李威鎮 1,2,3江陽 1,2,3、美しい陰1,2,3
（広州エネルギー研究所、中国科学院、広州510640、中国、再生可能エネルギー研究所の2研究所、広州510640、中国、広東省、新エネルギーと再生可能エネルギーの研究開発およびアプリケーションの3重点実験室、広州510640）
要約：近年開発など、クリーンな再生可能なバイオマスによるブリケットは、また、強化紙の形成のメカニズムを研究し、粒子の固体ブリッジ 'との間の結合モード、成形時リグニンの熱転移特性を記載しています。ボンディング条件、供給原料成分、成形パラメータ等の役割は、提案された配合成形技術、原料の熱転移特性、及び構造のリグニンのタイプ、「固体ブリッジ」および形態の構築状態の構造、及び官能基に影響を与え化学結合の変化のルールは、形成メカニズムに関する研究の主な方向であり、バイオマスの形成メカニズムに関するさらなる研究の参考となるべきである。
0序文
バイオマス成形技術は、それが特定の温度と圧力を指し、バイオマス技術の有効利用の一つである分散の様々なタイプ、形状を加工して作られた形状を所定の非林業残渣、密各種燃料製品の技術 [1]燃料原料の化学組成物の品質は、成形の内因性および外因性パラメータの影響を受けながら、粒子を再配置の成形工程は、機械的変形、塑性流動の段階を経ると密度が増加します [2]図1にこの機構に連動して粒子形成機構、および力の開発は、成形工程及び条件、方法を結合した粒子、リグニンを接合する役割、および供給成分他の成形パラメータ、将来の研究方向が提案、バイオマスとを紹介しますリファレンス
1成形プロセス
成形プロセスは、原材料の変形に応じて、4つの段階に分けることができます [3-5]主原料との間のギャップを克服するために、図2バルク相に示すように、供給空気がある程度除外され、圧力及び変形は、より大きな変形を得ることができるより小さな増分で線形、増加した圧力です。 bは、圧力と変形過渡期、圧力が増加すると、小さな粒子に破砕大きな粒子であり、弾性ドミナント粒子内部の空隙を充填するように変形される指数関数Cは圧縮段階で、原料が塑性主に粒子を変形させます破損や変形がスリップで発生：垂直方向の主応力方向、粒子が十分に密接に係合方法によって、延伸;主応力、粒子シンナーに平行な方向は、燃料圧力と関連する原材料の基本形状に対して密接嵌合が塑性変形されます。 。D遷移段階であり、原料が塑性変形と応力緩和や現象をクリープ主原料の弾性変形に粘性、粘弾性であり、圧力は著しく低下します。
2粒子の組み合わせ
カリヤンなど [6]ブリケットの粒子間結合は、2つの理論が提案されている、方法を要約している：①十分に近い粒子間、魅力的成形工程を結合することによって、または内部摩擦により発生する静電引力に起因する粒子間、粒子が互いに結合することができます。粒子間距離が0.1μmの未満である場合、粒子間の主なアトラクションは、結合ファンデ華鯉城である。②「固体ブリッジ」構造によって結合粒子間。
一緒に拡散粒子間の接触が架橋結合した粒子間の主モードとして、「固体ブリッジ」構造を形成する。KALIYAN他の研究は、トウモロコシことが実証されているを形成する際に化学反応による、結晶化または固化する物質または添加剤のいくつかのフィード茎葉及びスイッチグラスのリグニン、炭水化物、デンプン、タンパク質及び脂肪自体が軟化または変形する「固体ブリッジ」構造を形成することができる。KONGら [7]研究では、より優れた機械的耐久性を持っている、繊維廃棄物の包装の添加は、おがくず「固体ブリッジの構造を成形時に形成することができることを確認しました。
コングなど [8]ゴム粒子の物理的品質を改善するためにさらにストローの研究、茎、葉、ゴム、ナイロンおがくず米を追加形成する小麦繊維4種類の、図3に示すように、稲わらを発見し、葉は、稲わら、葉やゴムなどの触媒の役割を果たしていますおがくずは、粒子が効果的に「固体ブリッジ」構造を形成するために相互に交絡させることができるのうち、親水性材料に属する。麦わら、ナイロン属疎水性物質、粒子の負の効果の品質を向上させます。
3リグニン結合効果
3.1熱転移特性
バイオマスは、天然ポリマーであり、その熱的特性転移は、ガラス転移温度（Tg）を参照して、ガラス転移温度の温度を溶融するプラスチック状態遷移にガラス状態からポリマーの軟化温度を指す。ポリマーによって異なる分子量およびモノマー組成の長鎖構造は、ガラス転移温度範囲内で起こる、ポリマー溶融温度の重要な特性は、ポリマーのことをいう。固体特性から液体特性への熱転移温度は、リグニンを変更します、ガラス転移状態より高い温度でより高い機械的強度、弾性の大きい係数;.凝集および共有結合は、二次結合により形成されるので、ガラス転移状態下成形温度の間に重要な役割を果たし、展示リグニン分子の回転または移動の一部は、徐々に分子の熱膨張運動、移動度の増加、より大きな粘度 [9]リグニンのガラス転移温度はその供給源に依存し、タイプ、含水量および抽出プロセスに関連する [10-11]STELTEら [12]研究によると、硬質リグニンはアセチル、メトキシ構造、および少量のフェノール性ヒドロキシル構造を有し、ガラス転移温度は針葉樹よりも低い [12]STELTEら [13]試験後の成形粒子の小麦麦わらのガラス転移温度は8％の水分含有量、麦わら、ヘキサンわらガラス転移温度で抽出し、ガラス転移温度53℃及び63℃でした（30℃）が上記（100℃）より低いと、粒子密度及び強度が低くなり、軸方向の伸びが大きくなる。
カリヤンなど [14]示差走査熱量測定（DSC）を用いて、異なる水下トウモロコシ茎葉及びスイッチグラスのガラス転移温度の決意、表1に示す結果は、水がガラス転移温度を増加させることが見出された水分は、プラスチック剤として作用することができるので、減少し、リグニン - 水素分子の間の結合部リグニンリグニン - 水LIは次のように置き換えられて結合されています。 [15]使用する場合DSC、温度変調示差走査熱量測定（TMDSC）、熱機械法（TMA）及びレオメーター（レオロジーによって）3つの業種にリグニンのガラス転移温度を試験した。DSCは直接試験しました予熱履歴を排除しつつ、図4に示すサンプルの温度プログラム、大きな誤差を生じるDSC曲線幅広い吸熱ピークは、水の蒸発に起因する発生しているが、試料は、水分を蒸発させるために予熱しなければなりませんリグニン成分が温度に敏感であるが、熱分解予熱処理をもたらす場合、温度が120°に達した。】Cを、構造変化をもたらします [16]オリジナルリグニン及びメタノール不溶成分（MI）、メタノール可溶性リグニンと比較して、表2に示す。これは、予熱処理の温度は、90℃での結果を行う終了しますが見出された（MS）は、以下の縮合を含んでいますガラス転移温度が低い構造。
3.2リグニン結合効果
成形プロセス、立ち上がり遷移熱硬化性接着剤および充填効果からリグニンは、それ自体が接着の役割を果たしているバイオマスの主成分であります [17-18]70〜110℃の時には、リグニンが溶融状態に提示、200〜300℃で、一定の粘度を有する、軟化し始め、粘度が増加する。このとき、圧力下で、原料セルロース、ヘミセルロースこれらの分子を介して互いに引き合い、[19-20].
3.3リグニン構造
STELTEなど [9]すなわち、特定のヒドロキシルフェノール性水酸基リッチな水素結合を形成しやすい、粒子の機械的強度を増加させる、結合形成を促進する。ユーカリハードウッド及びおがくず、リグニン含量または米国再生可能エネルギー研究所データベースによれば（以下、ユーカリ26.91パーセント〜28.16パーセントのリグニン、リグニン含有ハードおがくず23.87パーセント〜28.55パーセント）を含むが、実際の高エネルギーが低密度と強度を形成した後、ユーカリ木材チップを形成する。これはおそらく、ユーカリ木材チップライラックであるためリグニンであるおがくずベースの構造単位、ハードウッドリグニンからグアヤック木構造単位 [21]、シリンギルリグニン構造単位は、グアイアシル構造単位未満のインデックスを接着効果形成は全く異なります[13].
4生の化学組成
バイオマス複合構造、ウェル灰などのセルロース、ヘミセルロース及びリグニン、及び抽出物を含むと [22-23]成形および効果の図5.異なる構造と原料成分の異なる種類の、容易に示す成形工程における種々の構成要素の異なる役割は、全く異なります[24].
4.1セルロース
セルロースは、高秩序線状ポリマーを形成する数千にD-グルコース数百連結β-1,4グリコシド結合は、セロビオース（Cの最小繰り返し単位であります 6H10O5)n。植物細胞、形成された結晶性セルロースマイクロファイバー、アモルファス、結晶セルロース分子と非結晶領域の繊維に囲まれたマイクロファイバー [25]セルロースの結晶構造と、それをバインダーとして成形することができないが、加熱後のより柔軟になることがある。同様のフィラメントからの水素結合によって接続され、このような水素結合に富む燃料の「鉄筋の役割、燃料は、「骨格」となる。Jiangenチェンら「26」一セルロース粉末成形体の特性を研究するためには、一定の範囲、圧力及び温度の中の水の含有量を増加することが見出された、粒子は品質、29％〜14％の水分含有量の圧力を向上させることができます3〜4kN、最高の成形温度は100℃です。
4.2ヘミセルロース
ヘミセルロースは、β-1,4グリコシドを介してポリマー鎖が不定形の形状を有する多糖類、からなる単糖体、及び広葉樹ヘミセルロース骨格キシロース単位中に存在する短鎖の異なるタイプから重合されますボンドは、β-1,2グリコシド結合と4-O-メチルグルクロン酸結合で構成され、コルクヘミセルロース骨格の組成はアセチルが少ないが、メインチェーンアラビノフラノースの成形工程は、ヘミセルロースの加水分解と圧力の複合効果の下で、リグニンに劣化する可能性があり、バインダーの役割を果たす。
4.3リグニン
リグニンは、三次元網目構造のポリフェノール物質を三つの異なるモノマー含有量を有するヒドロキシ芳香族化合物の重合により得られるフェニルプロパモノマーのライラック群グアイアシル異なります。
より多くのグアヤック木質構造単位のコルク、ライラックベースの構造単位への硬材。成形体のリグニン含有量が研究されている [27]VANDAMら [28]140℃以上の温度ではリグニン結合強度が増加することが判明した; CASTELLANOなど [29]原料品質の要素、高いリグニン含量、より良い物理的品質の原料成形粒子の低い抽出含量、新鮮で貯蔵された樹皮のためのLEHTIKANGAS'30 '鋸屑、収穫残渣の原料、リグニン含有率の高い粒子は良好な耐久性を有する; HOLM等 [31]より高いリグニン含量ことが、よりよい粒子の機械的強度を増加させる、ガラス転移温度より高い温度、粒子内部結合;等が挙げられるが、ブラッドフィールド [32]リグニンは、木材のポリマー結晶構造間の結合において役割を果たし得る特定の範囲内の糊状物質の不十分な内部強度考えられるが、その含有量が臨界値、結晶間に堆積され、過剰な糊状物質を超えるされ、低減され顆粒の強度と耐久性;ウィルソン [33]広葉樹および軟材については、リグニン含量と穀物耐久性との間の関係は明らかではないことが判明した。
4.4デンプン
D-デンプンは、特定の温度で、成形工程においては、室温で水に不溶で、分岐せずアミロペクチン及びアミロースに分岐して、グルコースポリマーである水分、圧力、および時間圧縮作用はデンプンペーストを発生します、潤滑剤およびバインダー「34」として機能するが、燃料を金型から排出される現象（不可逆的）は、2つのメカニズムが存在する：。①水分と温度、損傷の結晶構造の影響下で、糊化デンプンを容易にする。②受容圧力処理、剪断及び押出デンプン顆粒が壊れる。デンプンゼラチン化の程度が高いほど、より多くの明白な効果ボンディング、燃料のより大きな機械的強度を[35].
4.5タンパク質
一定の温度と水分コンディショニングでは、原料は、タンパク質の結合を改善するのに役立つ、タンパク質の変性、タンパク質、脂肪及びデンプンが新たな材料に変換される示すであろう。BRIGGSら [36]研究、原材料のタンパク質含有量を増加させ、製品の機械的耐久性を改善することができ、未変性タンパク質は変性タンパク質よりも製品の物理的品質を向上させることができる。 [37]十分な天然タンパク質が含まれている出発物質が、その効果は、結合剤として向上させることができる場合。SOKHANSANJは「38」のように、生デンプン及びセルロースより高いタンパク質含有量は、製品のより良好な機械的耐久性を得るためにのみ原材料を含ん見出さ最適給水のために、原料のセルロースのみで8％〜12％より高い澱粉及びタンパク質含量を含有する最適な水分の20％に達することができる、大豆、小麦、ライムギおよびオオムギから抽出され、他のタンパク質対トウモロコシからのタンパク質の抽出を促進する役割を担う [39]変性タンパク質より粗タンパク質は、添加澱粉と比較して、成形をより助長すること、タンパク質およびデンプン成形の触媒的な役割を検討するかどうか、生デンプンまたはゼラチン化デンプン、良好促進における粗蛋白質の役割。
4.6脂肪
細胞壁は、天然油脂圧縮処理に押し出されているため、耐久性を向上させるための「固体ブリッジ」として機能し、また、脂肪成形の少量を促進するために、潤滑剤として働き、主成形時の脂肪の原料。しかし、あまりにも多くの粒子間の結合力を減少させる他の水溶性成分（例えば、リグニン、デンプン、タンパク質など）の疎水性結合効果を抑制することができるとの間に位置する脂肪の粒子ので粒子間の脂肪妨げる結合、 [30]。原料の13種類の接着剤特性のCAVALCANTI'40「デンプン、タンパク質及び脂肪を調べた結果を超える6.5％の脂肪含有量は、製品の耐久性が不良であることを示し、デンプンおよびタンパク質の結合効果を向上させるために役立ちません。
5形成パラメータ
5.1圧力
成形圧力が一定圧力にさらさ必要条件であり、原料は、指数関数的に初期圧力の特定の範囲内の圧縮成形、圧力範囲を超えて製品間の実質的に線形の関係の圧力及び密度、および製品の密度とすることができます圧力が一定の値に達すると、製品の密度は圧力と共に増加する [41]呉カイなど [42]研究は、リング型とトルクの圧縮率は指数関数的であるが、リング装置、リング型や材料トルク指数ポアソン比を成形する。STELTE等見出さ [43]研究は、粒子の長さとの圧力指数関数的関係、温度上昇が必要な圧力を減らすことができることを発見した。
5.2水分
水分は、成形プロセスにおいて制御される重要なパラメータである [17]結果は、水が、形成される粒子間の接触面積をガラス転移温度を低下させ、「固ブリッジ」構造を促進することができることを示した。水は自然バインダーおよび潤滑剤、粒子間の薄膜を形成することができる水分の量、ことによりますパーティクル間の接触面積が大きく、相互作用力（ファンデルワールス力）が大きいため、原料と金型や原料粒子との摩擦を低減し、エネルギー消費を低減することができます[44-45].
余分な水分が表面に付着したパーティクル、簡単に圧縮さの粒子を吸収することはできませんので、しかし、あまりにも多くの水分は、製品の品質が低下します。原料の異なる最適な水分量がより多かれ少なかれ、46「」と同じ必要はありません最高の価値、製品の品質が低下します.LIなど [47]樹皮、おがくず、アルファルファブリケッティングなどがあり、最高含水率は約8％です。
マニ [44]繊維原料の最適含水率は8％〜12％であることが指摘されている。OBEMBERGER et al [48]研究稲わらの水分含量は、最高品質の製品であることを示した。江ヤンなど「24」トウモロコシの茎、大豆わら、葦と8％〜12％の他の水分含有量と密度との関係を研究するために、12％の水分含有量〜18％がより適切です。
5.3粒径
粒子サイズもまた、成形に影響を与える要因の1つであり、粒子サイズがより小さく、より容易に圧縮され、より良い製品の品質 [49]粒度均一、形態学的に多様なまたはより大きな粒子サイズは、製品の密度、強度が低下し、表面及び内部亀裂をもたらすであろう。春菜ら [50]形成農業実験、木材原料、成形粒子の密度が大きく、より小さな粒子サイズを発見した。MANIが見つかり、徐々に3.2ミリメートル0.8ミリメートルに減少ふるいで粉砕し、生成物の密度が大きくなる。実際には、繊維または粒子は抵抗巻線の湾曲とねじれたシートを持っているので、凝集したときに絡み合って、「固体ブリッジ」構造を形成する、変化する粒子の形状、より良好な製品品質の原料を混合する「6」、それによって製品の品質を向上させます[44].
5.4温度
成形工程では、許容しつつ、原料自体が柔らかくて圧縮することが容易になるが、温度が高すぎてはならず、結合に役割を果たし、リグニンの軟化温度を上げることができ、それ以外の場合は深刻な炭化物、ときに最適な成形異なる材料の成形は失敗しました温度は一般的に80〜150℃です[51-53]。Wanggong梁ら「54」の成形特性は、表面法を応答トウモロコシの茎を使用して、温度が100℃よりも低い場合、水分と温度との間の相互作用を発見した。] Cの温度が100℃よりも高い場合には、水分含有量を減少させる。】水分含有量を増加させるC、特定のエネルギー消費量を維持することができます同様に、100℃で最低のエネルギー消費量があります。
6討論と示唆
粒子間の機械的インターロックの改善された特性、成形性を向上させる効果を達成するために、相補的な飼料成分、一定の割合で配合物を成形し、異なる材料の物理化学的性質の差を利用して成形技術を配合（1）は、単一の供給原料溶液は、効果的な必要な基準を満たすことができません技術的手段は将来の研究の主な方向の1つであるべきである。
（2）異なる学者は異なる研究方法を採用し、元とは異なる
材料の熱転移特性、研究結果は正確に同じではない。従って、それは原料の詳細な研究の熱特性を変更する必要があることは、合理的な温度範囲を維持するためのエネルギー消費を低減するためにブリケットの製造のための理論的基礎を提供することができます。
（3）接着において主要な役割を成形中にリグニンので、だけ熱接着軟化転移における役割をした後。リグニン成形プロセスにおいて、異なる材料はまったく同じ機能、リグニンの含有量への影響がさらに形成されていない発生します少し形成リグニン構造の効果の共通の理解は、それゆえ、あってもよい、その構造とコンテンツの分類研究を形成する異なる材料の影響でその熱的性質を研究の基礎を変更する必要はありません理論的なガイダンスを提供するための合理的なパラメータセットを形成する、原材料配備の生産。
（4）「固体ブリッジ」の構成の構築が大幅に製品の品質を向上させることができるが、工事中、その構造及び微視的形態のための条件が十分に深くない、この分野の研究は、粒子と改善された方法との間の結合を解明することができます燃料品質は方向を示す。
（5）改善ブリケットの品質は、官能基と化学結合の成形プロセスにおける根本的な原因の変化である。この態様の現在の研究は、より多くの官能基と化学結合方法、その活性化および壊れた方法の成形工程の十分な深い理解でミクロ視点は、リグニン結合を明らかにし、形成メカニズムの研究の基礎である。
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