(huán)保型生物質(zhì)復(fù)合材料無疑成為解決這一問題的有效途徑，對人造板清潔生產(chǎn)、低碳加工具有重要意義。
　　本研究以來源于林木剩余物的木纖維作為基體組分，利用漆酶-香草醛體系和復(fù)配改性技術(shù)分別對木質(zhì)素磺酸銨進(jìn)行活化改性，采用“高速混合-平板熱壓”法

2、，制備兩種環(huán)保型木質(zhì)材料。主要包括四部分內(nèi)容:第一，基于酶法改性和復(fù)配改性條件的單因素試驗(yàn)，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)進(jìn)行復(fù)合材料理化性能的直觀分析和方差分析，分別提出酶法改性和復(fù)配改性的優(yōu)化工藝條件;第二，基于響應(yīng)面法優(yōu)化分別確定酶法改性和復(fù)配改性木質(zhì)素磺酸銨條件下復(fù)合材料制備工藝參數(shù);第三，應(yīng)用接觸角測定儀、傅里葉變換紅外光譜、X射線衍射分析、動態(tài)熱機(jī)械性能分析、環(huán)境掃描電子顯微鏡等分析技術(shù)探究基于不同改性木質(zhì)素磺酸銨制備的復(fù)合材料的結(jié)合性能及其

3、結(jié)合機(jī)理。第四，基于ISO14040-2006和GB/T24040-2008中生命周期評價(jià)的基本技術(shù)框架，利用GaBi6.0軟件對傳統(tǒng)中密度纖維板和復(fù)配改性木質(zhì)素磺酸銨/木纖維復(fù)合材料進(jìn)行生命周期評價(jià)。
　　本研究的結(jié)論歸納如下:
　　(1)在兩種改性條件下，木質(zhì)素磺酸銨的化學(xué)結(jié)構(gòu)、反應(yīng)活性等均得到一定的改變和提高。在漆酶-香草醛體系下，主要以氫原子轉(zhuǎn)移為主，木質(zhì)素磺酸銨分子結(jié)構(gòu)中羥基增多，酚羥基減少;在堿性H2O2氧化條件

4、下，主要以氧化降解為主，羥基和甲氧基明顯減少，羰基和酚羥基有所增多。改性條件對復(fù)合材料理化性能存在明顯的影響規(guī)律，木質(zhì)素磺酸銨的優(yōu)選改性工藝條件為:在漆酶-香草醛體系下，漆酶用量140U/g·木質(zhì)素磺酸銨，香草醛用量1wt％，活化溫度45℃，氧化時間2.5 h;在復(fù)配改性條件下，H2O2用量20 wt％，OMIL與PEI質(zhì)量比7∶1，pH值10，氧化時間2.0h。
　　(2)以木纖維為基體，分別以兩種改性木質(zhì)素磺酸銨為粘結(jié)相，制備

5、酶法改性木質(zhì)素磺酸銨/木纖維復(fù)合材料(LMIL/WF)和復(fù)配改性木質(zhì)素磺酸銨/木纖維復(fù)合材料（HMIL/WF）。采用響應(yīng)面優(yōu)化法件對分別建立以LMIL/WF材料和HMIL/WF材料的理化性能為響應(yīng)值的回歸模型，通過方差分析表明所建立的預(yù)測模型準(zhǔn)確可靠，改性木質(zhì)素磺酸銨、熱壓溫度、熱壓時間以及它們之間的交互作用對復(fù)合材料的理化性能均存在不同程度的顯著影響。通過響應(yīng)面優(yōu)化法綜合分析確定，LMIL/WF材料的最優(yōu)工藝參數(shù):LMIL用量32％，

6、熱壓溫度為170℃，熱壓時間為5.5 min; HMIL/WF材料的最優(yōu)工藝參數(shù)為:OMIL用量30％，熱壓溫度為170℃，熱壓時間為5.5 min。
　　(3)未改性木質(zhì)素磺酸銨/木纖維復(fù)合材料(UMIL/WF)初始接觸角明顯小于LMIL/WF和HMIL/WF的初始接觸角，隨著時間的延長UMIL/WF與LMIL/WF和HMIL/WF的差距呈遞增式增長;木纖維與改性木質(zhì)素磺酸銨之間能夠發(fā)生化學(xué)結(jié)合，主要以耦合反應(yīng)和縮聚反應(yīng)為主;復(fù)

7、合材料中木質(zhì)纖維素晶體自身的晶型結(jié)構(gòu)依然保留著天然纖維素的單斜晶結(jié)構(gòu)，通過添加改性木質(zhì)素磺酸銨提高了復(fù)合材料的相對結(jié)晶度。與UMIL/WF材料相比，基于兩種改性木質(zhì)素磺酸銨制備的復(fù)合材料的熱機(jī)械性能得到提高。其中，LMIL/WF比HMIL/WF的略低，兩者之前的損耗角因子相差不大，改性木質(zhì)素磺酸銨的加入對復(fù)合材料的耐熱性影響較小。兩種改性木質(zhì)素磺酸銨制備的復(fù)合材料橫斷面形貌特征均屬韌性材料特征，交織致密，界面粘結(jié)性能良好。
　　(

8、4)為環(huán)保型木質(zhì)基復(fù)合材料生產(chǎn)提供清潔生產(chǎn)的機(jī)會和途徑，基于ISO14040-2006和GB/T24040-2008中生命周期評價(jià)的基本技術(shù)框架，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)開展生命周期評價(jià)的基木路線，以傳統(tǒng)中密度纖維板(MDF)和復(fù)配改性木質(zhì)素磺酸銨/木纖維復(fù)合材料(HMIL/WF)為研究對象，針對兩種產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)過程，利用GaBi6.0 LCA軟件構(gòu)建各階段工藝模型，對比分析產(chǎn)品制造過程的各階段產(chǎn)生的環(huán)境影響，結(jié)果表明纖維制造階段的環(huán)境負(fù)荷最大，其中