聚丙烯基木塑复合材料中生物质含量的红外光谱分析研究

发布时间：2017-11-29 20:32

  本文关键词：聚丙烯基木塑复合材料中生物质含量的红外光谱分析研究

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【摘要】：木塑复合材料(Wood Plastic composites简称WPCs)原料来源广泛、价格低廉,不仅实现了生物质资源的高效利用,还有效地缓解了废旧塑料对环境的污染。目前,WPCs已广泛应用于建筑、包装、园林、室内家具以及汽车内装饰件等各领域。WPCs中生物质含量对于复合材料的物理、力学性能和价格均具有重要影响。因此,快速、准确地预测WPCs中生物质的含量对于木塑产业的健康发展意义重大。然而,由于其组分复杂,相互影响严重,致使现有的检测方法尚不能满足市场的要求。本论文选用阔叶材杨木(Populus cathayana Rehd.)、针叶材杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.)和毛竹(Phyllostachys pubescens Mazel)为生物质填料,聚丙烯(PP)为塑料基体,添加一定比例的添加剂,采用挤出成型法制备了生物质含量在30% 60%之间的WPC样品。首先,以杉木/PP复合材料为研究对象,对比研究了中红外光谱分别结合一元线性回归法、多元线性回归法及偏最小二乘法建立的木粉定量分析模型的性能。在此基础上,利用中红外光谱技术结合偏最小二乘法建立了三种WPC样品中生物质定量分析通用模型。此外,探讨了近红外光谱结合偏最小二乘法建立三种WPC样品中生物质定量分析通用模型的可行性。本文旨在利用红外光谱技术建立一种快速、准确的检测方法对WPCs中的生物质进行定量分析。论文的主要结论如下:(1)中红外光谱法可以定量分析WPCs中的生物质。采用一元线性回归法、多元线性回归法及偏最小二乘法分别建立的杉木/PP复合材料中木粉定量分析模型均具有较强的预测能力。其中,采用偏最小二乘法所建模型的性能最佳。外部验证结果表明,模型的预测准确性较高,相对预测偏差在±6%以内。精密性检验结果表明,模型预测的精密性较好,两次预测值间差值的范围是0.4-3.3%。(2)杉木/PP、杨木/PP及毛竹/PP复合材料的中红外光谱具有高度的相似性,采用偏最小二乘法可以建立三种WPC样品中生物质定量分析的通用模型。采用一阶导数结合变量标准化(SNV)对谱图预处理后建立的模型性能最佳,生物质含量的预测值与参照值间非常接近,相对预测偏差在±6%以内,决定系数(R2)为0.942,预测标准偏差(SEP)为1.376,RPD值(校正样品的标准偏差与SEP比值)达到4.189。精密性检验结果表明,中红外通用模型的预测可重复能力较强,两次预测值间差值的范围是0.0-3.1%。(3)采用基线校正对谱图处理后,采用近红外光谱技术结合偏最小二乘法建立的生物质定量分析模型预测性能最佳。模型对三种PP基复合材料均具有较强的预测能力,生物质含量的预测值与参照值间具有较高的一致性,相对预测偏差在±7%以内,R2为0.941,SEP为1.760,RPD值达到3.955。精密性检验结果表明,近红外通用模型的可重复能力较强,两次预测值间差值的范围是0.4-2.8%。(4)WPCs的中红外谱图中生物质与PP具有明显的分子结构特征性,特征吸收峰的位置、强度、形状差别显著。因此,可直接从WPCs的中红外谱图中读取有效信息,便于实现生物质的定量分析。WPCs的近红外谱图中生物质与PP的吸收峰较弱,且谱峰复杂、重叠严重。因此,需要借助化学计量学方法,从近红外谱图中提取有效的信息,方可实现生物质的定量分析。WPCs中生物质的近红外光谱定量分析方法的预测准确性及可重复性与中红外光谱法近乎相同。与传统的WPCs定量分析方法相比,红外光谱方法的预测准确性有了较大的提高。且红外光谱方法分析成本低、检测时间短,操作简便,便于应用和推广。
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB332;O657.33

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本文编号：1238060