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栓皮栎软木动态黏弹性研究

林业工程学报 2020年第3期5卷 59-65页

作者：毕俊杰王庆国吴世谦宋孝周西北农林科技大学林学院陕西杨凌712100

软木是从栓皮树上采剥的树皮,是一种天然可再生的生物质材料。通过对软木的动态黏弹性进行研究,可以揭示许多关于软木材料结构和分子运动的相关信息。本试验主要运用动态力学分析技术研究了栓皮栎软木的动态黏弹性,并和国外栓皮槠软木... 详细信息

软木是从栓皮树上采剥的树皮,是一种天然可再生的生物质材料。通过对软木的动态黏弹性进行研究,可以揭示许多关于软木材料结构和分子运动的相关信息。本试验主要运用动态力学分析技术研究了栓皮栎软木的动态黏弹性,并和国外栓皮槠软木进行了对比。结果表明:在不同测试频率条件下,再生栓皮栎软木的储能模量(E′)均随温度升高而呈现降低趋势,损耗因子(tanδ)曲线主要出现了3个明显的损耗峰,对应的3个损耗过程分别由软木脂无定形区发生玻璃化转变、软木中有关成分发生熔融和吸着水的损失、纤维素和半纤维素发生热软化或降解所引起。再生栓皮栎软木分别沿轴向、径向和弦向进行拉伸测试时,E′、损耗模量(E″)和tanδ曲线的变化趋势基本一致,但在相同测试温度下,E′和E″在3个方向存在明显差异。在本试验条件下,栓皮栎和栓皮槠软木存在不同温度的损耗峰,主要表现为初生和再生栓皮栎软木的tanδ曲线分别在-10和-19℃出现一个损耗峰,而再生栓皮槠软木对应的损耗峰出现在14℃。

关键词：栓皮栎软木动态黏弹性储能模量损耗模量损耗因子

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栓皮栎软木膨化除杂工艺研究

西北农林科技大学学报（自然科学版） 2015年第5期43卷 87-92页

作者：赵泾峰宋孝周冯德君雷亚芳张英杰西北农林科技大学林学院陕西杨凌712100 杨凌职业技术学院陕西杨凌712100

【目的】研究软木膨化除杂的影响因素，确立较优的软木膨化除杂工艺。【方法】采用正交试验设计，对陕西产栓皮栎软木的膨化除杂工艺进行优化。【结果】膨化压力、保压时间和预处理方式均是软木体积膨胀率和除杂率的主要影响因素，其中... 详细信息

【目的】研究软木膨化除杂的影响因素，确立较优的软木膨化除杂工艺。【方法】采用正交试验设计，对陕西产栓皮栎软木的膨化除杂工艺进行优化。【结果】膨化压力、保压时间和预处理方式均是软木体积膨胀率和除杂率的主要影响因素，其中膨化压力的影响达到极显著水平，保压时间和预处理方式的影响达到显著水平。在试验范围内，栓皮栎软木较优的膨化除杂工艺为膨化压力0.9 MPa，保压时间20 min，预处理方式为沸水蒸煮1 h，软木厚度为15~20 mm。【结论】在较优工艺下膨化栓皮栎软木的体积膨胀率为40.35%，除杂率为22.15%，可以获得良好的膨化效果。

关键词：栓皮栎软木膨化除杂工艺优化

栓皮栎软木的夹砂和夹杂构造特征与化学组分分析

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西北农林科技大学学报（自然科学版） 2013年第7期41卷 119-124,132页

作者：赵泾峰冯德君雷亚芳张文辉张英杰西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学林学院陕西杨凌712100 杨凌职业技术学院陕西杨凌712100

【目的】研究栓皮栎软木中的杂质与纯软木的不同,以有效去除软木中的夹砂和夹杂。【方法】以陕西产栓皮栎软木为材料,分析其杂质的结构及主要化学成分的质量分数,并与纯软木细胞进行比较。【结果】夹砂的细胞排列紧密,细胞壁较厚,为白色... 详细信息

【目的】研究栓皮栎软木中的杂质与纯软木的不同,以有效去除软木中的夹砂和夹杂。【方法】以陕西产栓皮栎软木为材料,分析其杂质的结构及主要化学成分的质量分数,并与纯软木细胞进行比较。【结果】夹砂的细胞排列紧密,细胞壁较厚,为白色,细胞腔内充有白色物质,其木栓脂、纤维素和木质素的质量分数分别为1.65%,28.57%和26.31%;夹杂的细胞整体上排列比较疏松,细胞间隙发达,其木栓脂、纤维素和木质素的质量分数分别为2.20%,23.61%和24.32%;纯软木细胞为充满空气的薄壁细胞,相邻细胞交错排列,且排列紧密,无细胞间隙,似蜂窝状,其木栓脂、纤维素和木质素的质量分数分别为38.93%,7.89%和21.64%。【结论】栓皮栎软木中夹砂和夹杂与纯软木细胞的结构、主要化学成分的质量分数均不同,因而性能也不同。纤维素和木质素的质量分数高,木栓脂的质量分数低,是软木杂质硬而脆、弹性小的主要原因。

关键词：栓皮栎软木夹砂夹杂

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栓皮栎软木研究进展

西北农林科技大学学报（自然科学版） 2019年第4期47卷 25-31页

作者：赵泾峰宋孝周冯德君西北农林科技大学林学院陕西杨凌712100

文章从软木的解剖结构、化学组成、主要特性以及复合材料等方面,阐述了国内栓皮栎软木的研究进展。建议今后应加强栓皮栎软木资源培育和基础特性研究,加大技术创新,提高软木行业竞争力,建立符合国情的软木标准体系。

关键词：栓皮栎软木细胞结构化学组成软木特性软木复合材料

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国产栓皮栎软木热响应特性研究

北京林业大学学报 2018年第9期40卷 127-133页

作者：臧小榕母军张新宇赖宗元储德淼木质材料科学与应用教育部重点实验室北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

【目的】软木是一种具有黏弹性的天然高分子材料,除天然软木塞以外,软木制品多由软木颗粒施胶后热压而成,软木材料主要化学组分的熔融温度、玻璃化转变温度等热转变温度对了解软木的黏弹性和制定热加工工艺具有重要的理论参考价值。【... 详细信息

【目的】软木是一种具有黏弹性的天然高分子材料,除天然软木塞以外,软木制品多由软木颗粒施胶后热压而成,软木材料主要化学组分的熔融温度、玻璃化转变温度等热转变温度对了解软木的黏弹性和制定热加工工艺具有重要的理论参考价值。【方法】首先对栓皮栎软木进行热重分析以了解其热稳定性,确定软木发生热降解的最低温度,之后又采用了DSC、DMA、TMA这3种热分析方法对国产栓皮栎软木材料在热解起始温度内的热效应温度进行分析,并相互验证。【结果】热重分析结果显示在219℃之前栓皮栎软木基本不发生热降解,采用DSC、DMA、TMA方法测得的软木脂微晶的熔融温度分别为66℃、78℃(1 Hz)和78℃,通过DMA测得软木脂无定形区在频率为1 Hz时的玻璃化转变温度在0.7℃左右,在-66℃附近有一次级松弛转变,各热效应温度与栓皮槠软木略有差异,应与两者化学组分的单体构成和分子间作用力之间的差异相关。此外,由于软木径向壁上具有褶皱,采用TMA测试时可发现在加热条件下软木径向尺寸受热膨胀程度要大于轴向。【结论】在栓皮栎软木发生热解前的温度范围内存在主要成分软木脂的各热效应转变温度,据此确定合适的软木热加工温度,可通过增加软木的黏性流动来促进软木材料的热成型。

关键词：栓皮栎软木热分析熔融玻璃化转变

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栓皮栎软木化学除杂技术研究

林产工业 2015年第8期42卷 29-33页

作者：高萃王彦丽赵泾峰雷亚芳西北农林科技大学 College of Information and Control Engineering China University of Petroleum

该研究以产自我国陕西秦巴山区的栓皮栎软木初生皮为原材料,对栓皮栎软木化学除杂技术进行了探索。试验发现,将软木块浸泡于5.82mol/L盐酸溶液与6.12mol/L硫酸溶液体积比4:3的混合溶液中,并在恒温水浴60℃条件下浸泡20h的处理条件下软... 详细信息

该研究以产自我国陕西秦巴山区的栓皮栎软木初生皮为原材料,对栓皮栎软木化学除杂技术进行了探索。试验发现,将软木块浸泡于5.82mol/L盐酸溶液与6.12mol/L硫酸溶液体积比4:3的混合溶液中,并在恒温水浴60℃条件下浸泡20h的处理条件下软木除杂效果较优;通过扫描电镜对处理前后软木微观构造的对比观察,发现杂质细胞由之前的排列整齐变为杂乱,细胞间隙增大,且质地变疏松,易被剥离,而软木细胞未发生明显变化,表明此除杂工艺能够对软木产生明显的除杂效果。

关键词：栓皮栎软木石细胞皮孔化学除杂

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栓皮栎软木主要物理力学特性研究

栓皮栎软木主要物理力学特性研究

作者：毕俊杰西北农林科技大学

学位级别：硕士

软木为栓皮树的树皮,在解剖学上属于周皮。软木具有质轻、吸音、隔热、耐磨、绝缘、化学性质稳定等优良特性,应用领域非常广泛。国产软木主要从栓皮栎树上采剥获得,软木的物理力学特性与其加工利用之间的关系十分密切,研究栓皮栎软木的... 详细信息

软木为栓皮树的树皮,在解剖学上属于周皮。软木具有质轻、吸音、隔热、耐磨、绝缘、化学性质稳定等优良特性,应用领域非常广泛。国产软木主要从栓皮栎树上采剥获得,软木的物理力学特性与其加工利用之间的关系十分密切,研究栓皮栎软木的物理力学特性可为其合理利用提供基础数据,同时也可为改善软木的加工性能,提高软木产品的质量以及开发软木新型材料等提供理论依据。本文以陕西秦巴山区栓皮栎软木为研究对象,通过扫描电镜分析、红外光谱分析、X射线能谱分析、表面接触角测试、渗透性测试、动态力学分析、吸声和导热系数测试等方法与技术手段,研究了软木的结构与表面特性、吸湿和渗透性、动态黏弹性、吸声与导热特性,取得的主要研究结果如下:（1）与初生软木相比,再生软木皮的表面较为平整,裂纹较浅。再生软木中存在夹砂和夹杂等杂质,夹砂为白色斑点状,夹杂在横切面呈条纹状,分布比较随机。红外吸收光谱分析表明,与纯软木相比,夹砂和夹杂中软木脂特征峰的强度相对较弱,表明杂质中软木脂的含量比纯软木中含量低。（2）X射线能谱分析结果表明再生软木中包含16种化学元素,其中,C元素含量最高,质量百分比和原子百分比分别为64.04%和72.37%,其次是O元素,质量百分比和原子百分比分别为26.30%和22.32%,Ca是所测样品中含量最高的金属元素,质量百分比和原子百分比分别为0.75%和0.26%。（3）去掉表层黑皮后测得再生软木表面明度（L*）、红绿指数（a*）和黄蓝指数（b*）平均值分别为60.8、14.0和30.6。表面接触角测试表明,再生软木表面具有疏水性,蒸馏水、甲酰胺和二碘甲烷在再生软木表面的初始接触角分别为112.0°、85.1°和75.2°,10 s后接触角分别降低为102.1°、30.7°和72.1°。（4）吸湿测试得出再生软木烘至绝干后,分别在45%、65%和85%的湿度条件下放置30天（20℃）,含水率分别达到4.28%、6.05%和8.97%。渗透性试验结果表明,醇类试剂和蒸馏水在软木中的渗透速率随时间延长逐渐变慢,各试剂在软木中的渗透能力存在差别,在经过相同时间的渗透过程后,试剂在初生软木中体积渗透量间的关系为:甲醇﹥乙醇﹥正丙醇﹥异丙醇﹥蒸馏水,摩尔渗透量间的关系为:甲醇最大,蒸馏水和乙醇次之,然后是正丙醇和异丙醇,各试剂在再生软木中渗透量间的关系与初生软木基本相同。随着分子碳原子数的增加,醇类试剂在软木中的渗透能力降低。摩尔渗透量与试剂黏性的倒数间线性关系良好,各试剂在软木中的渗透过程符合线性层流。（5）动态力学分析试验表明,再生栓皮栎软木的储能模量E’均随温度升高呈现降低趋势,损耗因子tanδ曲线主要出现了3个明显的损耗峰,对应的3个损耗过程分别由软木脂无定形区发生玻璃化转变、软木中有关成分发生熔融和吸着水的损失、纤维素和半纤维素发生热软化或降解所引起。再生栓皮栎软木分别沿轴向、径向和弦向进行拉伸测试时,E’、损耗模量E"和tanδ曲线各自的变化趋势基本一致,但在相同测试温度条件下,E’和E"的值在3个方向下存在不同,表现为弦向最大,轴向次之,径向最小。在试验条件下,栓皮栎和栓皮槠软木存在不同温度的损耗峰,主要表现为初生和再生栓皮栎软木的tanδ曲线分别在-10℃和-19℃出现一个损耗峰,而再生栓皮槠软木对应的损耗峰出现在14℃。在拉伸和压缩两种形变模式条件下,软木的E’、E"以及tanδ曲线随温度的变化趋势一致,说明材料内部发生的损耗过程基本相同。（6）在试验范围内,吸声测试表明,3 mm、6 mm、8 mm和10 mm厚的再生栓皮栎软木在全频段内弦切面的平均吸声系数分别为0.0364、0.0366、0.0537和0.0850。再生栓皮栎软木弦切面的吸声系数在中低频范围（50 Hz～3500 Hz）内较小,吸声性能较差;在高频范围（3500 Hz～6400 Hz）内出现一个吸收峰,吸声性能较好。随着软木厚度的增加,入射声波在材料内部的传播路径增加,滞留时间延长,因而软木材料在全频段内的平均吸声系数增加,吸声性能有所提高。（7）导热测试表明栓皮栎软木是一种保温材料,本次试验测得绝干和气干初生软木的径向导热系数分别为0.0607 W/（m·K）和0.0687 W/（m·K）,绝干和气干再生软木的径向导热系数分别为0.0676 W/（m·K）和0.0707 W/（m·K）。同含水率条件下再生软木的导热系数略大于初生软木。水的导热系数大于空气,受含水率的影响,气干软木的导热系数略大于绝干软木。

关键词：栓皮栎软木表面特性动态黏弹性渗透性吸声性能

栓皮栎软木基多孔活性碳的制备及电化学性能研究

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栓皮栎软木基多孔活性碳的制备及电化学性能研究

作者：许伟佳北京化工大学

学位级别：硕士

生物质因其来源广、价格低廉和可循环再生的特点,常用于制备生物质基多孔碳材料,制得的生物质基多孔碳材料在电化学测试中展现出极佳的电容性。人类的生产生活中,每年都会产生大量的生物质垃圾,这些垃圾大多以填埋和焚烧的方式处理,造... 详细信息

生物质因其来源广、价格低廉和可循环再生的特点,常用于制备生物质基多孔碳材料,制得的生物质基多孔碳材料在电化学测试中展现出极佳的电容性。人类的生产生活中,每年都会产生大量的生物质垃圾,这些垃圾大多以填埋和焚烧的方式处理,造成了资源浪费和环境污染。因此,将这些生物质垃圾作为前驱体来制备碳材料,不仅使其有效利用,还保护了环境。本论文以栓皮栎软木制品生产过程中的废弃料为前驱体,分别采用了不同的制备工艺制得具有不同结构特征的栓皮栎软木基多孔活性碳并研究了其电化学性能。(1)以栓皮栎软木为原料,经600℃碳化后,用KOH在800℃活化制得具有合适孔结构的栓皮栎软木基多孔活性碳。采用SEM、N吸附法、XRD及XPS对栓皮栎软木基多孔碳进行了表征,并测试其在不同电解液体系中的电化学性能。结果表明,制得的栓皮栎软木基多孔碳为薄片状结构,KOH与C的质量比为4.5:1时制得的栓皮栎软木基活性碳比表面积达2313 m2/g,同时其孔容量高达1.28 cm3/g。以样品COAC-4.5组装三电极,在6 M KOH电解液中,其比电容在0.1 A/g时高达296 F/g;所组装的COAC-4.5//COAC-4.5对称型超级电容器,在6MKOH电解液中,以5A/g的电流充放电5000次后,电容仅减少0.5%,表明其极好的电化学稳定性;以1MNa2S04为电解液,组装的对称型超级电容器在电流密度0.5 A/g(174 F/g)至50 A/g(140 F/g)时电容保持率达80.5%,同时获得高的能量密度(19.62 W h/kg),揭示了其极佳的倍率性能与高的能量密度;(2)采用KMnO氧化还原法,将栓皮栎软木与KMnO按一定比例混合得干燥混合物,经不同温度碳化后制得具有3D分级多孔结构的栓皮栎软木基活性碳。采用SEM、N吸附法、XRD及XPS对栓皮栎软木基分级多孔碳进行了表征,并测试其在不同电解液体系中的电化学性能。结果表明,制得的活性碳呈3D分层多孔结构,其中,在600 ℃碳化制得的样品CHPC-600展现出最佳的电化学性能,其比表面积与总孔容分别达689 m2/g和0.96 cm3/g,表面氧含量达12.33 at%。以样品CHPC-600组装三电极,在6 M KOH中,其在0.2 A/g下获得高的比电容(290 F/g);所组装的CHPC-600//CHPC-600对称型超级电容器,在6 MKOH电解液中,其在5 A/g下充放电10000次后,电容仅减少4.8%,表明其极好的电化学稳定性;在1MNa2S04中,组装的CHPC-600//CHPC-600对称型超级电容器在电流密度1 A/g(165F/g)至10A/g(148F/g)时电容保持率达89.7%,同时获得高的能量密度(14.7Wh/kg),揭示了其极佳的倍率性能与高的能量密度。

关键词：栓皮栎软木多孔碳 KMnO4 超级电容器比电容

栓皮栎软木细胞壁超微结构及主要化学组成分析

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栓皮栎软木细胞壁超微结构及主要化学组成分析

作者：陈慧西北农林科技大学

学位级别：硕士

软木作为一种可再生资源,应用越来越广泛,但我国栓皮栎软木质地较硬、杂质含量较多,其物理特性比国外栓皮槠软木稍差。为从本源上解释国产栓皮栎软木的物理力学性能,本文以初生和再生栓皮栎软木为原料,首先对软木细胞结构和表面元素进... 详细信息

软木作为一种可再生资源,应用越来越广泛,但我国栓皮栎软木质地较硬、杂质含量较多,其物理特性比国外栓皮槠软木稍差。为从本源上解释国产栓皮栎软木的物理力学性能,本文以初生和再生栓皮栎软木为原料,首先对软木细胞结构和表面元素进行了分析;其次对软木细胞壁超微结构进行了探索和研究;然后对软木化学组成和特性进行了对比分析,探索栓皮栎软木化学成分和性能的关系,对软木中主要成分木栓脂的单体组成进行了分析,最后对软木染色进行了初步探索。得出以下结论:(1)借助扫描电子显微镜对栓皮栎软木细胞结构进行分析,结果表明软木细胞在弦切面上的形状多呈六边形,呈蜂窝状排列;在横切面和径切面上单个细胞的形状多近似四边形,呈砖墙状排列。软木细胞壁侧壁不平整,存在褶皱。软木细胞壁的内侧面不平滑,密布着突起物;细胞壁上有截面为椭圆形的物质交换通道(胞间连丝)。借助扫描电子显微镜和X射线能谱仪(SEM-EDAX)对软木表面元素进行分析,结果表明软木中主要元素有C、O和P(H不检测),还存在平均含量为2.22%的金属元素,主要有Na、Mg、Al、K、Ca、Fe及Cu元素,其中Cu、Ca、Fe和K元素含量较高,重量比平均值分别为0.62%、0.47%、0.36%和0.37%。软木中金属成分的存在证明了栓皮栎林在大气沉降和土壤净化过程中具有良好的吸收和运转作用。(2)通过透射电镜对栓皮栎软木进行研究,发现栓皮栎软木细胞壁为三层结构,分为初生壁(P),次生壁(S)和三生壁(T)。次生壁(S)壁层最厚,占据了细胞壁的大部分体积。软木细胞壁间贯穿着非常多的胞间连丝,分布无明显规律性。部分成熟细胞胞间连丝两端有冒头将胞间连丝通道堵死,使软木细胞形成一个封闭空间。在软木细胞壁的复合胞间层(CML)和细胞角隅区域(CCML)木质素分布较多。(3)通过对初生和再生软木的化学成分分析,表明软木中主要化学成分为木栓脂、木质素、纤维素和抽提物。在试验范围内,三地初生软木的木栓脂含量在38.27%9.91%之间,酸不溶木质素含量在22.72%4.09%之间,纤维素含量在10.94%2.54%之间,总抽提物含量在10.59%2.33%之间;再生软木的木栓脂含量在39.22%0.89%之间,酸不溶木质素含量在19.60%2.19%之间,纤维素含量在11.78%3.85%之间,总抽提物含量在9.76%1.20%之间。通过对初生和再生软木化学组成和物理性能对比分析发现,初生和再生软木的成分和性能具有一定差异;初生软木木质素含量较高,硬度较大;再生软木木栓脂含量较高,弹性较好。木质素和木栓脂的含量对软木硬度和压缩回弹率均有较显著的影响。硬度与木质素的含量呈显著正相关关系;与木栓脂的含量呈显著负相关关系。15min、24h的压缩回弹率与木栓脂的含量呈显著正相关关系;与木质素的含量呈显著负相关关系。(4)对木栓脂的分析表明,软木木栓脂单体主要是C1624同系物的脂肪酸,多数为偶数碳链的饱和脂肪酸和不饱和碳烯酸,其中,饱和脂肪酸的含量为30.18%9.11%,不饱和脂肪酸的含量为24.08%7.85%;大多数为一元羧酸(58.92%8.03%),少数为二元羧酸(3.94%.69%),少量饱和脂肪酸在碳链的中间位置上有氧环或羟基。初生和再生软木木栓脂单体的种类基本一致,但单体组分的含量有所不同。(5)对软木素材和漂白材进行染色研究的初探发现,染料种类对软木素材和漂白材的色差和色饱和度差影响最为显著,软木片材的厚度对其色差和色饱和度差影响不显著。碱性品绿、碱性品红、碱性棕3种染料对软木漂白材的染色效果要好于软木素材。

关键词：栓皮栎软木超微结构木栓脂化学组成