全 文 ：第 v{卷 第 y期
u s s u年 tt 月
林 业 科 学
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麦秆表面硅含量分布的研究
苏润洲 刘志明 李 坚 艾 军
k东北林业大学 哈尔滨 txsswsl
摘 要 } 利用 ∞≥≤„研究了麦秆表面在不同温度下和经氩离子刻蚀后 ≥¬元素含量的变化 ∀结果表明 }在麦
秆横切面上 o≥¬元素含量中间层k接近麦秆外表面l含量较高 ~随着温度的升高 o麦秆表面 ≥¬元素含量先降低
而后增加 o在选定的几个温度中 otzs ε 和 uus ε 时 ≥¬含量最低 ~麦秆表面经氩离子刻蚀后 o由外及里 o随着氩
刻的加深 o≥¬含量呈现升高趋势 ∀麦秆中 ≥¬元素存在的化学环境与聚甲基硅氧烷中 ≥¬的化学环境比较接近 ∀
关键词 } 麦秆 o∞≥≤„ o硅含量
收稿日期 }ussu2sw2st ∀
ΣΤΥ∆Ψ ΟΝ ΣΙΛΙΧΑ ∆ΙΣΤΡΙΒΥΤΙΟΝ ΟΦ ΩΗΕΑΤ ΣΤΡΑΩ ΣΥΡΦΑΧΕ
≥∏•∏±½«²∏ ¬∏«¬°¬±ª ¬¬¤± „¬∏±
k Νορτηεαστ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Ηαρβιν txsswsl
Αβστραχτ } …¼ °¨ ¤±¶²©∞≥≤„ o≥¬¦²±·¨±·²©º«¨¤·¶·µ¤º ¶∏µ©¤¦¨ º¤¶¶·∏§¬¨§∏±§¨µ§¬©©¨µ¨±··¨°³¨µ¤·∏µ¨¶¤±§¶³∏·¨µ¨§
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Κεψ ωορδσ} • «¨¤·¶·µ¤ºo∞≥≤„ o≥¬¦²±·¨±·
由于天然林资源迅速减少 o自然环境日益恶化 o保护环境 o保护资源 o充分开发 !利用各种再生资源
已成为人们关注的主要问题 ∀为解决木材资源短缺 o利用农作物秸秆k麦秆 !稻草等l制造人造板早已被
世人瞩目 o特别是近十年来 o得到迅速地开拓与发展k陈友治等 ousstl ∀我国目前不仅有着发展农业剩
余物人造板的现实需要 o而且有着各项有利条件 o符合国家可持续发展的产业政策 ∀利用农作物秸秆生
产人造板已是世界性的研究课题 o并在代替木材制造刨花板方面取得了一定成绩 o现已有秸秆刨花板商
品问世k陆仁书等 ot||| ~°¤±§¨ ot||{l ∀
麦秆k Τριτιχυµ αεστιϖυµ ql是 t ¤生禾本科植物 o又称麦草 !麦秸 o由表皮 !下皮层 !同化组织 !薄壁组
织 !维管束等组成k•¬¦«ot||{l ∀
麦秆在结构上与木质材料相比 o表面光滑且含蜡质 o同时秸秆中 ≥¬元素含量较大 ∀虽然用异氰酸
酯类胶粘剂可以制造麦秆刨花板和稻草刨花板 o但尚存在以下问题 }ktl异氰酸酯类胶粘剂生产成本高 o
毒性较大 o需要一定的安全防护措施 ~kul具有很强的化学反应活性 o尤其可与水k即使是微量的水l发生反
应 o需采用不同于醛类胶粘剂的输胶设备 ~kvl需使用脱膜剂 ~kwl当麦秆原料含水率很低 o使用异氰酸酯胶
制板时 o由于施胶量小 o易发生/散坯0现象 ∀因此 o我国市场上推广异氰酸酯秸秆人造板还有一定的困难
k陈友治等 ousst ~陆仁书等 ot|||l∀如果利用现有的人造板生产设备 o用价格低廉的醛类胶粘剂能够生产
出合格的麦秆刨花板 o这对麦秆的充分利用以及其产品的商品化均具有积极的意义k时运铭等 ot|||l∀研
究表明 o用醛类胶粘剂不能生产出合格产品的主要原因是由于麦秆表面光滑且富含蜡质 o硅含量也较高
k陈友治等 ousstl∀到目前为止 o麦秆中硅分布及存在价态的研究还很少 ∀本研究利用 ÷ 射线光电子能谱
仪k÷°≥l测定并分析了麦秆中 ≥¬元素的含量及价态 o掌握 ≥¬元素在静态和动态环境中的状态和变化 o为麦
秆刨花板工业化生产提供基础理论数据k…¨ µµ¨¶«¨¬° ετ αλqot||t ~ ¤·∏¤±¤ ετ αλqousstl∀
t 试验材料及方法
t1t 试验材料
麦秆 o取自于河南省 o收割后经过自然风干 {个月 o选取完整 !光洁 !厚度适当的麦秆作为试验样品 ∀
麦秆经植物粉碎机粉碎后 o按 Š…uyzz1u ∗ Š…uyzz1z !Š…uyzz1ts p {t及 Š…zwx p z{测定后 o其主要化学
组成见表 t ∀
表 1 麦秆的化学组成
Ταβ .1 Χηεµιχαλ χοµποσιτιον οφ ωηεατ στραω
水分
• ¤·¨µΠh
灰分
„¶«Πh
原料中的 ≥¬’u
≥¬’u ¬±µ¤º
°¤·¨µ¬¤¯Πh
灰分中的 ≥¬’u
≥¬’u ¬± ¤¶«Πh
不同溶剂的抽出物
∞¬·µ¤¦·¶¬± √¤µ¬²∏¶¶²¯√ ±¨·¶Πh
冷水 热水 苯2醇 t h ‘¤’‹
≤²¯§º¤·¨µ‹²·º¤·¨µ …¨ ±½¨ ±¨ 2¤¯¦²«²¯
木质素
¬ª±¬±Πh
综纤维素
‹²¯²¦¨¯¯∏¯²¶¨Πh
戊聚糖
°¨ ±·²¶¤±Πh
z1zv w1yu u1zx x|1tw y1wz ts1su v1vs vv1ys t{1tw zz1|x ux1tv
试样规格 }x °° ≅ z °°o自然厚度 ∀取样部位与样品的测量面见图 t o¥约在距表面 tΠw自然厚度处 ∀
图 t 取样部位与样品的测量面
ƒ¬ªqt ≥¤°³¯¬±ª³²¶¬·¬²± ¤±§ °¨ ¤¶∏µ¬±ª¤µ¨¤

t1u 实验方法
实验仪器 }∞≥≤„zxs光电子能谱仪k日本岛津l !恒温箱及常用的化学分析玻璃仪器 ∀
光电子能谱仪测试条件 }单阳极kªl÷ 射线源 o发射 ªŽΑ线 o其波长 s1|{| ±° o能量为 t uxv1y ∂¨ ∀
÷ 射线电压为 { ®∂ o电流 vs °„k软 ÷ 射线 o室温 us ε o真空度 x ≅ tsp x °¤以上 ∀氩离子刻蚀条件为 }加
速电压 t1x ®∂ o氩气浓度 x ≅ tsp w °¤∀
对每一个样品的测量面都进行了 ≤ !’ !‘!≥¬w种元素其特征峰的扫描 o重复性测量至少进行了 v
次 o其中每个 ≥¬谱都是重复 x次扫描的结果 ∀定量分析选取峰面积的计算方式 o并同时给出相对含量
值kw种元素含量和为 tssl与标准含量值k≤元素含量为 tsslk…¨ µµ¨¶«¨¬° ετ αλqot||tl ∀
u 实验结果与讨论
211 麦秆不同层面 ≥¬元素的含量分布
取上述洁净试样用人工方法从中间剥开 o分离成 v个测量面k图 t中外表面 ¤!内表面 ¦和中间面
¥l o分别送入 ∞≥≤„分析室中进行扫描 ∀测量前进行了 x °¬±的氩离子刻蚀清洁处理 o数据列于表 u ∀
由表中数据可看出 o≥¬含量中间层较高 o外表面次之 o内表面最低 ∀
212 麦秆表面由外及里氩刻层上的 ≥¬含量
为进一步研究麦秆表面由外及里沿深度方向上 ≥¬含量的变化 o另取 t枚洁净试样进行氩离子刻
蚀 o第 t层为麦秆外表面 o未氩刻 o扫描完成后开始氩刻 o每氩刻 us °¬±k大约剥离深度为 tx ±°l测量 t
次 o共氩刻 x次 ∀对应的 y个测量面见图 t o其结果列于表 v ∀由表中数据可以看出 }由外及里 o随着氩
sst 林 业 科 学 v{卷
刻的加深 o≥¬含量升高 o此时氩刻的深度小于 tss ±° o结合麦秆的结构可知 o此深度应该在角质层中 ∀
表 2 麦秆片不同层面上的 Σι含量
Ταβ .2 Τηε Σι χοντεντ οφ διφφερεντ σεχτιονσ οφ ωηεατ στραω
试样部位
≥¤°³¯¬±ª³²¶¬·¬²±
相对值
• ¨¯¤·¬√¨√¤¯∏¨
标准值
≥·¤±§¤µ§√¤¯∏¨
外表面k¤l
∞¬·¨µ±²¯ ¶∏µ©¤¦¨ u1{t v1xz
中间k¥l
¬§§¯¨ ¤¯¼¨ µ w1s{ x1w|
内表面k¦l
Œ±·¨µ¬²µ¶∏µ©¤¦¨ u1yu v1sv
表 3 麦秆表面不同氩刻层的 Σι含量
Ταβ .3 Τηε Σι χοντεντ οφ διφφερεντ σεχτιονσσπυττερεδ βψ Αρ+ οφ ωηεατ στραω
试样部位
≥¤°³¯¬±ª³²¶¬·¬²±
相对值
• ¨¯¤·¬√¨ √¤¯∏¨
标准值
≥·¤±§¤µ§√¤¯∏¨
外表面k第一层l
∞¬·¨µ±²¯ ¶∏µ©¤¦¨k׫¨ ©¬µ¶·¯¤¼¨ µl u1s| u1ws
第二层 ׫¨ ¶¨¦²±§ ¤¯¼¨ µ u1{| v1wt
第三层 ׫¨ ·«¬µ§ ¤¯¼¨ µ v1xs w1uw
第四层 ׫¨ ©²∏µ·« ¤¯¼¨ µ w1yv y1sv
第五层 ׫¨ ©¬©·« ¤¯¼¨ µ y1vv {1yy
第六层 ׫¨ ¶¬¬·« ¤¯¼¨ µ {1w| tv1sv
213 麦秆表面不同温度下的 ≥¬含量变化
取 y枚麦秆样品送入恒温箱中 o加热速率大约 ts ε # °¬±pt ∀分别在 us ε !zs ε !tus ε !tzs ε !
uus ε !uzs ε 的条件下取 t个样品送入 ∞≥≤„分析室中进行扫描 o数据列于表 w ∀
由表 w中数据可看出 o随着温度的升高 o≥¬含量逐渐减小 o在 tzs ∗ uus ε 时达到最低 ∀可能的原因
是在加热过程中含 ≥¬元素的分子基团会发生类似于沉淀的现象 o结合前面讨论的 ≥¬元素的富集区 o并
考虑到 ∞≥≤„的探测深度只有 ±°量级 o且样品在空气中加热 o因此 o富含 ≥¬元素的角质层在加热过程中
融化并沿多孔的纤维组织下沉 o表面富集 ≤ !’等元素从而造成 ≥¬元素含量下降 ∀在 uzs ε 时 o≥¬含量又
很快增大 o且比任何温度时含量都高 o这可以解释为 o麦秆的化学成分k如纤维素和半纤维素l在较高温
度时发生热氧化降解反应 o并有部分炭化现象 o部分 ≤ !’元素转变成 ≤’u 而挥发 o从而留下含 ≥¬元素的
分子基团所至 ∀
表 4 麦秆片表面不同温度下的 Σι含量
Ταβ .4 Τηε Σι χοντεντ οφ διφφερεντ τεµπερατυρεσ οφ ωηεατ στραω συρφαχε
试样部位
≥¤°³¯¬±ª³²¶¬·¬²±Πε
相对值
• ¨¯¤·¬√¨√¤¯∏¨
标准值
≥·¤±§¤µ§√¤¯∏¨
us v1yu w1ys
zs v1vv w1t{
tus v1s| w1sy
tzs u1vx u1{y
uus t1|t u1wt
uzs x1vv z1|z
214 ≥¬元素存在的化学状态
图 u中 t2y号曲线分别对应由表及里的六个层面的 ≥¬元素特征峰谱图k≥¬u³l o即 t号是表面 ou号是
氩刻 us °¬±后的测量结果 o以此类推 ∀而 y个温度下的谱图则对应于图 v中的 t ∗ y号曲线 }即 t号为
tst 第 y期 苏润洲等 }麦秆表面硅含量分布的研究
图 u 深度变化 图 v 温度变化
ƒ¬ªqu ⁄¨ ³·«¦«¤±ª¨ ƒ¬ªqv × °¨³¨µ¤·∏µ¨ ¦«¤±ª¨

us ε oy号为 uzs ε ∀由于 ≥¬元素含量较小 o虽然 us ε
上述曲线经多次平滑处理 o但仍显出较大的信噪比 o
这给准确确定峰位带来困难 ∀纵观所有曲线形貌 o
基本可以得出如下推论 }不管随深度还是随温度变
化 o≥¬元素的价态基本不变 o化学环境没有发生质的
变化 o≥¬u³峰位结合能位置在 tsu1{ ∗ tsu1x ∂¨ 之间 ∀
查 ÷°≥手册标准数据 o在此位置最接近的化合物是
聚甲基硅氧烷k  ·¨«¼¯2¶¬¯¬¦²±¨ l o结合能是 tsu1w ∂¨
k¯¬±¨ ¤µl o可见麦秆中 ≥¬元素存在的化学环境与  ·¨«2
¼¯2¶¬¯¬¦²±¨ 中 ≥¬元素存在的化学环境比较接近k苏润
洲等 ot||x ~…µ¬ªª¶ ετ αλqot||sl ∀
v 结论
在麦秆的横切面上 o≥¬的分布靠近表面k角质
层l含量最高 o取自然薄片的厚度为 t o利用多次测量
结果的数据 o可绘出 ≥¬元素相对含量分布如图 w ∀
随着温度的升高 o≥¬的含量先降低而后增加 o见
图 x ∀在选定的几个温度中 otzs ∗ uus ε 时 ≥¬含量较低 o这与实际工业生产中的最佳压板温度相一致 ∀
≥¬元素存在的化学环境与与聚甲基硅氧烷中 ≥¬元素存在的化学环境比较接近 ∀
图 w 硅含量随深度的变化
ƒ¬ªqw ≥¬¦²±·¨±·¦«¤±ª¨ º¬·«§¨³·«

图 x 硅含量随温度的变化
ƒ¬ªqx ≥¬¦²±·¨±·¦«¤±ª¨ º¬·«·¨°³¨µ¤·∏µ¨
τ 相对值 • ¨¯¤·¬√¨oυ标准值 ≥·¤±§¤µ§

参 考 文 献
陈友治 o高文健 q麦秸人造板的发展前景及问题探讨 q林业科技 ousst ouwkwl }wt ∗ wv
陆仁书 o花 军 o濮安彬等 q论发展麦秸人造板的生态效应日文文献 q世界林业研究 ot||| otukyl }u{ ∗ vt
时运铭 o许保恩 o浓铁焕等 q人造板用脲醛树脂胶粘剂的改性研究 q中国胶粘剂 ot||| o{ktl }u| ∗ vt
苏润洲 o李雨红 o姜植群 q水曲柳木材涂饰界面特性的研究 q东北林业大学学报 ot||x ouvkxl }zy ∗ {s
…¨ µµ¨¶«¨¬° Žo ¤·¨µ±2Ž¯²¶¶²±  q„ ¶·¤±§¤µ§©²µ° ²©¶³¨¦·µ¤©²µ ∏´¤±·¬·¤·¬√¨∞≥≤„2¤±¤¯¼¶¬¶qƒµ¨¶¨±¬∏¶„±¤¯ ≤«¨ ° ot||t ovwt }tut ∗ tuw
…µ¬ªª¶⁄o≥¨ ¤«  ° q°µ¤¦·¬¦¤¯ ≥∏µ©¤¦¨ „±¤¯¼¶¬¶}„∏ª¨µ¤±§÷2µ¤¼ ³«²·²¨ ¯¨ ¦·µ²± ≥³¨¦·µ²¶¦²³¼qu ∞§q∂²¯ Œq‘¨ º ≠²µ®}²«± • ¬¯¨ ¼ ¤±§≥²±¶ot||s otyv
∗ t{{
¤·∏¤±¤ o…¤¯¤·¬±¨ ¦½o≥²§«¬• ‘≥ ετ αλq≥∏µ©¤¦¨ ¦«¤µ¤¦·¨µ¬½¤·¬²±²© ¶¨·¨µ¬©¬¨§¦¨¯¯∏¯²¶¬¦©¬¥¨µ¶¥¼ ÷°≥ ¤±§ƒ×Œ• ≥³¨¦·µ²¶¦²³¼q • ²²§≥¦¬¨±¦¨ ¤±§
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°¤±§¨ ‹ q‘²±2º²²§ƒ¬¥¨µ¤±§ Š¯²¥¤¯ ƒ¬¥¨µ≥∏³³¯¼ q ˜±¤¶¼¯√¤ot||{ ot|vkw|l }t{ ∗ ut
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