CN108329709A - 一种天然纤维环保复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然纤维环保复合材料及其制备方法，涉及环保材料技术领域，包括以下重量份数的原料：天然纤维30‑40份、活性炭4‑7份、复合纳米粒子4‑8份、富勒烯丙烯酰胺聚合物0.05‑0.1份、聚乙二醇30‑45份、丁二烯‑聚碳酸酯三元共聚物9‑15份、聚碳酸酯3‑8份、粘合剂10‑20份、改性助剂5‑10份；制备方法包括：（1）、天然纤维预处理；（2）、物料混合；（3）、对步骤（2）中物料混合后的有机纤维物料进行脱水预热；（4）、高温模压。本发明天然纤维复合材料抗冲击韧性好，综合性能高，不含任何有毒物质，绿色环保无害。
Description
技术领域
本发明涉及环保材料技术领域，具体涉及一种天然纤维环保复合材料及其制备方法。
背景技术
纤维环保材料是近年来兴起的一种新型材料，它的主要原料取材于农作物秸秆，制成的产品强度高、表面纹理天然、颜色鲜艳、质感新颖，可以替代部分塑料、玻璃、陶瓷等制品，废弃后可降解，是一种新型环境友好材料。
但是，天然纤维是天然线型高分子，其中的纤维素属于结晶区和非结晶区共存的结构，由于结构以及分子内和分子间氢键的影响，天然纤维具有很强的极性，使其在树脂基体中的分散极差，要达到均匀分散较为困难。因此天然纤维的预处理与改性是限制天然纤维运用的关键，否则其制品的机械性能、耐水性、 耐久性都会受到影响。
现有技术中，大多是将天然纤维加入热塑性塑料中，从而达到提高天然纤维的抗弯强度、降植物纤维低热收缩力，但是经过此法加工过的天然纤维实际上仍与传统塑料制品无实质性差别，仍然会释放出有害物质，无法保证产品安全性的同时，也不利于环保。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种天然纤维环保复合材料及其制备方法，该种纤维复合材料抗冲击韧性好，综合性能高，不含任何有毒物质，绿色环保无害。
本发明提供了如下的技术方案：一种天然纤维环保复合材料，包括以下重量份的原料，天然纤维30-40份、活性炭4-7份、复合纳米粒子4-8份、富勒烯丙烯酰胺聚合物0.05-0.1份、聚乙二醇30-45份、丁二烯-聚碳酸酯三元共聚物9-15份、聚碳酸酯3-8份、粘合剂10-20份、改性助剂5-10份；
所述粘合剂包括以下重量份的原料：羟丙基甲基纤维素1-1.5份、氢化松香1-3份、木质素磺酸钙1-2份、二氧化钛0.8-1.2份、钛酸酯0.6-1.5份；
所述改性助剂包括以下重量份的原料：硬脂酸钙1-3份、云母粉0.5-1.5份、二氰二胺0.8-1.3份、没食子酸0.3-0.7份、硼酸锌1-1.6份、硫酸钾0.6-1.2份。
优选地，所述天然纤维来源为黄麻、洋麻、剑麻、蕉麻、亚麻、罗布麻、大麻、白麻、苎麻、竹纤维、椰纤维、木纤维、棉、木棉纤维、小麦秸秆、黑小麦秸秆、玉米秸秆、稻草麦秆、高梁秆、麻秆、向日葵秆、棉花秆、烟秆、小米秆或黄豆秆。
优选地，所述复合纳米粒子由纳米二氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锌组成，其中纳米二氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锌的重量比为 1：0.3-0.5：0.4-0.7。
本发明还提供一种天然纤维环保复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）天然纤维预处理：按照配比称取天然纤维，将天然纤维粒径粉碎至120-200目，备用；
（2）物料混合
（A1）将粉碎后的天然纤维粉末与上述重量份的活性炭、复合纳米粒子、富勒烯丙烯酰胺聚合物、聚乙二醇、丁二烯-聚碳酸酯三元共聚物、聚碳酸酯混合，在65-80度高温下搅拌25-40分钟；
（A2）向步骤（A1）得到的混合物中依次加入上述重量份的硬脂酸钙、木质素磺酸钠、云母粉、二氰二胺、没食子酸、硼酸锌、硫酸钾，在40-50度高温下，搅拌3-15分钟；
（A3）向步骤（A2）得到的混合物中依次加入上述重量份的羟丙基甲基纤维素、氢化松香、二氧化钛、钛酸酯，在60-70度高温下，搅拌40-60分钟；
（3）对步骤（2）中物料混合后的有机纤维物料进行脱水预热
（4）高温模压
（B1）对步骤（3）中脱水预热后的有机纤维物料进行第一次高温模压，温度控制至120-160度， 压力为10-20Mpa，时间10-20秒，第一次高温模压结束后，进行排气和湿度脱水处理，时间15-30秒；
（B2）对有机纤维物料进行第二次高温模压，温度控制至120-180度，压力为 10-30Mpa，时间70-90秒；
（B3）第二次高温模压结束后，进行散热处理，在散热过程中进行定型处理，散热结束后进行磨边、抛光处理。
优选地，所述步骤（A3）搅拌完成后，还包括加入麦饭石、防腐剂、电气石粉、有机颜料共同搅拌的过程。
优选地，所述防腐剂为苯甲酸钠、山梨酸钾、脱氢乙酸钠和对羟基甲酸丙酯中的一种或几种结合。
优选地，所述步骤（3）中的脱水预热是采用高周微波脱水预热，时间为30-60秒。
本发明的有益效果：该种纤维复合材料抗冲击韧性好，综合性能高，不含任何有毒物质，绿色环保无害，具体如下：
（1）本发明的原料中采用聚乙二醇、丁二烯-聚碳酸酯三元共聚物和聚碳酸酯不仅可以提高天然纤维的韧性和可塑性，而且这三种原料均是食品级有机物料，生产出的成品使用时，基本不会释放有害物质，绿色环保。
（2）本法明中采用木质磺酸钠对天然纤维进行化学改性处理，木质磺酸钠为阴离子型表面活性剂通过和原料中的没食子酸对天然纤维进行化学改性，增加天然纤维的疏水性，从而改善天然纤维复合材料的吸湿和界面性能，同时也使复合材料的力学性能得以改善，增加天然纤维的韧性。
（3）、本发明还提供一种天然纤维环保复合材料的制备方法，工艺简单，生产成本低，适合大规模生产，具有很好的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种天然纤维环保复合材料，包括以重量份数的原料：
天然纤维40份、活性炭7份、复合纳米粒子4份、富勒烯丙烯酰胺聚合物0.1份、聚乙二醇45份、丁二烯-聚碳酸酯三元共聚物15份、聚碳酸酯3份、粘合剂20份、改性助剂10份；
粘合剂包括以下重量份的原料：羟丙基甲基纤维素1份、氢化松香1份、木质素磺酸钙1份、二氧化钛0.8份、钛酸酯0.6份；
改性助剂包括以下重量份的原料：硬脂酸钙3份、云母粉0.5份、二氰二胺1.3份、没食子酸0.7份、硼酸锌1.6份、硫酸钾0.6份。
天然纤维来源为黄麻、洋麻、剑麻的组合物。
复合纳米粒子由纳米二氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锌组成，其中纳米二氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锌的重量比为 1：0.3：0.4。
本实施例中还提供一种天然纤维环保复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）天然纤维预处理：按照配比称取天然纤维，将天然纤维粒径粉碎至200目，备用；
（2）物料混合
（A1）将粉碎后的天然纤维粉末与上述重量份的活性炭、复合纳米粒子、富勒烯丙烯酰胺聚合物、聚乙二醇、丁二烯-聚碳酸酯三元共聚物、聚碳酸酯混合，在65度高温下搅拌40分钟；
（A2）向步骤（A1）得到的混合物中依次加入上述重量份的硬脂酸钙、木质素磺酸钠、云母粉、二氰二胺、没食子酸、硼酸锌、硫酸钾，在40度高温下，搅拌15分钟；
（A3）向步骤（A2）得到的混合物中依次加入上述重量份的羟丙基甲基纤维素、氢化松香、二氧化钛、钛酸酯，在70度高温下，搅拌40分钟；
（3）对步骤（2）中物料混合后的有机纤维物料进行脱水预热
（4）高温模压
（B1）对步骤（3）中脱水预热后的有机纤维物料进行第一次高温模压，温度控制至120度， 压力为20Mpa，时间20秒，第一次高温模压结束后，进行排气和湿度脱水处理，时间30秒；
（B2）对有机纤维物料进行第二次高温模压，温度控制在180度，压力30Mpa，时间90秒；
（B3）第二次高温模压结束后，进行散热处理，在散热过程中进行定型处理，散热结束后进行磨边、抛光处理。
步骤（A3）搅拌完成后，还包括加入麦饭石、防腐剂、电气石粉、有机颜料共同搅拌的过程。
防腐剂为羟基甲酸丙酯。
步骤（3）中的脱水预热是采用高周微波脱水预热，时间为60秒。
实施例2
一种天然纤维环保复合材料，包括以下重量份数的原料：
天然纤维30份、活性炭4份、复合纳米粒子8份、富勒烯丙烯酰胺聚合物0.05份、聚乙二醇30份、丁二烯-聚碳酸酯三元共聚物9份、聚碳酸酯8份、粘合剂10份、改性助剂5份；
粘合剂包括以下重量份的原料：羟丙基甲基纤维素1.5份、氢化松香3份、木质素磺酸钙2份、二氧化钛1.2份、钛酸酯1.5份；
改性助剂包括以下重量份的原料：硬脂酸钙1份、云母粉1.5份、二氰二胺0.8份、没食子酸0.3份、硼酸锌1份、硫酸钾1.2份。
天然纤维来源为木纤维、棉、木棉纤维的组合物。
复合纳米粒子由纳米二氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锌组成，其中纳米二氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锌的重量比为 1：0.5：0.7。
本实施例中还提供一种天然纤维环保复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）天然纤维预处理：按照配比称取天然纤维，将天然纤维粒径粉碎至120-目，备用；
（2）物料混合
（A1）将粉碎后的天然纤维粉末与上述重量份的活性炭、复合纳米粒子、富勒烯丙烯酰胺聚合物、聚乙二醇、丁二烯-聚碳酸酯三元共聚物、聚碳酸酯混合，在80度高温下搅拌25分钟；
（A2）向步骤（A1）得到的混合物中依次加入上述重量份的硬脂酸钙、木质素磺酸钠、云母粉、二氰二胺、没食子酸、硼酸锌、硫酸钾，在50度高温下，搅拌3分钟；
（A3）向步骤（A2）得到的混合物中依次加入上述重量份的羟丙基甲基纤维素、氢化松香、二氧化钛、钛酸酯，在60度高温下，搅拌60分钟；
（3）对步骤（2）中物料混合后的有机纤维物料进行脱水预热
（4）高温模压
（B1）对步骤（3）中脱水预热后的有机纤维物料进行第一次高温模压，温度控制至160度， 压力为10Mpa，时间10秒，第一次高温模压结束后，进行排气和湿度脱水处理，时间15秒；
（B2）对有机纤维物料进行第二次高温模压，温度控制在120度，压力10Mpa，时间70秒；
（B3）第二次高温模压结束后，进行散热处理，在散热过程中进行定型处理，散热结束后进行磨边、抛光处理。
步骤（A3）搅拌完成后，还包括加入麦饭石、防腐剂、电气石粉、有机颜料共同搅拌的过程。
防腐剂为羟基甲酸丙酯。
步骤（3）中的脱水预热是采用高周微波脱水预热，时间为60秒。
实施例3
一种天然纤维环保复合材料，包括以重量份数的原料：
天然纤维38份、活性炭6.5份、复合纳米粒子6份、富勒烯丙烯酰胺聚合物0.08份、聚乙二醇39份、丁二烯-聚碳酸酯三元共聚物10份、聚碳酸酯7份、粘合剂18份、改性助剂7份；
粘合剂包括以下重量份的原料：羟丙基甲基纤维素1.3份、氢化松香2份、木质素磺酸钙1.5份、二氧化钛1.1份、钛酸酯1.2份；
改性助剂包括以下重量份的原料：硬脂酸钙2.5份、云母粉1.1份、二氰二胺0.9份、没食子酸0.6份、硼酸锌1.3份、硫酸钾0.8份。
天然纤维所述天然纤维来源为小麦秸秆、黑小麦秸秆、玉米秸秆、稻草麦秆、高梁秆的组合物。
复合纳米粒子由纳米二氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锌组成，其中纳米二氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锌的重量比为 1：0.4：0.6。
本实施例中还提供一种天然纤维环保复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）天然纤维预处理：按照配比称取天然纤维，将天然纤维粒径粉碎至180目，备用；
（2）物料混合
（A1）将粉碎后的天然纤维粉末与上述重量份的活性炭、复合纳米粒子、富勒烯丙烯酰胺聚合物、聚乙二醇、丁二烯-聚碳酸酯三元共聚物、聚碳酸酯混合，在70度高温下搅拌30分钟；
（A2）向步骤（A1）得到的混合物中依次加入上述重量份的硬脂酸钙、木质素磺酸钠、云母粉、二氰二胺、没食子酸、硼酸锌、硫酸钾，在48度高温下，搅拌5分钟；
（A3）向步骤（A2）得到的混合物中依次加入上述重量份的羟丙基甲基纤维素、氢化松香、二氧化钛、钛酸酯，在68度高温下，搅拌55分钟；
（3）对步骤（2）中物料混合后的有机纤维物料进行脱水预热
（4）高温模压
（B1）对步骤（3）中脱水预热后的有机纤维物料进行第一次高温模压，温度控制至145度， 压力为15Mpa，时间12秒，第一次高温模压结束后，进行排气和湿度脱水处理，时间25秒；
（B2）对有机纤维物料进行第二次高温模压，温度控制在160度，压力20Mpa，时间70秒；
（B3）第二次高温模压结束后，进行散热处理，在散热过程中进行定型处理，散热结束后进行磨边、抛光处理。
步骤（A3）搅拌完成后，还包括加入麦饭石、防腐剂、电气石粉、有机颜料共同搅拌的过程。
防腐剂为羟基甲酸丙酯。
步骤（3）中的脱水预热是采用高周微波脱水预热，时间为55秒。
参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种天然纤维环保复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料，天然纤维30-40份、活性炭4-7份、复合纳米粒子4-8份、富勒烯丙烯酰胺聚合物0.05-0.1份、聚乙二醇30-45份、丁二烯-聚碳酸酯三元共聚物9-15份、聚碳酸酯3-8份、粘合剂10-20份、改性助剂5-10份；
所述粘合剂包括以下重量份的原料：羟丙基甲基纤维素1-1.5份、氢化松香1-3份、木质素磺酸钙1-2份、二氧化钛0.8-1.2份、钛酸酯0.6-1.5份；
所述改性助剂包括以下重量份的原料：硬脂酸钙1-3份、云母粉0.5-1.5份、二氰二胺0.8-1.3份、没食子酸0.3-0.7份、硼酸锌1-1.6份、硫酸钾0.6-1.2份。
2.根据权利要求1所述的天然纤维环保复合材料，其特征在于，所述天然纤维来源为黄麻、洋麻、剑麻、蕉麻、亚麻、罗布麻、大麻、白麻、苎麻、竹纤维、椰纤维、木纤维、棉、木棉纤维、小麦秸秆、黑小麦秸秆、玉米秸秆、稻草麦秆、高梁秆、麻秆、向日葵秆、棉花秆、烟秆、小米秆或黄豆秆。
3.根据权利要求1所述的天然纤维环保复合材料，其特征在于，所述复合纳米粒子由纳米二氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锌组成，其中纳米二氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锌的重量比为1:0.3-0.5：0.4-0.7。
4.一种制备如权利要求1-3任意一项所述的天然纤维环保复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）天然纤维预处理：按照配比称取天然纤维，将天然纤维粒径粉碎至120-200目，备用；
（2）物料混合
（A1）将粉碎后的天然纤维粉末与上述重量份的活性炭、复合纳米粒子、富勒烯丙烯酰胺聚合物、聚乙二醇、丁二烯-聚碳酸酯三元共聚物、聚碳酸酯混合，在65-80度高温下，搅拌25-40分钟；
（A2）向步骤（A1）得到的混合物中依次加入上述重量份的硬脂酸钙、木质素磺酸钠、云母粉、二氰二胺、没食子酸、硼酸锌、硫酸钾，在40-50度高温下，搅拌3-15分钟；
（A3）向步骤（A2）得到的混合物中依次加入上述重量份的羟丙基甲基纤维素、氢化松香、二氧化钛、钛酸酯，在60-70度高温下，搅拌40-60分钟；
（3）对步骤（2）中物料混合后的有机纤维物料进行脱水预热
（4）高温模压
（B1）对步骤（3）中脱水预热后的有机纤维物料进行第一次高温模压，温度控制至120-160度， 压力为10-20Mpa，时间10-20秒，第一次高温模压结束后，进行排气和湿度脱水处理，时间控制为15-30秒；
（B2）对有机纤维物料进行第二次高温模压，温度控制至120-180度，压力为 10-30Mpa，时间70-90秒；
（B3）第二次高温模压结束后，进行散热处理，在散热过程中进行定型处理，散热结束后进行磨边、抛光处理。
5.根据权利要求4所述的天然纤维环保复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（A3）搅拌完成后，还包括加入麦饭石、防腐剂、电气石粉、有机颜料共同搅拌的过程。
6.根据权利要求5所述的天然纤维环保复合材料的制备方法，其特征在于，所述防腐剂为苯甲酸钠、山梨酸钾、脱氢乙酸钠和对羟基甲酸丙酯中的一种或几种结合。
7.根据权利要求4所述的天然纤维环保复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中的脱水预热是采用高周微波脱水预热，时间为30-60秒。
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| CN201810061661.3A Withdrawn CN108329709A (zh) | 2018-01-23 | 2018-01-23 | 一种天然纤维环保复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN108329709A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108911642A (zh) * | 2018-09-03 | 2018-11-30 | 杭州中齐新材料科技有限公司 | 一种高强度吸音防潮耐火建筑材料及其制备方法 |
| CN110409724A (zh) * | 2019-07-22 | 2019-11-05 | 安徽盛世碧美实业有限公司 | 一种天然绿色墙布的制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102977460A (zh) * | 2012-12-12 | 2013-03-20 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 一种注塑级天然纤维复合材料及其制备方法 |
| CN103788617A (zh) * | 2014-01-28 | 2014-05-14 | 自贡川宇机械有限公司 | 聚碳酸酯/天然纤维复合材料及其制备方法 |
| CN108084672A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-05-29 | 苏州中科纳福材料科技有限公司 | 一种纳米粒子复合材料 |
-
2018
- 2018-01-23 CN CN201810061661.3A patent/CN108329709A/zh not_active Withdrawn
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