CN102205766A - 一种玉米秸秆铅笔的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种玉米秸秆铅笔的制备方法，其特征在于该铅笔的制备，将玉米秸秆干燥、粉碎为小于20目的玉米秸秆全粉；将异氰酸酯胶粘剂和玉米秸秆全粉共混，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，以玉米秸秆替代木材，我国原料资源巨大，价格低廉。

Description

一种玉米秸秆铅笔的制备方法

技术领域

本发明涉及一种玉米秸秆铅笔的制备方法，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

本发明的技术任务是弥补现有技术的不足，提供一种玉米秸秆铅笔的制备方法，所用的玉米秸秆稍、叶和秆全利用，所用的胶粘剂是以回收的聚对苯二甲酸乙二酯制得，原料资源巨大，成本低廉；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：

本发明的一种玉米秸秆铅笔的制备方法，按以下步骤完成：

(1)预处理玉米秸秆

将玉米秸秆晾干，干燥至含水质量百分比小于15％，粉碎，过筛，收集粒径小于20目的玉米秸秆全粉，密封备用；

(2)将干燥的玉米秸秆全粉加入到高速混合机中，高压喷入异氰酸酯胶粘剂，室温搅拌共混10min，得共混料；

(3)将共混料灌装到铅笔模压机中，热压，进笔芯，冷压，外表油漆装饰；

所述的异氰酸酯胶粘剂选自下列之一：二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯和端异氰酸酯聚氨酯；

所述的多苯基多亚甲基多异氰酸酯是由50％二苯基甲烷二异氰酸酯与50％官能度大于2以上的多异氰酸酯组成的混合物，官能度为2.6～2.7，粘度(25℃)为150～250mPa.s，高活性游离的异氰酸酯基质量含量为31.5％。

所述的端异氰酸酯聚氨酯，按以下方法制得：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、二甘醇胺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℃，加入甲苯二异氰酸酯195～225质量份，搅拌反应3h，得端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂；

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19～25％；

所述的聚酯-酰胺多元醇羟值为150～200mgKOH/g，酸值小于1mgKOH/g；

所述的二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和二甘醇胺，均为市售工业级化工产品；

所述的异氰酸酯胶粘剂占玉米秸秆全粉质量的1～10％，进一步优先的异氰酸酯胶粘剂占玉米秸秆全粉质量的2～4％；

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，共混料灌装到两个同心管之间；

步骤(3)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(3)所述的笔芯，是指浸涂端异氰酸酯胶粘剂的笔芯；

步骤(3)所述的进笔芯，是铅笔模压机实心管先出，笔芯沿同方向进。

步骤(3)所述的进笔芯，是铅笔模压机实心管先出，笔芯沿同方向进。

本发明制得的玉米秸秆铅笔，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，本发明的新型铅笔的制备方法具有以下显著特点：

(1)本玉米秸秆铅笔，是以我国资源巨大的农业剩余物玉米秸秆替代木材制得，玉米秸秆属一年生再生资源，原料资源巨大，价格低廉，所以，该产品的工业化不仅为该原料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)在本发明产品的制备，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，一方面与玉米秸秆全粉表面的纤维素、半纤维素以及木质素羟基(-0H)反应生成氨基甲酸酯，使得玉米秸秆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玉米秸秆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1～3

向反应釜中，加入回收聚对苯二甲酸乙二酯碎料、二甘醇胺，搅拌，加热至190～220℃，反应2h，得聚酯-酰胺多元醇；降温至75～80℃，加入甲苯二异氰酸酯，搅拌反应3h，得端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂；实施例1～3所用的原料投料及产品的性能测试见表1.

表1

实施例4～12

将玉米秸秆晾干，干燥至玉米秸秆含水质量百分比小于15％，粉碎，过筛，收集粒径小于20目的玉米秸秆全粉，密封备用；

将干燥的玉米秸秆全粉加入到高速混合机中，高压喷入异氰酸酯胶粘剂，室温搅拌共混10min，得共混料；

将共混料灌装到铅笔模压机中，热压，进笔芯，冷压，外表油漆装饰。

表2

	玉米秸秆全粉(kg)	异氰酸酯胶粘剂投料(kg)
			实施例4	100kg	4kg二苯基甲烷二异氰酸酯
实施例5	100kg	3kg二苯基甲烷二异氰酸酯

实施例6	100kg	2kg二苯基甲烷二异氰酸酯
			实施例7	100kg	4kg多苯基多亚甲基多异氰酸酯
实施例8	100kg	3kg多苯基多亚甲基多异氰酸酯
			实施例9	100kg	2kg多苯基多亚甲基多异氰酸酯
实施例10	100kg	4kg端异氰酸酯聚氨酯3
			实施例11	100kg	3kg端异氰酸酯聚氨酯2
实施例12	100kg	2kg端异氰酸酯聚氨酯1

注：端异氰酸酯聚氨酯1的制备方法见实施例1；

端异氰酸酯聚氨酯2的制备方法见实施例2；

端异氰酸酯聚氨酯3的制备方法见实施例3。

实施例4～12制得铅笔，按中华人民共和国轻工业行业标准QB/T2774-2006检测其笔杆结合牢度，均不开胶，说明本专利生产的玉米秸秆铅笔，笔杆结合牢度达到了QB/T2774-2006所规定的标准。

Claims (8)

1.一种玉米秸秆铅笔的制备方法，其特征在于按以下步骤完成：

(1)预处理玉米秸秆

将玉米秸秆晾干，干燥至含水质量百分比小于15％，粉碎，过筛，收集粒径小于20目的玉米秸秆全粉，密封备用；

(2)将干燥的玉米秸秆全粉加入到高速混合机中，高压喷入异氰酸酯胶粘剂，室温搅拌共混10min，得共混料；

(3)将共混料灌装到铅笔模压机中，热压，进笔芯，冷压，外表油漆装饰。

2.根据权利要求1所述的玉米秸秆铅笔的制备方法，其特征在于所述的异氰酸酯胶粘剂选自下列之一：二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯和端异氰酸酯聚氨酯。

3.根据权利要求2所述的玉米秸秆铅笔的制备方法，其特征在于所述的端异氰酸酯聚氨酯，制备方法如下：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、二甘醇胺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℃，加入甲苯二异氰酸酯195～225质量份，搅拌反应3h，得端异氰酸酯聚氨酯胶粘剂；其中，所述的聚酯-酰胺多元醇羟值为150～200mgKOH/g，酸值小于1mgKOH/g；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19～25％。

4.根据权利要求1所述的玉米秸秆铅笔的制备方法，其特征在于所述的异氰酸酯胶粘剂占玉米秸秆全粉质量的2～4％。

5.根据权利要求1所述的玉米秸秆铅笔的制备方法，其特征在于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，共混料灌装到两个同心管之间。

6.根据权利要求1所述的玉米秸秆铅笔的制备方法，其特征在于步骤(3)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。

7.根据权利要求1所述的新型铅笔的制备方法，其特征在于步骤(3)所述的笔芯，是指浸涂异氰酸酯胶粘剂的笔芯。

8.根据权利要求1所述的玉米秸秆铅笔的制备方法，其特征在于步骤(3)所述的进笔芯，是铅笔模压机实心管先出，笔芯沿同方向进。