汉麻秆芯粉体制备方法的研究进展

由于汉麻本身具有天然的杀菌成分和良好的透湿透气性能,使其在纺织界逐渐受到重视。传统汉麻的外层韧皮纤维利用率较高,但汉麻秆芯则会被当做燃料焚烧或直接作为农业废物填埋掉,这部分大概占汉麻纤维产量的70%~80%。对汉麻秆芯能源的开发利用需要进行粉碎加工处理,以便进一步应用。以汉麻秆芯粉体制备理论、制备方法为研究对象,讨论了锤式粉碎、气流式粉碎、振动式粉碎等工艺技术,为汉麻秆芯粉体的转化利用做好前期处理工序准备。

汉麻秆微细纤维结构和制浆性能分析

非木材纤维原料资源的开发及利用拓宽了植物纤维来源渠道,能够缓解制浆造纸工业木材原料短缺问题,符合我国国情。本文以农林废弃物汉麻秆为原料,从纤维微细结构着手,将汉麻纤维与制浆造纸常用阔叶木原料杨木和禾本科植物原料玉米秸秆进行了对比,发现汉麻秆的纤维形态与杨木纤维相似,杂细胞含量少,在长度、宽度分布上具有很好的均一性,符合制浆用纤维原料的要求。检测结果表明:汉麻秆纤维抄造的纸张具有较好的物理性能,能够替代部分现有原料,缓解纤维原料短缺的难题。

废旧涤纶织物/汉麻秆复合材料的制备及其力学性能研究

围绕废旧涤纶纺织品产量大,无法有效降解和难以回收利用等多处痛点,以及汉麻秆焚烧造成环境污染的问题。以废旧涤纶织物为基体材料,废弃汉麻秆为增强材料,水性环氧树脂胶液为胶粘剂,采用物理共混和模压成型的方法制备了一种绿色环保的复合材料。首先采用傅里叶红外光谱和力学性能测试分析了碱处理汉麻秆粉末对复合材料力学性能的影响;然后通过单因子实验和正交试验探究了汉麻秆质量分数和热压工艺参数对复合材料的力学性能的影响。结果表明:碱处理能有效去除汉麻秆粉的半纤维素与部分木质素及其他杂质,提高了复合材料的力学性能;当汉麻秆质量分数30%、热压温度为180℃、热压时间为15min、热压压力为10MPa时,废旧涤纶织物/汉麻秆复合材料的力学性能达到最优,复合材料的内结合强度、弯曲强度及弯曲模量分别为5.17MPa、37.7MPa和3479MPa。

碱处理对废旧涤纶织物/汉麻秆复合材料性能影响研究

为解决汉麻秆粉末与疏水性聚合物基体间界面相容性差的问题,以8%(质量分数)NaOH溶液为改性剂对汉麻秆进行碱处理,再制备废旧涤纶织物/汉麻秆复合材料。通过力学性能测试,结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)等技术手段,对复合材料性能进行研究。结果表明:对汉麻秆进行碱处理后,汉麻秆粉末表面被刻蚀,粗糙度增加,非纤维素成分溶解,与基体之间的结合力增大。相较未经碱处理制备的废旧涤纶织物/汉麻秆复合材料,碱处理制备的复合材料弯曲强度提升了25.0%,内结合强度提升了29.7%;玻璃化转变温度和结晶温度分别由71.2℃和216.5℃上升至79.1℃和220.7℃,界面相容性得以改善;结晶度减小。

汽车用汉麻秆粉/聚乳酸复合材料的制备、成型工艺及性能

为有利于汽车轻量化和环境保护,制备了一种汽车内饰用的完全可降解的木塑复合材料。以汉麻秆粉和可降解聚乳酸(PLA)为原料,通过双螺杆挤出机造粒,模压成型制备了该复合材料。对于温度、压力和时间3个影响因素,经过4种力学性能指标的正交试验分析,得到模压成型的最优工艺为:160℃、7.5 MPa、5 min。结果表明:当汉麻秆粉质量分数30%,麻秆粉粒径40目时,该复合材料的力学性能拉伸强度、弯曲强度、拉伸模量、弯曲模量均最大,分别为40.26、73.84 MPa和2.06、4.35 GPa。

汉麻秆芯的物性分析及形貌表征

选用黑龙江省哈尔滨市阿城区所种植的汉麻为研究对象,采用傅里叶红外光谱仪、示差扫描量热仪、X射线衍射分析仪、粒度分析仪以及扫描电镜对汉麻秆芯的基本物性及形貌进行了分析和表征,对汉麻秆芯进行了初步粉碎并对其粉体进行了多级分离。研究发现,汉麻秆芯的含水量为10.33%,灰分为1.94%,吸水率为143.25%,经筛分后得到-100~+200目粉体1.3294g,收率为16.61%;-200~+400目粉体0.3809g,收率为4.76%;-400目~+600目粉体0.046g,收率为0.58%。汉麻秆芯的主要结晶峰在22~23℃,最小吸收强度在18~19℃之间,玻璃化转变温度在240℃左右,初步粉碎时粉体的平均粒度为51.5μm(300目)左右。

改性处理对汉麻秆粉/聚乳酸复合材料性能的影响

为了增加汉麻秆粉的利用率,减少成本,以可降解性聚乳酸(PLA)及汉麻秆粉(HP)制备HP/PLA生物降解复合材料。为了解决HP质量分数为50%时汉麻秆粉/聚乳酸复合材料(50-HP/PLA)的性能降低的问题,采用硅烷偶联剂(KH550)、钛酸酯偶联剂(TC201)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)对50-HP/PLA改性,研究不同改性剂对50-HP/PLA的吸水性能、拉伸性能、弯曲性能以及热稳定性能的影响。结果表明:与未改性的复合材料相比,改性后的50-HP/PLA拉伸弯曲强度均提高,SBS的添加使得50-HP/PLA的拉伸强度、断裂伸长率分别提高了41.47%和18.44%,其纯SBS的添加使得复合材料性能优于SBS+DOP;在KH550处理后的50-HP/PLA弯曲强度和弯曲模量达到最大,分别提高了61.2%和17.2%,其KH550改性效果优于TC201;经过改性剂处理后50-HP/PLA的吸水性均降低,且热稳定性均提高。改性后的50-HP/PLA的吸水性和力学性能均达到相关国家标准及行业标准的要求。

KOH活化法制备汉麻秆活性炭及其微孔结构的研究

采用生物质材料制备比表面积大、微孔结构发达的活性炭,对于缓解资源紧缺、拓展活性炭在气相吸附和双电层电容器等方面的应用具有重大意义。以汉麻秆为原料、KOH为活化剂制备活性炭,通过正交试验探讨碱炭比、活化温度、活化时间对活性炭得率和碘吸附值的影响;采用场电镜、孔径分析仪对样品的微孔结构进行分析。结果表明,影响活性炭得率和碘吸附值的最显著因素分别为碱炭比和活化温度,在碱炭比4∶1、活化温度900℃、活化时间为0.5h的条件下,活性炭得率为72%、碘吸附值为2 047mg/g,比表面积为1 924.08m2/g,总孔容为1.01cm3/g,平均孔径为2.1nm;该活性炭的微孔结构发达(微孔率为81.19%),孔径分布较窄,同时存在超微孔和极微孔,且极微孔含量很高。

高锰酸钾改性汉麻秆芯对亚甲基蓝吸附性能的研究

以汉麻秆芯(HP)为原料,通过高锰酸钾对其进行氧化改性制备高锰酸改性汉麻秆芯(K-HP),并研究改性前后汉麻秆芯对亚甲基蓝染料的吸附性能,探讨了溶液初始质量浓度、吸附时间、吸附温度和溶液pH值对其吸附性能的影响。结果表明:经高锰酸钾改性后,汉麻秆芯中引入了新的Mn—O键,部分羟基被氧化成羧基,但汉麻秆芯的颗粒尺寸结构没有变化;汉麻秆芯的吸附量随亚甲基蓝溶液初始质量浓度的增加而升高,但染料去除率随之降低;当吸附温度为25℃,pH值为5,在10 m L亚甲基蓝溶液中添加0.010 0 g吸附剂时,HP的最大吸附量达71 mg/g,吸附平衡时间为30 min,K-HP最大吸附量增加到199 mg/g,吸附平衡时间为60 min; HP和K-HP对亚甲基蓝的吸附性能在25～45℃范围内不受影响,最优pH值为5;等温吸附模型拟合结果表明:HP和K-HP的吸附过程符合Langmuir模型,说明吸附过程为理想的单分子层吸附;动力学吸附模型拟合结果表明:HP和K-HP的吸附过程符合准二级动力学模型,说明吸附速率主要受化学吸附机理控制。

高比表面积汉麻秆活性炭的制备及应用研究现状

农业固体废弃物汉麻秆具有天然纳米级孔隙结构以及高纤维素与半纤维素含量,在生产制备高比表面积活性炭方面具有很大优势。本文分析了汉麻秆的物性特征,综述了近年来国内外关于汉麻秆活性炭的制备方法及应用的研究进展,并对不同制备方法的活化机理进行分析总结。另外,还介绍了部分汉麻秆活性炭的改性方法及应用,探究了在制备和改性中存在的问题,以期为汉麻秆制炭产业的发展与高比表面积活性炭的制备提供参考。

异氰酸酯接枝改性汉麻秆芯研究

本研究主要利用甲苯二异氰酸酯对汉麻秆芯粉进行改性,通过烧碱处理除去表面杂质,露出更多的纤维结构,接着使用异氰酸酯接枝改性,并对接枝改性的汉麻秆芯粉进行接触角测试、红外光谱测试以及扫描电镜测试。测试结果表明,改性后的汉麻秆芯粉羟基接上氨酯键,接触角变大,大大改善了汉麻秆芯粉的亲水性。

汉麻秆基生物质陶瓷用纯炭坯体的制备与分析

以汉麻秆芯炭粉为原料,采用干压成型工艺制备了生物质碳化硅陶瓷用多孔纯炭坯体,通过截面密度分析、SEM以及压汞测试等手段,对纯炭坯体的密度、显微结构和孔隙特征进行了分析。结果表明,成型压力在110MPa以下时,炭坯密度随压力升高而增加,达到110 MPa后密度不再增加;成型坯体截面密度分布及显微分布均匀;压汞测试表明,压力为35 MPa时所得炭坯的孔径主要介于1～80μm之间,具备制备高质量碳化硅陶瓷的理想条件。

改性汉麻秆芯抑菌性研究

采用烧碱改性法、硅烷偶联剂改性法、马来酸酐接枝改性法对汉麻秆芯进行改性,并对接枝改性的汉麻秆芯粉进行红外光谱测试、扫描电镜分析及抑菌性测试。结果表明,改性后的汉麻秆芯对大肠杆菌和金黄葡萄球菌的抑菌作用有明显的提高。

丙烯酸丁酯接枝改性汉麻秆芯粉研究

以硝酸铈铵为引发剂,引发丙烯酸丁酯在汉麻秆芯粉表面进行接枝共聚反应。研究不同浓度的引发剂和单体对接枝程度的影响,并对接枝改性的汉麻秆芯粉进行接触角、红外光谱测试以及表面形貌分析(SEM)。测试结果表明,引发剂硝酸铈铵溶液浓度为0.008 mol/L、单体丙烯酸丁酯溶液浓度为0.1 mol/L时接枝效果最好,且改性后的汉麻秆芯粉表面极性下降,即亲水性明显下降。

四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯对汉麻秆粉/聚乳酸木塑复合材料力学及热稳定性能的影响

为解决汉麻秆粉/聚乳酸木塑复合材料(Hemp straw powder reinforced polylactic acid composite,HPRPC)力学性能以及热稳定性较差的问题,采用四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(Pentaerythritol tetrakis[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate],PTP)对HPRPC进行改性处理,并制备不同PTP添加量下的HPRPC,通过FTIR、力学性能测试、SEM、TG、吸水与缺陷分析探究PTP对HPRPC的改性机制。结果表明,PTP改性处理增强了HPRPC中汉麻秆粉(HP)与聚乳酸(PLA)的界面相容性;PTP的添加量为0.6wt%时,复合材料的力学性能、热稳定性和缺陷情况最优:与未处理的复合材料相比,改性HPRPC的拉伸强度和弯曲强度分别提高了38.08%和45.24%,力学性能显著提高;初始分解温度和最大失重速率温度分别提高了12.9℃和16.8℃,热稳定性得到改善;吸水率与吸水厚度膨胀率均达到最优,吸水率保持为未改性复合材料的50%左右,吸水厚度膨胀速率显著减缓,96 h时吸水厚度膨胀率仅为2.11%,缺陷情况得到明显改善。

丙烯酸丁酯接枝改性汉麻秆芯粉的研究

以硝酸铈铵为引发剂,引发丙烯酸丁酯在汉麻秆芯粉表面进行接枝共聚反应。研究不同浓度的引发剂和单体对接枝程度的影响,并对改性后的汉麻秆芯粉进行红外光谱测试、接触角测试以及表面形貌分析(SEM)。测试结果表明,引发剂硝酸铈铵溶液浓度为0.008mol/L、单体丙烯酸丁酯溶液浓度为0.1mol/L时,接枝效果最好,且改性后的汉麻秆芯粉表面的极性下降,即亲水性明显下降。

硫酸亚铁催化马来酸酐改性汉麻秆芯粉的研究

由于植物纤维具有较强的表面化学极性和亲水性,而高分子树脂基体的化学极性小,所以两者之间的界面结合较差,复合材料的力学性能低.这些问题极大地阻碍了植物纤维增强复合材料的制备与应用.因此,为了提高界面相容性,要对植物纤维进行表面改性.利用马来酸酐对汉麻秆芯粉进行改性,并对改性后的汉麻秆芯粉进行了转化率、红外光谱、亲疏水性、扫描电镜测试.分析结果表明,1%硫酸亚铁溶液,30%马来酸酐溶液改性的汉麻秆芯粉改性效果最好.马来酸酐改性后的汉麻秆芯粉体表面粗糙且相互缠结,亲水性明显下降.

汉麻杆基活性炭表面织构与储氢性能的研究

以天然汉麻杆为原料，采用KOH化学活化的方法改变活化时间制备出了高比表面积活性炭，并且对其表面进行硝酸氧化处理.研究活性炭表面化学状态对其吸附性能的影响。采用77K低温氮气吸附和FTIR对样品进行了表征，并在77K、100kPa的条件下测定样品的氢气吸附等温线。结果表明，所有样品具有较高的比表面积（2435.93—3240.95m^2·g^-1）和总孔容（1.3—1.98cm^3·g^-1），且随活化时间的延长而增加，3.5h达到最大值，之后由于骨架坍塌有所减小。所有样品的孔径分布较为一致呈多峰型分布，主要以小于2nm的微孔为主，同时含有少量的中孔和大孔。活化3.5h样品的吸氢量最大，达到3.28wt％。研究发现，吸氢量受比表面积和孔容等参数影响较大，77K下不仅小于2nm的微孔对活性炭吸氢行为贡献较大，中孔也有十分重要的影响。样品经硝酸氧化处理后，BET比表面积和总孔容均在一定程度上减小，而氢气吸附量也有所降低。

麻炭的制备及其微观结构

以汉麻秆为原料,通过直接炭化、磷酸/氯化锌活化法制备了麻炭.采用扫描电镜（SEM）、液N2吸附、亚甲基蓝吸附和碘吸附分别对麻炭的微观骨架结构、表面织构、孔分布及吸附性能进行了表征.结果表明,麻炭微观形貌呈现多孔性的骨架结构,由彼此平行且直通的两种管道构成,管与管之间由管壁隔断,管壁本身分布着丰富的微孔,而且三种麻炭样品中均以微孔为主且微孔分布呈多分散性.未经活化处理的麻炭,其孔径主要分布在小于1.3nm的范围内,但其比表面积和孔容较小.磷酸和氯化锌活化的麻炭的比表面积分别达1388m2/g和1691m2/g,两者的孔分布较为相似,除了在小于2nm的范围内均有微孔分布外,还存在2～4nm范围内的中孔分布.麻炭对亚甲基蓝及碘的吸附值随比表面积的增大而增加,氯化锌活化的麻炭对亚甲基蓝和碘的吸附值最大,其次依次为磷酸活化的麻炭和未经活化处理的麻炭.

EVA/HSP复合发泡材料的制备和性能

以用途广泛的乙烯-醋酸乙烯酯(ethylene-vinyl acetate, EVA)为基体,采用模压成型工艺制备了EVA/汉麻秆芯粉(EVA/hemp stem powder, EVA/HSP)复合发泡材料.通过扫描电子显微镜(scanning electron microscopy, SEM)观察了EVA/HSP复合发泡材料的泡孔形貌,通过哈克转矩流变仪研究了EVA/HSP复合发泡材料的流变形能,表征了不同HSP添加量的EVA/HSP复合发泡材料的吸湿快干性能和力学性能,探讨了HSP添加量对吸湿快干性能和断裂伸长率的影响机制.结果发现,当HSP的添加量为10～20 phr时,材料的综合性能最优.这是因为适量的HSP有助于改善材料的泡孔形貌,兼具补强和增韧的效果,并赋予了材料优异的吸湿快干性能.