CN115891303B - 一种以废弃纺织品为原料的阻燃蜂窝板材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了以废弃纺织品为原料的阻燃蜂窝板材的制备方法和应用，采用以回收衣服为原料，通过开松再成毡的方式制备纤维毡作为蜂窝芯材，以改性水性阻燃胶黏剂、聚醋酸乙烯酯、聚氨酯、热熔胶等为胶黏剂，制备得到一种阻燃蜂窝板材。本发明制备的阻燃蜂窝板材具有优异的热稳定性、阻燃性和力学性能，有望代替传统石棉板材、铝蜂窝或纸蜂窝板材，为废弃纺织品纤维的回收利用提供了一种环境友好的再生利用方法。
Description
技术领域
本发明属于工程与建筑材料制造领域，具体涉及一种以废弃纺织品为原料的阻燃蜂窝板材及其制备方法。
背景技术
资源循环利用已成为保障我国资源安全的重要途径。旧纺织品是经生产、生活消费后被淘汰的服装和工业、家纺用品。我国每年约产生3500万吨废弃纺织品，因各种限制因素，废纺制品利用率不足24%，大部分以焚烧、填埋等方式处理，对环境造成了较大污染。因此提高废纺的循环利用成为业内的关注重点。根据丹麦哥本哈根大学的研究数据，每利用1kg废纺，二氧化碳排放量减少3.6kg。如果按照每年产生1200万吨废纺、综合利用率达到60%（即利用量为720万吨）计算，那么可减少二氧化碳排放量2592万吨。
从节能减碳角度来看，提高废纺的资源化、无害化处理程度，促进废纺的高效利用具有重要意义。然而由于技术和成本的限制，高效利用废纺仍是一道难题。目前，国内外对废纺的回收利用方法主要包括物理和化学方法。物理回收法通常指经过切割—破碎—加热—熔化工艺，对废纺纤维进行重复加工的循环技术，加工过程中无明显的化学变化。物理回收方法具有处理成本低廉、节省投资的优势，但回收再利用材料的性能较低，再加上其含有大量杂质，因而只能降级使用。化学回收途径是指废纺纤维在高温和一定化学试剂的共同作用下发生解聚反应，生成较小分子和中间原料，也可直接转化为单体，但化学方法存在加工能耗高、回收难度大、且产品性能不稳定等缺点。因此，本发明公开了废纺纤维的直接利用方法，通过简单的开松、针刺等工艺制备纤维毡和蜂窝芯材原料。
以回收废纺纤维为原料生产绿色环保型蜂窝复合板，所得复合板强度和模量高、耐火性好、无有害物质挥发，以此开发装配式建筑及新能源洁净车间板、建筑内外墙板、成品隔墙、声屏障板等系列产品，解决了现有纸质酚醛树脂蜂窝板材强度低、成本高、制备过程中有毒物质释放所导致的环境污染等问题。这类墙体板材的应用，不仅解决当前大量固体废弃物的回收循环问题，同时可有效降低传统水泥砂浆的用量，对节能减排意义重大。
发明内容
本发明的目的在于解决现有大量废弃纺织品回收难度大、废弃后造成环境污染等问题，提供一种以废弃纺织品为原料的阻燃蜂窝板材的制备方法。具体是采用以回收纺织品为原料，通过开松再成毡的方式制备纤维毡作为蜂窝芯材，以改性水性阻燃胶黏剂、白乳胶、聚氨酯、热熔胶等为胶黏剂，制备得到一种具有优异的热稳定性、阻燃性和力学性能的多层阻燃蜂窝板材。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种以废弃纺织品（简称废纺）为原料的阻燃蜂窝板材，是由蜂窝芯材和蒙皮板通过聚氨酯胶黏剂进行定型得到；所述的蜂窝芯材是以废纺为原料，通过切碎、除扣、开松、针刺成纤维毡，再利用改性水性阻燃胶黏剂热烘干成稍硬的纤维毡后，再施加胶黏剂，通过差速辊张拉制备得到；所述的蒙皮板是以废纺纤维毡和改性水性阻燃胶黏剂进行热烘干制备得到。
上述以废纺为原料的阻燃蜂窝板材的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）以废纺为原料，通过切碎、除扣、粗开松、精开松、铺网、多次针刺成型等工艺制备克重为60~600g/m2的废纺纤维毡；
（2）将废纺纤维毡浸渍于改性水性阻燃胶中，经滚筒挤压出多余的胶黏剂，在70~120℃烘箱中固化2~10min后经过压辊压平，得到厚度为0.15~5.00mm的阻燃纤维复合毡和蒙皮板；
（3）以胶黏剂对制备好的阻燃毡进行错位胶粘后，利用差速辊张拉制备边长为3~25mm的蜂窝芯材，将所述步骤（2）的阻燃纤维复合板作为蒙皮板（蜂窝蒙皮），采用面上上胶与蜂窝芯材进行粘接，70~120℃烘箱中固化1min后定型得到以废纺为原料的多层阻燃蜂窝板材。
所述改性水性阻燃胶黏剂的制备方法：多聚甲醛40g和200mL水混合后在120℃下加热30min融溶，加入1.5g三乙醇胺并搅拌10min，得到透明澄清溶液；加入30g双氰胺、14g磷酸和200mL水后继续搅拌30min；升温至75℃加入74g磷酸二氢氨搅拌30min后，冷却至室温即得水性阻燃胶黏剂；将水性阻燃胶黏剂和三聚氰胺树脂按质量比9:1~7:3混合，室温搅拌30min，即得改性水性阻燃胶黏剂。
本发明的有益效果在于：
1）本发明制备的以废纺为原料的阻燃蜂窝板材具有优异的热稳定性、阻燃性和力学性能，且以废纺为原料，为废纺的回收利用提供了一种环境友好的再生利用方法。
2）本发明采用优化的工艺组合，以废纺为原料，通过切碎、除扣、开松、针刺成纤维毡，再利用改性水性阻燃胶黏剂、白乳胶、聚氨酯或热熔胶为胶黏剂，进行上胶热烘干、拉芯、蒙皮定型等工艺制备得到。
附图说明
图1为改性水性阻燃胶黏剂的示差量热扫描（DSC）曲线；其中0%WF表示未添加三聚氰胺的水性阻燃胶黏剂；10%WF表示三聚氰胺和水性阻燃胶黏剂质量比为1:9的改性水性阻燃胶黏剂；20%WF表示三聚氰胺和水性阻燃胶黏剂质量比为2:8的改性水性阻燃胶黏剂；30%WF表示三聚氰胺和水性阻燃胶黏剂质量比为3:7的改性水性阻燃胶黏剂。
图2为阻燃蜂窝复合板的热重（TG）曲线；其中Control表示未添加阻燃胶黏剂的废纺；0%WF表示未添加三聚氰胺的水性胶为胶黏剂的蜂窝板材；20%WF表示三聚氰胺和水性环氧树脂质量比为2:8的改性水性阻燃胶黏剂为胶黏剂的蜂窝板材。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的说明。
原料：废纺纤维毡，克重为60g/m2，是以废旧衣服为原料，经切碎、除扣、粗开松、精开松、铺网、多次针刺成型等工艺制备得到。多聚甲醛、三乙醇胺、双氰胺、磷酸和三聚氰胺树脂由泉州万众化工有限公司提供；白乳胶购自东莞市三聚胶粘剂科技有限公司；聚氨酯购自烟台万华化学集团股份有限公司。
实施例1
改性水性阻燃胶黏剂：多聚甲醛40g和200mL水混合后在120℃下加热30min，加入1.5g三乙醇胺并搅拌10min得到透明澄清溶液；加入30g双氰胺、14g磷酸和200mL水后继续搅拌30min；升温至75℃加入74g磷酸二氢氨搅拌30min后，冷却至室温；将三聚氰胺树脂和水性阻燃胶黏剂按质量比1:9混合，室温搅拌30min，即得改性水性阻燃胶黏剂。
以废旧衣服为原料的阻燃蜂窝板材：将纤维毡浸渍于改性水性阻燃胶中，经滚筒挤压出多余的胶黏剂，然后纤维毡在90℃烘箱中固化2min后再以120℃热烘干1min，得到厚度为0.85mm的阻燃纤维复合毡和蒙皮板；以白乳胶对制备好的阻燃毡进行错位胶粘后，利用差速辊张拉制备边长为6mm的蜂窝芯材，使用聚氨酯胶对克重为300g/m2的阻燃废纺蒙皮面上上胶后与蜂窝进行粘接，70℃烘箱中固化1min后定型，得到以废旧衣服为原料的阻燃蜂窝板材。
实施例2
改性水性阻燃胶黏剂：多聚甲醛40g和200mL水混合后在120℃下加热30min，加入1.5g三乙醇胺并搅拌10min得到透明澄清溶液；加入30g双氰胺、14g磷酸和200mL水后继续搅拌30min；升温至75℃并加入74g磷酸二氢氨搅拌30min后，冷却至室温；将三聚氰胺树脂和水性阻燃胶黏剂按质量比2:8混合，室温搅拌30min，即得改性水性阻燃胶黏剂。
以废旧衣服为原料的阻燃蜂窝板材：将纤维毡浸渍于改性水性阻燃胶中，经滚筒挤压出多余的胶黏剂后在90℃烘箱中固化2min后再以120℃热压1min，得到厚度为0.85mm的阻燃纤维复合毡和蒙皮板；以白乳胶对制备好的阻燃毡进行错位胶粘后，利用差速辊张拉制备边长为6mm的蜂窝芯材，采用聚氨酯胶对克重为300g/m2的阻燃废纺蒙皮面上上胶后与蜂窝进行粘接，70℃烘箱中固化1min后定型得到以废旧衣服为原料的阻燃蜂窝板材。
实施例3
改性水性阻燃胶黏剂：多聚甲醛40g和200mL水混合后在120℃下加热30min，加入1.5g三乙醇胺并搅拌10min得到透明澄清溶液；加入30g双氰胺、14g磷酸和200mL水后继续搅拌30min；升温至75℃加入74g磷酸二氢氨搅拌30min后，冷却至室温；将三聚氰胺树脂和水性阻燃胶黏剂按质量比3:7混合，室温搅拌30min，即得改性水性阻燃胶黏剂。
以废旧衣服为原料的阻燃蜂窝板材：将纤维毡浸渍于改性水性阻燃胶中，经滚筒挤压出多余的胶黏剂后在90℃烘箱中固化2min后再以120℃热压1min，得到厚度为0.85mm的阻燃纤维复合毡和蒙皮板；以白乳胶对制备好的阻燃毡进行错位胶粘后，利用差速锟张拉制备边长为6mm的蜂窝芯材，采用聚氨酯胶对克重为300g/m2的阻燃废纺蒙皮面上上胶后与蜂窝进行粘接，70℃烘箱中固化1min后定型得到以废旧衣服为原料的阻燃蜂窝板材。
阻燃蜂窝板材的力学性能测试：
依据GB/T 1453-2005夹层结构或芯子平压性能试验方法，取长80mm，宽80mm，厚15mm方形样品，对试样表面施加均匀连续荷载直至破坏，读取破坏荷载并计算平压强度。
阻燃蜂窝板材的最小剥离强度测试：
依据GB/T 1457-2005夹层结构滚筒剥离强度试验方法，取样品宽度100mm，厚度20mm；将被剥离面板的一头夹入滚筒夹具上，使试样轴线与滚筒轴线垂直，另一头装在夹具中，将夹具与试验机相连接，调整试验机载荷零点。以加载速率25mm/min进行加载直至破坏，记录最小剥离荷载P min与抗力荷载P 0后计算最小剥离强度。
阻燃蜂窝板材的阻燃性能测试：
依据GB/T 8626-2007建筑材料可燃性试验方法，采用表面点火与边缘点火方法，火焰高度20mm，点火时间30s，总试验时间60s；记录火焰尖端是否到达距点火点150mm处，试样下方滤纸是否被引燃及观察试样的物理现象。
阻燃蜂窝板材的热稳定性测试：
采用德国Netzsch TG 209 F3 热重分析仪进行测试，测试过程为：将约20 mg样品置于样品池中，通入N2保护，在10℃/min的升温速率下由30℃逐渐升至800℃。
改性水性阻燃胶黏剂的固化行为分析：
胶黏剂的固化行为采用非等温STA 449C示差扫描量热仪（DSC，德国耐驰仪器）表征，测试过程为：在陶瓷坩埚中放入约10 mg样品并置于样品池中，通入30 mL/min流速的N2作为保护气，在10℃/min的升温速率下由25℃逐渐升至250℃。
改性水性阻燃胶黏剂固化行为：
由图1知，与未添加三聚氰胺的胶黏剂（85℃）相比，三聚氰胺树脂和水性阻燃胶黏剂按质量比1:9、2:8和3:7改性后的最大固化温度分别降低至80℃、78℃和76℃，说明三聚氰胺的加入可加速胶黏剂的固化。
阻燃蜂窝板材的热稳定性分析：
由图2知，与原废纺纤维毡的质量残余率（11%）相比，以未改性胶黏剂制备的阻燃复合板质量残余率为19%，以三聚氰胺树脂和水性阻燃胶黏剂按质量比1:9改性的胶黏剂制备的阻燃复合板的质量残余率增加至29%，说明三聚氰胺改性显著增加了材料燃烧时的成炭率。
阻燃蜂窝板的力学性能和阻燃性：
以三聚氰胺树脂和水性阻燃胶黏剂按质量比1:9改性的胶黏剂制备的阻燃复合板的平压强度为0.67MPa，以三聚氰胺树脂和水性阻燃胶黏剂按质量比2:8改性的胶黏剂制备的阻燃复合板的平压强度为0.93MPa，以三聚氰胺树脂和水性阻燃胶黏剂按质量比3:7改性的胶黏剂制备的阻燃复合板部分位置芯材脱胶，无法给出平压强度。
以三聚氰胺树脂和水性阻燃胶黏剂按质量比2:8改性的胶黏剂制备的阻燃复合板的最小剥离强度为43.6N∙mm/mm。
以三聚氰胺树脂和水性阻燃胶黏剂按质量比2:8改性的胶黏剂制备的阻燃复合板表面点火及边缘点火测试，60s内焰尖高度F s≤150mm；60s内无燃烧滴落物引燃滤纸现象，且未燃烧部分力学性能未受影响，达到GB/T 8624-2012建筑材料及制品燃烧性能分级 B1级。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均在本发明待批权利要求保护范围之内。
Claims (1)
1.一种以废弃纺织品为原料的阻燃蜂窝板材的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）以废弃纺织品为原料，通过切碎、除扣、粗开松、精开松、铺网、多次针刺成型工艺制备克重为60~600g/m2的废纺纤维毡；
（2）将废纺纤维毡浸渍于改性水性阻燃胶黏剂中，经滚筒挤压出多余的胶黏剂，在70~120℃烘箱中固化2~10min后经过压辊压平，得到厚度为0.15~5.00mm的阻燃纤维复合毡；
（3）以胶黏剂对制备好的阻燃纤维复合毡进行错位胶粘后，利用差速辊张拉制备边长为3~25mm的蜂窝芯材，将步骤（2）的阻燃纤维复合毡作为蒙皮板，采用面上上胶与蜂窝芯材进行粘接，70~120℃烘箱中固化1min后定型得到以废弃纺织品为原料的阻燃蜂窝板材；
所述改性水性阻燃胶黏剂的制备方法：多聚甲醛和水混合后在120℃下加热30min融溶，加入三乙醇胺并搅拌10min得到透明澄清溶液；然后加入双氰胺、磷酸和水后继续搅拌30min；升温至75℃加入磷酸二氢氨搅拌30min后，冷却至室温即得水性阻燃胶黏剂，将水性阻燃胶黏剂与三聚氰胺树脂按质量比为9:1~7:3混合，室温搅拌30min，即得改性水性阻燃胶黏剂。
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