论文部分内容阅读
本课题在“十一五”国家科技支撑计划项目《魔芋葡甘聚糖规模化加工和应用关键技术》(批准号:2007BAE42804)的资助下,围绕牧草芽苗生物质基多孔材料的制备与表征,研究了以生物质资源一年生黑麦草、高羊茅、白三叶为原料,采用植物自然反复倒置生长、根茎交联成型后高分子溶液浸泡的方法制备对环境友好的多孔材料,探索了经不同浓度聚乙烯醇、醇酯清漆、聚丙烯酰胺处理对生物质性能的影响,及其对力学性能作了一定的试验及理论分析。研究结果表明:
(1)一年生黑麦草、高羊茅、白三叶种子最适宜发芽温度为25℃,这与前人所作研究结果相符;种子添加量分别为40g、40g、50g时制备的多孔材料,烘干后不经任何处理测定的力学强度优于其余四个添加梯度。
(2)三种草坪芽苗制备的多孔材料,随着高分子溶液处理浓度的提高力学性能均发生了较为明显的变化。一年生黑麦草芽苗经浓度为10%的聚乙烯醇处理后力学强度为最大力191.959N、最大变形23.581mm、拉伸强度0.512MPa、伸长率58.95%、弹性模量0.87MPa,优于其余浓度梯度处理,比重、比强度分别为0.195、2.626 N/tex;经市售浓度醇酯清漆处理后各力学参数值分别为最大力117.605N、最大变形25.462mm、拉伸强度0.314MPa、伸长率63.65%,弹性模量0.50MPa,相比于其余梯度处理为最佳,此浓度下比重为0.215,比强度1.460 N/tex;用浓度为13%聚丙烯酰胺处理芽苗,比重为0.153、比强度1.072 N/tex,最大力为61.500N、最大变形17.308mm、抗拉强度0.164MPa、伸长率43.27%、弹性模量0.38MPa,力学性能优于其余四个梯度处理。
(3)高羊茅芽苗制备的多孔材料,用浓度为10%的聚乙烯醇处理其力学性能优于其余梯度处理,在此浓度下,最大力185.299N、最大变形23.068mm、拉伸强度0.494MPa、伸长率57.67%、弹性模量0.87MPa,比重、比强度分别为0.192、2.573 N/tex;市售浓度醇酯清漆处理其力学强度相比于其余四个梯度为最佳,各力学参数值分别为最大力120.944N、最大变形24.490mm、拉伸强度0.322MPa、伸长率61.23%、弹性模量0.55MPa,比重为0.215,比强度1.498 N/tex;用浓度为13%聚丙烯酰胺处理芽苗生物质力学性能优于其余梯度,各力学参数值分别为最大力53.694N、最大变形16.495mm、拉伸强度0.143MPa、伸长率41.24%、弹性模量0.35MPa,比重为0.151、比强度0.947 N/tex。
(4)白三叶芽苗制备的多孔材料,用浓度为10%的聚乙烯醇处理其力学强度优于其余梯度处理,此浓度下,最大力118.421N、最大变形19.564mm、拉伸强度0.316MPa、伸长率48.91%、弹性模量0.65MPa,比重、比强度分别为0.194、1.629 N/tex;经市售浓度醇酯清漆处理材料力学强度相比于其余四个梯度为最佳,各力学参数值分别为最大力100.510N、最大变形17.738mm、拉伸强度0.268MPa、伸长率44.34%、弹性模量0.63MPa,比重、比强度分别为0.208,1.288 N/tex;用浓度为13%聚丙烯酰胺处理后材料力学性能优于其余处理梯度,各力学参数值分别为最大力44.819N、最大变形14.141mm、拉伸强度0.120MPa、伸长率35.35%、弹性模量0.34MPa,比重、比强度分别为0.145、0.827 N/tex。
综上所述:三种草坪芽苗经过培养成型的生物质具有天然的网状结构,制备的多孔材料随处理的高分子溶液浓度的改变力学性能变化显著。其中,一年生黑麦草制备的生物质多孔材料的力学性能优于其余两个草坪品种,聚乙烯醇溶液优于另外两种高分子溶液处理,10%的聚乙烯醇为生物质的最佳处理浓度。
由于生物质多孔材料质轻、比重低、比强度高,可被广泛应用于农业、建筑、运输、包装等行业,使用后可生物降解,不会造成环境污染,而且来源于可再生的植物资源,材料成本低廉,可部分替代现有的石油来源产品,因此它的力学性质受到广泛的关注,随着研究的进一步深入,生物质多孔材料将具有较好的应用前景。