CN102205763A - 一种农业剩余物麦秸铅笔及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种农业剩余物麦秸铅笔及其制备方法，其特征在于该铅笔的制备，采用回收的聚对苯二甲酸乙二酯化学反应制得聚酯-酰胺多元醇，再加入甲苯二异氰酸酯，制得端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂；将麦秸干燥、粉碎为小于20目的麦秸全粉；将端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂和麦秸全粉共混，将混合料热压，进笔芯，冷压制得。该方法制得的铅笔，具有类似木材的自然外观，笔杆结合牢度高，以农业剩余物麦秸替代木材，我国原料资源巨大，价格低廉，对我国环境保护及生态平衡具有非常重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种农业剩余物麦秸铅笔及其制备方法，属轻工产品技术领域。
背景技术
铅笔是人们常用的一种文化学习用品。据报道，我国每年向世界市场提供60～70亿支的铅笔，是世界第一大铅笔出口国，而木杆铅笔是铅笔出口的主要品种，该出口量年消耗约20多万立方米的木材。我国人均林木占有率远低于世界平均水平，在世界排名位于第107位，木杆铅笔所用的木材主要是椴木，而我国椴木树种较匮乏，优质椴木生长周期长达60～70年。因此，木杆铅笔出口虽换取了外汇，但以优质木材资源的大量输出作为代价，这对我国森林资源和生态环境的发展无异于竭泽而渔。
近几年铅笔市场竞争激烈，个体和乡镇铅笔厂也大批出现，生产工艺的落后，更造成了木材资源的严重浪费。为保护森林资源和生态环境，积极开发木杆铅笔的替代品生产，是铅笔产业进一步发展的必然选择，社会效益和经济效益显著，市场应用前景非常广阔。
申请号为CN200710156987.6的专利，公开了一种废纸代替木材制造铅笔的方法，其步骤是：将废纸粉碎成粉状，与脲醛树脂胶粘剂混合制得，脲醛树脂胶粘剂采用甲醛70％、尿素28％、二氧化氢0.5％、氯化氨1.5％(质量比)混合，经60℃反应5h，再经脱水20％制得，该专利没有说明胶粘剂中游离甲醛的含量，并且即使脲醛树脂游离甲醛的含量低，在铅笔使用的过程中，固化的脲醛树脂也会释放出甲醛，这对使用者将产生污染；申请号为CN01232829.4的专利，公开了一种在铅笔芯外面卷多层废报纸制备纸卷铅笔的方法，铅芯和各纸层之间使用动物胶环保粘合剂和食用级木化添加剂粘合连接，该专利没有公开胶粘剂具体的性质以及铅笔杆的结合强度；申请号为0111983.1的专利，公开了一种植物秸秆铅笔的制作方法，但所用的秸秆必须去根、稍和叶，并进行清洗，这也造成了秸秆资源的浪费。
目前，我国秸秆总量已达7.95亿t，并且，该产量每年以1.25亿t的速度稳步增长，预计2010年我国作物秸秆总量将达到8.75亿t。在我国秸秆资源中，粮食作物秸秆占秸秆总量的89.9％。我国秸秆利用的主要途径有：农民家用燃料；养殖用饲料；秸秆直接还田作为肥料；造纸等工业原料。由于农民生活水平的逐步改善，农村将秸秆作为家用燃料的传统方式已发生变化，所以，燃料用量显著减少；另外，因国家强行关闭对环境带来严重污染的秸秆造纸厂，又减少了秸秆利用的又一重要途径。秸秆大量剩余，被随处堆弃并被焚烧的现象较为普遍，不仅造成秸秆资源的浪费，对交通以及生态环境也造成了污染。
发明内容
本发明的技术任务之一是弥补现有技术的不足，提供一种农业剩余物麦秸铅笔，该铅笔所用的主要原材料是农业剩余物麦秸，其稍、叶和秆全利用，所用的胶粘剂由回收的聚对苯二甲酸乙二酯制得，原料资源巨大，成本低廉；
本发明的技术任务之二是提供一种农业剩余物麦秸铅笔的制备方法，该制备工艺简单，制备技术成熟可靠。
本发明的技术方案如下：
本发明的一种农业剩余物麦秸铅笔，是指由以下步骤制得的铅笔：
(1)制备胶粘剂
向反应釜中，加入回收的聚对苯二甲酸乙二酯碎料100质量份、乙醇胺30～50质量份，搅拌，加热至190～220℃，反应2h，得聚酯-酰胺多元醇，降温至75～80℃，向反应釜中，加入甲苯二异氰酸酯150～180质量份，搅拌反应3h，得端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂；
(2)预处理麦秸
将麦秸晾干，干燥至含水质量百分比小于15％，粉碎，过筛，收集粒径小于20目的麦秸全粉，密封备用；
(3)将干燥的麦秸全粉加入到高速混合机中，高压喷入端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂，室温搅拌共混10min，得喷胶麦秸全粉，其中，端异氰酸酯聚氨酯占麦秸全粉绝干质量的1～10％，进一步优先的端异氰酸酯聚氨酯占麦秸全粉绝干质量的1.5～4％；
(4)将喷胶麦秸全粉灌装到铅笔模压机中，热压，进笔芯，冷压，外表油漆装饰；
以上所述的聚酯-酰胺多元醇羟值为150～200mgKOH/g，酸值小于1mgKOH/g；
以上所述的端异氰酸酯聚氨酯，含高活性游离的异氰酸酯基质量百分比为20～28％。
本发明的农业剩余物麦秸铅笔，由以下步骤制备：
(1)制备胶粘剂
向反应釜中，加入回收的聚对苯二甲酸乙二酯碎料100质量份、乙醇胺30～50质量份，搅拌，加热至190～220℃，反应2h，得聚酯-酰胺多元醇；降温至75～80℃，向反应釜中，加入甲苯二异氰酸酯150～180质量份，搅拌反应3h，得端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂；
(2)预处理麦秸
将麦秸晾干，干燥至含水质量百分比小于15％，粉碎，过筛，收集粒径小于20目的麦秸全粉，密封备用；
(3)将干燥的麦秸全粉加入到高速混合机中，高压喷入端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂，室温搅拌共混10min，得喷胶麦秸全粉，其中，端异氰酸酯聚氨酯占麦秸全粉绝干质量的1～10％，优先的端异氰酸酯聚氨酯占麦秸全粉绝干质量的1.5～4％；
(4)将喷胶麦秸全粉灌装到铅笔模压机中，热压，进笔芯，冷压，外表油漆装饰制得。
所述的铅笔模压机由两个同心管组成，内管为实心管，直径比笔芯直径大0.1mm，外管为空心圆形或六角边形，喷胶麦秸全粉灌装到两个同心管之间；
步骤(4)所述的热压，温度为140～150℃，压力为4MPa，每毫米直径的铅笔热压时间为0.6min，例如，制备直径为8mm的铅笔，则热压时间为4.8min；
步骤(4)所述的笔芯，是指浸涂端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂的笔芯；
步骤(4)所述的进笔芯，是铅笔模压机实心管先出，笔芯沿同方向进；
以上所述的甲苯二异氰酸酯和乙醇胺，均为市售工业级化工产品。
本发明制得的农业剩余物麦秸铅笔，按中华人民共和国轻工业行业标准QB/T2774-2006检测笔杆的结合牢度：将制得的铅笔浸入(30±2)℃的水面下1h，取出后反向拧动笔杆两端，笔杆无开胶现象，达到了QB/T2774-2006规定的笔杆结合牢度标准；另外，笔杆类似木材的自然外观，可切削、卷削，符合人们的使用习惯。
与现有技术相比较，本发明的农业剩余物麦秸铅笔及其制备方法具有以下显著特点：
(1)本农业剩余物麦秸铅笔，是以我国资源巨大的麦秸替代木材制得，胶粘剂以回收聚对苯二甲酸乙二酯为原料制得，二者均属再生资源，价格低廉，所以，该产品的工业化不仅为这两种资源的再利用提供了新途径，而且对我国环境保护具有重要的意义。
(2)在本发明产品制备的过程中，无甲醛等有害气体以及废液、废渣产生，生产的产品不含甲醛，对环境以及使用者均无污染。
(3)本发明的铅笔笔杆结合牢度之所以达到QB/T2774-2006标准，是因为使用了端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂，该胶粘剂含高活性游离的异氰酸酯基，属反应型胶粘剂，在热压的条件下，一方面与麦秸全粉表面的纤维素、半纤维素以及木质素羟基(-OH)反应生成氨基甲酸酯，使得麦秸全粉结构单元间产生化学键合，另一方面，异氰酸酯基还可以与水反应生成取代脲甚至二脲和三脲等结构，该结构与生成的氨基甲酸酯共同与麦秸大分子中的纤维素等大分子形成氢键，使得原材料大分子之间进一步缔合，导致笔杆固化后胶层韧性好，结合牢度强。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围不仅局限于实施例，该领域专业人员对本发明技术方案所作的改变，均应属于本发明的保护范围内。
实施例1
向反应釜中，加入回收的聚对苯二甲酸乙二酯碎料100质量份、乙醇胺30质量份，搅拌，加热至190～220℃，反应2h，得聚酯-酰胺多元醇；降温至75～80℃，向反应釜中，加入甲苯二异氰酸酯150质量份，搅拌反应3h，得端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂；
将麦秸晾干，干燥，含水质量百分比为14.9％，粉碎，过筛，收集粒径小于20目的麦秸全粉，密封备用；
将干燥的麦秸全粉加入到高速混合机中，高压喷入端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂，室温搅拌共混10min，得喷胶麦秸全粉，其中，端异氰酸酯聚氨酯占麦秸全粉绝干质量的1.5％；
将喷胶麦秸全粉灌装到铅笔模压机中，热压，进笔芯，冷压，外表油漆装饰。
实施例2
向反应釜中，加入回收的聚对苯二甲酸乙二酯碎料100质量份、乙醇胺50质量份，搅拌，加热至190～220℃，反应2h，得聚酯-酰胺多元醇；降温至75～80℃，向反应釜中，加入甲苯二异氰酸酯180质量份，搅拌反应3h，得端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂；
将麦秸晾干，干燥，麦秸含水质量百分比为3％，粉碎，过筛，收集粒径小于20目的麦秸全粉，密封备用；
将干燥的麦秸全粉加入到高速混合机中，高压喷入端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂，室温搅拌共混10min，得喷胶麦秸全粉，其中，端异氰酸酯聚氨酯占麦秸全粉绝干质量的4％；
将喷胶麦秸全粉灌装到铅笔模压机中，热压，进笔芯，冷压，外表油漆装饰。
实施例3
向反应釜中，加入回收的聚对苯二甲酸乙二酯碎料100质量份、乙醇胺40质量份，搅拌，加热至190～220℃，反应2h，得聚酯-酰胺多元醇；降温至75～80℃，向反应釜中，加入甲苯二异氰酸酯165质量份，搅拌反应3h，得端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂；
将麦秸晾干，干燥，麦秸含水质量百分比为9％，粉碎，过筛，收集粒径小于20目的麦秸全粉，密封备用；
将干燥的麦秸全粉加入到高速混合机中，高压喷入端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂，室温搅拌共混10min，得喷胶麦秸全粉，其中，端异氰酸酯聚氨酯占麦秸全粉绝干质量的2.5％；
将喷胶麦秸全粉灌装到铅笔模压机中，热压，进笔芯，冷压，外表油漆装饰制得。
实施例1～3制得的胶粘剂及铅笔的性质见表1。
表1
注：笔杆结合牢度按中华人民共和国轻工业行业标准QB/T2774-2006检测表1说明，本专利生产的笔杆结合牢度达到了QB/T2774-2006所规定的标准。
Claims (2)
1.一种农业剩余物麦秸铅笔，其特征在于由以下步骤制得：
(1)制备胶粘剂
向反应釜中，加入回收的聚对苯二甲酸乙二酯碎料100质量份、乙醇胺30～50质量份，搅拌，加热至190～220℃，反应2h，得聚酯-酰胺多元醇，降温至75～80℃，向反应釜中，加入甲苯二异氰酸酯150～180质量份，搅拌反应3h，得端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂；
(2)预处理麦秸
将麦秸晾干，干燥至含水质量百分比小于15％，粉碎，过筛，收集粒径小于20目的麦秸全粉，密封备用；
(3)将干燥的麦秸全粉加入到高速混合机中，高压喷入端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂，室温搅拌共混10min，得喷胶麦秸全粉，其中，端异氰酸酯聚氨酯占麦秸全粉绝干质量的1.5～4％；
(4)将喷胶麦秸全粉灌装到铅笔模压机中，热压，进笔芯，冷压，外表油漆装饰；
所述的聚酯-酰胺多元醇羟值为150～200mgKOH/g，酸值小于1mgKOH/g；
所述的端异氰酸酯聚氨酯，含高活性游离的异氰酸酯基质量百分比为20～28％。
2.一种权利要求1所述的农业剩余物麦秸铅笔的制备方法，步骤如下：
(1)制备胶粘剂
向反应釜中，加入回收的聚对苯二甲酸乙二酯碎料100质量份、乙醇胺30～50质量份，搅拌，加热至190～220℃，反应2h，得聚酯-酰胺多元醇；降温至75～80℃，向反应釜中，加入甲苯二异氰酸酯150～180质量份，搅拌反应3h，得端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂；
(2)预处理麦秸
将麦秸晾干，干燥至含水质量百分比小于15％，粉碎，过筛，收集粒径小于20目的麦秸全粉，密封备用；
(3)将干燥的麦秸全粉加入到高速混合机中，高压喷入端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂，室温搅拌共混10min，得喷胶麦秸全粉，其中，端异氰酸酯聚氨酯占麦秸全粉绝干质量的1.5～4％；
(4)将喷胶麦秸全粉灌装到铅笔模压机中，热压，进笔芯，冷压，外表油漆装饰制得；
所述的铅笔模压机由两个同心管组成，内管为实心管，直径比笔芯直径大0.1mm，外管为空心圆形或六角边形，喷胶麦秸全粉灌装到两个同心管之间；
所述的热压，温度为140～150℃，压力为4MPa，每毫米直径的铅笔热压时间为0.6min；
所述的笔芯，是指浸涂端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂的笔芯；
所述的进笔芯，是铅笔模压机实心管先出，笔芯沿同方向进。
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