针对当前我国农业秸秆的废弃和焚烧带来的资源浪费和环境污染问题,解决造纸工业原料短缺难题,拓宽纤维浆料来源,本文采用麦草秸秆作为典型非木材纤维原料,进行了非木材纤维超声氧化辅助解离纤维特性和应用的研究;优化了超声辅助解离的工艺参数,使用扫描电镜、红外光谱、热重、X-射线衍射、核磁共振光谱等手段,对超声辅助解离麦草纤维特性进行了分析研究,探讨了超声辅助解离纤维的机理,并对该纤维进行了纸种配抄、纤维板制备等应用研究。具体研究结果如下:本文根据超声协同作用及辅助氧化的基本原理,对麦草秸秆纤维解离工艺进行了研究,探究出适合麦草的超声氧化辅助制浆技术,并对超声波麦草纤维浆料的性能进行了分析检测。结果表明,在超声频率20kHz,超声功率密度3W/cm3,反应温度20℃室温,物料浓度15%,反应时间2小时,保温0.5小时,搅拌速度500rms,氢氧化钾添加量2%,氨水6%、十二烷基磺酸钠0.5%、硅酸钠8%、硫酸镁1%的工艺条件下,麦草纤维成浆性能良好,得率达到71.3%,白度及强度性能均与漂白碱法麦草浆国家标准(GB/T 26188-2010)相当。同时,对芦苇、竹子等非木纤维原料也进行了超声氧化辅助解离实验,优化了工艺参数。为探究麦草纤维原料超声氧化辅助解离制浆机理,以及纤维浆料相关性能,对超声波麦草浆及化学麦草浆进行了组分及仪器分析对比。超声波麦草浆纤维平均长度达到0.809mm,其抗张指数32.49N·m/g,耐折度45次、撕裂指数3.98 mN·m2/g,均优于化学麦草浆。超声波麦草浆灰分含量24.92%,综纤维素含量69.04%,木质素含量4.31%。从扫描电镜、XRD、热重分析结果来看,超声波麦草浆纤维形态完整,挺括粗硬,表面附有颗粒状物质。超声波麦草浆的结晶度高于化学麦草浆,其XRD图在2θ为26.5°处有尖锐衍射峰,推测生成了一种含结晶相的填料类物质。热重实验结束时,超声波麦草浆最终剩余量为30%左右,麦草浆纤维素和木质素提取物样品最终分别剩余10%和22%左右,表明超声辅助作用使木质素官能团被氧化,羟基等增多,结构和性质发生了变化。针对超声波辅助氧化制浆过程中活性氧的产生及对纤维的影响,采用茜素紫显色法和海萤荧光素类似物(FCLA)法,成功证明了超声波制浆过程中液体介质中存在强亲电试剂羟基自由基(HO·)、过氧氢根自由基(HOO·)等活性氧基团,并分析了活性氧基团的产生机理以及对木质素中芳环、双键等官能团的降解机理,进而提出麦草纤维超声氧化辅助解离机理如下:在超声波机械效应、热效应及空化效应协同作用下,麦草秸秆纤维细胞胞间层先发生微小分裂,促使化学介质快速充分的进入到纤维细胞之间,然后胞间层及角隅层中部分小分子木质素在超声氧化辅助作用下降解、溶出,麦草秸秆纤维解离成浆。活性氧基团与木质素发色基团发生反应,将其氧化成无色基团。超声波麦草浆纤维在纸页成型过程中结合力良好,原因如下:首先成浆后的纤维在超声波作用下产生打浆效应,原料纤维充分润胀及软化,增强了细纤维化作用,纤维比表面积增大,暴露出更多的羟基,进而在纸页成型过程中可以形成更多的氢键。此外,在超声效应产生的HO·和HOO·等活性氧基团的作用下,纸浆中木质素结构中出现更多的羟基、羧基及活性位点,形成更多的氢键结合与交联作用,提高了纸浆纤维的结合力。利用超声波麦草浆进行了双胶纸、新闻纸、多层食品卡纸、单层食品卡纸及普通食品包装纸等多种纸张的配抄实验,并利用100%超声波麦草纤维进行了制备中密度纤维板的应用实验,上述产品的各项指标均达到或超过国家行业标准值。综上所述,非木材纤维超声氧化辅助分离技术具有良好的发展前景,超声波非木浆纤维具有优良的力学强度和光学性能,可以作为传统纸浆纤维的有益补充,也可以用来制备绿色环保的高强纤维板。