基于漆酶介體體系活化木纖維制備木質(zhì)纖維板的研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，生態(tài)安全、人類健康和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的和諧發(fā)展成為區(qū)域乃至國(guó)家發(fā)展的重要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，人造板作為林業(yè)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，其發(fā)展一直受到游離甲醛的制約，而漆酶作為生物環(huán)保型酵素的出現(xiàn)無(wú)疑成為解決這一問(wèn)題的有效途徑，且對(duì)保障生態(tài)安全、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、推進(jìn)節(jié)能減排、構(gòu)建資源節(jié)約型社會(huì)具有重要意義。
　　本研究以木纖維為原料，應(yīng)用漆酶介體體系活化木質(zhì)素生成天然膠粘物質(zhì)，采用高溫高壓熱處理法制備中密度纖維板，其主要包括四部分內(nèi)容:

2、(1)基于酚型（愈創(chuàng)木酚）和非酚型（藜蘆醇）木質(zhì)素模型化合物初步確定漆酶、人工介體(ABTS)和天然介體（香草醛）的配比和反應(yīng)條件;(2)基于傅里葉變換紅外光譜和X射線衍射圖譜確定紫外光預(yù)處理工藝，基于響應(yīng)面法優(yōu)化酶促反應(yīng)工藝參數(shù)和熱壓工藝參數(shù)，基于力學(xué)性質(zhì)和物化性質(zhì)確定提高尺寸穩(wěn)定性的處理工藝，由上述三部分內(nèi)容得到漆酶介體體系活化木纖維制備中密度纖維板的優(yōu)化工藝;(3)借助傅里葉變換紅外光譜、X射線衍射儀、環(huán)境掃描電鏡、接觸角測(cè)定儀和

3、X射線光電子能譜探究中密度纖維板的結(jié)合機(jī)理;(4)基于人工加速老化試驗(yàn)研究漆酶介體體系活化木纖維制備中密度纖維板的碳素儲(chǔ)存能力。
　　本研究得到的結(jié)論歸納如下：
　　(1)木纖維紫外光預(yù)處理的輻照時(shí)間為24h，輻照距離為50cm，輻照強(qiáng)度為150W/m2。此時(shí)，纖維素部分降解，增加木纖維的漆酶反應(yīng)活性點(diǎn)，同時(shí)少量木質(zhì)素降解為烷基醛，其可作為漆酶介體催化氧化非酚型木質(zhì)素;
　　(2)基于木質(zhì)素模型化合物得到的漆酶介體體系

4、活化木纖維的優(yōu)化工藝為pH5.0，反應(yīng)溫度50℃，反應(yīng)時(shí)間55min，木纖維體積分?jǐn)?shù)4.0％，ABTS摩爾濃度0.28mmol/L，香草醛摩爾濃度1.66mmol/L，漆酶活性60U/mL;中密度纖維板的熱壓優(yōu)化工藝為熱壓溫度165℃，熱壓壓力10MPa，熱壓時(shí)間512s。熱壓過(guò)程分為干燥過(guò)程和塑化過(guò)程，其中干燥過(guò)程設(shè)定為3周期循環(huán)干燥，每一周期均采用先升壓到10MPa保壓52s，而后降壓至4MPa保壓52s;塑化階段在10MPa保壓2

5、00s;
　　(3)以未經(jīng)尺寸穩(wěn)定性處理的中密度纖維板為參照樣，分別從物理力學(xué)性能、接觸角、官能團(tuán)、纖維素結(jié)晶度和微觀形貌兒方而對(duì)比分析殼聚糖和固體石蠟對(duì)尺寸穩(wěn)定性的影響，研究認(rèn)為固體石蠟是借助石蠟分子的疏水性質(zhì)，通過(guò)封閉水分子的流通路徑來(lái)提高中密度纖維板的尺寸穩(wěn)定性，但時(shí)效短，降低力學(xué)強(qiáng)度;殼聚糖是以化學(xué)鍵合的方式加強(qiáng)木纖維之間的黏結(jié)，減少或阻斷水分子流通路徑來(lái)提高中密度纖維板的尺寸穩(wěn)定性，時(shí)效長(zhǎng)，提高力學(xué)強(qiáng)度。因此，采用殼聚糖

6、來(lái)提高中密度纖維板的尺寸穩(wěn)定性，合理的添加量為1.2％;
　　(4)基于優(yōu)化工藝制備的中密度纖維板靜曲強(qiáng)度為34.41MPa，彈性模量為2887.9MPa，內(nèi)結(jié)合為0.89MPa，吸收厚度膨脹率為24.80％，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T11718-2009可知，其達(dá)到潮濕狀態(tài)下使用的家具型中密度纖維板(MDF-FN MR)性能要求;
　　(5)通過(guò)傅里葉變換紅外譜圖、纖維素相對(duì)結(jié)晶度和X射線光電子能譜分析可知，中密度纖維板的無(wú)膠膠合主

7、要借助于酯化反應(yīng)、氫鍵鍵合、縮聚反應(yīng)、耦合反應(yīng)和schiff堿反應(yīng)，其中耦合反應(yīng)和縮聚反應(yīng)是主反應(yīng)。這些化學(xué)反應(yīng)促使纖維素內(nèi)生成新的結(jié)晶區(qū)，提高中密度纖維板的力學(xué)強(qiáng)度。熱壓時(shí)，木質(zhì)素在中密度纖維板內(nèi)部流動(dòng)，使得中密度纖維板表面的羧基含量相對(duì)較多，內(nèi)部的醛基含量相對(duì)較多，從而使得纖維板內(nèi)部和表面的化學(xué)鍵合方式存在一定的差異性;
　　(6)不同人工加速老化時(shí)間段的試樣碳素儲(chǔ)存量＞參照樣2碳素儲(chǔ)存量＞參照樣1碳素儲(chǔ)存量，且均隨著人工加速

8、老化時(shí)間的延長(zhǎng)而減少，其減少速率逐漸降低，但參照樣1的碳素儲(chǔ)存量流失速率大于試樣和參照樣2。碳素儲(chǔ)存量減少的根本原因在于中密度纖維板內(nèi)C-O和C-C鍵的斷裂及芳香環(huán)的降解，而直接原因是擴(kuò)散-滲透系數(shù)的增大，短期來(lái)看，擴(kuò)散-滲透系數(shù)的增大加速中密度纖維板的腐朽，木腐菌（白腐菌和褐腐菌等）破壞板材中的纖維素、半纖維素或術(shù)質(zhì)素的結(jié)構(gòu)，從而降低碳素儲(chǔ)存量;長(zhǎng)期來(lái)看，腐朽程度的增強(qiáng)會(huì)顯著降低板材的密度，加速提高板材的吸濕性和滲透性，促其產(chǎn)生翹曲變