甘蔗渣木材陶瓷化研究.docx

甘蔗渣木材陶瓷化研究.docx甘蔗渣木材陶瓷化研究吴文涛(合肥工业大学资源与环境工程学院)摘要报道了以什廉渣为原料,采用全新工艺制备木材陶瓷的研究,并对其性能进行了测试,对英形成机理及规律进行了分析,展示了工艺参数对制备过程及木材陶瓷性能的影响。实验结果证明了通过该工艺用甘廉渣制备木材陶瓷的可行性,为甘蔗渣等植物残渣的综合利用及木材陶瓷的研究开辟了新的方向和空间。关键词廿蔗渣酚醛树脂环境材料20世纪90年代以来,在高新技术材料的研究屮,出现了一个新的研究领域,即“环境材料"(Ecomaterials)o环境材料要求传统材料具冇更优良的环境适应性,也包括直接改善环境的材料⑴。环境材料的典型特点是其先进性、环境I办调性以及舒适性。由日本青森工业实验场开发出的木材陶瓷完全具备了这三大特点,是一种典型的环境材料⑵。木材陶瓷是一种采用木材(或其它木质材料)浸渍热I古I性树脂厉真空(或氮气保护)碳化而成的一种新型多孔质碳素材料,其屮的木质材料在烧结后形成软质无定形碳,树脂生成硕质玻璃確⑶。在制备木材陶瓷的选料上,口本学者普遍使用的是原木和五合板,也冇人用竹子等做过实验。本文首次以廿蔗渣为原料,采用混合后热压成型等工艺制备木材陶瓷,测定并研究了其主耍性能及规律⑷。一、实验(一)选料甘廉浹的主要化学成分与木材相同,表1所列,完全可以代替原木制备木材陶瓷,减少了对原木的使用,实现了废物资源化。甘蔗渣用植物粉碎机破碎。实验所用树脂为热固型酚醛树脂。表1甘蔗渣与部分木质材料主要成分表原料名称多缩戊糖(%)纤维素(%)木质素(%)灰分(%)〜〜〜202〜4稻壳16〜〜4521〜〜,(二)试样制备与烧结将甘廉渣分成2组,配料及其单位分别为:甘g;酚醛树脂,niL;酒精,mL;固化剂,mLo第1组按甘蔗渣:酚醛树脂:酒精:固化剂=100:50:50:25的比例混合均匀,口然晾干后热压成100mmX50mmX5mm的试样。混合时加酒精的H的是为了稀释树脂,使得树脂与甘蔗渣充分浸润混合。将第2组按甘蔗渣:酚醛树脂:酒精:I古I化剂=100:70:30:20的比例混介均匀后压制成试样,并与第1组所得试样的尺寸相同。将热压成型的2组试样放入真空炉小,在氮气保护气飢中以5°C/min的速度分別升温至300°C、400°C、500°C、600°C、700°C、800°C,并在每一温度保温4h后随炉冷却。二、性能测试及结果分析(一)残碳率残碳率为木材陶瓷的一个重要指标,计算方法为:残碳率=(试样烧结厉的质量一试样烧结前的质量)X100%。图1所示为残碳率与温度变化的曲线图。由图1可见,在2种不同配比条件下,其残碳率总体都随温度的升高及分解产物的不断逸出而降低。曲线1在400°C以前的残碳率明显低于曲线2,这主要是笫1组的配比中甘蔗渣含量较高,而蔗渣在100°C左右有一个失重,甘蔗渣的热分析图(图3所示)也证明了这一点;4(XTC以厉,第2纟R的残碳率低于笫1组,因为笫2组的配比中酚醛树脂含量较高,而酚醛树脂的失重主耍发牛在400C左右,这可从酚醛树脂的MTA曲线图(图2所示)中得到证明,700°C以后