CN101985821A - 增韧防水模塑纤维制品的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增韧防水模塑纤维制品的制备方法，由干重的纤维浆和纺织废棉组成基料，纺织废棉占基料总重的10％～30％；依次包括以下步骤：1)将纺织废棉开松、消毒、漂洗；得处理后纺织废棉；2)将纤维浆加水稀释，得原料浆；3)将原料浆、处理后纺织废棉和高效有机硅防水剂搅拌混合，得混合浆；4)将混合浆兑水稀释，得浆液；5)将浆液输入到模腔中进行冷压脱水成型，得湿坯；6)将湿坯转移到热压模中热压，并去除热压过程中产生的水分，得厚度为1.5～5mm的增韧防水模塑纤维制品。采用该方法制备的纤维制品具有防水、韧度强等特点。

Description

增韧防水模塑纤维制品的制备方法

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种纤维制品及其制备方法，特别涉及一种以湿法模塑成型工艺制备增韧防水纤维制品的方法。

背景技术

在越来越注重生活质量的今天，人们对各种绿色产品的需求也日益增加，特别是各种绿色包装材料的应用也已成为一种趋势和时尚。近年来，我国包装用塑料已超过400万吨，而降解塑料及制品生产线年生产能力仅为10万吨。若用可降解材料替代上述产品，缺口极大。国内有报道的生产可降解塑料的厂家不多，利用植物纤维成功生产代塑产品的厂家更少。其中原因之一是由于植物纤维制品普遍存在韧度不好，容易脆裂等问题。

目前市场上的纤维制品大多采用干法工艺制备，如植物纤维板等。植物纤维板大多采用干法成型工艺生产，即用粉碎的原料(玉米秸秆、稻草、麦秸、谷糠、锯末等)在常温下配以淀粉胶或热塑性聚合物、偶联剂、发泡剂、润滑剂等助剂干燥混合拌匀，用人工(或机械)上料进入模具，挤压成型。干法工艺的步骤：原料粉碎、加料混合均匀、铺装、热压成型、脱模、成品。干法成型工艺具有如下缺点：1、不能制成真正的完全降解的绿色产品。市面上用这种工艺生产的产品大多是在不可降解的材料中添加一些光解材料或少量的淀粉使其分解为小的粉未，并没有做到真正意义上的降解，其对环境的污染及危害依然存在。2、部分加有淀粉的产品在潮湿环境下易霉变，不宜长期保存；3、重量偏重，运输成本较高，同时也会增加废弃物处理的重量。

申请号为200910168626.2的发明《利用湿法工艺制备纤维墙板的方法》告知了利用湿法成型工艺生产纤维墙板，该纤维墙板的厚度为1.2～10mm；其加压压力过大、加热时间过长，较浪费能源，且所得产品的韧度不够理想。其它类似的申请号为97118399.6的发明《利用废混合纤维制造纤维板的生产》的生产工艺基本上采用汽压式传动和加压，加压压力较小，因而难以形成一定厚度的制品，且不能形成表面具有较高精度的制品。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种增韧防水模塑纤维制品的制备方法，采用该方法制备的纤维制品具有防水、韧度强等特点。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种增韧防水模塑纤维制品的制备方法，由干重的纤维浆和纺织废棉组成基料，纺织废棉占基料总重的10％～30％；依次包括以下步骤：

1)、预处理

将纺织废棉进行开松处理，然后用双氧水进行消毒，再经水漂洗后，得处理后纺织废棉；待用；

2)、制浆

将纤维浆投入水力碎浆机中，加水稀释进行疏浆10～30分钟，得原料浆；干重的纤维浆占原料浆总重的5～10％；

3)、配方

将原料浆、处理后纺织废棉和高效有机硅防水剂在配方池内于40～50℃进行搅拌混合，得混合浆；所述高效有机硅防水剂占基料总重的1％～5％；

4)、储浆

将混合浆放入储浆池中在搅拌状态下兑水稀释，配成基料浓度为0.4～0.8％(重量％)的浆液；

5)、吸滤成型

将上述浆液输入到模腔中进行冷压脱水成型，得湿坯；所得的湿坯是模腔中浆液重量的5～10％；

6)、热压定型与干燥：

将上述湿坯转移到热压模中，在2～3kg/cm³的压力和180～230℃的温度下热压15～20s，并去除热压过程中产生的水分；得厚度为1.5～5mm的增韧防水模塑纤维制品。

作为本发明的增韧防水模塑纤维制品的制备方法的改进：将步骤6)所得的增韧防水模塑纤维制品进行切除毛边的处理。

作为本发明的增韧防水模塑纤维制品的制备方法的进一步改进：纺织废棉的长度为5～30mm。

作为本发明的增韧防水模塑纤维制品的制备方法的进一步改进：纤维浆为木浆、竹浆、甘蔗浆、草浆、芦苇浆或废纸浆。

作为本发明的增韧防水模塑纤维制品的制备方法的进一步改进：步骤5)中的冷压压力为0.5～2.0kg/cm³。

对本发明作进一步的如下说明：

1、纺织废棉来源于纺织厂开清棉或梳棉机分离出来的纤维和杂质，纺织废棉目前一般作废弃处理，不但没有产生任何经济，还会污染环境。

2、高效有机硅防水剂为商品化的硅烷系列防水剂，该防水剂与纺织废棉和纤维浆浸泡并加热处理，可以提高防水剂的吸附效果和减少加工过程中防水剂的流失；高效有机硅防水剂例如可选用杭州远大化学助剂厂生产的FT-3309B型高效防水剂。

3、所用设备为具有液压传动、加压、计算机程序控制的全自动纸浆模塑成型机，这类纸浆模塑成型机能够在加压过程中通过对上模和下模进行电加热，从而达到快速烘干的效果。

本发明的主要原料选用为植物纤维和纺织废棉，采用湿法模塑成型工艺制备具有一定韧度和强度的纤维制品。主要优点是在不需要添加任何粘合剂的情况下生产出无污染的可降解环保产品。可通过模具的设计和模塑热压成型技术，使生产的纤维制品的外表面具有精美的立体图案；制品厚度为1.5～5mm。

本发明的方法具有生产工艺简单的特点，采用本发明制备而得的模塑纤维制品具有轻质、韧度好的特点；实现了防水和防潮的效果；尤其是不含氡、甲醛、苯、氨以及三氯乙烯等致病致癌物质，是一种真正的绿色环保产品，可天然降解。

本发明主要具有如下优点：

1)、相对于传统的湿法工艺和干法工艺，本发明克服了干法工艺需加粘合剂和传统湿法工艺中的不能生产一定厚度的立体制品的缺陷，可生产具有一定韧度和精美表面立体图案的制品。

2)、本发明在产品生产过程中采用内添加防水剂的方法，并通过工艺优化，保证了防水剂的充分吸附，操作简单，能够有效控制防水剂的使用量，可操作性强，从而使制品具备了防水功能。

3)、湿法工艺中使用防水剂采用先吸附后稀释的方法，确保贮浆过程中水的循环利用，避免了防水剂的流失，节约水资源；有效避免生产过程对环境造成污染的同时，还降低了成本。

4)、用植物纤维(纤维浆)为基本原料，并同时使用韧度良好的棉纤维(纺织废棉)，综合了纤维浆硬挺度高和棉纤维韧度好的优点，在保证了制品一定的硬挺度的同时不容易龟裂，同时开发利用了植物秸秆和草坪草等生物资源和纺织废棉，变废为宝，其技术路线和产品具有节能环保价值。

综上所述，本发明利用自然界来源丰富的植物纤维原料(纤维浆)与纺织业废弃的废棉纤维(纺织废棉)制成可降解的代塑包装纤维制品，如工业品的防震内外包装，家电包装，电子产品包装，各种硬塑制品容器、瓦楞纸板、果托、蛋托、育苗杯等。本制品可替代石油基塑料和部分其他领域的材料，即保护环境又充利用资源，在能源短缺的今天意义重大。同时，我国是一个纺织生产和消费大国，在生产和消费过程中，每天都会产生大量的纺织下脚料；回收和利用这些纺织废料(纺织废棉)，不仅从节约原料、降低成本方面看具有很大的经济意义，而且从提高资源利用水平、保护环境方面看也有重要的社会意义。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对发明作进一步的阐述，但不限制本发明。

以下实施例中的份均指重量份。

实施例1、一种增韧防水模塑纤维制品的制备方法，由19份纺织废棉和90份市购原色竹浆的干重(干重为90％)组成基料；依次包括以下步骤：

1)、预处理

将长度为5～30mm的纺织废棉进行常规的开松处理，然后用双氧水进行常规消毒，双氧水的用量为：8g纺织废棉/ml双氧水，然后再用清水漂洗2～3次，直至纺织废棉上基本不含双氧水，得处理后纺织废棉；待用；根据纺织废棉的原重和处理后的重量，测算出处理后纺织废棉的含水量。

2)、制浆

将原色竹浆投入水力碎浆机中，加入720份水稀释，进行疏浆10～30分钟，打浆度为10～15SR(叩解度)，得原料浆；从而使干重的纤维浆占原料浆总重的10％。

3)、配方

将上述步骤2)所得的原料浆、步骤1)所得的处理后纺织废棉、2份的高效有机硅防水剂在配方池内于40～50℃进行搅拌混合，搅拌时间为10分钟，混合浆；

4)、储浆

将混合浆放入储浆池中在搅拌状态下兑水稀释，配成基料浓度为0.4％(重量含量)的浆液；即：

(纺织废棉重量+原色竹浆的干重)/(纺织废棉重量+原色竹浆重量+处理后纺织废棉中的含水重量+步骤2中稀释所用的水+高效有机硅防水剂+步骤4中稀释所用的水)＝0.4％

充分搅拌使浆液保持均匀。

5)、吸滤成型

将上述浆液通过管道输送到杭州欧亚设备有限公司生产的全自动纸浆模塑成型机的模腔中用真空抽滤法吸滤，用1.0kg/cm³压力先在模腔中压滤掉占浆液总重95％的水分，得湿坯；即，该湿坯的重量是模腔中浆液重量的5％。

6)热压定型与干燥：

将上述湿坯再转移到成型机的加热模中定型烘干，热压下上下模在2kg/cm³的热压合模力的作用下紧密贴合，湿坯内的水份经汽化后被热压下模真空吸走。热压上模温度控制在180℃±2℃，热压下模温度控制在200℃±2℃，总热压时间为17秒。

7)、切边和检验成品：

热压定型完成以后，压缩空气把步骤6)所得的制品吹到输送带上，再送到切边机(0.5～1kg/cm³)切去毛边，最后质检、包装入库。

该实施例所用模具大小为47×47cm，凹凸立体图案为中国结图样的纤维板，纤维板的板体厚度为5mm，凹凸高度为3mm。

按照GB/T 11718-1999进行检测，此纤维板的板体密度为：0.85g/cm³，其垂直层向压缩强度为223Mpa，垂直层向弯曲强度为75Mpa，平面抗拉强度为97Mpa。采用单边切口梁(SENB)法测定断裂韧性为11.3MPa·m^1/2。产品的防水性符合GB13341-2003和GB/T1540-2002的检测标准。

实施例2、一种增韧防水模塑纤维制品的制备方法，由24.4份纺织废棉和84份市购原色竹浆的干重(干重为90％)组成基料；依次包括以下步骤：

1)、预处理

同实施例1。

2)、制浆

将原色竹浆投入水力碎浆机中，加入1428份水稀释进行疏浆10～30分钟，打浆度为10-15SR(叩解度)，得原料浆；从而使干重的纤维浆占原料浆总重的5％。

3)、配方

将上述步骤2)所得的原料浆、步骤1)所得的处理后纺织废棉、5份的高效有机硅防水剂在配方池内于40～50℃进行搅拌混合，搅拌时间为10分钟，混合浆；

4)、储浆

将混合浆放入储浆池中在搅拌状态下兑水稀释，配成基料浓度为0.6％(重量含量)的浆液；充分搅拌使浆液保持均匀。

5)、吸滤成型

将上述浆液通过管道输送到杭州欧亚设备有限公司生产的全自动纸浆模塑成型机的模腔中用真空抽滤法吸滤，用1.0kg/cm³压力先在模腔中压滤掉占浆液总重90％的水分，得湿坯；即，该湿坯的重量是模腔中浆液重量的10％。

6)热压定型与干燥：

将上述湿坯再转移到成型机的加热模中定型烘干，热压下上下模在2kg/cm³的热压合模力的作用下紧密贴合，湿坯内的水份经汽化后被热压下模真空吸走。热压上模温度控制在180℃±2℃，热压下模温度控制在200℃±2℃，总热压时间为20秒。

7)、切边和检验成品：

热压定型完成以后，压缩空气把步骤6)所得的制品吹到输送带上，再送到切边机切去毛边，最后质检、包装入库。

该实施例所用模具大小为47×47cm，凹凸立体图案为中国结图样的纤维板，纤维板的板体厚度为5mm，凹凸高度为3mm。

按照GB/T 11718-1999进行检测，此纤维板的板体密度为：0.83g/cm3，其垂直层向压缩强度为210Mpa，垂直层向弯曲强度为65Mpa，平面抗拉强度为83Mpa。采用单边切口梁(SENB)法测定断裂韧性为12.8MPa·m1/2。产品的防水性符合GB13341-2003和GB/T1540-2002的检测标准。

对比例1、按照申请号为200910168626.2的发明《利用湿法工艺制备纤维墙板的方法》提供的方法制备的同样的纤维板(板体厚度为5mm，凹凸高度为3mm)，板体密度为0.7g/cm³；抗压强度为≥200Mpa，其平面抗拉强度为78Mpa。采用单边切口梁(SENB)法测定断裂韧性仅为4.8～5.3MPa·m^1/2。

实施例3、一种增韧防水模塑纤维制品的制备方法，由29.8份纺织废棉和78份市购原色竹浆的干重(干重为90％)组成基料；依次包括以下步骤：

1)、预处理

同实施例1。

2)、制浆

将原色竹浆投入水力碎浆机中，加入799.5份水稀释进行疏浆10～30分钟，打浆度为10～15SR(叩解度)，得原料浆；从而使干重的纤维浆占原料浆总重的8％。

3)、配方

将上述步骤2)所得的原料浆、步骤1)所得的处理后纺织废棉、4份的高效有机硅防水剂在配方池内于40～50℃进行搅拌混合，搅拌时间为10分钟，混合浆；

4)、储浆

将混合浆放入储浆池中在搅拌状态下兑水稀释，配成基料浓度为0.8％(重量含量)的浆液；充分搅拌使供浆液保持均匀。

5)、吸滤成型

将上述浆液通过管道输送到杭州欧亚设备有限公司生产的全自动纸浆模塑成型机的模腔中用真空抽滤法吸滤，用1.0kg/cm³压力先在模腔中压滤掉占浆液总重93％的水分，得湿坯；即，该湿坯的重量是模腔中浆液重量的7％。

6)热压定型与干燥：

将上述湿坯再转移到成型机的加热模中定型烘干，热压下上下模在3kg/cm³的热压合模力的作用下紧密贴合，湿坯内的水份经汽化后被热压下模真空吸走。热压上模温度控制在200℃±2℃，热压下模温度控制在220℃±2℃，总热压时间为15秒。

7)、切边和检验成品：

热压定型完成以后，压缩空气把步骤6)所得的制品吹到输送带上，再送到切边机切去毛边，最后质检、包装入库。

该实施例所用模具为Φ160×130mm的育苗杯，壁厚为4mm。

按照国标进行检测，育苗杯杯体密度为：1.03g/cm³，断裂长度为7.65Km，撕裂强力为120g，单位厚度的顶破力32.5N/mm，采用单边切口梁(SENB)法测定断裂韧性为13.5MPa·m^1/2。产品的防水性符合GB13341-2003和GB/T1540-2002的检测标准。

对比例2，按照申请号为200910168626.2的发明《利用湿法工艺制备纤维墙板的方法》生成育苗杯，将所用的模具改成Φ160×130mm的育苗杯，壁厚为4mm。该育苗杯的杯体密度为：1.05g/cm³，单位厚度的顶破力21.2N/mm，断裂韧性为4.9MPa·m^1/2。

实施例4、一种增韧防水模塑纤维制品的制备方法，由28份纺织废棉和90份市购原色甘蔗浆的干重(干重为80％)组成基料；依次包括以下步骤：

1)、预处理

同实施例1。

2)、制浆

将原色甘蔗浆投入水力碎浆机中，加入810份水稀释进行疏浆10～30分钟，打浆度为10～15SR(叩解度)，得原料浆；从而使干重的纤维浆占原料浆总重的8％。

3)、配方

将上述步骤2)所得的原料浆、步骤1)所得的处理后纺织废棉、5份的高效有机硅防水剂在配方池内于40～50℃进行搅拌混合，搅拌时间为10分钟，混合浆；

4)、储浆

将混合浆放入储浆池中在搅拌状态下兑水稀释，配成基料浓度为0.7％(重量含量)的浆液；充分搅拌使供浆液保持均匀。

5)、吸滤成型

将上述浆液通过管道输送到杭州欧亚设备有限公司生产的全自动纸浆模塑成型机的模腔中用真空抽滤法吸滤，用1.0kg/cm³压力先在模腔中压滤掉占浆液总重95％的水分，得湿坯；即，该湿坯的重量是模腔中浆液重量的5％。

6)热压定型与干燥：

将上述湿坯再转移到成型机的加热模中定型烘干，热压下上下模在2.5kg/cm³的热压合模力的作用下紧密贴合，湿坯内的水份经汽化后被热压下模真空吸走。热压上模温度控制在200℃±2℃，热压下模温度控制在220℃±2℃，总热压时间为15秒。

7)、切边和检验成品：

热压定型完成以后，压缩空气把步骤6)所得的制品吹到输送带上，再送到切边机切去毛边，最后质检、包装入库。

该实施例所用模具为大小是25×30cm的鸡蛋托(共有15个格子，每个格子盛放1个鸡蛋)，壁厚为4mm。

按照国标进行检测，托体密度为：0.73g/cm³，单位厚度的顶破力30.8N/mm。产品的防水性符合GB13341-2003和GB/T1540-2002的检测标准。

对比例3，按照申请号为200910168626.2的发明《利用湿法工艺制备纤维墙板的方法》生成育苗杯，将所用的模具改成大小是25×30cm的鸡蛋托(共有15个格子，每个格子盛放1个鸡蛋)，壁厚为4mm。该鸡蛋托托体密度为：0.74g/cm³，单位厚度的顶破力22.3N/mm。

实施例5、一种增韧防水模塑纤维制品的制备方法，由15.2份纺织废棉和106份市购原色甘蔗浆的干重(干重为80％)组成基料；依次包括以下步骤：

1)、预处理

同实施例1。

2)、制浆

将原色甘蔗浆投入水力碎浆机中，加入954份水稀释进行疏浆10～30分钟，打浆度为10～15SR(叩解度)，得原料浆；从而使干重的纤维浆占原料浆总重的8％。

3)、配方

将上述步骤2)所得的原料浆、步骤1)所得的处理后纺织废棉、5份的高效有机硅防水剂在配方池内于40～50℃进行搅拌混合，搅拌时间为10分钟，混合浆；

4)、储浆

将混合浆放入储浆池中在搅拌状态下兑水稀释，配成基料浓度为0.6％(重量含量)的浆液；充分搅拌使供浆液保持均匀。

5)、吸滤成型

将上述浆液通过管道输送到杭州欧亚设备有限公司生产的全自动纸浆模塑成型机的模腔中用真空抽滤法吸滤，用1.0kg/cm³压力先在模腔中压滤掉占浆液总重95％的水分，得湿坯；即，该湿坯的重量是模腔中浆液重量的5％。

6)热压定型与干燥：

将上述湿坯再转移到成型机的加热模中定型烘干，热压下上下模在2kg/cm³的热压合模力的作用下紧密贴合，湿坯内的水份经汽化后被热压下模真空吸走。热压上模温度控制在200℃±2℃，热压下模温度控制在220℃±2℃，总热压时间为15秒。

7)、切边和检验成品：

热压定型完成以后，压缩空气把步骤6)所得的制品吹到输送带上，再送到切边机切去毛边，最后质检、包装入库。

该实施例所用模具为大小是47×47cm的圆盘模，一模内有四只圆盘，每只圆盘的直径为20cm。壁厚为2mm。

按照国标进行检测，盘体密度为：0.93g/cm³，单位厚度的顶破力24.5N/mm，采用单边切口梁(SENB)法测定断裂韧性为13.1MPa·m^1/2。产品的防水性符合GB13341-2003和GB/T1540-2002的检测标准。

对比例4，按照申请号为200910168626.2的发明《利用湿法工艺制备纤维墙板的方法》生成育苗杯，将所用的模具改成大小是47×47cm的圆盘模，一模内有四只圆盘，每只圆盘的直径为20cm。壁厚为2mm。该圆盘模盘体密度为：0.95g/cm³，单位厚度的顶破力20.4N/mm，断裂韧性为5.85MPa·m^1/2。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种增韧防水模塑纤维制品的制备方法，其特征是：由干重的纤维浆和纺织废棉组成基料，纺织废棉占基料总重的10％～30％；依次包括以下步骤：

1)、预处理

将纺织废棉进行开松处理，然后用双氧水进行消毒，再经水漂洗后，得处理后纺织废棉；待用；

2)、制浆

将纤维浆投入水力碎浆机中，加水稀释进行疏浆10～30分钟，得原料浆；干重的纤维浆占原料浆总重的5～10％；

3)、配方

将原料浆、处理后纺织废棉和高效有机硅防水剂在配方池内于40～50℃进行搅拌混合，得混合浆；所述高效有机硅防水剂占基料总重的1％～5％；

4)、储浆

将混合浆放入储浆池中在搅拌状态下兑水稀释，配成基料浓度为0.4～0.8％的浆液；

5)、吸滤成型

将上述浆液输入到模腔中进行冷压脱水成型，得湿坯；所得的湿坯是模腔中浆液重量的5～10％；

6)、热压定型与干燥：

将上述湿坯转移到热压模中，在2～3kg/cm³的压力和180～230℃的温度下热压15～20s，并去除热压过程中产生的水分；得厚度为1.5～5mm的增韧防水模塑纤维制品。

2.根据权利要求1所述的增韧防水模塑纤维制品的制备方法，其特征是：将步骤6)所得的增韧防水模塑纤维制品进行切除毛边的处理。

3.根据权利要求1或2所述的增韧防水模塑纤维制品的制备方法，其特征是：所述纺织废棉的长度为5～30mm。

4.根据权利要求3所述的增韧防水模塑纤维制品的制备方法，其特征是：所述纤维浆为木浆、竹浆、甘蔗浆、草浆、芦苇浆或废纸浆。

5.根据权利要求4所述的增韧防水模塑纤维制品的制备方法，其特征是：所述步骤5)中的冷压压力为0.5～2.0kg/cm³。