植物材料

植物材料（共9篇）

植物材料 篇1

英国《塑料橡胶周刊》消息,芬兰最近发表的一项新研究强调了植物细胞壁多糖(PCWP)作为环保食品包装基体材料的潜力。

该国研究人员Kirsi Mikkonen等在《食品科学技术的发展趋势》一文中称,木聚糖与甘露聚糖可以取代生物降解塑料中的淀粉。前者常见于农业副产物如谷物稻壳中,后者则存在于林木业副产物如纸浆PCWP中。

“它们是一种奇妙而又丰富的自然资源,存在于各类植物当中,尚未得到充分利用。”Mikkonen表示,“使用PCWP远比使用淀粉好得多,由于它们不是人类所需的营养物质,故不会因此而导致食品价格上涨。”

甘露聚糖用于动物饲料中,木聚糖则是造纸厂的副产品。普通的机械纸浆厂拥有每年回收5000吨木聚糖的潜力。木聚糖和甘露聚糖PCWPs不只是淀粉基塑料的替代品,而且也可能替代石油基产品,因为木聚糖和甘露聚糖基包装材料和托盘具有低透氧性和低油脂透过率,而且抗拉强度高。

研究人员说,用PCWP制造的薄膜通过与其它聚合物和纳米粒子交联或混合可提高其强度。不过,还需要开展进一步的研究,因目前尚不清楚此类包装材料如何在现有技术限制范围内应用。

植物材料 篇2

植物检疫知识简介

1、什么是检疫？什么是植物检疫？ 答：“检疫” 一词起源于欧洲地中海国家，外文叫“Quarantine”，本意是“40天”。“40天”的来历，最早是14世纪意大利威尼斯城首先规定别国船只抵达口岸时，必须经40天的扣留期限，船上人员检查无当时流行的“黑死病”（肺鼠疫、霍乱及疟疾等）后才允许登陆上岸，这一措施为阻止可怕的黑死病传播起到了显著作用。随后不少国家陆续采用了这个规定。“40天”就变成了“检疫”的代名词。

植物检疫是指国家植物检疫机构运用一定的仪器设备和应用科学的技术方法，依法对输出或输入的植物及其产品是否带有危险性病、虫、杂草等有害生物进行检疫检验和检疫处理的行政管理活动。其目的是为了防止植物危险性病、虫、杂草等有害生物由国外传入和国内传播蔓延，保护农业生产和环境，维护对内、对外贸易信誉，履行国际间或国内地区间的义务。

2、植物检疫的根本目的是什么？为什么强调要执行植物检疫制度？

答：开展防止植物检疫根本目的是防止对植物有危险性的病、虫、杂草等通过人为传播和蔓延，保护农业的安全生产和维持良好的生态环境。如果检疫对象人为地传入，不但将增加农业的经济损失，而且会改变原有的生态环境质量，有的还能直接危害人体健康。

比如被称为“水果杀手”的地中海实蝇可以危害400多种植物，主要寄生在甜橙、柠檬、桃、李、苹果、香蕉等水果上。该虫于1929年传入美国本土，据美国农业部1993年资料估计，应用农药综合防治地中海实蝇一年平均花费约为3300万美圆，但是如果不作任何处理损失更将高达15亿美圆，而因他国的贸易壁垒造成的间接损失更不可估量。从1975年到1992年，美国政府仅仅在加利福尼亚州对此虫就进行了11次根除行动，耗资达数亿美圆，但仍未成功。

又如豚草属的花粉引起人类的“变态反应”和“干草高热病”等，在美国每年豚草患病者达１４６０万人。加拿大也有８０万人。前苏联克拉斯诺尔达地区，在豚草花期约有七分之一的人因患豚草病无法劳动，据国内有关调查报告介绍，南京市的哮喘病人中，60％以上是由豚草花粉引起的。现在这种世界性危害草也已经在我国部分省市蔓延，需要加强检疫。

3、我国对植物检疫有哪些法律法规规定？

答：国家制订了比较完善的植物检疫法律法规和管理规定，现行的有但不限于以下部分：1）国务院1992年5月13日修订发布的《植物检疫条例》；2）农业部1995年2月7日发布的《植物检疫条例实施细则》；3）上海市人民政府2002年4月修订发布的《上海市植物检疫实施办法》；4）农业部、铁道部、交通部、国家邮政局和民航总局于2001年7月9日联合发布的《关于加强农业植物及植物产品运输检疫工作的通知》。

4、上海市植物检疫执法机构是什么？其职责范围是什么？

答：上海市农业委员会是本市农业植物检疫的行政主管部门，其执行机构是上海市植物保护植物检疫站，各区县植物检疫站是所在区县的植物检疫执行机构。

上海市植物检疫站的职责范围是：拟订市内划定疫区和保护区的方案，制定全市植物检疫对象的普查、封锁、控制和消灭措施；执行省（自治区、直辖市）间调运检疫、加强植物检疫 防范有害生物入侵

邮寄检疫和承办国外引种审批手续，监督检查种苗隔离试种；在车站、机场、港口、码头、仓库及其他有关场所执行现场检疫等。

5、什么叫调运检疫？

答：调运检疫就是植物检疫机构对应施检疫的植物、植物产品在调运过程中进行的检疫、检查。

6、为什么必须开展调运检疫？

答：由于一些危险性病、虫、杂草可以随着植物及其产品的调运而传播到一个新的地区，通过调运过程中的检疫、检查可以及时发现这些危险性病、虫、杂草，采取相应的阻止措施，防止其传播蔓延，保护新的地区不受侵染。

7、哪些植物产品及货物必须实施检疫？

答：按照《植物检疫条例》第七条、第八条规定，下列货物必须实施检疫：1）列入应施检疫的植物、植物产品名单的，运出发生疫情的县级行政区域前，必须经过检疫；2）凡种子、苗木和其他繁殖材料，不论是否列入应施检疫的植物、植物产品名单和运往何地，在调运之前，都必须经过检疫。3）对可能被植物检疫对象污染的包装材料、运载工具、场地、仓库等，也应实施检疫。

8、怎样办理调运检疫手续？

答：1）省（自治区、直辖市）间调运植物及植物产品，应按以下程序办理检疫手续：第一，调入单位或个人事先征得所在地的省（自治区、直辖市）植物检疫机构的同意，领取检疫要求书，向调出省提出检疫要求。第二，调出单位根据调入省的检疫要求向本省植物检疫机构申请检疫，并按章交纳检疫费；第三，根据检疫结果，无检疫对象的领取植物检疫证书，有检疫对象的领取检疫处理通知单并进行除害处理，经处理合格的领取检疫证书。2）上海市内调运由市内各级植物检疫机构办理植物检疫手续。3）邮寄、承运单位一律凭有效的植物检疫证书正本收寄、承运应施检疫的植物、植物产品。

9、铁路、公路、邮局、民航、公检法等部门在执行国家植物检疫法规中有什么权利和义务？

答：根据我国检疫法规和农业部、铁道部、交通部、国家邮政局、民航总局的有关规定，各级铁路、邮局、民航和交通运输部门收寄、承运植物、植物产品时，一律凭有效期限内的植物检疫证书（正本）。植物检疫证书应随邮单或货物运单寄运，最后递交收获单位或个人。凡无检疫证书或寄运货物种类、数量与植物检疫证书不符的，一律不得邮寄或托运。

植物检疫人员在车站、机场、仓库、市场等有关场所执行检疫任务时，有关部门要密切配合，提供必要的协助，共同做好植物检疫工作。

对贯彻植检条例认真、配合植物检疫机关做好检疫工作成绩突出者，应予以表彰和奖励，对于玩忽职守，造成责任事故者按照规定给予惩罚。

10、遇到植物检疫相关问题该向哪里联系、举报？

答：对于发现可疑的植物危险性有害生物（病、虫、杂草）、咨询植物检疫问题、申报调运检疫等情况，可以致电上海市植物检疫站或者各区县农业植物检疫机构。

景观项目中植物材料的确定 篇3

关键词：景观项目,植物材料,原则,限制因素,规格

1 原则

1.1 适地适树

这是首要原则, 不合适的植物, 栽植后也无法成活。这不仅是经济损失, 更是对自然环境的破坏。最常见的就是南方植物在北方栽植;北方植物种植在南方;在酸性或碱性土中栽植没有耐性的植物等等。这些都应该是现在园林工作者所摒弃的。因此, 应选择乡土植物, 遵从自然规律。

1.2 多样性

全世界的植物约有三十七万种, 中国也是世界上植物资源最为丰富的国家之一, 地上长得、水中浮的、空中爬的……大自然赋予人类这么多姿多彩的植物材料, 充分利用它们的叶色、花香、果等去营造各种舒适、感性、自然的空间形式。

1.3 艺术性

运用植物特有的个体美、群体美, 去进行科学合理的配置, 营造符合大众审美的景观形式, 从而提升项目的品质。

1.4 季相

“三季有花、四季有绿”是我们经常提到的, 在选择时, 要充分考虑到季相的因素, 尽量选择各个季节都有花可闻、有叶可赏的植物品种。

1.5 走可持续发展的道路

(1) 选择发展前途广泛的植物材料, 如最新培育的新品种、抗性强的植物材料等。 (2) 应尽量选择苗圃现有的苗木。有的项目为了成形快, 选择大树移栽, 一方面破坏了山林, 另一方面, 栽植养护成本过高。 (3) 给植物留足生长空间。植物是可变化的, 不仅有四季, 而且随着时间的增长, 植物长高长大, 需要预留充足的生长空间。

1.6 地域特色与历史传承

地域文化是在一定的地域范围内长期形成的历史遗存、文化形态、社会习俗、生产生活方式。故要遵从各地原有的文化特色, 合理地选择植物品种。

2 限制因素

2.1 内部因素

2.1.1 项目性质

根据项目性质的不同, 分为新建、扩建、改建、迁建和恢复建设。不同的项目性质, 对应不同的选择方法。对于新建项目, 所受限制较小, 可发挥的余地较大。扩建、改建项目应按照项目扩改要求, 并根据基地原有品种以及种植形式, 或延续, 或增加特色树种等方法来表达。而迁建和恢复建设项目, 涉及到原有苗木的移栽和保护, 在保证成活率的同时要适当选择生长快的品种。

2.1.2 用地性质

(1) 居住用地。居住区应采用细腻的手法, 体现出居住区的精致感、品质感。选择植物材料时应注意乔灌木的选用比例。用乔木支撑空间, 遮挡建筑的生硬感;而灌木则在近人尺度表现出四季的花香与柔美。对于居住区而言, 乔木灌木都是不可或缺的, 尽量使它们数量的比例接近1∶1。

(2) 商业服务业设施用地。商业用地的植物配置应在体现功能性的基础上加以点缀, 首先要做到重点的位置不能遮挡商网。在选择植物时, 减少对高度在1.2-3.5m之间植物的选择;另外可以加大花卉的数量, 用花卉的颜色以及数量对行人进行吸引, 达到增加其驻留的目的。

(3) 工业用地。工业用地应侧重对抗污染性强以及能够改善小气候的品种的选择。可以从抗SO树种, 抗HF树种;抗CL树种以及滞尘力强的树种中选出合适的品种。

(4) 道路与交通用地。道路的植物选择应顾及到道路的导向性以及安全性, 同时兼顾植物的个体美与季相美。植物的种植形式多以列植和群植为主。

(5) 绿地与广场用地。遮阴与造型优美是选择绿地特别是广场中植物品种首先要考虑到的, 因此应选择枝态开展、冠大荫浓的植物品种。

2.1.3 景观风格

植物种植设计, 是为了更好的烘托景观空间布局与材质风格, 根据不同的景观风格, 对应不同的种植设计形式, 选择不同偏重的植物品种。

东南亚风格要营造丰富茂密的植被景观;欧式风格中, 除北欧风格需用宽阔的草坪、茂密的森林;西班牙式需要多植整齐的乔木、留出阳光草坪, 需多选用爬藤植物来配合立面, 用自然绿地结合古朴的外饰材质外, 其余如法式、德式、英伦、新古典等都需要造型灌木来强调其风格;现代风格多选规格冠型差异性小的乔木来做树阵;日式风格多选用低矮造型的精致苗木来装饰;中式风格强调个体美和营造的意境, 选择时需要严格把控。

2.1.4 土壤条件

土壤的类型如砂质土、黏质土或是壤土;酸碱度;盐碱度;地下水位等都是我们应该提前知道, 并且有所对应选择植物品种的。对于不符合植物生长的土壤类型, 应提前对土壤进行改良, 或者是客土, 亦或者是修建种植池以利于植物的生长。

耐盐碱的树种有黑松、侧柏、新疆杨、钻天杨、胡杨、旱柳、朴树、火炬树、臭椿、紫穗槐、杜梨、合欢、椰子等。

耐水湿的树种有湿地松、水杉、枫杨、垂柳、旱柳、馒头柳、水曲柳、紫穗槐、杜梨、白蜡、西府海棠、鸡蛋花、结香、楝树、柿等。

耐干旱树种有雪松、黑松、樟子松、云杉、红皮云杉、沙地柏、辽东栎、毛白杨、旱柳、馒头柳、栾树、朴树、樟树、文冠果等。

2.2 外部因素

2.2.1 需求方喜好

优秀的设计是良好的沟通与成熟的设计相结合的产物, 以满足需求为出发点, 根据设计要求和喜好来提升选择植物品种的附加值。

2.2.2 造价

平米造价的多少, 决定苗木数量的多少、规格的大小以及品种的选择。另外也会影响到乔灌木的比例, 造价越低, 比例越高。花卉的使用与否及数量也会根据这个指标来判定。

2.2.3 苗源

在选择苗木之前, 一定要研究当地的苗圃及周边供应商的苗源情况, 避免选择的植物找不到, 延长图纸的反复时间, 继而影响栽植效果。

2.2.4 栽植时机

北方的最佳栽植时间为春秋两季, 错过后, 应采取相应的对应措施, 以利于苗木的成活。特别是在确定花卉品种时, 要配合展示区的开放时机选择最佳观赏期的品种。

3 分类选取

可以按照数学上常用交集方式选取最终的植物材料。

4 规格

植物材料的规格需要根据苗源以及在景观中的位置等多方面因素来共同确定。在苗源充足的情况下, 景观中充当点景植物的规格需要大些, 以突出植物的个体美;主要景观植物的规格选用中等规格, 以保证项目的均好性;背景植物以及基调树种可以采用群植的方式来表现群体美, 规格上可以选取小规格。特殊情况下, 有些常用植物会选取两个以上规格。

5 数量

浙江省常用园林绿化植物材料汇总 篇4

松科： 日本冷杉、江南油杉、雪松（附种：弯枝雪松、垂直雪松、金叶雪松）、白皮松、赤松（附种：垂枝赤松、平头赤松）、湿地松、马尾松（附种：黄松、黄山松）、日本五针松（附种：短叶五针松、黄叶五针松、旋叶五针松、白头五针松）、黑松（附种：花叶松、一叶黑松、虎斑黑松）

杉科： 柳杉（附种：日本柳杉、短叶柳杉、矮丛柳杉、短茸柳杉、猴爪杉）、秃杉、柏科： 日本扁杉（附种：云片柏、金边云片柏、孔雀柏）、日本花柏（附种：线柏、罗汉松科： 罗汉松（附种：小叶罗汉松、短叶罗汉松）、竹柏

红豆杉科： 南方红豆杉（附种：枷罗木）、香榧（附种：日本榧）

杨梅科： 杨梅

壳斗科： 甜槠、苦槠、钩栗、绵槠（附种：石栎）、丝栗栲、青冈栎

木兰科： 广玉兰、木蟹树、荷花玉兰（附种：狭叶荷花玉兰）、乐东拟单性玉兰、樟科： 香樟（温岭市市树）（附种：细叶香桂）、浙江樟、月桂树、紫楠（附种：金缕梅科： 蚊母树（附种：杨梅叶蚊母树）蔷薇科 ： 满园春（又称：倒卵叶石楠）、枇杷、石楠 冬青科 ： 冬青（附种：毛梗铁冬青、大叶冬青）杜英科 ： 山杜英

山茶科 ： 山茶、油茶、木荷、厚皮香

大风子科： 柞木

芸香科 ： 朱橘 杉木

凤尾柏、绒柏）、柏木、侧柏、千头柏（附种： 金黄球柏）、圆柏（附种：金叶桧（又称黄金柏）、球桧（又称玉柏）、垂枝柏、塔柏、鹿角柏）、龙柏、匐地柏、铅笔柏、常绿阔叶乔木：

乳源木莲、深山含笑、乐昌含笑、狭叶木莲

浙江楠）、刨花楠、红楠、华东楠、桢楠、舟山木姜子

棕榈科 ： 棕榈 山矾科 ： 留春树

木犀科 ：女贞、油橄榄、桂花[附种：金桂（花金黄色）、丹桂（花橙色）、四季豆科

：红豆树、羊蹄甲 虎皮楠科：虎皮楠 红树科 ：秋茄树 桂（花期长，除严寒酷暑外，时时有花，秋季开花最多）、子桂（花黄白色）]

常绿灌木类：

小檗科 ：长柱小檗、十大功劳（附种：阔叶十大功劳、湖北十大功劳）、南天竹木兰科 ：含笑 腊梅科 ：亮叶腊梅 樟 科 ：乌药 海桐科 ：海桐

蔷薇科：火棘（附种：狭叶火棘）、月季 芸香科：金柑（附种：金弹、圆金柑、月月橘）黄杨科：黄杨

卫矛科：大叶黄杨（附种：银边大叶黄杨、金边大叶黄杨、金心大叶黄杨）冬青科：枸骨（附种：黄果枸骨、温州冬青）金丝桃科：金丝桃（附种：金丝梅、密花金丝桃）胡颓子科：胡颓子（附种：银边胡颓子、牛奶子）五加科：八角金盘（附种：白边八角金盘、黄斑八角金盘）[附种：玉果南天竹（小叶翠绿色入冬不转红，果黄绿色）、五彩南天竹（矮小，叶狭小而密，叶色多变，常呈紫色）]

山茱萸科：洒金珊瑚（附种：东瀛珊瑚）

杜鹃花科：杜鹃花[附种：云锦杜鹃（花淡玫瑰红色）、麂角杜鹃（花粉红色单生）、安徽杜鹃（花顶生，白色至紫色，瓣有白点）] 木犀科：云南黄馨

夹竹桃科：夹竹桃（附种：白夹竹桃）

茜草科：玉荷花（附种：大花栀子、雀舌花、单瓣雀舌花）、六月雪（附种：金忍冬科：珊瑚树

龙舌兰科：凤尾兰（附种：丝兰）木通科：鹰爪枫 木兰科：南五味子 蔷薇科：山木香 豆科：油麻藤 鼠李科：雀梅藤

五加科：常春藤（附种：长春藤、银斑长春藤）夹竹桃科：络石（适于小型花架、墙垣、徒坡等攀缘）

边六月雪、重瓣六月雪）

常绿滕本类：

桑科：薛荔

落叶针叶树类：

松科：金钱松（附种：丛生金钱松、矮型金钱松、垂枝金钱松）杉科：水杉、池杉（附种：落羽杉、墨西哥落羽杉）

落叶阔叶类

银杏科：银杏（附种：垂枝银杏、裂叶银杏、黄叶银杏、斑叶银杏）

杨柳科：响叶杨、加杨（附种：意大利杨、钻天杨）、毛白杨、美洲黑杨、垂柳（附

种：旱柳、龙爪柳、河柳、银叶柳、三蕊柳）、苏柳

胡桃科：薄壳山核桃（附种：山核桃、黑胡桃）、枫杨、青钱柳 壳斗科：板栗、栓皮栎（附种：麻栎、小叶栎）桦木科：江南桤木、光皮桦

榆 科：糙叶树、珊瑚朴、朴树（附种：紫弹树、黑弹树）、榔榆、榆树（附种：红桑 科：桑

木兰科：鹅掌楸（又称马褂木）（附种：杂种鹅掌楸、北美鹅掌楸）、玉兰（附种：樟 科：檫木 金缕梅科：枫香 杜仲科：杜仲

悬铃木科：悬铃木（附中：北美悬铃木、三球悬铃木）果榆）、榉树

二乔玉兰、日本辛夷、天目玉兰、宝华玉兰）、黄山玉兰、凹叶厚朴

蔷薇科：木瓜、海棠（附种：白海棠、红海堂、垂丝海棠、西俯海棠、湖北海棠）、豆 科：合欢（附种：山合欢）、皂荚、刺槐、翅荚香槐、黄檀、槐（附种：盘槐）、苹果、杏、尾叶樱、（附种：垂枝樱、日本晚樱、日本樱花）、梅、桃（附种：碧桃、紫叶桃）、李（附种：红叶李、紫叶李）

植物材料 篇5

1 自然生态环境特点

西山矿区位于太原盆地西部山区的边缘地带, 主要生产矿井多位于山区的沟谷地带。矿区由于自然和人为活动等原因, 形成了以下自然和生态环境特点:

1) 矿井周边山区地形比较破碎, 山地土壤瘠薄, 气候干旱少雨, 区域生态脆弱, 人工造林难度较大。

2) 矿区缺树少绿, 植被和绿地少而不均, 维护和改善生态的功能低下。

3) 矿区由于煤炭的开采、运输、加工、燃烧以及其他工业活动, 形成了资源破坏和环境污染, 其中水资源的减少和煤尘、烟尘、有害气体排放引起的空气污染尤为突出。

4) 矸石连年堆放形成的矸石山为矿区特有的地貌类型, 对矿区周边环境有着极大影响。由于矸石山生境恶劣, 进行生态恢复任务重、难度大。

2 矿区造林绿化类型划分

西山矿区地域分布较广, 立地类型复杂, 绿地功能各异。根据造林绿化的对象、立地、目的功能, 可以将矿区造林绿化划分为以下几个类型。

2.1 矿区单位环境绿化

矿区单位环境绿化, 主要指矿区的办公区、生产区、居住区、矿区道路、矿区公共绿地的绿化。该绿化地的立地平坦, 土层深厚, 一般具有浇水条件。绿化的目的, 一方面是发挥绿地的生态功能, 减少污染, 改善环境。另一方面, 是发挥绿地的社会和景观功能, 美化环境, 增进人们身心健康, 改变企业形象。

2.2 矿区矸石山植被恢复

矸石山立地具有明显的特点。未经覆土露天堆放的矸石山, 其堆放年限、风化程度、自燃状况、土壤酸度、二氧化硫浓度是影响植被恢复的主要因子。经分层碾压黄土覆盖治理的矸石山, 其覆土厚度、土壤温度等是植被恢复的主要因子。矸石山植被恢复的主要目的, 就是减少矸石对空气和地下水源的污染, 改善环境。

2.3 矿区周边荒山和采煤沉陷区造林

矿区周边荒山和采煤沉陷区是矿区大环境的一部分, 也是太原市城市生态圈的重要组成部分。影响这部分山地造林的主要因子, 是坡向、土层厚度、坡度、植被等。造林的主要目的是发挥森林的综合效益, 改善区域生态环境, 营造“矿在林中”的美景。

2.4 坑木林基地造林

坑木林基地造林是国家保护森林资源实行的一项特殊措施, 同时, 也是企业的一项经营行为。其目的就是增加国家森林资源, 维护国土安全, 满足煤炭企业采煤过程中的坑木用材, 减少企业支出。

3 造林绿化选择应用植物材料的基本原则

西山矿区自然条件较差、环境污染严重, 造林绿化难度较大。同时, 以往绿化建设中因植物材料选择应用不当, 引起的成活保存率低、生长不良、功能低下、缺乏观赏价值等问题, 也比较普遍。因此, 科学地选择造林绿化植物材料, 已成为西山矿区造林绿化成败的首要问题。以下提出在西山矿区造林绿化中选择应用植物材料的基本原则。

3.1 坚持适地适树体现科学性

矿区造林绿化, 既要充分掌握造林绿化地的气候、土壤、地形等立地条件特点, 又要充分了解所用植物材料的生态习性, 做到立地条件与植物的生态习性相适应, 以确保植物的成活和正常生长。

3.2 坚持以乡土植物为主, 体现地域特色性

乡土植物, 是一个地区经过长期自然选择后适应当地环境有自然分布生长的植物。在乡土植物中, 不乏具有地域特色和观赏价值较高的植物种类。选择乡土植物不仅是贯彻适地适树原则的最有效途径, 而且也最能体现地域景观特色。

3.3 坚持生物多样性、体现生态稳定性

矿区生态脆弱、污染严重, 造林绿化要体现生态优先, 就必须丰富植物种类, 营造稳定的植物群落, 即营造多样性的植物群落。

3.4 坚持观赏性与经济性结合、艺术性与功能性一致

西山地区绿化, 不仅要考虑园林植物的生物学特性、观赏价值和造景效果, 也要考虑不同绿地的功能要求及绿化的投入、施工难度、养管要求等经济和管理问题。要避免追求高等树、高价树、外来种、稀有种以及树种盲目堆积的现象。

3.5 充分考虑矿区煤尘、烟尘及有害气体对植物的影响

因西山矿区特殊的环境条件, 要选择抗性强和吸收有害气体、滞尘能力强的植物, 应注意体现矿区污染对绿化植物要求的特殊性。

4 绿化植物材料选择建议

通过对矿区已用造林绿化植物种类现状的调查, 可以看出, 在植物应用中有成功的经验也有失败的教训。其中存在的主要问题:一是种类偏少、功能趋同、景观单调;二是乡土种类比例呈现下降趋势, 地域特色不明显, 绿化成本高、养护难;三是部分种类应用不当, 成活率低生长表现不良, 景观效果不能体现;四是在矸石山植被恢复中不能做到适地适树, 乔木多灌木少, 常绿树种多阔叶树种少, 观赏植物多乡土种类少, 因而植物成活后保存率低下。

根据西山矿区造林绿化类型和造林绿化中植物应用存在的问题, 结合不同植物种类的生态特性、观赏特性、园林用途等, 笔者提出如下分类应用指导意见。

4.1 适生树种应广泛大力应用

适生树种, 是指本地乡土植物种类或虽为引进种类但在矿区应用多年表现良好、有较高的观赏和利用价值, 可以在矿区今后广泛应用和大力发展的种类。

1) 单位环境绿化植物种类

乔木类:白皮松、侧柏、油松、圆柏、国槐、龙爪槐、龙桑、核桃、银杏、毛白杨、新疆杨、垂柳、漳河柳、馒头柳、白蜡、刺槐、香花槐、毛刺槐、臭椿、榆树、二球悬铃木、青杄、白杄、五角枫、火炬、紫叶李、紫叶矮樱、碧桃、北京栾、山楂、梨、杏、苹果、枣、山顶子、海棠花、西府海棠、樱花、香椿、桃叶卫矛、玉兰等。

灌木类:牡丹、月季、丁香、连翘、榆叶梅、珍珠梅、金银木、棣棠、黄刺玫、迎春、水腊、猬实、贴梗海棠、水荀子、花椒、胶东卫矛、紫叶小檗、金叶女贞、小叶黄杨;

藤本类:紫藤、葡萄、爬山虎、山荞麦;

花卉类:一串红、万寿菊、矮牵牛、大丽花、美人蕉、郁金香、百日草、鸡冠花、三色槿、紫茉莉、凤仙花、藿香蓟、香雪球、千日红、菊花、芍药、蜀葵、波斯菊;

草坪地被类:野牛草、早熟禾、高羊茅、紫羊茅、多年生黑麦草、丹麦草、白三叶、常夏石竹、大花萱草、马蔺、荷兰菊、地被菊、紫露草、沙地柏、景天、玉簪、鸢尾、绣线菊。

2) 矸石山植被恢复植物种类

应用树种:国槐、火炬、侧柏、臭椿、榆树、紫穗槐、连翘、珍珠梅、金银木、丁香、紫花苜蓿、高羊茅。

3) 周边荒山造林

应用树种:侧柏、油松、圆柏、白皮松、火炬、山杏、刺槐。

4) 坑木林造林

应用树种:华北落叶松、油松。

4.2 树种可根据宜选地适量应用

指在矿区自然条件下和环境污染较严重的情况下, 虽能成活但生长表现一般或不良, 难以表现出本种应有特性, 或需在小地形良好处方能正常生长, 或具有特殊观赏价值但需要采取特殊保护措施的种类, 可作为特殊绿化需要, 选择小地形、小气候适宜的地方适量应用的品种。

1) 单位环境绿化

应用树用:雪松、柿、北美红枫、合欢、木槿、紫薇、青桐、大叶黄杨等。

2) 矸石山植被恢复

应用树种:油松、圆柏、云杉。

3) 周边荒山造林

应用树种:华北落叶松、翅果油。

4) 坑木林造林

应用树种:日本落叶松、华北落叶松。

4.3 潜力种可引进试用后推广

潜力种指在太原地区表现良好但矿区尚未见应用或应用极少, 可在矿区引种试栽种, 其中对表现良好的种类给与推广, 以丰富植物种类, 增加生物多样性。

1) 单位环境绿化

乔木类:河北杨、千头椿、华山松、樟子松、杜松、元宝枫、复叶槭、绒毛白蜡、黄连木、红宝石海棠、锦带花、接骨木、暴马丁香、美人梅、楸、皂角、蝴蝶槐、杜仲。

灌木类:扶芳藤、藤本月季、忍冬、常春藤、凌霄花、北五味子、金叶莸、天竺葵、长春花、彩叶草、雏菊、金盏菊、石竹、虞美人、桔梗、地被月季、半枝莲、紫花地丁、丛生福禄考、平枝荀子、黄花矶松、甘野菊、旋复花。

2) 矸石山植被恢复

可以选用构、香花槐、刺槐、柠条、胡枝子、沙棘、欧李、野蔷薇、黄刺玫、草木犀、小冠花、百脉根、沙打旺、景天类等乔灌木树种、草种。

3) 周边荒山造林

可以选用樟子松、黄栌、元宝枫、香花槐、文冠果等树种。

摘要：太原西山矿区气候干旱, 土壤瘠薄, 植物生长环境条件差。介绍了矿区自然、社会状况、造林绿化类型划分以及造林绿化选择应用植物材料的基本原则, 提出了今后选择绿化植物材料的建议。

植物材料 篇6

据巴西圣保罗科研基金会报道, 圣保罗州立大学农艺学系教授阿尔西德·洛佩斯·莱昂主持的一项研究项目, 从植物废料中提取纤维制造出新一代超级塑料, 这种塑料较传统的聚乙烯具有质量轻、强度高、符合生态要求等特点。

从20世纪90年代起, 该科研小组就开始从植物废物中提取原料, 包括菠萝、香蕉、椰子、剑麻以及木头等废料中的天然纤维素, 在厘米与毫米级别上进行实验。最近两年来, 他们进行了纳米级实验, 发现这种纤维具有与碳纤维和玻璃纤维相似的强度, 可以提取出来作为原料生产塑料。其产品与传统的以石油和天然气为原料生产的塑料相比, 具有强度和持久性方面的优势, 是一种全新的产品。

阿尔西德·洛佩斯教授说:“这种纳米级纤维的机械特性大大增强。用这种纤维制造的产品比传统产品轻30倍, 强度增加3～4倍。”该科研小组在巴西Braskem化工公司进行的实验表明, 向该公司生产的聚丙烯中添加2%的纳米纤维, 聚丙烯的强度增加了50%以上。在汽车的保险杠、控制盘、齿轮箱等部件的塑料注塑实验中, 加上0.2%～1.2%的纳米纤维, 这些部件均显示出比目前市场上的部件更大的强度和更轻的质量。

植物材料 篇7

关键词：生土基复合材料,纤维,抗压强度,黏结性能

0前言

生土建筑是一种目前还在广泛采用的建筑类型,世界上约有1/3的人口至今仍居住在生土建筑中,在发展中国家该比例更是高达50%。生土建筑具有热稳定性好、可再生、可降解性等优点,但由于生土材料自身强度的缺陷,且存在耐水性差等缺点,限制了生土材料在建筑中的应用[1,2,3]。因此,针对生土材料进行改性,加强生土材料的使用性能和应用范围,对现代社会具有重要意义。

目前,国内外针对生土方面的研究主要集中于生土的建筑形式、使用性能、节能环保等方面。卜永红等人[4]通过试验研究了在地震荷载作用下承重生土墙体的破坏过程和破坏形态;尚建丽等人[5]对生土材料应力与应变的关系进行了表征。对于生土改性技术方面,钱觉时等[6]使用脱硫石膏、粉煤灰等对生土进行了改性;杨久俊等[7]针对黄河淤泥的改性技术进行了研究。但目前为止,对于生土的改性还仅限于化学改性方面的研究,使用纤维增强与化学改性相结合的研究较少。

本试验在掺加无机改性剂水泥和水玻璃的基础上,通过掺加麻和秸秆对生土墙体材料进行复合改性,并测试了改性前后的力学性能和耐久性能,同时通过XRD分析和微观形貌观察,分析了植物纤维对生土基复合材料的影响机理。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

试验用土的化学成分分析和XRD衍射分析如图1和表1所示。由测试结果可以看出,试验用土的主晶相为Si O2,同时有一定的杂质。由于生土原样结块严重,并混杂有石块,且含水率较高,故在试验成型前对生土进行了烘干、磨细处理,并过0.9mm筛后备用。

试验用无机聚合物改性剂包括磨制水泥熟料和水玻璃。水玻璃原液模数为3,固含量为45%。试验用纤维包括秸秆和麻,分别取3cm左右长度,然后用质量分数为10%的Na OH溶液洗去原状纤维表面的果胶质、蜡质和灰分,晾干备用,其中秸秆要进行破碎处理。

1.2 生土复合材料的制备

生土改性试验用配合比见表2,水泥熟料和水玻璃的掺量分别为10%和15%,掺加方式为内掺;麻纤维选用1%和1.5%的掺量,秸秆纤维选用1%的掺量,掺加方式为外掺。试验水胶比为0.24,将混合物搅拌均匀,在尺寸为40mm×40mm×40mm的模具中浇筑成型;试块成型后表面使用保鲜膜覆盖,养护24h后拆模,置于自然条件[温度(20±3)℃,相对湿度60%]下养护7d后分别进行抗压强度测试和耐水性试验,同时取样进行微观分析。

%

1.3 试验方法

改性生土材料的抗压强度测试和耐水性测试参考GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行试验。使用美国某公司产nova3000型比表面积与孔分析仪进行内部孔径分析;使用X’Pert Pro衍射仪分析生土改性后产物的晶相;使用VHX-600E型超景深三维显微分析系统观察改性生土试块内部的微观形貌。

2 试验结果与分析

2.1 掺纤维生土基复合材料的抗压强度

针对经过7d养护后的改性生土试样进行抗压强度测试,试验结果如图2所示。T0和T1试样的对比表明,复掺水泥熟料和水玻璃的试块强度相比于未改性生土试块的强度有明显提高,提高幅度为20%左右。对于掺加1%麻纤维的T2试样,强度相比于未掺加纤维的T1试样有一定的增加,但不明显;当麻纤维掺量增加至1.5%时,试样强度反而有较明显的下降。掺加1%的秸秆纤维时,试样强度与未掺加纤维试样相当。

上述试验结果表明,掺加纤维并非可以简单地改善改性生土材料的强度,而是随着纤维种类和掺量的不同有显著的变化。对于秸秆纤维来说,由于秸秆密度较小,在拌合阶段即吸收了大量水分,在水化过程中周围的空腔在受压时更易受到破坏,故力学性能显著降低。对于麻纤维来说,纤维与生土间存在一定的机械咬合力,可在一定程度上增强改性生土材料的强度,但当掺量增高时,过多的纤维加入导致土质疏松,从而导致强度大幅下降。对于生土材料的纤维增强改性,麻纤维的增强作用显著优于秸秆纤维,但麻纤维的掺量也不宜过高。

2.2 掺纤维生土基复合材料的耐水性

选取强度较高的T1、T2和T4试样进行耐水性试验,将试样置于水中浸泡,记录生土试样浸泡破坏的时间,试验结果如表3所示。

上述试验结果表明,经过改性的生土材料耐水性较差,均在短时间内发生浸泡破坏,且掺加纤维后生土试块的破坏速度显著加快,表明掺加纤维后土坯密实度降低,导致渗透速率加快,耐水性明显降低。

3 改性机理分析

3.1 XRD分析

为探明经过水泥熟料和水玻璃改性后生土试块的成分,在生土试块中取样进行XRD衍射分析,衍射图谱如图3所示。

由图3可见,经过改性后的生土试样中出现了明显的水化硅酸钙(C-S-H)、氢氧化钙(CH)、碳酸钙(Ca CO3)的衍射峰,表明水泥水化产物在生土材料中生成了一定的强度相,显著增强了生土试块的强度。同时,水化后的C-S-H凝胶在土壤颗粒之间存在一定的胶结作用,形成了一定强度的结构体,从而提高了生土试块的强度。

3.2 孔结构和微观形貌分析

针对经过纤维改性的生土材料,选用效果较好的T1(不掺加纤维)和T2(掺加1%麻纤维)试样进行孔径分析,得出其等温吸附曲线为第Ⅲ类,表明其在低压区吸附量少,生土吸附作用弱,孔隙率不高,但当压力增高时,吸附量明显增多,表明试块中仍有大量空隙存在。表4为T1和T2试样的孔体积对比。

T1试样和T2试样孔体积对比表明,纤维加入生土材料,可以减少生土材料破坏时产生的微裂纹,从一定程度上增强生土材料的强度,但根据孔结构测试结果,掺入纤维导致生土材料内部孔隙增多,反而降低了生土材料的强度,从而使纤维对生土材料的增强作用并不明显,这与之前的强度测试结果相符。

为了分析掺加纤维后生土试块的微观形貌,对掺加1%麻纤维的T2试样进行了超景深微观形貌分析,其微观形貌如图4所示。从图4可以看出,经过Na OH处理后的麻纤维表面粗糙,但与生土结合并不好,在进行拆模和抗压试验时,容易出现局部开裂而导致破坏的现象。而在放大1000倍的图像中可以观察出麻纤维表面有清晰可见的沟槽,表明在水化过程中吸附了大量的水分,而纤维表面仅有少部分凸起,表明仅黏附了少量水化产物。在生土材料受压破坏过程中,纤维拔出所消耗的机械能多用于破坏纤维与基体的物理黏结,而不能有效增强阻裂的作用。因此,在生土材料养护过程中,纤维与生土材料并未形成较好的黏结效果,从而导致纤维增强作用并不明显。

4 结论

(1)在生土基复合材料中掺加秸秆和麻纤维对其抗压强度无明显的改善,且当纤维掺量过高时,生土基复合材料的强度甚至有显著下降。

(2)在生土基复合材料中掺入纤维时,其耐水性能下降较为明显。

(3)掺入纤维对生土基复合材料性能的影响主要取决于其表面的黏结作用。

参考文献

[1]陈晶,单德启.土著的前卫———大地艺术事业中的乡土聚落[J].建筑师,2005(11):15.

[2]王琴.生土材料的改性研究[D].重庆:重庆大学,2009.

[3]郑寒英,杨长辉.生土墙体材料改性技术研究现状[J].混凝土与水泥制品,2011(8):53-56.

[4]王毅红,卜永红,刘挺.生土结构房屋的承重土籲墙体抗震性能试验研究[J].土木工程学报,2010(S1):526-530.

[5]尚建丽.传统夯土民居生态建筑材料体现的优化研究[D].西安:西安建筑科技大学,2005.

[6]钱觉时,王琴,贾兴文.燃煤电厂脱硫废弃物用于改性生土材料的研究[J].新型建筑材料,2009(2):28-32.

植物材料 篇8

改革开放以来, 我国的经济建设取得了巨大成就的同时, 资源的消耗也在进一步上升, 随着资源消耗进一步加大, 我国的污染问题也变得更加的严峻, 不仅使我国的环境变得更加恶劣, 而且又制约着我国的经济发展。建材工业为我国经济的发展起到了举足轻重的作用, 大力发展建材工业还可以缓解我国的就业压力, 提供更多的工作岗位。但是建材工业也消耗了大量的化石能源以及宝贵的土地资源, 同时还产生了大量的污染, 所以发展新型材料成了建筑工业的当务之急。新型材料的生产以及使用应该包括以下几点要求:首先, 原材料应该多使用建筑废渣, 以及生活垃圾, 从而可以减少使用天然资源;其次, 在新型材料的生产加工过程中, 应该使用最新的生产技术, 降低生产成本, 以及不使用有毒害的物质, 以减少对环境的污染;最后, 新型材料不能对人体构成伤害, 在满足经济性要求的同时, 还要保证材料的其他使用功能[1,2,3]。

我国作为农业大国, 每年秋收以后, 都会产生数以万计的农作物废料。据官方的调查统计, 一部分农作物废料当成牲口的饲料, 另一部分的农作物废料则当成了燃料, 而绝大部分的农作物废料几乎是直接焚烧, 造成了巨大的环境污染。新型材料可以由现有的材料中加入一定量的植物纤维, 不仅节约了资源, 而且还可以减少能源的消耗, 对保护环境也起到了积极的作用。对植物纤维水泥复合材料[4,5]及其性能进行研究, 意义重大。相比较现有的纤维材料, 如钢纤维, 聚丙烯纤维, 碳纤维等其他纤维, 植物纤维最大的特点就是取材方便, 生产成本低, 产量大。随着我国经济的发展, 有大量的建筑物需要拆迁, 会产生大量的建筑垃圾无法处理, 不仅造成了巨大的浪费, 还占用了宝贵的土地资源, 使用植物纤维水泥复合材料, 可以对建筑垃圾进行回收处理, 不仅节约资源, 还可以对建筑垃圾做到无害化处理, 减少对环境的污染。发展植物纤维材料, 对我国经济的可持续发展有着重大的意义, 植物纤维水泥复合材料必定会成为我国新型材料发展的趋势[6,7,8,9]。

1 试验概况

1.1 试件制作

kg

依照表1中的配合比称量材料, , 然然后将称量后的水与稻草纤维在JS195A搅拌机中进行充分搅拌, 再与水泥浆料混合, 直到浆料均匀无结块为止。将混合浆料倒入试模中铺平, 待板坯初步成型后, 将其放入50-C-1成型压机中压至10 mm厚。板坯定型后再放入夹紧框内, 用保鲜膜封装, 在DECD-80e干燥箱中放置8 h, 拆除夹紧框后置于蒸养釜内蒸养8 h, 再在室温条件下自然干燥一周 (见图1) [10,11]。

1.2 试验过程

将养护好的试件送入土工实验室1 000 k N液压伺服万能试验机中测其试静曲强度, 探究水灰比与纤灰比对稻草纤维水泥复合板抗折性能的影响。再用电子显微镜扫描试件断面, 探究外加剂和稻草纤维对纤维水泥基复合板材的微观影响[12]。

2 试验结果及分析

水灰比和纤灰比是影响水泥水化和水泥与纤维混合的重要参数。

由图2可见:当纤灰比一定, 水灰比小于0.42时, 试件的静曲强度随着水灰比的上升而呈明显上升趋势。这由于水灰比过小而导致纤维结团而不易打散, 从而降低了混凝土的和易性, 导致板坯铺装不匀, 影响了水泥与纤维之间的充分结合, 而当水灰比达到0.42以上, 试样测得的静曲强度波动不大, 且略有降低。这是因为水灰比过大时, 板的内部存在大量的自由水, 这些水分挥发以后会在板的内部形成蜂窝状小孔, 使板内局部应力集中, 导致稻草纤维水泥基复合板的强度略有降低。由图2可知本试验条件下适宜的水灰比为0.42。

分析图2可知, 纤灰比为0.35时静曲强度高于0.045和0.45的纤灰比, 这是由于纤灰比过小时, 纤维所占的比例不足以影响混凝土的静曲强度, 而纤灰比过大则会影响硅酸盐水泥分子间的有效结合。因此可以得出水灰比在0.42纤灰比在0.35时稻草纤维水泥基复合板的静曲强度最高。

在搅拌稻草纤维水泥基复合材料的过程中加入Ca Cl2, 因为稻草纤维对混凝土有阻凝的不利影响, 而Ca Cl2的水化反应放热, 在一定程度上又促进了混凝土的固化, 进而削弱了稻草纤维对混凝土固化的不利影响。利用电子显微镜扫描的断面图像 (如图3所示) , 分析Ca Cl2和稻草纤维共同作用下对混凝土的微观影响。

图3a) 为稻草水泥基复合材料试件断面放大300倍后的扫描电镜照片, 从图中可以看出稻草与常规混凝土配料结合比较紧密, 可以看到有细微的稻草断裂迹象, 能够说明稻草与混凝土具有较好的粘结力, 使混凝土的强度得到了提高。图3b) 为复合材料断面被扫描电镜放大1 000倍后的照片, 从照片中观察到混凝土表面水泥与稻草相互交错, 形成机械咬合的状态, 对混凝土施加外力, 在混凝土从开始受力到被压坏的过程中, 稻草被拉断, 稻草起到了连接混凝土骨料的作用, 在复合材料局部断面被放大10 000倍后, 从图3c) 中可看到有Ca Cl2的晶体镶嵌在混凝土骨料之间, Ca Cl2遇水后会放热, 在一定程度上加速了混凝土的固化。

3 结语

通过对试验数据的处理和分析, 确定了水泥基稻草纤维复合材料水灰比和纤灰比的最优值分别为0.42和0.35。在这个配合比下稻草水泥基复合板的静曲强度最高, 为1.4 MPa。

植物材料 篇9

聚氨酯又称为聚氨基甲酸酯, 是一类在主链中含有氨基甲酸酯 (-NHCOO-) 特征结构单元的高分子聚合物, 主要由二元醇或多元醇和二异氰酸酯或多异氰酸酯聚合反应[1] (工业生产领域又称为白料和黑料的混合反应) 生成 (图1) 。工业上合成聚氨酯的黑料类型不多, 但白料却种类繁多, 因此聚氨酯的种类、性能各异。聚氨酯的应用领域非常广泛, 主要用于生产软、硬泡, 弹性体, 涂料, 密封剂, 胶黏剂, 海绵, 人造皮革, 合成纤维等[2,3]。聚氨酯材料在全世界的使用量增长惊人, 在20世纪70年代, 全球聚氨酯年产量总计只有110万t, 而进入21世纪已超过了900万t, 增长了约9倍。2005年全球聚氨酯的消耗量为880万t, 2010年全球聚氨酯市场需求为1365万t, 预计2016年将达到1794.6万t, 复合年增长率为4.7%。然而和大多数聚合物材料一样, 传统上合成聚氨酯的两个主要原料多元醇和异氰酸酯来源于不可再生的石油资源, 因此传统的石油基聚氨酯材料存在诸多缺点, 例如:由于石化资源价格波动大, 且日益枯竭, 造成生产成本持续走高;石化产品的消耗产生CO2和其他有害气体, 污染大气, 加剧温室效应;产品很难生物降解, 危害环境等。因此为满足绿色化学和可持续发展的要求, 寻求聚氨酯新型原料的问题成为聚氨酯材料领域的热点研究内容。

近年来, 从可再生资源如淀粉、纤维素、糖类、蛋白质和植物油等出发制备聚合物材料和生物质能源材料引发越来越多的关注[4]。植物油作为最廉价和产量最为丰富的生物质原料之一, 以其低毒性、自身的可生物降解性和纯度较高等优点, 在聚合物原料研究中备受关注[5,6,7]。在聚氨酯合成领域, 利用植物油合成多元醇研究较为广泛, 有些技术已日趋成熟并逐步产业化[8], 相对而言, 利用植物油原料合成异氰酸酯则报道较少, 这也成为目前制备完全的生物基聚氨酯材料的难点和瓶颈问题。本文将从这两个方面对近年来植物油基聚氨酯材料的发展进行综述, 并指出其目前存在的问题和发展方向。

1 利用植物油制备多元醇

1.1 概述

国外对植物油多元醇的研究已经进行多年, 其中常见的植物油有大豆油、棕榈油、蓖麻油、菜籽油、桐油、葵花籽油、棉籽油、玉米油等, 其中已经实现工业化生产的有成立于1998年的美国Urethane Soy Systems Co. (USSC) 研究开发的大豆油多元醇[9]和马来西亚Maskimi多元醇公司开发的棕榈油多元醇[10]。此外, 日本伊藤制油株式会社开发了用于聚氨酯合成的聚蓖麻油多元醇系列产品 (牌号Uric) [9]。国内对植物油多元醇的研究起步较晚, 但也取得了一定程度的进展。山东金田化工、北京丰信德和上海高维实业等公司开发出了可用于冰箱、太阳能、管道、板材、喷涂等硬泡组合料的植物油多元醇。根据产品要求, 此类植物油多元醇可替代10%~30%的聚醚, 可降低聚氨酯制品的成本[11]。

植物油的主要成分是甘油三酸酯, 其结构是由甘油分子和含有16-22碳原子的饱和或者不饱和脂肪酸组成, 平均每个支链上含有3个以内的双键。植物油中几种常见的脂肪酸包括蓖麻油酸、软脂酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、α-桐酸, 其结构如表1所示。甘油三酸酯尤其是不饱和度比较大的甘油三酸酯可以经过化学改性来得到合成聚合物的原料[12,13,14]。

植物油合成多元醇有2条途径:一是本身结构中带有羟基, 如蓖麻油及鲜有人知的雷斯克勒种子油, 但无论在产量和加工条件方面, 蓖麻油均占据绝对优势;其次是对不含有羟基的植物油进行一定程度的化学改性, 如甘油三酸酯的酯基可以水解成羟基或利用-C=C-经过一定的化学方法引入羟基。但植物油改性会改变植物油本身的结构和性质, 比如链段变短, 双键消失引起链柔性减小, 水解后支链减少, 在双键上接枝改性使得支链变长等, 由此带来聚氨酯材料性能上的变化。因此如何使得植物油多元醇尽可能更好地保持原来的物化特性, 更好地应用于聚氨酯的合成, 从而聚氨酯材料获得最大程度的可生物降解性能和最优化的材料性能, 是植物油基聚氨酯材料研究的重点内容。

1.2 羟基改性法制备多元醇

蓖麻油为不可食用油, 其结构与其他植物油相比, 最大特点是平均每个甘油三酸酯分子上带有2.7个羟基官能团, 这使得蓖麻油自身可作为多元醇直接和异氰酸酯合成聚氨酯[15]。但蓖麻油羟基官能度低、且为仲羟基, 活性小, 使得其在聚氨酯固化过程中反应缓慢, 产品交联度小, 力学性能差, 材料模量偏低, 因此国内只有少量厂家用天然蓖麻油为原料生产聚氨酯[16]。此外, 在合成的聚氨酯微相结构中, 较长的脂肪酸链形成空间位阻, 导致聚合物结构不均一, 使得材料的撕裂强度较低[17]。为此, 有报道将蓖麻油和季戊四醇、丙三醇酯交换反应, 或者和环氧丙烷开环接枝, 以增加蓖麻油的活性, 制备模量、强度更加优异的聚氨酯材料[18]。

本课题组提出了一种新的合成蓖麻油多元醇的思路, 用不对称的异氰酸酯 (TDI或IPDI) 封端蓖麻油的羟基, 再接枝二乙醇胺、三乙醇胺等多羟基小分子, 制备伯羟基多官能度的蓖麻油多元醇, 相关反应如图2所示[19]。这种方法不仅合成的蓖麻油多元醇活性高, 羟值大, 而且制备的聚氨酯结构更加均一, 有利于工业化生产。

1.3 环氧化-开环法制备多元醇

植物油的甘油三酸酯结构中普遍含有-C=C-基团, 对其进行环氧化-开环制备多元醇是合成聚氨酯常用的方法之一, 其中大豆油中最为常见, 其他植物油如菜籽油、棕榈油、橄榄油、桐油、葵花籽油、玉米油等也有合成聚氨酯材料方面的相关应用。目前植物油最普遍且比较成熟的环氧化-开环方法是:在一定温度和溶剂条件下, 用酸作为催化剂, 用甲酸或乙酸和过氧化氢原位形成的过氧酸环氧化植物油中的-C=C-基团;然后用开环剂一元或二元醇, 氢卤酸, 氢气, 水, 羧酸进行开环制备多元醇[8], 反应示意图如图3 (a) 所示。

环氧化-开环法制备的植物油基多元醇用于制备聚氨酯泡沫、弹性体、胶黏剂、薄膜等。此种方法制备多元醇, 由于引入了仲羟基或伯羟基, 植物油羟值大大提升, 合成聚氨酯反应活性增强, 合成的聚氨酯交联密度大, 热性能和力学性能更优异, 尤其是制备的植物油基聚氨酯薄膜, 具有较强的拉伸模量和拉伸强度, 可以与传统石油基聚氨酯薄膜相媲美。但上述反应过程中使用的溶剂毒性大, 强酸对设备有腐蚀, 工业化受到一定程度的限制。近年, 技术人员在环氧大豆油的合成方法上也进行了一些新的探索, 进行了分子氧/醛氧化体系下合成环氧大豆油[20], 酮催化环氧化法合成环氧大豆油[21], 超声辅助合成法合成环氧大豆油的研究[22], 此类合成路线简单, 条件温和, 污染较小, 有较好的发展前景。

1.4 加氢甲酰化-还原法制备多元醇

植物油改性获得活性高的伯羟基多元醇, 可以选择加氢甲酰化-还原法。此法包含两个步骤: (1) 一氧化碳和氢气的混合气体在催化剂的条件下与植物油中的-C=C-反应, 产生醛基; (2) 将醛基还原成醇[23,24,25], 如图3 (b) 所示。此反应通常用铑或钴的金属羰基化合物作催化剂。第一步反应中铑催化剂价格非常昂贵, 成本高, 但是催化产率高达95%;钴催化剂虽然可以在全过程中使用, 而且成本较低, 但是其催化产率只有67%左右[26]。

由铑催化得到的植物油多元醇均为伯羟基, 且具有官能度大、和异氰酸酯的反应活性高、产物交联密度大等特点, 在室温条件下若干分钟内即可与多异氰酸酯固化成型, 耗时短, 工艺简单[27], 适合制备聚氨酯硬泡材料。同时, 每个甘油三酸酯链上由于引入了一个碳原子, 使得交联的链段更长, 链段柔性增加, 有利于制备聚氨酯弹性体。相对而言, 由钴催化的植物油基多元醇羟值相对偏低, 可以用于合成聚氨酯弹性体, 但是力学性能差, 需要进一步改性以满足性能要求。植物油的氢甲酰化-还原反应制备多元醇需要解决的问题是找到廉价高效的催化剂, 这不仅是实验室研究的重要方向, 更是工业化制备植物油基多元醇合成聚氨酯面临的现实问题。

1.5 臭氧氧化-还原法制备多元醇

植物油的臭氧氧化-还原法是首先用臭氧将植物油所含的-C=C-氧化断裂, 生成醛基, 然后还原醛基为端羟基[28], 如图3 (c) 所示。此法可应用到不饱和植物油中, 每个甘油三酸酯分子最多可以得到3个伯羟基, 双键转化率高达97%以上。这种切断氧化方式决定其多元醇产物的相对分子质量低, 粘度减小, 但因为端位伯羟基的聚合活性更强, 聚合反应转化率接近定量, 因而生成的聚氨酯仍然保持了较高的交联度和较好的力学性能, 且具有更高的热稳定性[29]。Petrovic等[30]对大豆油和菜籽油进行了臭氧分解, 并与4, 4′-二苯基甲烷二异氰酸酯 (MDI) 聚合获得聚氨酯树脂, 它的玻璃化温度与钴催化羰基化聚氨酯玻璃化温度基本相当, 但抗拉强度提高近2倍, 断裂伸长率增长1倍, 并具有更高的强度和耐候性。

但是由于臭氧化使得甘油三酯分子链断裂, 体系中副产物增多, 分离提纯难度增大;同时多元醇分子链变短, 支链大幅度减少, 聚氨酯软段的柔性变差, 在制备聚氨酯弹性体材料的时候有一定的局限性, 要根据材料性能合理选择多异氰酸酯的种类。另外, 臭氧氧化-还原法制备的植物油多元醇, 大多存在气味难闻、官能度低、酸值高、成分复杂、颜色暗黑等缺点, 影响其工业化生产和应用。

1.6 酯交换化法制备多元醇

酯交换方法制备植物油多元醇主要是利用植物油中的酯键结构。其实质是在反应混合物内通过加入过量的羟基, 从而使有效的羟基在可反应的羧基上重新分配, 又称为醇解反应, 如图3 (d) 所示。Badri等[31]以棕榈油为原料, 以辛酸钾为催化剂, 山梨醇和二乙醇胺为醇解剂对棕榈油进行醇解, 制备高官能度植物油多元醇, 其官能度在4.0~4.5之间, 羟值可达450~470mg KOH/g。该植物油多元醇可用于硬泡板材, 其泡沫密度、压缩强度、尺寸稳定性、导热系数和吸水率等方面均可达到使用要求。Stirnaa等[32]以油菜籽油为原料, 采用三乙醇胺或甘油为醇解剂, 在催化剂作用下制备了羟值为290~310mg KOH/g的植物油多元醇, 对采用全水发泡体系的喷涂泡沫进行评价, 发现泡沫具有优良的力学性能和较低的吸水率。酯交换反应虽可提高植物油多元醇的官能度, 但会造成反应体系中酰基间的交换与分布随机性, 致使产物结构不均一, 副产品增多;另一个面临的问题是催化剂的选择, 选择高效、经济的催化剂是工业化生产领域面临的重要难题。

2 利用植物油制备异氰酸酯

传统合成聚氨酯的方法需要用到多异氰酸酯, 一般用光气法生产, 对环境和人体危害较大, 因而开发环境友好型多异氰酸酯的合成方法是聚氨酯材料研究中亟需解决的问题。Kusefoglu等[33]开发了两种大豆油基异氰酸酯。其一是用溴琥珀酰亚胺在烯丙基位置上对三酸甘油酯进行溴化处理, 然后使之与异氰酸根发生反应, 转化成为含异氰酸的三酸甘油酯, 此法制备的三酸甘油酯中异氰酸基团的平均数目为2.1;其二是将大豆油和异氰酸碘盐在室温下直接进行反应, 该方法所得三酸甘油酯的异氰酸基的平均数为3.1。Narine等[33]用油酸合成了二异氰酸酯, 如图4所示。合成方法分3步:首先用臭氧将油酸分解为醛酸, 之后氧化为二酸, 最后经库尔提斯重排反应形成二异氰酸。

尽管上述方法合成的异氰酸酯在实验室均成功用于合成聚氨酯材料, 但缺点是反应路线过长和成本较高。为消除异氰酸酯合成困难的不利影响, Wilkes等[34]以四丁基溴化铵为催化剂, 在常压、100℃条件下, 使二氧化碳与环氧大豆油反应定量地生成具有五元环的大豆油碳酸酯。具有官能度大于2的五元环碳酸酯能够与脂肪族多元胺进行加成聚合反应, 生成聚氨酯。这种聚合物的反应选择性与产率都很高, 可以在水、醇或酯的存在下正常反应, 并避开了通过异氰酸制备聚氨酯的制约。Cramail等[35]也采用类似思路, 利用AB型单体 (如植物油衍生的10-羟基-9-甲氧基硬脂酸叠氮化物、10-羟基-10-甲氧基叠氮化物等) 的分子内缩合反应合成生物型聚氨酯。

3 前景展望