乙醇凝固浴制备姜秆纤维素膜的研究

本文研究了姜秆纤维素包装膜的制备条件以及膜的性能,以姜秆纤维素为原料,采用纤维素溶剂LiCl/DMAc(氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺)将纤维素溶解,然后经过脱泡、刮膜,以乙醇为凝固浴进行溶剂交换制备成膜。考察纤维素浓度、溶解温度以及凝固浴温度对纤维素膜力学性能的影响。得到成膜的最佳工艺条件:溶解温度100℃,姜秆纤维素浓度4%(绝干浆对LiCl/DMA质量比),凝固浴温度20℃,此条件下制得的膜的抗张强度为31.1MPa,断裂伸长率为55.7%,通过气体透过性测试,纤维素膜具有一定的透气性,可以满足绿色包装要求。

姜秆纤维素的提取及表征

以废弃姜秆为原料,采用氢氧化钾(KOH)法提取姜秆中的纤维素。通过正交实验确定纤维素的最佳提取条件:KOH浓度14%,蒸煮时间5h,液料比20,此时得到的纤维素纯度最高。通过XPS、SEM、FTIR、TGA、XRD对姜秆及得到的纤维素样品进行表征。样品的颜色由棕色变为白色,FTIR谱图中半纤维素和木质素的特征峰消失,热分解温度从225℃提高到317℃,表明提取后得到的样品热稳定性明显提高。

硝酸-乙醇法提取姜秆纤维素的研究

以废弃姜秆为原料,通过硝酸-乙醇法,除去非纤维成分,提取得到纤维素。实验结果表明料液比1∶40、温度90℃、抽提时间4 h得到的纤维素纯度最高。利用EDS、SEM、FTIR、TGA、XRD对得到的纤维素样品进行了表征。样品的颜色由棕色变为白色,FTIR显示提取后的纤维素谱图中半纤维素和木质素的特征峰消失,热分解温度从100℃提高到298℃,热稳定性明显提高。

生姜植株提拉力学特性的试验研究

针对提拉式生姜收获过程中存在姜秆易断裂等问题,采用剪切、挤压、拉伸试验的方法测定生姜植株的提拉力学特性参数,寻找夹持位置、加载速度等因素对生姜植株力学特性的影响规律。试验发现:姜秆的剪切强度随着取样位置与加载速度的增大而减小;抗压强度随着取样位置的增加而增大,随着加载速度的增加略微增加后减小,姜秆的平均剪切强度与抗压强度分别为0.85 MPa、3.29 MPa。生姜块茎与姜秆结合部位的抗拉强度受到夹持位置的影响显著,呈二次函数关系,随着加载速度的增加而呈现先减少后增加的趋势,且平均抗拉强度为0.6 MPa。通过对姜秆最佳剪切与挤压位置、最佳提拉位置的寻优,确定剪切与挤压力较大的位置为结合点以上393.9 mm处、姜秆与姜块茎结合点受力最大的位置为结合点以上400 mm处。生姜植株最佳的剪切挤压位置与最佳提拉位置趋于一致,且姜秆的抗压强度远大于剪切强度。因此,选用适宜的夹紧方式及位置,可减小姜秆受到的剪切力,达到顺利拉拔生姜的效果,为提拉式生姜收获机的整体设计提供数据支撑。