甘蔗渣木材陶瓷化探究.pdfVIP

第五章环境污染防治技术研究与开发 ·1679· 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) 摘要报道了以甘蔗渣为原料，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，对其 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 过该工艺用甘蔗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。 关键词甘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中，出现了一个新的研究领域，即“环境材料” 环境材料的典型特点是其先进性、环境协调性以及舒适性。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【2】。木材陶瓷是一种采用木材(或其它木质材 料)浸渍热固性树脂后真空(或氮气保护)碳化而成的一种新型多孔质碳素材料，其中的木质材料在 烧结后形成软质无定形碳，树脂生成硬质玻璃碳【3】。在制备木材陶瓷的选料上，日本学者普遍使 用的是原木和五合板，也有人用竹子等做过实验。本文首次以甘蔗渣为原料，采用混合后热压成 型等工艺制各木材陶瓷，测定并研究了其主要性能及规律H。 一、实验 (一)选料 甘蔗渣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(％) 甘蔗渣 25．6～29．1 48．2～55．6 18～20 2～4 稻壳 16～22 35．5～45 21～26 11．4～22 棉杆 20．76 41．42 23．16 9．47 毛竹 21．12 45．50 30．67 1．10 白杨 19．5 59．0 20．6 O．52 桦木 24．9 53．5 22．5 1．17 (二)试样制备与烧结 将甘蔗渣分成2组，配料及其单位分别为：甘蔗渣，g；酚醛树脂，mL；酒精，InL；固化剂， 匀后压制成试样，并与第1组所得试样的尺寸相同。 ·1680· 中国环境保护优秀论文集(2005) ℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃，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《试样烧结后的质量÷试样烧结前的 100％。图1所示为残碳率与温度变化的曲线图。由图l可见，在2种不同配比条件下， 质量)X 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℃以前的残碳率明显 低于曲线2，这主要是第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，苷蔗渣 的热分析图(图3所示)也证明了这一点；400℃以后，第2组的残碳率低于第1组，因为第2组的 配比中酚醛树脂含量较高，而酚醛树脂的失重主要发生在400℃左右，这可从酚醛树脂的MTA曲 线图(图2所示)中得到证明，700℃以后，曲线渐趋平缓，因为甘蔗渣和酚醛树脂的主要反应已经 结束。 70 60 残碳率(％)4500 30