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南 京 林 业 大 学博 士 研 究 生 开 题 报 告论文题目：酶对麦秸纤维和杨木微/纳纤丝的影响研究作 者：刘艳萍 专 业：木材科学与技术 研究方向：木质复合材料 指导老师：张 洋 教授二八年十二月目 录1课题来源12 研究背景12.1 我国木材资源严重短缺12.2 我国速生杨木资源状况及其利用12.3 我国的农作物秸秆资源及其利用2222.4 麦秸人造板的研究现状2332.5 研究微/纳米材料的意义3332.5.1纳米材料及其特性3442.5.2木质纳米材料研究进展3442.5.3微/纳米材料与木质材料复合研究现状4552.6 酶处理木质纤维的研究现状4662.6.1酶及其作用机理4662.6.2酶处理木质纤维的无胶胶合研究5773 研究内容和实验方法6883.1麦秸纤维的木聚糖酶处理6883.1.1 木聚糖酶处理工艺的优选6883.1.2麦秸纤维板的压制及性能测试7993.2 酶处理后麦秸纤维胶合性能调控机理研究810103.2.1化学基团810103.2.2纤维表观810103.2.3表面自由基测定810103.2.4化学成分的测定810103.2.5麦秸纤维和胶粘剂的反应特性811113.3 杨木微/纳纤丝的制备和表征811113.3.1 材料与设备811113.3.2杨木微/纳纤丝的制备811113.3.3 杨木微/纳纤丝的表征911113.4 杨木微/纳纤丝的酶处理工艺研究911113.4.1 材料与设备911113.4.2 杨木微/纳纤丝的酶处理912123.4.3酶处理后杨木微/纳纤丝的表征912123.5 杨木微/纳纤丝改性木材的研究912123.5.1 试验材料912123.5.2 试验设计1012133.5.3试验方法1013133.5.4杨木微/纳纤丝/木材复合材的性能测试1013133.5.5 杨木微/纳纤丝/木材复合材的微观特征1114144 本课题的特色和创新之处1114155 研究中可能遇到的问题和解决办法1114156 研究的进度安排和经费预算1114157 参考文献121516I1课题来源 本课题来源于国家自然科学基金项目“酶对木材和秸秆纤维细胞表面化学基团及细胞壁弹性模量的调控变化规律研究”，江苏省农业科技攻关项目“杨木纳米纤维素的研究与开发”。2 研究背景2.1 我国木材资源严重短缺我国是一个少林缺材的国家1。第六次全国森林资源清查结果显示，我国人均森林面积0.132 公顷，不到世界平均水平的1/4，居世界第134位；森林覆盖率18.21%，仅相当于世界平均水平的61.52%，居世界第130位；人均森林蓄积量9.421立方米，不到世界平均水平的 1/6，居世界第122 位。目前国内木材工业飞速发展，建筑装饰装修业异军突起，使我国木材资源的供需矛盾日益突出。特别是在我国国家“天然林保护工程”实施以后，木材供需矛盾更为突出，2000年国内木材供需缺口为3600万立方米，2004年已经达到1.09亿立方米，预计到2015年，我国生产建设用材需求量约为4.8亿立方米，缺口将达1.9亿立方米。用占世界3%4%的森林资源，既要满足世界22%的人口的生产、生活和国家经济建设的需要，同时又要保护生态环境，这种矛盾仍会在一段时间内存在。 为了解决这个矛盾，目前主要采取三条途径：即适度增加木材进口、大力发展人工速生林和寻找木材替代原料。其中，在后两条途径中，人们的目光已开始投向丰富的人工速生杨木和农作物秸秆资源。可以预见，人工速生杨木和农作物秸秆是今后相当长时期内补充木材资源供应不足的重要形式。2.2 我国速生杨木资源状况及其利用 杨树是杨柳科杨属植物落叶乔木的通称。全属有100多种，主要分布在欧洲、亚洲、北美洲的温带、寒带及地中海沿岸国家与中东地区，我国有50多种。据调查，自从1984年南京林业大学引种的意杨被国家确定为平原绿化树种以来，杨树就逐渐成为了我国短周期工业用材林的首选树种。我国速生丰产林建设工程实施以来其营林面积已达666万公顷，超过世界其他国家杨树人工林面积的总和，是我国重要的速生丰产林和短周期工业用材林首选树种，也是世界人工林发展的重要三大速生树种之一2-6。几十年来，我国林业科研人员不断对杨树速生丰产树种进行研究、开发，并已经取得了可喜的成果，形成了大面积杨树速生丰产林。自70年代中期，以南京林业大学王明庥院士为代表的科研工作者在江苏苏北淮海地区引种美洲黑杨和欧美杨树种获得成功，并经过几代基因改良培育出适合我国气候和立地条件的I-69和I-72等优势树种2，7。目前其种植和利用在我国的中、北部地区已进入良性循环中。 杨树生长快，干形好，木材适合于生产单板和单板类人造板。由于杨木生材含水率较高，材质较软，一般不需蒸煮可直接旋切。杨木因其具有纤维较长，长宽比大于3545，壁腔比小于1，综纤维素含量较高(80%)，木素含量较低(20%25%)，非纤维杂质少，材色白净，易漂白，得浆率高等特点，是一种较好的造纸原料8-9。由于杨树木材密度低，材色白，又是生产中纤板和刨花板的理想原料，尤其是生产中密度纤维板的较好原料，且原料来源广泛，杨木的枝桠、梢头和加工利用剩余物均可使用。2.3 我国的农作物秸秆资源及其利用一些专家、学者认为，竹子是我国的第二森林资源，农业剩余物是我国的第三森林资源10。而我国是一个农业大国，每年生产的农作物秸秆（麦秸、稻草等）就有6-7亿吨11-12。过去我国秸秆的利用主要在用作燃料、饲料、肥料、造纸等工业生产中，但随着化肥、农药、石油能源等的高投入，液化气及煤气的普及，小规模造纸厂的关闭，农作物秸秆在还田、燃料、造纸等方面的利用正趋于萎缩。而且与发达国家相比，我国秸秆综合利用水平还比较低。综合利用技术研发水平落后，秸秆利用研究与推广脱节，大量宝贵的秸秆资源沉睡、废弃和流失。2004年安徽广大农村地区由于大量焚烧农作物秸秆，使之成为“雾都”，而且严重影响到周边地区的环境13。这不仅是一种资源浪费，而且还可能成为一种巨大的污染源，危害人类环境。2002年温家宝总理曾就焚烧秸秆问题作过重要批示。2004年4月，国家环保总局、农业部、财政部等6部委联合下发关于加强秸秆焚烧和综合利用工作的通知，要求农业部门把秸秆综合利用作为一项重点工作来抓，努力扩大秸秆综合利用规模，尽快为秸秆找出路14。 因此，研究农业剩余物的开发利用成为当今研究的热点，包括制造人造板、酒精、塑料、沼气、餐具、以及秸秆还田、秸秆发电和秸秆进行氨化处理后作饲料等15-25。但把秸秆用于制造酒精、塑料和餐具的成本非常高且工艺尚不成熟，氨化处理秸秆后作饲料的风险较大，严重的会导致动物的食物中毒，而将秸秆制成沼气又受到地域的限制。而前人研究表明，利用这些农作物的剩余物作原料，尽管到目前为止还存在这样或那样的问题，但完全可以生产人造板26-49。将秸秆制成板材既能满足我国对木材的需求，又能为秸秆找到切实可行的出路，还能增加农民收入、有利于社会主义新农村的建设、有利于工业反哺农业的实现。2.4 麦秸人造板的研究现状麦秸表面富含蜡质，同时SiO2含量大，用人造板生产常用的脲醛树脂或酚醛树脂胶粘剂很难生产出合格的板材；目前麦秸人造板的生产主要采用MDI胶，成本高，发展速度受到限制。为了适应市场需求，采用价格低廉的脲醛树脂胶生产合格的麦秸纤维板，可极大地缩短麦秸代替木材生产人造板的工业化进程。国内外研究人员都在尝试着使用脲醛树脂胶粘剂，通过对麦秸原料进行各种方法的预处理压制秸秆板50-61，但均无根本性的突破。 国外秸秆人造板的发展起始于上个世纪40年代，比利时在1947年研究麻秆刨花板，随后，英国、德国、美国、日本等国相继研究了稻草、甘蔗渣、棉杆等秸秆人造板58，但是，以农作物秸秆主体，即麦秸和稻草为原料制造人造板，特别是建成工业化生产线，却只有10年左右的历史。世界上秸秆人造板研究开发比较突出的国家有美国、加拿大、中国等。北美已经建成一些秸秆碎料板工厂投产，如美国Primeboard公司、加拿大Isoboard公司等，但近几年来，由于种种原因，北美地区一些秸秆人造板厂发生亏损，连连倒闭，如美国得克萨斯州Agriboard公司、明尼苏达州Phenix Biocomposites公司和加拿大马尼托巴省Isoboard International公司62，尚有几家公司仍在生产。我国秸秆人造板起始于上世纪80年代初，产品大多是仿造普通刨花板的工艺，因其性能较差而限制了此类板材的发展26-35。经过长期努力，我国秸秆人造板生产技术已经成熟，随着化学工业发展，我国已经能生产秸秆人造板生产专用胶粘剂异氰酸酯。根据我国的具体国情，研制成功了国产化秸秆人造板生产工艺，授权了10多项发明专利，形成了自主知识产权。伴随着机械制造业的发展，我国已经具备了生产秸秆人造板国产化生产线成套设备的能力，在生产规模和产品质量相同的情况下，国产设备销售价格仅为进口设备的1/3。目前，我国已成功开发出稻麦秸秆刨花板、秸秆纤维板、秸秆/塑料复合人造板、轻质秸秆人造板等多种秸秆产品。2.5 研究微/纳米材料的意义有人曾经预测，在21世纪纳米技术将成为超过网络技术和基因技术的又一项“决定性技术”63，纳米材料技术及其应用作为一项最具市场应用潜力的高科学技术，已被众事实和新出现的纳米材料新应用成果所证实。纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣，世界各国正在相继投入巨资对其进行研究。2.5.1纳米材料及其特性所谓纳米材料就是指在一维、二维或三维空间中始终处于1-100nm范围内的晶体或非晶体物质。其性质完全不同于常规材料，而具有特殊性。其按照属性可分为金属纳米材料、氧化物纳米材料、硫化物纳米材料、碳硅化合物纳米材料、氮磷等化合物纳米材料、含氧酸盐纳米材料以及纳米材料按照材料功能可分为半导体型纳米材料、光敏型纳米材料、增强型纳米材料和磁性纳米材料按材料形态可分为纳米点、纳米线、纳米带、纳米薄膜和纳米孔材料等64。 处于纳米尺度下的物质，其电子的波性以及原子之间的相互作用将受到尺度大小的影响，诸如熔点、磁学性能、电学性能、光学性能、力学性能和化学活性都会出现与传统材料迥然不同的性质，表现出的独特性能很多时候无法用传统的理论体系解释。导致纳米材料表现独特性能的有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应4种基本效应65。2.5.2木质纳米材料研究进展我国纳米科技研究始于20世纪80年代末，“八五”期间“分子器件的基础研究”列为国家自然科学基金重大项目、“纳米材料科学”列入国家攀登项目。2000年，朱镕基总理亲自指示要组织我国纳米技术研究和产业化发展，在“十五”期间要用25-30亿人民币支持这一国家计划，要在纳米科技发展中体现国家行为。因此，如何将纳米科技的原理技术和思想方法融入木质材料科学，并且应用纳米科技来改性和修饰木质材料，赋予其新的功能，这是木材科学工作者面临的一个新课题。纳米科技在木质材料科学领域的应用是多方面的，它将有效地提升木质材料科学和木材加工产业，具有十分诱人的前景66。 在国内，已经有研究学者对木材中提取纳米木纤维或木粉进行了探索性研究67。研究表明利用纳微米技术可能形成造纸的高得浆率。这是因为当纤维加工到微米级别以后，木材细胞的胞管已经全部破开，胞管内的粘性液体可以很容易流出来。机械制浆后可以不必再用化学的方法提取胞管内的有害液体。所以可以不必必须用化学的方法分离纤维，从而减少由于化学分离造成的污染和能源、水、出浆率的浪费。有学者推测67，木材和其它材料一样，在加工成纳微米尺寸后，材料特异性质、尺寸效应及其机理都可能发生变化，而木材纳微米小于木材的细胞直径，因此，纳微米水平的木材改性是在木材细胞和显微结构下的改性技术，可能使木材改性出现突破性进展。当木粉变成纳微米的粒度后，原木材理化指标将发生变化。这种变化对改进木材加工技术带来方便。以木材液化为例，现在木材液化的成本非常高，几乎没有工业价值而且传统木材液化基本是以酚或多元醇在高温下进行，有时还要以酸、碱为催化剂，造成相当严重的污染，损害了木材作为绿色材料的特性。如果将木粉加工到纳米，木材原来细胞的结构破坏，纤维组织结构发生了变化，木纤维、半纤维素、木质素可在加工的过程中用机械的方法分离出来。在纳米细粉状态下进行木材液化可以是一件非常容易的事，这一技术可能完全改变木材液化的方式和成本，使木材液化真正工业化。该学者同时提出纳米木粉生产的无污染胶粘剂可能代替含甲醛的有毒胶。这将意味着胶粘剂的绿色革命可能从木材的纳微米技术开始。同时木材表观纳微米摩擦学的表征与检测技术也将成为木材纳微米技术的新的研究领域。2.5.3微/纳米材料与木质材料复合研究现状国内外的学者对木材一无机纳米复合材料进行初步研究结果表明，木材内部具有容纳纳米粒子的纳米空间，它存在于木材细胞壁上的微细纤维之间并存在能与纳米粒子结合的活性基团68。在国外，Saka.S等用溶胶凝胶法将尺寸为100nm左右的SiO2等无机微粒沉积在木材的细胞壁上，制成木材/无机纳米复合材料69；Ueno.T等使用“二重扩散法”制成木基水玻璃一硼无机复合材料70，Saka.S，Miyafuji.H和Ueno.T等人用凝胶法和溶胶一凝胶法分别制备成功SiO2和TiO2木材/无机复合材料，具有较好的力学强度、尺寸稳定性、阻燃性等69；Hiroyuki Matsumura和Wolfgang Glasser于1999年开发了一步法从纤维素纤维制备热塑性纳米复合材料的工艺71。在国内，有人用溶胶一凝胶法及原位复合方法在细胞水平上制成了木基二氧化硅复合材料，其力学性能、尺寸稳定性及阻燃耐腐性能等均有不同程度的提高72-74，还有研究者将以硅的醇盐为主要组分的前驱体溶液注入经常规预处理或偶联剂预处理的木材，在热处理的条件下反应，使氧化硅在木材细胞内成核、集聚并长大，制成木材/二氧化硅纳米复合材料75；另外也有用溶胶凝胶法把陶瓷前驱体注入木材细胞壁中，经水解、缩合反应形成SiO2凝胶，其一部分与纤维素发生键合，其他部分以物理填充的方式存在于微毛细管中，三者构成细胞壁的骨架，在分子水平上与木材构成了复合材料76；另外还有进行木质基层状蒙脱土纳米插层复合制备的“一步浸渍注入法”和“两步浸渍注入法”研究和木质基层状蒙脱土纳米插层复合构造和性能评价等77。2.6 酶处理木质纤维的研究现状现代生物技术，是20世纪70年代初发展起来的一个科学技术领域，受到了世界各国的普遍关注，投入大量的资金和人力开展生物技术和工程的研发，试图为解决世界面临的能源、材料、粮食、人口、资源以及环境污染等相关严重问题寻找解决办法。生物技术直接涉及人类生存和生活的各个方面，随着生物学的研究进展，生物技术的发展异常迅速，一些新概念和新技术已渗透到生物科学乃至某些其他自然科学领域的许多重要方面。与林业资源培育和加工利用密切相关的现代生物技术主要包括基因工程、细胞工程和酶工程等方面78。2.6.1酶及其作用机理酶及其催化特性酶（enzyme）是生物体活细胞产生的具有催化活性的蛋白质，是一类生物催化剂79。酶作为生物催化剂，具有一般催化剂的特征，但酶作为一种生物大分子其特殊之处，主要体现如下80。（1）催化效率极高 酶催化反应得速率比无机催化剂或有机催化剂高1071013倍。例如，过氧化氢分解反应中，若用铁离子作为催化剂，分营速率为610-4mol/s，而用过氧化氢酶催化，反应速率为6106.mol/s；20下脲酶水解脲的速率比微酸水溶液的反应速率增大1018倍，可见酶作为一种生物催化剂其催化效率极高。（2）酶具有高度专一性 酶对底物及催化的反应有严格的选择性，一种酶仅能作用于一种物质或一类结构相似的物质，发生一定的化学反应，而对其他物质不具有活性。如蛋白酶只能水解蛋白质，而对脂肪、淀粉不起任何作用。（3）温和的作用条件 酶可在常温、常压和温和的酸碱条件下进行催化反应。用酸水解淀粉生产葡萄糖，需245294kPa压力和140150的高温及耐酸设备；而用酶水解淀粉，65条件下，一般设备即可。这为简化设备、降低成本和改善劳动强度创造了条件。（4）酶的催化活性可被调节控制 酶对反应条件极为敏感，可以简单地用调节pH、温度或添加抑制剂等方法来控制酶反应的进行。（5）酶的来源广泛 酶是由生物体产生的，而生物广泛分布于整个自然界，从宇宙空间到地层深处，从高山到海洋，几乎到处都存在着生物。有生物，就存在着酶源。工业上用的酶大多来自于微生物产生的酶，其原因是微生物种类繁多，微生物生长周期短，能在短时间内生产大量的酶。酶的作用机理81 酶一般是通过其活性中心，通常是其氨基酸侧链基团先与底物形成一个中间复合物，随后在分解成产物，随后再分解成产物，并放出酶。酶的活性部位（active site）是它结合底物转化为产物的区域。通常是整个酶分子相当小的一部分，它是由在线性多肽链可能相隔很远的氨基酸残基形成的三维实体。活性部位通常在酶的表面空隙或裂缝处，形成促进底物结合的优越的非极性环境。在活性部位，底物被多重的、弱的作用力结合（静电相互作用、氢键、范德华键、疏水相互作用），在某些情况下被可逆的共价键结合。酶结合底物分子，首先将它转变为过渡态，然后生成产物，释放到溶液中。这时游离的酶与另一分子的底物结合，开始它的又一次循环。2.6.2酶处理木质纤维的无胶胶合研究无胶胶合是一种不用外加胶粘剂，不依赖于昂贵的石油产品作胶接剂来实现木质材料（非木质材料）胶接和生产人造板的新技术。应用酶工程生物技术开发无甲醛、环保人造板已成为人造板发展的必然趋势之一。1998 年，Kuhne G的“用酶改性的木质纤维生产无胶木纤维纤维板”技术获得德国专利。该方法是用酶改性木材或其它木质纤维生产无胶木纤维纤维板的方法，通过酶处理，存在于纤维中的木素组分，能起到胶粘剂的作用，经酶处理后的纤维可加压或模压制成人造板，例如纤维板82。目前应用在木材工业的酶主要是漆酶。用漆酶处理木材生产人造板的最大特点是不使用含有甲醛的胶粘剂，无甲醛释放，可以获得环保的人造板产品，其发展潜力巨大，国外研究较多。Kharazipour等用漆酶处理木纤维制成纤维板的过程中，将纤维泡在25漆酶水溶液中，培养27天d，沥干至含水率50%左右(或者烘干到3%含水率)，热压成板，与对照板相比也得到了相应的提高；Vikari等83用漆酶处理纤维后，所得到的板材内结合强度提高了0.9Mpa，拉伸强度提高了38Mpa；Febly等用漆酶氧化山毛榉木纤维干法中，酶处理1h，干燥200，热压成3mm的纤维板，可以得到静曲强度、静曲模量、尺寸稳定性极好的纤维板；Claus84,85在其博士论文中指出，采用漆酶活化处理木材纤维生产中密度纤维板(MDF)，在相同温度下,漆酶处理阔叶材产生的自由基浓度较针叶材多，而随着温度的升高，自由基浓度也不断增加。此外，采用漆酶处理木素及其衍生物进行木材胶合研究也取得了一定的进展。Widsten等人86采用漆酶处理木素磺酸盐作为胶粘剂胶接实木木块，并于1989年进一步开发用于刨花板和木材层压材的胶粘剂体系，制得的刨花板可得到0.64MPa的内结合强度； Yamaguchi等认为，用过氧化物和漆酶可以改善纸板间的胶合强度，酶在处理的纸板中使木素产生解聚或者使木素立体结构松散，从而改善了木素的可到达性和活性。我国对漆酶应用于木材工业的研究刚刚起步，目前有中国林业科学研究院的朱家琪等人87进行了初步研究，取得了一定的结果。研究表明，用漆酶处理思茅松纤维后，采用湿法制造纤维板，可以实现无胶胶合，所得板的内结合强度可达到1.563Mpa，显著高于对照处理纤维板的强度。3 研究内容和实验方法论文主要研究麦秸纤维的酶处理工艺，主要酶处理条件对麦秸纤维的性能影响，为实现不用胶，或少用胶制造麦秸纤维板提供依据。研究杨木微/纳纤丝的制备工艺，主要酶处理条件对杨木微/纳纤丝的影响，为提高杨木微/纳纤丝对杨木的改性效果提供依据。3.1麦秸纤维的木聚糖酶处理 3.1.1 木聚糖酶处理工艺的优选 试验设计木聚糖酶处理麦秸纤维的工艺条件对酶处理效果有很大影响。本试验以测定麦秸纤维的接触角、纤维得率和还原糖浓度来评价处理效果。本试验以温度、时间、pH值、酶用量为变化因素，分别取5个水平（见表1）同样条件，重复3次，结果以平均值表示。表1 因素变化水平水平温度/时间/hpH酶量/IUg-113524.068.324044.5136.734565.0205.045085.5273.3555106.03.2 试验方法1 酶处理方法 称取一定质量的麦秸纤维放入500mL锥形瓶；再取适量的木聚糖酶与一定体积的柠檬酸磷酸氢二钠缓冲溶液混合、过滤，然后加入盛有麦秸纤维的锥形瓶内；再将装有反应混合物的锥形瓶封口放入恒温振荡水浴槽中处理，反应结束后用去离子水清洗若干次，在50温度下烘干，备用。2 还原糖浓度的测定88 采用3，5二硝基水杨酸（DNS）法。 3接触角的测定 采用悬挂法测定麦秸纤维表面接触角，所用仪器为芬兰KSV设备有限公司制造的Sigina 700高性能表面张力/接触角仪。 试验用原料和设备 试验用原料列于表2表2 主要原料及规格名称分子结构规格产地麦秸农业品江苏木聚糖酶工业品柠檬酸H3C6H5O7H2O分析纯磷酸氢二钠Na2HPO4分析纯3，5二硝基水杨酸C7H4N2O7分析纯氢氧化钠NaOH分析纯酒石酸钾钠C4H4O6Na4H2O分析纯偏重亚硫酸钠NaS2O5分析纯苯酚C6H5OH分析纯木糖C5H10O5分析纯正己烷C6H14分析纯 试验用设备 （1）电热恒温震荡水槽 DKZ-2型，上海福玛实验设备有限公司（2）电热鼓风干燥箱 DHG-9146A型，上海精宏实验设备有限公司 （3）pH计 PHS-3C型，上海精密科学仪器有限公司（4）酶标仪 UQuant ，美国基因有限公司（5）表面张力/接触角仪 Sigina 700，芬兰KSV设备有限公司3.1.2麦秸纤维板的压制及性能测试（1）工艺流程铺装施胶干燥酶处理麦秸纤维热压冷却裁边砂光预压 图1 麦秸纤维板工艺流程（2）工艺参数 幅面为300mm 300mm10mm，喷枪喷胶，简易拌胶机内拌胶，然后手工铺装压板.施胶量12%，固化剂加量1%，根据已有的关于纤维板热压工艺的研究，为满足高温短周期热压工艺要求，本次试验热压温度为140，热压时间为40sec/mm。手工铺装并预压后进压机(平板硫化机)热压，分三次卸压。（3）性能测试 试验板在常温(153、相对湿度50%)下陈放3d后，根据我国现行中密度纤维板国家标准GB/T11718-1999制备试件和进行性能测试。端面密度分布测试采用德国产Density Lab剖面密度测试仪，仪器采用X射线对剖面密度进行扫描，扫描速度0.05mm/sec 。3.2 酶处理后麦秸纤维胶合性能调控机理研究3.2.1麦秸纤维表面化学基团分析 采用美国Thermo Nicolet 360型傅立叶变换红外光谱仪(FTIR )，用KBr压片法进行检测。3.2.2纤维表观 采用FEI Quanta 200环境扫描电子显微镜观察。3.2.3表面自由基测定 采用日本电子公司生产的JES-FEIXG 型电子自旋共振波谱仪。3.2.4化学成分的测定 根据国家有关标准GB 2677. 93.中规定的方法进行。表3 麦秸的化学成分种类水分（%）灰分（%）抽出物（%）戊聚糖（%）木质素（%）综纤维素（%）纤维素（%）冷水热水苯醇1%NaOH热磨前数值数值数值数值数值数值数值数值数值数值热磨后数值数值数值数值数值数值数值数值数值数值酶处理数值数值数值数值数值数值数值数值数值数值3.2.5麦秸纤维和胶粘剂的反应特性 利用差示扫描量热仪（DSC）研究麦秸纤维（酶处理和未处理）和胶粘剂之间的热反应特性。3.3 杨木微/纳纤丝的制备和表征3.3.1 材料与设备 1 杨木纤维 购于苏北造纸厂，购回后使其自然阴干，含水率约为15%。 2 高压均质仪 AH 100D型，ATS工业系统有限公司。 3 激光粒度分析仪 Winner 2005型, 济南微纳米颗粒技术有限公司。 4 冷冻干燥机 LGJ10C型，北京四环科学仪器厂。 3.3.2杨木微/纳纤丝的制备 （1）纤维的粉碎 用植物粉碎机将杨木纤维粉碎，过80目筛。 （2）均质前处理 称量一定质量的纤维放入500ml的三角瓶中，量取一定量的蒸馏水加入到盛纤维素的三角瓶内，配置成不同浓度（0.4%，0.6%，0.8%，1.0% W/V）的溶液，封口，室温放置12小时。 （3）均质处理 用AH 100D型高压均质仪均质预处理过的纤维，压力分别取400bar、600bar、800bar，处理次数分别取20次、40次、60次。 （4）冷冻干燥 取少量均质处理过的微纳米纤维素在冷冻干燥机里冻干，密封保存，以备表征之用。3.3.3 杨木微/纳纤丝的表征 （1）粒度分布 利用Winner 2005型激光粒度分析仪测定。（2）表面电荷 利用Winner 2005型激光粒度分析仪测定。（3）晶体结构 利用丹东DX-2000 X射线衍射仪测试。（4）表观 采用FEI Quanta 200环境扫描电子显微镜观察。3.4 杨木微/纳纤丝的酶处理工艺研究3.4.1 材料与设备 1 杨木纤维 购于苏北造纸厂，购回后使其自然阴干，含水率约为15%。 2木聚糖酶 购于Sigma公司, 木聚糖酶酶活为9.537 IUmg-1。3电热恒温震荡水槽 DKZ-2型，上海福玛实验设备有限公司 4 高压均质仪 AH 100D型，ATS工业系统有限公司。 5 激光粒度分析仪 Winner 2005型, 济南微纳米颗粒技术有限公司。 6 冷冻干燥机 LGJ10C型，北京四环科学仪器厂。 3.4.2 杨木微/纳纤丝的酶处理 称量一定质量的杨木微/纳纤丝放入500ml的三角瓶中，再取适量的木聚糖酶与一定体积的柠檬酸磷酸氢二钠缓冲溶液，后加入盛有杨木纤维的锥形瓶内；再将装有反应混合物的锥形瓶封口放入恒温振荡水浴槽中处理，反应结束后用去离子水清洗若干次，备用。3.4.3 酶处理后杨木微/纳纤丝的表征 方法同3.3.3.。3.5 杨木微/纳纤丝改性木材的研究3.5.1 试验材料 1 杨木单板 由于杨木存在湿心材，边材和心材材质差异较大，所以尽量挑选颜色浅的边材部分为试材。试件尺寸为60mm60mm,厚度为2mm，含水率1213%。2 杨木微/纳纤丝 利用3.3.2节和3.4.2节制备的杨木微/纳纤丝。3 干粉状树脂胶 图2 真空加压浸注设备3.5.2 试验设计此试验是用杨木微/纳纤丝处理杨木单板，利用正交试验的方法找出最佳的工艺。根据水溶性树脂浸渍处理单板的原理安排试验，并确定各变量因子水平，本试验采用三因素三水平重复正交试验的方法进行试验，三因素三水平表如下：表4 变量因子及水平表因素预处理浸胶期间真空度/MPa浸胶时间/h1抽真空1h0.1012抽真空2h0.0533抽真空0h053.5.3试验方法 复合材的制备方法是真空加压条件下的木质微/纳米纤丝溶液浸渍。真空加压方法的工作过程是将单板试件放在压力处理罐（图2）中，打开真空泵抽真空，保持负压一定时间，通过橡胶管向处理罐中通入微纳米纤丝悬浮液，同时马上调节缓冲罐，从而改变处理罐里的真空度，处理一定时间，取出进行2个小时的陈化处理。陈化处理后将试样置入干燥箱中，在一定温度条件下干燥固化处理，取出密封待用。 3.5.4杨木微纳纤丝/木材复合材的性能测试 （1） 增重率 木材经杨木微/纳纤丝浸渍后试件重量增加的百分率, 即增重率, 以下式表示:式中: WPG 木材增重率， W0 试片浸渍处理前的全干质量,g W1 试片浸渍处理后的全干质量,g（2）材料的吸水增重率 称量过质量的待测试样放入盛有蒸馏水的三角瓶中进行浸泡，每24小时取出称重一次，称重之前用吸水纸将待测试样上的水吸干，用如下公式计算试样的吸水增重率。式中: W 试样吸水增重率，W0 试样吸水前的质量,gW1 试样吸水后的质量,g（3）材料的抗水流失性 材料的抗水流失性用失重率来表示。将称量好质量的待测试样置于容量为150ml的三角瓶中，然后加入蒸馏水，室温浸泡或者在沸水中煮一定时间，取出试样在1032条件下干燥，至绝干后称取其质量，按下面的公式计算。 式中: WLP 室温浸泡或者在沸水中煮试样的失重率，W0 室温浸泡或者在沸水中煮后试样的绝干质量,gW1 室温浸泡或者在沸水中煮前试样的绝干质量,g （4）表面润湿性能 采用JC2000A接触角测量仪测定单板表面的接触角。 （5）耐磨性 根据GB/T17657-1999人造板及饰面人造板理化性能试验方法，耐磨性测试是确定由一对包着砂布的研磨轮与旋转着的试件摩擦，转数为100转时的质量损失。采用广州君达仪器有限公司生产的JM-IV型磨耗仪。3.5.5 杨木微/纳纤丝/木材复合材的微观特征 采用FEI Quanta 200环境扫描电子显微镜观察。4 本课题的特色和创新之处4.1 利用木聚糖酶处理麦秸纤维，将生物技术运用于麦秸预处理，并对其作用机理进行研究，为实现少用胶，或不用胶制造麦秸纤维板提供依据。4.2通过酶处理杨木微/纳纤丝，提高杨木微/纳纤丝对杨木的改性效果。4.3将木质微/纳纤丝作为增强体浸渍复合到杨木单板内，改善其材质软、强度低、尺寸不稳定等缺陷。 5 研究中可能遇到的问题和解决办法（1）谱图分析问题 论文中将涉及大量的图谱，比如红外光谱、XRD图谱和DSC曲线等，将要查阅大量的资料或请教相关专业的老师。（2）数理统计分析问题 本论文中的试验数据需要应用数理统计软件（SPSS软件），这涉及到一些复杂的计算机程序。将要查阅大量的资料或请教相关专业的老师。 6 研究的进度安排和经费预算6.1研究进度安排 2008.032008.08 收集整理与本课题相关的国内外文献资料； 2008.092008.12 原料的制备及预备试验的进行； 2009.012009.12 整体试验的进行； 2010.012009.06 整理试验数据，撰写论文，完成论文答辩。6.2 经费预算试验材料、试剂等购置： 8000.00元材料加工、处理、测试等费用： 10000.00元差旅费 3000.00元论文打印、发表等： 8000.00元 合计费用： 29000.00元7 参考文献1 周定国,梅长彤.面向21世纪的农作物秸秆工业J.南京林业大学学报，2000 (5): 1-4.2 张忠涛.我国的杨树资源与开发利用J. 林业建设, 2001, 5: 21-24.3 张勤丽.我国意杨加工利用概况J. 林产工业, 2000, 27(5): 3-6.4 周宇.I-214 杨木单板染色工艺的研究C. 杨树工业用材林加工利用与栽培论文集,南京, 2003 年: 37-42.5 查朝生.营林措施对人工林杨树木材性质的影响C.杨树工业用材林加工利用与栽培论文集,南京,2003 年: 63-67.6 刘盛全.我国杨树人工林材性与加工利用研究现状及发展趋势J.木材工业,1999,13(3):14-16. 7 李学新. 浅谈杨树的适应性N.中国绿色时报, 2004,08,05 .8 刘君良. 酚醛树脂处理杨树木材物理力学性能测试J.林业科学,2002,38(4):176-180.9 北京造纸研究所等. 北京地区七种杨木作为造纸原料的鉴定试验R.全国杨树良种普查鉴定会议资料选编, 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