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竹材作为我国最重要的非木资源之一,广泛应用于工艺品、家具、建材、造纸、复合材料、纳米材料等领域。作为生物质材料,竹材拥有大量纤维素、半纤维素等吸湿性物质和微纳米级的孔隙结构,但由于尺寸稳定性和抗生物降解性不足,影响工业成本和使用寿命。对竹材微纳观壁层结构进行表征与分析、改性处理对竹材化学性能的影响研究有助于竹材应用的发展。 本论文以4年生散生毛竹为研究对象,通过运用LC-PolScope液晶偏振光技术结合XRD技术、高分辨CCD电镜技术联合透射电镜技术,研究了未处理毛竹各类细胞壁层结构、细胞壁各亚层微纤丝角;通过运用扫描电镜技术、XRD技术手段以及传统化学分析测试方法,研究了毛竹材在相对湿度110%的条件下,分别经过160℃、180℃、200℃和220℃处理1.5h后整体化学组分和物理超微结构及性能的变化。论文的主要结论如下: 1.对于四年生毛竹,观察到纤维细胞主体具有6-8层次生壁亚层,纤维鞘最内侧少量纤维细胞具有2层次生壁亚层;观察到薄壁细胞主体具有10层次生壁亚层,并且最多观察到16层。 2.本文通过LC-PolScope技术得竹材纤维细胞、薄壁细胞和导管的平均微纤丝角,分别为13±5°、43°±15°和65±5°。对于纤维细胞,初生壁MFA为50°,次生壁厚层MFA均在5°-20°范围,次生壁薄层MFA均在40°-60°范围。对于薄壁细胞,初生壁的MFA在0°-40°;次生壁薄厚层变化无规律,但次生壁奇数层拥有较小MFA(30°-40°范围内),偶数层拥有较大MFA(50°-60°范围内)。对于导管,初生壁的MFA为60°-70°,次生壁S1层的MFA的范围在30°-40°,其余次生壁奇数层的MFA在60°-70°,而次生壁偶数层的MFA在60°-70°范围。三种类型细胞的MFA由小角度到大角度的交替,均伴随着次生壁奇数层到偶数层交替。 3.湿热处理后,毛竹和慈竹的苯醇抽提物含量增加,而冷、热水抽提物和1%NaOH抽提物含量降低。α-纤维素的含量与处理温度呈负相关趋势。在160℃-180℃的范围内,毛竹和慈竹的α-纤维素含量变化并不明显,分别下降到0.55%和0.18%。220℃时,α-纤维素含量分别陡然下降1.29%和2.19%。湿热处理对木质素的含量影响不大。毛竹和慈竹的戊聚糖与湿热温度呈负相关。慈竹的灰分含量整体高于毛竹。两种竹材的灰分含量变化与湿热处理无明显的相关性。 4.湿热处理过程中,毛竹和慈竹的结晶度随温度升高呈先上升后下降的规律。180℃处理的两种竹材的结晶度达到最大值,在220℃处理的试样达到最小值。湿热处理竹材微纤丝角均低于常温对照样。但湿热处理对微纤丝角影响极小,没有明显的规律性。在相同的处理梯度下,毛竹和慈竹的纤维细胞、薄壁细胞和导管各壁层分层现象逐渐显著。其中,纤维细胞的分层现象最为显著。薄壁细胞壁层厚度逐渐变薄,薄壁细胞主体分层不明显,但细胞壁角隅部位及复合胞间层有分层现象。当处理温度到达200℃时,竹材各类细胞出现不同程度的变形。随着湿热处理温度的上升,竹材的湿胀率平均值随着下降。从常温试样到220℃,毛竹和慈竹的湿胀率平均值分别从3.01%和4.15%下降到1.10%和0.89%。这表明湿热处理能显著提高竹材的尺寸稳定性。