PDF《利用水稻秸秆制作可完全降解的生物质板材》

1068 安徽农业大学学报2013 年 包装业及建筑业等方面,同时可以缓解木材供应的 压力,减少塑料对环境的污染,也使水稻秸秆资源 得到了更有效的利用. 目前,国内外已经对利用水稻等秸秆制作人造 板的可行性进行了大量研究, 有些已经投入生产[4] . 但目前大多都在制板过程中加入其他的化学胶黏 剂.如时君友等人采用玉米淀粉为主要原料的改性 水性高分子异氰酸酯胶黏剂压制稻秸秆人造板[5] ;

刘军军等人利用 2%的NaOH 碱液处理秸秆,并利 用玉米淀粉作为黏合剂制造水稻秸秆装饰板[6] ;

赵 一兵等利用落叶松单宁树脂胶制做玉米秸秆板[4] . 本研究在制板过程中,不添加任何化学胶黏剂,制 成的板材不但能够保证实用要求的强度,而且可以 保证制得的生物质板材在废弃后直接完全还田,不 会对环境造成任何污染.

1 生物质板材的制作工艺 水稻秸秆的化学组成主要包括纤维素、半纤维 素、木质素和各类抽提物 [1] .其中纤维素和半纤维 素是本实验的主要利用物质.但与木材相比,水稻 秸秆的木质素和纤维素含量低,木质素存在于纤维 的四周,使纤维相互黏合固结,加大了试验中纤维 的分离的难度[1] . 水稻收获以后,截取其秸秆晒干,即可进行生 物质板材的制作.其工艺流程如图

1 所示. 图1工艺流程图 Figure

1 Flowchart of the process for producing biomass board 1.1 前处理 该过程包括切碎和浸泡.将收获的水稻秸秆利 用东芝 QS-7 粉碎机将其剪为长度约

15 mm 的秸秆 碎片,并在室温条件下,用清水浸泡

96 h.该步骤 初步剪短了秸秆的长纤维, 提高了下一步磨解效率. 对制板最重要的元素――纤维,做微观观察, 就会发现纤维主要由纤维素所构成.从分子的层次 来看,纤维素属于葡萄糖基的长链状高聚物,如图

2 所示. 从上述结构式中可以得知,在纤维素分子中的 每个结构单元都有

3 个羟基,因此每一个纤维素分 子都有

3 倍于聚合度的羟基,这些羟基具有很大的 亲水性.因而当秸秆纤维被分散于水中时,其纤维 素分子中所含的无数羟基就会吸水, 而使纤维润胀. 当水中纤维素分子相互间靠近时,相邻的两个分子 结构中的氧原子 O 就会吸附水分子,从而两个纤维 素分子被水分子重新连接.因此,将秸秆碎片用清 水浸泡,且在随后的磨解等过程中都是在有水的条 件下进行的.该做法不但可以使秸秆纤维中的纤维 素与水分子充分浸润,并且依靠空气及秸秆本身所 携带的微生物,在室温及潮湿的环境下,可以对秸 秆进行天然的纤维解离处理, 从而可以去除少量的, 影响生物质板材机械强度的半纤维素,以及会溶出 少量的,会大大降低板材的强度和寿命的木素,亦 可软化秸秆细胞的胞间层. 图2纤维素分子结构式 Figure

2 Cellulose molecular structure 1.2 磨解 将浸泡透的秸秆碎片,利用由日本里见制作所 的A型磨解机,通过机械旋转........