本發(fā)明涉及一種新型纖維板的制備方法，特別是一種基于廢棄棉紡織品再生利用的高性能纖維板及其制備方法。

背景技術(shù)：

棉纖維是最重要的紡織原料之一，也是產(chǎn)量最高的天然纖維。據(jù)統(tǒng)計，2011年全球消費棉花共計2424.3萬噸，其中我國的消耗量約占全球的40％。近年來，隨著紡織工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，加上紡織品的使用周期縮短，造成廢舊紡織品的數(shù)量不斷攀升，大量的紡織廢料，如生產(chǎn)過程的下腳料、廢紗、廢布以及使用過廢棄的衣服等其他紡織品，往往用來擦油污、清潔地板后或者直接被丟棄掩埋、焚燒，其利用價值沒有完全發(fā)揮出來，造成極大的資源浪費。據(jù)估計，2012年我國廢舊紡織品的存量已達(dá)2300萬噸，這其中，純棉及含棉紡織品占了很大一部分。

發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)是當(dāng)下全球經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)出的一個新態(tài)勢。其本質(zhì)就是倡導(dǎo)在物質(zhì)不斷循環(huán)利用的基礎(chǔ)上發(fā)展經(jīng)濟(jì)。從根本上消除長期以來環(huán)境與發(fā)展二者的尖銳沖突。因此發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)是我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要措施之一，也是建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”的必由之路，對廢舊紡織品進(jìn)行回收再利用就是積極響應(yīng)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)這個新態(tài)勢的重大舉措，不僅能節(jié)約大量能源，有效補充紡織行業(yè)的原料供給，還可以節(jié)約用地，降低紡織品行業(yè)對環(huán)境的污染，因此，對廢舊紡織品特別是廢舊棉紡織品的再利用勢在必行。

目前，對于廢棄棉紡織纖維的處理，質(zhì)量較差的廢棄棉紡織纖維一般采用燃燒法或者填埋，但該方法容易對環(huán)境造成污染；對于質(zhì)量較好的廢棄棉紡織纖維，則可以作為紡織原料進(jìn)行紡織品加工、制作非織造布或用作造紙原料，但這些方法所制備的產(chǎn)品附加值均較低，不利于工業(yè)化大量生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于廢棄棉紡織品再生利用的高性能纖維板及其制備方法，并為解決廢棄棉紡織品的二次高值化利用難題提供一種環(huán)?？尚械霓k法。

本發(fā)明第一次以廢棄的棉紡織品為原料，以其制備的棉纖維為基體，選用較易得到的工業(yè)原料多異氰酸酯為膠黏組分，探索出了適合于廢棄棉纖維的纖維板加工成型工藝。該纖維板在利用了原本廢棄的、會對環(huán)境造成污染的棉紡織品的同時，具有優(yōu)異的力學(xué)性能和較低的吸水率，而且不會像與其類似的高密度纖維板一樣在使用過程中向環(huán)境中不斷釋放甲醛，其各項物理機械性能均超過了gb‐t31765‐2015(高濕型高密度纖維板)和gb18580‐2001(e1級)中的要求。

根據(jù)國標(biāo)gb‐t31765‐2015的定義，高密度纖維板是指以木材或其他植物為原料，經(jīng)纖維制備，施加膠黏劑，在加熱加壓的條件下，壓制成厚度不小于1.5mm，名義密度大于0.8g/cm³的板材。通常，高密度纖維板至少含有80％以上的植物纖維，而剩下的膠黏劑組分主要有酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、異氰酸酯膠黏劑以及新型環(huán)保型膠黏劑木質(zhì)素、單寧、大豆蛋白、淀粉等。根據(jù)不同的需要可以選擇不同的膠黏劑?？梢姡诟呙芏壤w維板中的基體材料是各種可降解的植物纖維，而石油基聚合物材料用量較少甚至可以不用，選取合適的配方制備出的高密度纖維板完全可以是一種環(huán)境友好的高性能復(fù)合材料。本發(fā)明證明為了解決廢棄棉紡織品的二次高值化利用難題，以廢棄棉紡織品加工所制得的棉纖維為基體來制備高密度纖維板是一種環(huán)保可行的辦法。

本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

基于廢棄棉紡織品再生利用的高性能纖維板的制備方法，包括如下步驟：

(1)棉纖維的制備：將廢棉布裁剪為碎布片，用水浸泡6～48小時，將碎布片、水、氫氧化鈉以及過氧化氫混合均勻后于100～180℃連續(xù)蒸煮1～24小時；然后，將蒸煮后的碎布片用水洗凈，以盤磨法磨漿1～15次；將磨好的漿料干燥后在500‐2000rpm下進(jìn)行二次粉碎，得到棉纖維；

(2)高性能纖維板的制備：將多異氰酸酯和步驟(1)中得到的棉纖維均勻混合，得到施膠的棉纖維；將施膠的棉纖維鋪裝后進(jìn)行預(yù)壓成型，得到預(yù)壓板；然后，升溫至100～200℃，在10～100mpa的熱壓條件下，將預(yù)壓板熱壓10～1000秒后，放置于室溫下冷卻，得到高性能纖維板。

為進(jìn)一步實現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選地，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，步驟(2)中原料組分組成為：棉纖維50～95份；多異氰酸酯5～50份。

優(yōu)選地，所述的多異氰酸酯為異佛爾酮二異氰酸酯、1,6‐六亞甲基二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷‐4,4′‐二異氰酸酯、多亞甲基多苯基多異氰酸酯、苯二亞甲基二異氰酸酯、甲基環(huán)己基二異氰酸酯和四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯中的任一種或多種的混合物。

優(yōu)選地，步驟(1)中水、氫氧化鈉和過氧化氫的用量分別為碎布片質(zhì)量的500～4000％、1～40％和1～20％。

優(yōu)選地，步驟(1)中所獲得的棉纖維的平均寬度為1～100μm，質(zhì)量平均長度為0.3～3mm，大于等于200目細(xì)小纖維質(zhì)量含量為5～50％。

優(yōu)選地，步驟(1)中所獲得的棉纖維的含水率為2～30％。

優(yōu)選地，步驟(2)中，所述將施膠的棉纖維鋪裝后進(jìn)行預(yù)壓成型的壓力為5～50mpa。

一種基于廢棄棉紡織品再生利用的高性能纖維板，由上制備方法制得，按照國標(biāo)gb‐t31765‐2015中規(guī)定的方法進(jìn)行測試，該纖維板的靜曲強度為42～55mpa，彈性模量為3800～4500mpa，內(nèi)結(jié)合強度為2～5mpa，24小時吸水厚度膨脹率為7～13％。

所獲得的高性能纖維板的密度為0.7～1.2g/cm³，厚度為3～10mm。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下特點：

(1)本發(fā)明突破了行業(yè)內(nèi)對棉質(zhì)纖維無法制備優(yōu)質(zhì)纖維板的偏見(認(rèn)為棉纖維的強度不足以制備優(yōu)質(zhì)纖維板)，采用的化學(xué)機械法(堿性過氧化氫蒸煮和常溫盤磨)替代了傳統(tǒng)的熱磨機械法，使得廢棄棉紡織品可以良好地解離為所需尺寸的棉纖維，并發(fā)現(xiàn)以可降解的廢棄棉纖維為基體制備出的纖維板的力學(xué)性能和耐濕性能超出了gb‐t31765‐2015對高濕型高密度纖維板的要求，且無甲醛釋放，是一種環(huán)境友好的具有高附加值的高性能纖維板；

(2)本發(fā)明第一次實現(xiàn)了以廢棄棉紡織品作為原料來制備纖維板，既解決了廢棄棉紡織品的處理難題，又為纖維板的制造提供了來源豐富的原料；

(3)本發(fā)明的高性能纖維板的制備工藝均可利用現(xiàn)有設(shè)備實現(xiàn)，所需原料配方也均較易得到，適用于工業(yè)化生產(chǎn)；

(4)本發(fā)明的高性能纖維板可廣泛應(yīng)用于建筑、家居以及包裝材料領(lǐng)域，具有很好的應(yīng)用前景。

具體實施方式

為更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1

棉纖維的制備：將廢棉布裁剪為碎布片，用水浸泡48小時，將2kg的碎布片與其質(zhì)量分?jǐn)?shù)2000％的水、8％的氫氧化鈉以及5％的過氧化氫混合均勻后于180℃連續(xù)蒸煮12小時；將蒸煮后的碎布片用水洗凈；將上述碎布片以盤磨法磨漿6次，磨好的漿料干燥至含水率為10％后用切割式研磨儀以1500rpm進(jìn)行二次粉碎，得到棉纖維，其質(zhì)量平均長度為0.5mm；平均寬度為12μm，大于等于200目細(xì)小纖維質(zhì)量含量為50％。

高性能纖維板的制備：以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，將15份mdi均勻的噴涂在85份棉纖維的表面得施膠纖維，將施膠纖維鋪裝后在20mpa下進(jìn)行預(yù)壓成型，然后將得到的預(yù)壓板在60mpa、180℃條件下熱壓160秒，最后于室溫下放置冷卻，得高性能纖維板。

最終制得纖維板樣品尺寸為300×300×5mm，其表面光滑，無明顯膠斑，外觀十分均勻。制備成樣條后按照國家標(biāo)準(zhǔn)gb-t31765-2015(高濕型高密度纖維板)和gb18580-2001(e1級)對其進(jìn)行測試，其密度為1.04g/cm³，24小時吸水膨厚度脹率為8.8％，靜曲強度為44.9mpa，彈性模量為4200mpa，內(nèi)結(jié)合強度為4.96mpa，濕內(nèi)結(jié)合強度為3.55mpa，甲醛釋放量為0.01mg/100g，其各項性能均符合且優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。gb18580-2001(e1級)是目前國內(nèi)對纖維板甲醛釋放量要求最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，本樣品的甲醛釋放量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于此標(biāo)準(zhǔn)，因此具有十分優(yōu)異的環(huán)保性能；gb-t31765-2015(高濕型高密度纖維板)是對纖維板耐濕性檢測最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，同時也是對纖維板綜合性能評測較嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，在沒有添加任何防水劑的情況下，本實施例所制備的纖維板的吸水厚度膨脹率只有國標(biāo)要求的73％，濕內(nèi)結(jié)合強度和內(nèi)結(jié)合強度分別達(dá)到國標(biāo)要求的7倍和4倍，靜曲強度和彈性模量也已均超過國標(biāo)要求，因此具有極好的耐濕性和優(yōu)異的力學(xué)性能，是一種環(huán)境友好的高性能復(fù)合材料，可應(yīng)用于對耐濕性要求較高的場合，如室外建材、包裝材料等，具有很好的應(yīng)用前景。

實施例2

棉纖維的制備：將廢棉布裁剪為碎布片，用水浸泡6小時，將2kg碎布片與其質(zhì)量分?jǐn)?shù)1000％的水、20％的氫氧化鈉以及10％的過氧化氫混合均勻后于120℃連續(xù)蒸煮6小時；將蒸煮后的碎布片用水洗凈；將上述碎布片以盤磨法磨漿3次，磨好的漿料干燥至含水率為15％后用切割式研磨儀以1500rpm進(jìn)行二次粉碎，得到棉纖維，其質(zhì)量平均長度為1.0mm；平均寬度為30μm，大于等于200目細(xì)小纖維質(zhì)量含量為15％。

高性能纖維板的制備：以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，將30份tdi均勻的噴涂在70份棉纖維的表面得施膠纖維，將施膠纖維鋪裝后在20mpa下進(jìn)行預(yù)壓成型，然后將得到的預(yù)壓板在10mpa、140℃條件下熱壓320秒，最后于室溫下放置冷卻，得高性能纖維板。

按照國家標(biāo)準(zhǔn)gb‐t31765‐2015(高濕型高密度纖維板)和gb18580‐2001(e1級)對其進(jìn)行測試，其密度為0.83g/cm³，24小時吸水膨厚度脹率為13.2％，靜曲強度為42.1mpa，彈性模量為3820mpa，內(nèi)結(jié)合強度為4.15mpa，濕內(nèi)結(jié)合強度為3.27mpa，甲醛釋放量為0.02mg/100g。上述測試結(jié)果表明，本實施例制備的纖維板具有很好的耐濕性、極低的甲醛釋放量和優(yōu)異的力學(xué)性能，是一種環(huán)境友好的高性能復(fù)合材料。

實施例3

棉纖維的制備：將廢棉布裁剪為碎布片，用水浸泡24小時，將2kg碎布片與其質(zhì)量分?jǐn)?shù)500％的水、30％的氫氧化鈉以及15％的過氧化氫混合均勻后于100℃連續(xù)蒸煮1小時；將蒸煮后的碎布片用水洗凈；將上述碎布片以盤磨法磨漿1次，磨好的漿料干燥至含水率為20％后用切割式研磨儀以1500rpm進(jìn)行二次粉碎，得到棉纖維，其質(zhì)量平均長度為0.3mm；平均寬度為15μm，大于等于200目細(xì)小纖維質(zhì)量含量為25％。

高性能纖維板的制備：以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，將40份mdi均勻的噴涂在60份棉纖維的表面得施膠纖維，將施膠纖維鋪裝后在20mpa下進(jìn)行預(yù)壓成型，然后將得到的預(yù)壓板在30mpa、100℃條件下熱壓500秒，最后于室溫下放置冷卻，得高性能纖維板。

按照國家標(biāo)準(zhǔn)gb‐t31765‐2015(高濕型高密度纖維板)和gb18580‐2001(e1級)對其進(jìn)行測試，其密度為1.11g/cm³，24小時吸水膨厚度脹率為8.2％，靜曲強度為48.5mpa，彈性模量為4270mpa，內(nèi)結(jié)合強度為4.92mpa，濕內(nèi)結(jié)合強度為3.67mpa，甲醛釋放量為0.02mg/100g。上述測試結(jié)果表明，本實施例制備的纖維板具有很好的耐濕性、極低的甲醛釋放量和優(yōu)異的力學(xué)性能，是一種環(huán)境友好的高性能復(fù)合材料。

實施例4

棉纖維的制備：將廢棉布裁剪為碎布片，用水浸泡12小時，將2kg碎布片與其質(zhì)量分?jǐn)?shù)3000％的水、40％的氫氧化鈉以及20％的過氧化氫混合均勻后于160℃連續(xù)蒸煮16小時；將蒸煮后的碎布片用水洗凈；將上述碎布片以盤磨法磨漿10次，磨好的漿料干燥至含水率為30％后用切割式研磨儀以1500rpm進(jìn)行二次粉碎，得到棉纖維，其質(zhì)量平均長度為2mm；平均寬度為60μm，大于等于200目細(xì)小纖維質(zhì)量含量為40％。

高性能纖維板的制備：以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，將20份papi均勻的噴涂在80份棉纖維的表面得施膠纖維，將施膠纖維鋪裝后在20mpa下進(jìn)行預(yù)壓成型，然后將得到的預(yù)壓板在80mpa、190℃條件下熱壓800秒，最后于室溫下放置冷卻，得高性能纖維板。

按照國家標(biāo)準(zhǔn)gb‐t31765‐2015(高濕型高密度纖維板)和gb18580‐2001(e1級)對其進(jìn)行測試，其密度為0.92g/cm³，24小時吸水膨厚度脹率為12.0，靜曲強度為42.4mpa，彈性模量為3960mpa，內(nèi)結(jié)合強度為3.35mpa，濕內(nèi)結(jié)合強度為2.52mpa，甲醛釋放量為0.01mg/100g。上述測試結(jié)果表明，本實施例制備的纖維板具有很好的耐濕性、極低的甲醛釋放量和優(yōu)異的力學(xué)性能，是一種環(huán)境友好的高性能復(fù)合材料。

實施例5

棉纖維的制備：將廢棉布裁剪為碎布片，用水浸泡36小時，將2kg碎布片與其質(zhì)量分?jǐn)?shù)4000％的水、10％的氫氧化鈉以及1％的過氧化氫混合均勻后于140℃連續(xù)蒸煮20個小時；將蒸煮后的碎布片用水洗凈；將上述碎布片以盤磨法磨漿15次，磨好的漿料干燥至含水率為2％后用切割式研磨儀以1500rpm進(jìn)行二次粉碎，得到棉纖維，其質(zhì)量平均長度為1.5mm；平均寬度為80μm，大于等于200目細(xì)小纖維質(zhì)量含量為10％。

高性能纖維板的制備：以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，將10份papi均勻的噴涂在90份棉纖維的表面得施膠纖維，將施膠纖維鋪裝后在20mpa下進(jìn)行預(yù)壓成型，然后將得到的預(yù)壓板在100mpa、170℃條件下熱壓50秒，最后于室溫下放置冷卻，得高性能纖維板。

按照國家標(biāo)準(zhǔn)gb‐t31765‐2015(高濕型高密度纖維板)和gb18580‐2001(e1級)對其進(jìn)行測試，其密度為1.16g/cm³，24小時吸水膨厚度脹率為7.6％，靜曲強度為54.2mpa，彈性模量為4480mpa，內(nèi)結(jié)合強度為4.98mpa，濕內(nèi)結(jié)合強度為3.72mpa，甲醛釋放量為0.02mg/100g。上述測試結(jié)果表明，本實施例制備的纖維板具有很好的耐濕性、極低的甲醛釋放量和優(yōu)異的力學(xué)性能，是一種環(huán)境友好的高性能復(fù)合材料。

實施例6

棉纖維的制備：將廢棉布裁剪為碎布片，用水浸泡18小時，將2kg碎布片與其質(zhì)量分?jǐn)?shù)2500％的水、5％的氫氧化鈉以及8％的過氧化氫混合均勻后于150℃連續(xù)蒸煮3小時；將蒸煮后的碎布片用水洗凈；將上述碎布片以盤磨法磨漿8次，磨好的漿料干燥至含水率為6％后用切割式研磨儀以1500rpm進(jìn)行二次粉碎，得到棉纖維，其質(zhì)量平均長度為0.8mm；平均寬度為5μm，大于等于200目細(xì)小纖維質(zhì)量含量為35％。

高性能纖維板的制備：以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，將18份mdi均勻的噴涂在82份棉纖維的表面得施膠纖維，將施膠纖維鋪裝后在20mpa下進(jìn)行預(yù)壓成型，然后將得到的預(yù)壓板在30mpa、130℃條件下熱壓200秒，最后于室溫下放置冷卻，得高性能纖維板。

按照國家標(biāo)準(zhǔn)gb‐t31765‐2015(高濕型高密度纖維板)和gb18580‐2001(e1級)對其進(jìn)行測試，其密度為0.97g/cm³，24小時吸水膨厚度脹率為9.7％，靜曲強度為44.6mpa，彈性模量為4060mpa，內(nèi)結(jié)合強度為3.66mpa，濕內(nèi)結(jié)合強度為3.13mpa，甲醛釋放量為0.02mg/100g。上述測試結(jié)果表明，本實施例制備的纖維板具有很好的耐濕性、極低的甲醛釋放量和優(yōu)異的力學(xué)性能，是一種環(huán)境友好的高性能復(fù)合材料。