CN111087829B - 一种麦饭石及植物纤维复合材料及其制造工艺 - Google Patents

一种麦饭石及植物纤维复合材料及其制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及到一种麦饭石及植物纤维复合材料及其制造工艺，该复合材料主料为麦饭石和植物纤维粉，混合助剂采用硬脂酸、钛酸酯、硅烷偶联剂、硬脂酸钙、硼酸锌混合物，其中麦饭石和植物纤维粉控制在60‑80目进行混合反应，并且混合及压模较常规热固性工艺需要采用高压较低温进行。本发明兼容麦饭石与植物纤维的两种特性，并且大大提高植物纤维的疏水性，增加复合材料中麦饭石的韧性，又同时保留了密胺树脂材料的优异性能，降低生产成本。并且能够释放微量元素及负离子，适用于日常生活使用。

Description

一种麦饭石及植物纤维复合材料及其制造工艺
技术领域
本发明涉及到无机和有机复合材料制造技术领域，具体涉及一种麦饭石及植物纤维复合材料及其制造工艺。
背景技术
生活中常见的餐具主要为塑料、玻璃、陶、瓷等制品，但是大量废弃塑料对生态环境造成严重的污染，而玻璃、陶、瓷等材质又容易碎裂，使用不方便。随着密胺树脂餐具的兴起，打破了传统的容器的制造工艺，解决传统容器的存在的问题，但是此类容器的造价较高，作为快速消费或一次性消费的产品，商家难免在选择此类容器会考虑高成本这一因素，久而久之会产生一些负面的想法及做出相应的行为，例如采用有毒的脲醛树脂替代密胺树脂等行为，造成及其严重的影响。针对这一现象市场上又使用废弃植物纤维来制造容器，既环保又经济实惠。植物纤维容器问题在于疏水性较差，并且适用于一些快速消费的地方，应用于居家及一些相对讲究场所植物纤维容器质感较差。近年来，麦饭石的兴起，较受消费者的青睐，麦饭石含有对人体有益的微量元素，用来制作容易器皿是一种趋势与导向。但是麦饭石做器皿一是成本较高，二是韧性较差。若能将植物纤维与麦饭石结合，那大大增加容器器皿的韧性，麦饭石属于无机物，植物纤维属于有机物，二者能稳定结合技术有待于进一步的研究。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种麦饭石及植物纤维复合材料及其制造工艺，既解决麦饭石容器韧性较差问题，同时增加植物纤维疏水性，解决植物纤维的羟性问题，大大降低密胺树脂等改性热固树脂原料使用，降低成本。
为实现以上目的，采用以下技术方案：一种麦饭石及植物纤维复合材料，该复合材料主料为麦饭石和植物纤维粉，且各组分重量配比为：麦饭石35-40％、植物纤维粉20-25％；硬脂酸、钛酸酯、硅烷偶联剂、硬脂酸钙、硼酸锌的混合助剂1-3％；密胺树脂、罩光粉、钛白粉、颜料、抗氧剂、光泽剂混合物30-40％。
进一步地，混合助剂的各组分比重为：硬脂酸30-40％、钛酸酯30-40％、硅烷偶联剂10-15％、硬脂酸钙5-10％、硼酸锌5-10％。
进一步地，植物纤维粉是农作物秸秆、稻壳、玉米芯、木屑细化后中的一种或几种混合粉。
一种麦饭石及植物纤维复合材料的制造工艺，工艺步骤为如下：
步骤一、将麦饭石及植物纤维粉分别在粉碎机中粉碎；
步骤二、将粉碎后的麦饭石及植物纤维在细化机中细化，细化后粒径大小控制为50-200目，并将经筛分60-80目的粉末放入高混机中，小于60目的粉末循环细化；
步骤三、向细化后的粉末加入硬脂酸，钛酸酯，硅烷偶联剂，硬脂酸钙，硼酸锌混合助剂，一同在高混机中混配10-20分钟；温度控制为20-60℃，转速为400-1000转/分；
步骤四、将混配后的原料同密胺树脂、罩光粉、钛白粉、颜料、抗氧剂、光泽剂中的混合物加入高速混合机中混合10-20分钟后过筛，温度控制为20-60℃，转速为400-1000转/分；
步骤五、将混合后的原料用模压机一次模压成型为粗坯，温度为160-170℃，压力为180-210MPa，时间为60-200秒；
步骤六、在粗坯表面涂覆一层密胺树脂涂层，并在干燥设备中烘干去除溶剂和小分子物质；
步骤七、将涂覆烘干后的粗坯再次用模压机一次模压，温度为140℃-160℃，压力为180-210MPa，时间为60-200秒，即制得最终成品。
本发明有益效果：准确的麦饭石与植物纤维的细化精度以及与相应的助剂配比，使二者能够达到最佳的偶联效果，产品成型率极高。兼容麦饭石与植物纤维的两种特性，并且大大提高植物纤维的疏水性，增加麦饭石材料的韧性，又同时保留了密胺树脂材料的优异性能，大大降低密胺树脂为主要原料，降低近三分二的生产成本。本发明适用于餐具、厨具、卫浴等盛装容器及生活用品领域，并且能够释放微量元素及负离子，适用于日常生活使用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此限制本发明的保护范围。
本实施方式是以原料小试一公斤的基础上来进行该技术方案的制造工艺实验，本次试验重点在于麦饭石和植物纤维的偶联结合，密胺树脂、罩光粉、钛白粉、颜料、抗氧剂、光泽剂的混合物为基于密胺树脂产品成型的包括外观要求相应助剂，故前述混合物设定为定值，标记为混合物M。
工艺步骤为如下：
步骤一、将麦饭石及植物纤维粉分别在粉碎机中粉碎。
步骤二、将粉碎后的麦饭石及植物纤维在细化机中细化，细化后粒径大小控制为50-200目，并将经筛分60-80目的粉末放入高混机中，小于80目的粉末循环细化，超过80目颗粒太细且分散，偶联效果差，低于50目植物纤维太粗糙、含杂质多。
步骤三、向细化后的粉末加入硬脂酸，钛酸酯，硅烷偶联剂，硬脂酸钙，硼酸锌混合助剂，一同在高混机中混配10-20分钟；温度控制为20-60℃，转速为30-1000转/分，其中硬脂酸主要用途是稳定及表面活性处理；钛酸酯通过它的烷氧基直接和填料或颜料表面所吸附的微量羧基或羟基进行化学作用而偶联，针对植物纤维与树脂起到偶联交联的反应效果；硅烷偶联剂主要是提升材料的疏水性，是让麦饭石与植物纤维预处理反应，分散均匀后再与树脂更有效的相融偶联；硬脂酸钙主要是增强麦饭石与植物纤维分散效果；硼酸锌主要是增强麦饭石与植物纤维的偶联反应效果，由于添加硅烷偶联剂、硬脂酸钙及硼酸锌，温度超过60℃，会产生结晶反应。
步骤四、将混配后的原料同密胺树脂、罩光粉、钛白粉、颜料、抗氧剂、光泽剂中的混合物加入高速混合机中混合10-20分钟后过筛，温度控制为20-60℃，转速为400-1000转/分。
步骤五、将混合后的原料用模压机一次模压成型为粗坯，温度为160-170℃，由于麦饭石属于无机类化学物质，强度较大，分子流动能力较差，又防止将其打散，故压力必须控制在180-210MPa，时间为60-200秒。
步骤六、在粗坯表面涂覆一层密胺树脂涂层，并在干燥设备中烘干去除溶剂和小分子物质。
步骤七、将涂覆烘干后的粗坯再次用模压机一次模压，温度为140℃-160℃，压力为180-210MPa，时间为60-200秒，即制得最终成品。
实施例1
各组分重量配比如下表
组分 质量比
麦饭石 40
秸秆 20
硬脂酸 0.6
钛酸酯 0.6
硅烷偶联剂 0.4
硬脂酸钙 0.2
硼酸锌 0.2
混合物M 38
本试验结果分析：产品的分散剂流动性较好，成型的产品重量都在108-111克之间，产品增重10％左右，其产品比重/密度值为1250，稳定性相对较好。摔落实验，在1.5米高度自由落体摔下，未见损坏；高于1.5米自由落体摔下5次，表面有裂痕。
实施例2
Figure GDA0003133996460000031
Figure GDA0003133996460000041
本试验结果分析：产品的分散剂流动性非常差，成型的产品重量都在113-116克之间，产品增重15％左右，其产品比重/密度值为1390，表面有结块，手感质量差，稳定性差。摔落实验，在1.5米高度自由落体摔下5次，4次局部摔裂，且伴有碎渣。
实施例3
组分 质量比
麦饭石 40
秸秆 20
硬脂酸 0.3
钛酸酯 0.3
硅烷偶联剂 0.2
硬脂酸钙 0.1
硼酸锌 0.1
混合物M 39
本试验结果分析：产品的分散剂流动性较差，成型的产品重量都在110-112克之间，产品增重11％左右，其产品比重/密度值为1265，表面有少数坑斑及细微颗粒。摔落实验，在4米高度自由落体摔下5次，未见损坏；高于1.5米自由落体摔下5次，2次表面有裂痕。
实施例4
组分 质量比
秸秆 40
硬脂酸 0.6
钛酸酯 0.6
硅烷偶联剂 0.4
硬脂酸钙 0.2
硼酸锌 0.2
混合物M 58
本试验结果分析：只有部分产品成型，产品的分散剂流动性非常差，成型的产品重量都在115-118克之间，产品增重17％左右，其产品比重/密度值为1350，表面有结块，手感质量差，色泽差，稳定性差。摔落实验，在1.5米高度自由落体摔下5次，未见损坏。
实施例5
配比为实施例1中的组分配比，工艺条件变化如下
步骤4 温度控制为70℃
步骤5 温度为180℃，压力为150-180MPa，
步骤7 温度为130℃，压力为150-180MPa，
本试验结果分析：产品的分散剂流动性不好，成型的产品重量都在115-118克之间，产品增重17％左右，其产品比重/密度值为1250，稳定性较好。摔落实验，在1.5米高度自由落体摔下5次，未见损坏。
实施例6
配比为实施例2中的组分配比，工艺条件变化如下
步骤4 温度控制为70℃
步骤5 温度为180℃，压力为150-180MPa，
步骤7 温度为130℃，压力为150-180MPa，
本试验结果分析：产品的分散剂流动性非常差，成型的产品重量都在113-116克之间，产品增重15％左右，其产品比重/密度值为1360，表面稍有结块，手感质量差，稳定性差。摔落实验，在1.5米高度自由落体摔下5次，其中1次局部摔裂，且伴有极少碎渣。
实施例7
实施例1、4、5的检测报告及其对比
Figure GDA0003133996460000051
实施例1的莱茵抗菌检测报告数据
Figure GDA0003133996460000061

Claims (4)

1.一种麦饭石及植物纤维复合材料，其特征在于，该复合材料主料为麦饭石和植物纤维粉，且各组分重量配比为：麦饭石35-40％、植物纤维粉20-25％；硬脂酸、钛酸酯、硅烷偶联剂、硬脂酸钙、硼酸锌的混合助剂1-3％；密胺树脂、罩光粉、钛白粉、颜料、抗氧剂、光泽剂混合物30-40％。
2.根据权利要求1所述的一种麦饭石及植物纤维复合材料，其特征在于，所述的混合助剂的各组分比重为：硬脂酸30-40％、钛酸酯30-40％、硅烷偶联剂10-15％、硬脂酸钙5-10％、硼酸锌5-10％。
3.根据权利要求1所述的一种麦饭石及植物纤维复合材料，其特征在于，所述的植物纤维粉是农作物秸秆、稻壳、玉米芯、木屑细化后中的一种或几种混合粉。
4.如权利要求1所述的一种麦饭石及植物纤维复合材料的制造工艺，其特征在于，工艺步骤为如下：
步骤一、将麦饭石及植物纤维粉分别在粉碎机中粉碎；
步骤二、将粉碎后的麦饭石及植物纤维在细化机中细化，细化后粒径大小控制为50-200目，并将经筛分60-80目的粉末放入高混机中，小于60目的粉末循环细化；
步骤三、向细化后的粉末加入硬脂酸，钛酸酯，硅烷偶联剂，硬脂酸钙，硼酸锌混合助剂，一同在高混机中混配10-20分钟；温度控制为20-60℃，转速为400-1000转/分；
步骤四、将混配后的原料同密胺树脂、罩光粉、钛白粉、颜料、抗氧剂、光泽剂中的混合物加入高速混合机中混合10-20分钟后过筛，温度控制为20-60℃，转速为400-1000转/分；
步骤五、将混合后的原料用模压机一次模压成型为粗坯，温度为160-170℃，压力为180-210MPa，时间为60-200秒；
步骤六、在粗坯表面涂覆一层密胺树脂涂层，并在干燥设备中烘干去除溶剂和小分子物质；
步骤七、将涂覆烘干后的粗坯再次用模压机一次模压，温度为140℃-160℃，压力为180-210MPa，时间为60-200秒，即制得最终成品。
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