CN114108360B - 一种基于废弃羽毛的保暖吸音材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于废弃羽毛的保暖吸音材料及其制备方法，本发明将废弃羽毛与ES纤维或PLA三维卷曲中空纤维按比例混合，然后通过湿法成网并热风加固制备材料；与现有技术相比，本发明的制备方法简便易行，工艺流程简单，作为原料的废弃羽毛，来源广泛，生产成本低廉，并能解决环境污染，具有良好的社会效益；根据本发明所述方法制备的保暖吸声材料利用化学与物理双重加固作用，保形性好，具有良好的保暖和吸声隔音性能，保暖率可达70％以上，克罗值可达2.30以上，同时材料的吸声系数低频阶段可达0.25以上，高频阶段可达0.50以上。且本发明材料废弃后还具有良好的可降解性能，土壤深埋6个月后降解率可达64％以上。

Description

一种基于废弃羽毛的保暖吸音材料及其制备方法
技术领域
本发明属于生物质材料回收再利用领域，具体涉及一种基于废弃羽毛的保暖吸音材料及其制备方法。
背景技术
我国鸡鸭鹅等家禽羽毛资源丰富，但其中只有10-20％的优质羽毛作为保暖填充材料被利用，少部分用作提取动物饲料或者肥料，绝大部分的禽类羽毛被直接丢弃，同时羽毛绒作为保暖填充材料使用时也会产生大量的下脚料被废弃，其不仅污染环境，危害人类健康，而且严重浪费资源。
羽毛作为天然高分子材料，具有可再生易获得及储量丰富等特点，从废弃生物质资源再利用角度出发，从废弃羽毛中提取角蛋白制作蛋白饲料代替常规蛋白饲料对减缓我国蛋白饲料资源的缺乏具有一定意义，但角蛋白提取工艺复杂，能耗大成本高，且存在二次污染问题，因此废弃羽毛作为动物饲料大规模开发利用价值不大。
羽毛纤维较短，易起静电，可纺性差，将其纺制成纱进行纺织品加工，在技术方面存在较大难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于废弃羽毛的保暖吸音材料，以废弃羽毛为原料，实现废弃羽毛的高价值再利用，提供一种基于废弃羽毛的具有良好保暖吸音功能的保暖吸音材料。
本发明还有一个目的在于提供一种基于废弃羽毛的保暖吸音材料的制备方法。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供的一种基于废弃羽毛的保暖吸音材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将废弃羽毛加入到含表面活性剂的水溶液中搅拌分散，得到废弃羽毛分散溶液；
2)将ES纤维或PLA三维卷曲中空纤维开松后加入步骤1)得到的废弃羽毛分散溶液中，同时将戊二醛或谷氨酰胺转氨酶加入分散溶液中，得到纤维混合液；
3)将步骤2)得到的纤维混合液进行打浆，得到纤维悬浮浆液；静置，得到羽毛交联的纤维悬浮浆液；
4)将羽毛交联的纤维悬浮浆液脱水烘干，得到初级纤维絮片；
5)将初级纤维絮片热风加热黏合，自然冷却，得到保暖吸音材料。
步骤1)所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠或十二烷基磺酸钠。加入表面活性剂的作用是是羽毛绒在水溶液中均匀分散，起到分散剂的作用。
步骤1)中所述含表面活性剂的水溶液，表面活性剂的质量浓度为2-5％。
步骤1)中所述废弃羽毛与含表面活性剂的水溶液的用量比为1:20-30。
步骤1)中所述废弃羽毛和步骤2)中所述的ES纤维或PLA三维卷曲中空纤维的质量比为80:20-50：50；所述ES纤维或PLA三维卷曲中空纤维为市售材料。
上述原料混合后形成立体网状交叉结构，废弃羽毛先形成交联状态，ES纤维或PLA三维卷曲中空纤维后热熔黏结形成保暖吸音材料。
所述废弃羽毛呈单纤维状，即绒枝形态，无绒朵结构，长度为8-20mm，直径为10-30μm；
所述ES纤维为同心圆皮芯型，纤维细度为2.0-2.5dtex，纤维长度为32-40mm；
所述PLA三维卷曲中空纤维的纤维细度为1.8-2.2dtex，纤维长度为36-40mm。
步骤2)加入的戊二醛或谷氨酰胺转氨酶用量为含表面活性剂的水溶液质量的5％-10％。
步骤3)所述静置时间为15-30min。
步骤3)中，打浆的目的是使废弃羽毛和ES纤维或PLA纤维充分混合并均匀分散在水溶液中；静置的作用是使加入的戊二醛或谷氨酰胺转氨酶有充分的时间与羽毛的蛋白质大分子反应，从而使羽毛之间产生交联，初级纤维絮片结构较稳定实现加固效果。加入戊二醛或谷氨酰胺转氨酶是为了步骤3)打浆完毕后静置过程中使羽毛绒之间产生化学交联，起到化学加固的作用。
步骤5)采用烘箱进行，为双网帘夹持热风喷射式，所述加热黏合温度为155-170℃，加热时间为2-5min。
步骤5)中，加热后ES纤维或PLA纤维表面熔融黏合周围的纤维，再自然冷却至是室温固化后起到加固的作用，起到物理加固的作用。
本发明提供的一种基于废弃羽毛的保暖吸音材料，采用上述方法制备得到。
废弃羽毛具有独特的中空蓬松结构，毛羽相互交叉可形成大量相互贯通的孔隙，因此以废弃羽毛为原料制得的材料应具有优良的吸声性能；同时废弃羽毛虽无法达到服用和家纺用品中优质羽毛绒的规格，但其独特的中空蓬松结构使其制备的材料仍具有较多的空隙并能保持静止空气，具有较好的保暖效果。本发明提供一种基于废弃羽毛的保暖吸音材料及其制备方法，以实现废弃羽毛纤维的高价值回收利用。
本发明利用湿法成网技术使废弃羽毛无序排列形成絮片，解决废弃羽毛因纤维短无法纺织加工的技术难点，同时利用戊二醛或谷氨酰胺转氨酶对废弃羽毛进行处理使其蛋白质大分子之间发生交联从而使废弃羽毛之间产生交联，使废弃羽毛絮片结构稳定不易跑毛起到化学加固作用，同时加入ES纤维或PLA三维卷曲中空纤维与废弃羽毛混合，经过加热加固后，一方面ES纤维或PLA三维卷曲中空纤维自身纤维之间会发生热熔粘结形成三维立体网络结构赋予絮片稳定的结构与力学性能，另一方面，ES纤维或PLA三维卷曲中空纤维发生热熔还可粘结周围的羽毛，使絮片的结构进一步稳固不易跑毛，起到物理加固作用，因此，通过化学和物理双重加固作用使废弃羽毛絮片的结构稳定不易跑毛。本发明利用热风加固方式对废弃羽毛絮片进行加固，可使纤维絮片具有较高的孔隙率，从而可保存更多的静置空气，从而赋予其优良的保温性能。
本发明将废弃羽毛与ES纤维或PLA三维卷曲中空纤维按比例混合，然后通过湿法成网并热风加固制备材料；其中，废弃羽毛与ES纤维或PLA三维卷曲纤维的混合重量比是80：20-50：50；湿法成网是首先将废弃羽毛分散于含表面活性剂水溶液中，再将ES纤维或PLA三维卷曲中空纤维按比例加入羽毛分散溶液中，同时添加一定比例的戊二醛或谷氨酰胺转氨酶，通过打浆将废弃羽毛与ES纤维或PLA三维卷曲中空纤维在水溶液中混合分散均匀，然后将纤维悬浮浆液静置后脱水成形；热风加固是将成形纤网输入到双网帘夹持热风喷射式烘箱中利用热风进行热熔粘合进而加固纤网制得材料。本发明的制备方法简便易行，工艺流程简单，作为原料的废弃羽毛，来源广泛，生产成本低廉，并能解决环境污染，具有良好的社会效益；根据本发明所述方法制备的保暖吸声材料具有良好的保暖和吸声隔音性能，保暖率可达70％以上，克罗值可达2.30以上，同时材料的吸声系数低频阶段可达0.25以上，高频阶段可达0.50以上。且本发明材料废弃后还具有良好的可降解性能，土壤深埋6个月后降解率可达64％以上。
与现有技术相比，本发明是一种利用非织造技术以废弃羽毛为原料加工制备保暖吸音材料的方法，解决废弃羽毛难以纺织加工利用的技术限制，实现废弃羽毛的高值回收再利用，且制备方法易于实施。同时制备的保暖吸音材料具有良好的保暖和吸音性能，并具有较好的生物可降解性，所采用的原材料均来源广泛，制造成本低廉。
附图说明
为更清晰的说明本发明技术中的技术方案，下面对本发明技术描述中所需使用的附图做简单介绍，本发明共附图3幅。
图1为废弃羽毛形态结构示意图；
图2为不同含量下废弃羽毛/PLA三维卷曲中空纤维保暖吸声材料保暖性能示意图；
图3为废弃羽毛/PLA三维卷曲中空纤维(50/50)保暖吸声材料吸声性能示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明各种改动或修改，这些等价形式同样落入本申请所附权力要求书所限定的范围。
实施例1
一种基于废弃羽毛的保暖吸音材料，按质量百分比，原料为70％的废弃羽毛和30％的ES纤维；所述废弃羽毛呈单纤维状，即绒枝形态，无绒朵结构，长度为15-18mm，直径为20-24μm；所述ES纤维为同心圆皮芯型，纤维细度为2.2dtex，纤维长度为38mm。
1)将50g的废弃羽毛加入到1000mL质量分数为2％的十二烷基磺酸钠水溶液中通过机械搅拌分散，得到废弃羽毛分散溶液；
2)将21.5g的ES纤维利用开松机开松后加入步骤1)得到的羽毛分散溶液中，同时称取60g的戊二醛加入到分散溶液，通过机械搅拌得到纤维混合液；
3)将步骤2)得到的纤维混合液送入混料机中进行打浆，得到纤维悬浮浆液；
4)将步骤3)得到的纤维悬浮浆液静置20min，得到羽毛交联的纤维悬浮浆液；
5)将步骤4)得到的纤维悬浮浆液送入湿法成网机中脱水烘干，得到初级纤维絮片；
6)将步骤5)得到初级纤维絮片送入双网帘夹持热风喷射式烘箱中，加热温度为165℃，加热时间为2.5min，ES纤维受热熔融黏合周围纤维，冷却固化后得到保暖吸音材料，按照标准GB/T35762-2017测试保暖性能，其保暖率达到77.6％，克罗值为2.64,按照标准GB/T 33620-2017测试吸声性能，材料在1000Hz下的吸声系数为0.31,5000Hz下的吸声系数为0.57。
实施例2
一种基于废弃羽毛的保暖吸音材料，按质量百分比，原料为60％的废弃羽毛和40％的ES纤维；所述废弃羽毛呈单纤维状，即绒枝形态，无绒朵结构，长度为12-15mm，直径为25-28μm；所述ES纤维为同心圆皮芯型，纤维细度为2.4dtex，纤维长度为35mm。
1)将60g的废弃羽毛加入到1800mL质量分数为5％的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中通过机械搅拌分散，得到废弃羽毛分散溶液；
2)将40g的ES纤维利用开送机开松后加入步骤1)得到的羽毛分散溶液中，同时称取180g的戊二醛加入到分散溶液，通过机械搅拌得到纤维混合液；
3)将步骤2)得到的纤维混合液送入混料机中进行打浆，得到纤维悬浮浆液；
4)将步骤3)得到的纤维悬浮浆液静置25min，得到羽毛交联的纤维悬浮浆液；
5)将步骤4)得到的纤维悬浮浆液送入湿法成网机中脱水烘干，得到初级纤维絮片；
6)将步骤5)得到初级纤维絮片送入双网帘夹持热风喷射式烘箱中，加热温度为170℃，加热时间为2min，ES纤维受热熔融黏合周围纤维，冷却固化后得到保暖吸音材料，按照标准GB/T35762-2017测试保暖性能，其保暖率达到74.5％，克罗值为2.46,按照标准GB/T33620-2017测试吸声性能，材料在1000Hz下的吸声系数为0.28,5000Hz下的吸声系数为0.51。
实施例3
一种基于废弃羽毛的保暖吸音材料，按质量百分比，原料为80％的废弃羽毛和20％的PLA三维卷曲中空纤维；所述废弃羽毛呈单纤维状，即绒枝形态，无绒朵结构，长度为16-20mm，直径为20-25μm；所述PLA三维卷曲中空纤维，纤维细度为2.0dtex，纤维长度为38mm。
1)将50g的废弃羽毛加入到1000mL质量分数为4％的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中通过机械搅拌分散，得到废弃羽毛分散溶液；
2)将12.5g的PLA三维卷曲中空纤维利用开送机开松后加入步骤1)得到的羽毛分散溶液中，同时称取100g的谷氨酰胺转氨酶加入到分散溶液，通过机械搅拌得到纤维混合液；
3)将步骤2)得到的纤维混合液送入混料机中进行打浆，得到纤维悬浮浆液；
4)将步骤3)得到的纤维悬浮浆液静置30min，得到羽毛交联的纤维悬浮浆液；
5)将步骤4)得到的纤维悬浮浆液送入湿法成网机中脱水烘干，得到初级纤维絮片；
6)将步骤5)得到初级纤维絮片送入双网帘夹持热风喷射式烘箱中，加热温度为170℃，加热时间为3min，PLA三维卷曲中空纤维受热熔融黏合周围纤维，冷却固化后得到保暖吸音材料，按照标准GB/T35762-2017测试保暖性能，其保暖率达到84.2％，克罗值为3.52,按照标准GB/T 33620-2017测试吸声性能，材料在1000Hz下的吸声系数为0.36,5000Hz下的吸声系数为0.73。
实施例4
一种基于废弃羽毛的保暖吸音材料，按质量百分比，原料为50％的废弃羽毛和50％的PLA三维卷曲中空纤维组成(废弃羽毛和PLA三维卷曲中空纤维的质量比为50：50)；所述废弃羽毛呈单纤维状，即绒枝形态，无绒朵结构，长度为15-18mm，直径为26-30μm；所述PLA三维卷曲中空纤维，纤维细度为2.2dtex，纤维长度为40mm。
1)将50g的废弃羽毛加入到1000mL质量分数为4％的十二烷基苯磺酸钠水溶液中通过机械搅拌分散，得到废弃羽毛分散溶液；
2)将50g的PLA三维卷曲中空纤维利用开送机开松后加入步骤1)得到的羽毛分散溶液中，同时称取80g的戊二醛加入到分散溶液，通过机械搅拌得到纤维混合液；
3)将步骤2)得到的纤维混合液送入混料机中进行打浆，得到纤维悬浮浆液；
4)将步骤3)得到的纤维悬浮浆液静置25min，得到羽毛交联的纤维悬浮浆液；
5)将步骤4)得到的纤维悬浮浆液送入湿法成网机中脱水烘干，得到初级纤维絮片；
6)将步骤5)得到初级纤维絮片送入双网帘夹持热风喷射式烘箱中，加热温度为165℃，加热时间为5min，PLA三维卷曲中空纤维受热熔融黏合周围纤维，冷却固化后得到保暖吸音材料，按照标准GB/T35762-2017测试保暖性能，其保暖率达到81.3％，克罗值为3.18。
重复实施例4，只改变废弃羽毛和PLA三维卷曲中空纤维的比例，分别为废弃羽毛和PLA三维卷曲中空纤维质量比为：80:20、70：30、60：40，所制备材料的保暖性能如图2所示。按照标准GB/T 33620-2017测试吸声性能，材料1000Hz下的吸声系数为0.3,5000Hz下的吸声系数为0.68，如图3所示。
对比例1
一种基于废弃羽毛的保暖吸音材料，按质量百分比，原料为90％的废弃羽毛和10％的PLA三维卷曲中空纤维组成；所述废弃羽毛呈单纤维状，即绒枝形态，无绒朵结构，长度为15-18mm，直径为26-30μm；所述PLA三维卷曲中空纤维，纤维细度为2.2dtex，纤维长度为40mm。
1)将90g的废弃羽毛加入到2250mL质量分数为4％的十二烷基苯磺酸钠水溶液中通过机械搅拌分散，得到废弃羽毛分散溶液；
2)将10g的PLA三维卷曲中空纤维利用开送机开松后加入步骤1)得到的羽毛分散溶液中，同时称取225g戊二醛加入到分散溶液，通过机械搅拌得到纤维混合液；
3)将步骤2)得到的纤维混合液送入混料机中进行打浆，得到纤维悬浮浆液；
4)将步骤3)得到的纤维悬浮浆液静置25min，得到羽毛交联的纤维悬浮浆液；
5)将步骤4)得到的纤维悬浮浆液送入湿法成网机中脱水烘干，得到初级纤维絮片；
6)将步骤5)得到初级纤维絮片送入双网帘夹持热风喷射式烘箱中，加热温度为165℃，加热时间为5min，PLA三维卷曲中空纤维受热熔融黏合周围纤维，冷却固化后得到保暖吸音材料，但所制备材料的保形性差，力学强度低，受外力情况下极易破碎，无法进行保暖性能和吸声性能测试。

Claims (10)

1.一种基于废弃羽毛的保暖吸音材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)将废弃羽毛加入到含表面活性剂的水溶液中搅拌分散，得到废弃羽毛分散溶液；
2)将ES纤维或PLA三维卷曲中空纤维开松后加入步骤1)得到的废弃羽毛分散溶液中，同时将戊二醛或谷氨酰胺转氨酶加入分散溶液中，得到纤维混合液；
3)将步骤2)得到的纤维混合液进行打浆，得到纤维悬浮浆液；静置，得到羽毛交联的纤维悬浮浆液；
4)将羽毛交联的纤维悬浮浆液脱水烘干，得到初级纤维絮片；
5)将初级纤维絮片热风加热黏合，自然冷却，得到保暖吸音材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠或十二烷基磺酸钠。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述废弃羽毛与含表面活性剂的水溶液的用量比1:20-30。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述废弃羽毛和步骤2)中所述的ES纤维或PLA三维卷曲中空纤维的质量比为80：20-50：50。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)加入的戊二醛或谷氨酰胺转氨酶用量为含表面活性剂的水溶液质量的5％-10％。
6.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述废弃羽毛呈单纤维状，即绒枝形态，无绒朵结构，长度为8-20mm，直径为10-30μm。
7.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述ES纤维为同心圆皮芯型，纤维细度为2.0-2.5dtex，纤维长度为32-40mm；
所述PLA三维卷曲中空纤维的纤维细度为1.8-2.2dtex，纤维长度为36-40mm。
8.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述静置时间为15-30min。
9.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，步骤5)所述热风加热黏合加固中温度为155-170℃，加热时间为2-5min。
10.一种权利要求1-9任一项所述制备方法制备的基于废弃羽毛的保暖吸音材料。
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