聚丙烯基木塑復合材料中生物質含量的紅外光譜分析研究.pdf

1、木塑復合材料（Wood Plastic composites簡稱WPCs）原料來源廣泛、價格低廉，不僅實現了生物質資源的高效利用，還有效地緩解了廢舊塑料對環(huán)境的污染。目前，WPCs已廣泛應用于建筑、包裝、園林、室內家具以及汽車內裝飾件等各領域。WPCs中生物質含量對于復合材料的物理、力學性能和價格均具有重要影響。因此，快速、準確地預測WPCs中生物質的含量對于木塑產業(yè)的健康發(fā)展意義重大。然而，由于其組分復雜，相互影響嚴重，致使現有的檢測

2、方法尚不能滿足市場的要求。
　　本論文選用闊葉材楊木（Populus cathayana Rehd.）、針葉材杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.) Hook.）和毛竹（Phyllostachys pubescens Mazel）為生物質填料，聚丙烯(PP)為塑料基體，添加一定比例的添加劑，采用擠出成型法制備了生物質含量在30％-60％之間的WPC樣品。首先，以杉木/PP復合材料為研究對象，對比研究了中紅

3、外光譜分別結合一元線性回歸法、多元線性回歸法及偏最小二乘法建立的木粉定量分析模型的性能。在此基礎上，利用中紅外光譜技術結合偏最小二乘法建立了三種WPC樣品中生物質定量分析通用模型。此外，探討了近紅外光譜結合偏最小二乘法建立三種WPC樣品中生物質定量分析通用模型的可行性。本文旨在利用紅外光譜技術建立一種快速、準確的檢測方法對WPCs中的生物質進行定量分析。論文的主要結論如下:
　　(1)中紅外光譜法可以定量分析WPCs中的生物質。采

4、用一元線性回歸法、多元線性回歸法及偏最小二乘法分別建立的杉木/PP復合材料中木粉定量分析模型均具有較強的預測能力。其中，采用偏最小二乘法所建模型的性能最佳。外部驗證結果表明，模型的預測準確性較高，相對預測偏差在±6％以內。精密性檢驗結果表明，模型預測的精密性較好，兩次預測值間差值的范圍是0.4-3.3％。
　　(2)杉木/PP、楊木/PP及毛竹/PP復合材料的中紅外光譜具有高度的相似性，采用偏最小二乘法可以建立三種WPC樣品中生物

5、質定量分析的通用模型。采用一階導數結合變量標準化(SNV)對譜圖預處理后建立的模型性能最佳，生物質含量的預測值與參照值間非常接近，相對預測偏差在±6％以內，決定系數(R2)為0.942，預測標準偏差(SEP)為1.376，RPD值（校正樣品的標準偏差與SEP比值）達到4.189。精密性檢驗結果表明，中紅外通用模型的預測可重復能力較強，兩次預測值間差值的范圍是0.0-3.1％。
　　(3)采用基線校正對譜圖處理后，采用近紅外光譜技術

6、結合偏最小二乘法建立的生物質定量分析模型預測性能最佳。模型對三種PP基復合材料均具有較強的預測能力，生物質含量的預測值與參照值間具有較高的一致性，相對預測偏差在±7％以內，R2為0.941，SEP為1.760，RPD值達到3.955。精密性檢驗結果表明，近紅外通用模型的可重復能力較強，兩次預測值間差值的范圍是0.4-2.8％。
　　(4)WPCs的中紅外譜圖中生物質與PP具有明顯的分子結構特征性，特征吸收峰的位置、強度、形狀差別顯

7、著。因此，可直接從WPCs的中紅外譜圖中讀取有效信息，便于實現生物質的定量分析。WPCs的近紅外譜圖中生物質與PP的吸收峰較弱，且譜峰復雜、重疊嚴重。因此，需要借助化學計量學方法，從近紅外譜圖中提取有效的信息，方可實現生物質的定量分析。WPCs中生物質的近紅外光譜定量分析方法的預測準確性及可重復性與中紅外光譜法近乎相同。與傳統(tǒng)的WPCs定量分析方法相比，紅外光譜方法的預測準確性有了較大的提高。且紅外光譜方法分析成本低、檢測時間短，操作簡