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.pdf

1、當今世界經(jīng)濟的迅猛發(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-香草醛體系和復配改性技術(shù)分別對木質(zhì)素磺酸銨進行活化改性，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，基于酶法改性和復配改性條件的單因素試驗，設(shè)計正交試驗進行復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配改性木質(zhì)素磺酸銨條件下復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)素磺酸銨制備的復合材料的結(jié)合性能及其

3、結(jié)合機理。第四，基于ISO14040-2006和GB/T24040-2008中生命周期評價的基本技術(shù)框架，利用GaBi6.0軟件對傳統(tǒng)中密度纖維板和復配改性木質(zhì)素磺酸銨/木纖維復合材料進行生命周期評價。
　　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/木纖維復合材料(LMIL/WF)和復配改性木質(zhì)素磺酸銨/木纖維復合材料（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測模型準確可靠，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)生化學結(jié)合，主要以耦合反應(yīng)和縮聚反應(yīng)為主;復

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)素磺酸銨制備的復合材料的熱機械性能得到提高。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)基復合材料生產(chǎn)提供清潔生產(chǎn)的機會和途徑，基于ISO14040-2006和GB/T24040-2008中生命周期評價的基本技術(shù)框架，結(jié)合標準開展生命周期評價的基木路線，以傳統(tǒng)中密度纖維板(MDF)和復配改性木質(zhì)素磺酸銨/木纖維復合材料(HMIL/WF)為研究對象，針對兩種產(chǎn)品的實際生產(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)境負荷最大，其中