CN114182573A - 一种抗菌阻燃装饰纤维板材 - Google Patents

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Abstract

本发明属于聚乙烯纤维技术领域，具体涉及一种抗菌阻燃装饰纤维板材；该纤维板材由漂白硫酸盐针叶木浆5～15％、聚乙烯短纤维40％～70％、短切聚丙烯纤维5～30％、短切碳纤维5％～25％、复合微胶囊0.5～10％组成，本发明的纤维板材拉伸强度可达172.2～178.5MPa，断裂伸长率为1.89～2.06％，模量为16.9～18.2GPa，同时添加的复合微胶囊具有抗菌阻燃多效合一的功能，阻燃剂瞬时的释放量大，且可达到长效广谱抗菌效果，可广泛用于汽车、家具等领域。

Description

一种抗菌阻燃装饰纤维板材
技术领域
本发明属于装饰纤维板材技术领域，具体涉及一种抗菌阻燃装饰纤维板材。
技术背景
聚乙烯(PE)是一种半结晶的热塑性高分子材料，其化学性质稳定、质量小、耐腐蚀、柔韧性好、易加工成型、力学性能优异。聚乙烯原料丰富、应用广泛的热塑性树脂，常用于制作包装材料、防腐材料、薄膜、通信电缆、承压部件等，已成为生产和生活等各领域中不可或缺的材料之一，目前其用量已约占塑料总量的1/4。但聚乙烯材料的力学强度通常较低，且在较长纤维的相互缠绕下，一定程度上可提高力学性能，但同时也存在大量的孔隙结构，导致空气含量高，阻燃效果下降，在一定程度上限制了它的应用广泛性，因此，如何采用简单的生产工艺能达到较好力学性能的聚乙烯材料对其具有重要意义。目前，研究表明，多采用高分子量或超高分子量的聚乙烯来提高聚乙烯纤维的性能，但该生产过程中共混物料难以达到较好的匀度，因此极大地增加了大规模生产过程中的设备成本以及分散性等物料的添加。另一方面，聚乙烯纤维材料在很多领域中需要增加阻燃性能，避免高温产生的可燃性或减缓火灾蔓延的趋势，为了达到良好的阻燃效果，通常在制备聚乙烯纤维时，向纤维原料中混入阻燃剂或在成型纤维的表面涂覆一层阻燃涂层，两者都会对纤维的性能造成影响，采用该方法添加的阻燃剂在纤维材料进行老化或水洗等具体使用过程中容易造成阻燃剂的脱落，甚至会造成环境污染；中国专利CN106243471公开了一种阻燃木纤维增强聚乙烯柔性卷材及其制造方法，其采用三聚氰胺树脂对木纤维和阻燃剂、相容剂、润滑剂等功能助剂进行包覆形成膨胀型阻燃体系，其中木纤维作为阻燃体系的炭源使用，木纤维被三聚氰胺树脂包覆后与聚乙烯纤维的接触几乎没有，其所要解决的木纤维增强聚乙烯材料并未在技术方案中难以体现；中国专利CN 112376123 A公开了一种微胶囊化聚磷酸铵阻燃超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，该发明中的基体纤维采用的是超高分子量聚乙烯纤维，通过增加微胶囊化聚磷酸铵提高阻燃效果，该微胶囊由三聚氰胺-甲醛树脂进行包覆，其氧指数可达27％以上，但该发明采用的三聚氰胺-甲醛树脂对阻燃剂进行包裹，在高温、甚至达到可燃点时，该树脂可产生有毒气体，威胁人体健康，造成环境负担。综上所述，开发一种具备优异力学性能、抗菌阻燃多效合一且绿色环保的聚乙烯纤维材料对工业化生产、保持良好的人类生存环境具有重要意义。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种抗菌阻燃装饰纤维板材。
所述的抗菌阻燃装饰纤维板材，按质量百分数计，由含水量95％的漂白硫酸盐针叶木浆5～15％、短切聚乙烯纤维40％～70％、短切聚丙烯纤维5～30％、短切碳纤维5％～25％、复合微胶囊0.5～10％组成；
所述短切聚乙烯纤维的长度为6mm；
所述短切聚丙烯纤维的长度为5mm；
所述短切碳纤维的长度为6mm；
所述复合微胶囊为改性瓜尔豆胶包覆阻燃芯；
所述改性瓜尔豆胶为季铵盐改性瓜尔胶；
所述季铵盐选自聚季铵盐-1、聚季铵盐-10、聚季铵盐-16或聚季铵盐-22。
优选地，所述纤维板材由漂白硫酸盐针叶木浆5～10％、短切聚乙烯纤维48％～60％、短切聚丙烯纤维5～25％、短切碳纤维5％～18％、复合微胶囊1～6％组成；
所述阻燃芯选自氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、焦磷酸盐、聚磷酸铵、聚对苯砜苯基膦酸酯、环状膦酸酯、多元醇磷酸酯、膦酸三苯酯中的一种或组合；
所述复合微胶囊的制备方法为：将改性瓜尔豆胶在水溶液中搅拌，分散均匀，加热至80～90℃保温，降温至50～60℃，将阻燃芯水溶液缓慢加入至改性瓜尔豆胶溶液中，搅拌，分散均匀，冷却，过滤，干燥，得到复合微胶囊；
进一步地，所述阻燃芯水溶液的固含量为1～10％；
所述改性瓜尔豆胶的制备方法为：将季铵盐与瓜尔豆胶在水溶液中混合，加入引发剂，在紫外照射下进行交联，经透析、干燥得到改性瓜尔豆胶；
进一步地，所述引发剂选自BP、AIBN、CTX、DMB中的一种；
进一步地，所述季铵盐与瓜尔豆胶的混合质量比为1:1～6；
本发明所述抗菌阻燃装饰纤维板材的制备步骤如下：
将漂白硫酸盐针叶木浆在水里碎浆机中碎解、磨浆，然后与短切聚乙烯纤维、短切聚丙烯纤维、短切碳纤维、复合微胶囊在搅拌器下混合均匀，经上网成型，在16～20MPa、50℃下压水20s，在20～25MPa、150℃下热压60s得到纤维板材，最后切边、压光、码垛。
本发明的抗菌阻燃装饰纤维板材中采用了短切聚乙烯纤维、短切聚丙烯纤维和短切碳纤维，相比长丝纤维，短纤维之间的缠绕少，纤维之间的空隙小，同时，短纤维的共混均匀性明显提高，得到的混合物料匀度好，可提高纤维成型后的硬度和刚性、抗弯曲性能以及抗冲击强度等力学性能；另外聚乙烯短纤维和聚丙烯短纤维可形成共晶结构，提高纤维成型的性能，进一步通过短切碳纤维增强纤维的力学性能。
由于本发明三种基体纤维均为短纤维，都是滤水性极好的非植物纤维，纤维之间结合力弱，在成型过程中，会因滤水过快，没有水位，导致成型匀度不够，从而可能在成型缸上不了卷，因此在配方中加入漂白硫酸盐针叶木浆，可降低纤维之间的滑移性，增加水位，从而提高纤维的混合均匀性，同时可进一步增加纤维之间的结合能力，提高复合材料的力学性能。
本发明的装饰纤维板材中添加了抗菌阻燃多效合一的复合微胶囊，该复合微胶囊为季铵盐改性的瓜尔豆胶包覆阻燃芯的结构，该季铵盐改性瓜尔豆胶结构中可具有较多的羟基官能团，可与含有金属离子的阻燃芯结合，或通过氢键与阻燃芯结合，从而将阻燃芯包裹在其中，形成微胶囊，该微胶囊外层则为可含有季铵阳离子或带有长链烷烃的季铵阳离子，该结构与细菌接触后，可与带有负电荷的细胞膜进行结合，改变细胞膜的通透性，导致细胞质中的酶等物质渗出，蛋白变性达到杀菌效果，而长的疏水链可接入细胞膜内使得细胞膜破裂，从而达到杀菌效果；因此，一方面，该复合微胶囊通过外层带有正电荷的季铵阳离子达到抗菌效果，另一方面，该复合微胶囊内部通过氢键或离子吸附包裹具有阻燃功能的物质，从而达到抗菌阻燃多效合一的功能，进一步地，微胶囊可包裹的阻燃芯含量大，可减少复合材料的制备和使用过程阻燃剂的流失和脱落，也可减少抗菌剂的使用，从而降低生产成本。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明的抗菌阻燃装饰纤维板材及其应用采用了漂白硫酸盐针叶木浆，降低纤维之间的滑移性，增加水位，从而提高纤维的混合均匀性，解决了纤维之间因结合力弱导致的滤水过快、没有水位、成型匀度不够，甚至无法成型的缺陷，同时可进一步增加纤维之间的结合能力，提高复合材料的力学性能。
(2)本发明的抗菌阻燃装饰纤维板材及其应用采用纤维长度为6mm的短切聚乙烯纤维、5mm的短切聚丙烯纤维、6mm的短切碳纤维进行混合，得到的混合物料匀度好，缠绕少，纤维之间的空隙小，同时短切聚乙烯纤维和短切聚丙烯纤维形成共晶结构，制备的复合材料硬度和刚性大，抗弯曲性能好，缺口抗冲击强度高。
(3)本发明采用抗菌阻燃多效合一的复合微胶囊，可同时达到抗菌和阻燃效果，减少复合材料在制备和使用过程中阻燃剂的脱落，瞬时阻燃释放大，阻燃效果好，同时具有长效抗菌效果，也减少了抗菌剂的使用，降低生产成本，同时该复合微胶囊分解不会产生毒害气体，符合可持续发展规划，可广泛用于汽车、家具等领域。
具体实施方式
本发明下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。实施例中所用到的各种常用化学试剂，均为市售产品。
除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不用于限制本发明。
本发明的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，以下实施例对本发明做进一步的描述，但该实施例并非用于限制本发明的保护范围。
实施例1制备改性瓜尔豆胶
将8kg季铵盐-16和24kg瓜尔豆胶分散在220L蒸馏水中，搅拌均匀，加入0.32kg BP光敏引发剂，在紫外光照射30min，采用Dialysis tube MD44透析袋在蒸馏水中透析，冷冻干燥得到改性瓜尔豆胶；
本发明后续制备微胶囊所用的改性瓜尔豆胶采用该制备方法富集得到。
实施例2制备复合微胶囊
将实施例1的改性瓜尔豆胶分散在水溶液中，得到固含量为4％的混合水溶液，搅拌均匀，加热至85℃，保温40min，降温至55℃，将固含量为3％阻燃芯(硼酸锌、环状膦酸酯、膦酸三苯酯按重量比1:1:1混合)水溶液缓慢加入至改性瓜尔豆胶溶液中，充分搅拌，分散均匀，冷却至室温，过滤，冷冻干燥，得到复合微胶囊；
本发明后续的实施例中使用到的复合微胶囊均采用本实施例的复合微胶囊制备方法富集得到。
实施例3抗菌阻燃装饰纤维板材
混合物料组成包括：含水量95％的漂白硫酸盐针叶木浆5％、短切聚乙烯纤维60％、短切聚丙烯纤维15％、短切碳纤维15％、复合微胶囊5％组成；
复合材料投料总量为220kg；
短切聚乙烯纤维的长度为6mm；
短切聚丙烯纤维的长度为5mm；
短切碳纤维的长度为6mm；
具体制备步骤如下：
将漂白硫酸盐针叶木浆在水里碎浆机中碎解、磨浆，然后与短切聚乙烯纤维、短切聚丙烯纤维、短切碳纤维、复合微胶囊在搅拌器下混合均匀，经上网成型，在20MPa、50℃下压水20s，在25MPa、150℃下热压60s得到纤维板材，最后切边、压光、码垛。
实施例4抗菌阻燃装饰纤维板材
混合物料组成包括：漂白硫酸盐针叶木浆10％、短切聚乙烯纤维50％、短切聚丙烯纤维20％、短切碳纤维15％、复合微胶囊5％；
复合材料投料总量为220kg；
短切聚乙烯纤维的长度为6mm；
短切聚丙烯纤维的长度为5mm；
短切碳纤维的长度为6mm；
具体制备步骤如下：
将漂白硫酸盐针叶木浆在水里碎浆机中碎解、磨浆，然后与短切聚乙烯纤维、短切聚丙烯纤维、短切碳纤维、复合微胶囊在搅拌器下混合均匀，经上网成型，在20MPa、50℃下压水20s，在25MPa、150℃下热压60s得到纤维板材，最后切边、压光、码垛。
实施例5抗菌阻燃装饰纤维板材
混合物料组成包括：漂白硫酸盐针叶木浆5％、短切聚乙烯纤维55％、短切聚丙烯纤维25％、短切碳纤维10％、复合微胶囊5％；
复合材料投料总量为220kg；
短切聚乙烯纤维的长度为6mm；
短切聚丙烯纤维的长度为5mm；
短切碳纤维的长度为6mm；
具体制备步骤如下：
将漂白硫酸盐针叶木浆在水里碎浆机中碎解、磨浆，然后与短切聚乙烯纤维、短切聚丙烯纤维、短切碳纤维、复合微胶囊在搅拌器下混合均匀，经上网成型，在20MPa、50℃下压水20s，在25MPa、150℃下热压60s得到纤维板材，最后切边、压光、码垛。
对比例1
与实施例4的区别在于不添加漂白硫酸盐针叶木浆，用短切聚乙烯纤维补齐至100％，其他步骤与实施例4一致。
对比例2
与实施例4的区别在于不添加的短切聚丙烯纤维，用短切聚乙烯纤维补齐至100％，其他步骤与实施例4一致。
对比例3
与实施例4的区别在于不添加短切碳纤维，用短切聚乙烯纤维补齐至100％，其他步骤与实施例4一致。
对比例4
与实施例4的区别在于不添加复合微胶囊，用相容剂补齐至100％，其他步骤与实施例4一致。
对比例5
与实施例4的区别在于不添加复合微胶囊，用季铵盐-16补齐至100％，其他步骤与实施例4一致。
对比例6
与实施例4的区别在于不添加复合微胶囊，用重量比为1:1:1的硼酸锌、环状膦酸酯、膦酸三苯酯混合阻燃剂补齐至100％，其他步骤与实施例4一致。
试验例1力学性能测试
对实施例3～5和对比例1～3的抗菌阻燃装饰纤维板材样品(厚度＝1.2mm)进行力学性能测试，测试方法采用GB/T1447-2005，初始负荷为50N，模量速率设定为2mm/min，强度速率为5mm/min，每组样品测试5个样条，然后取平均值测试结果如表1所示；
表1：抗菌阻燃装饰纤维板材的力学性能
Figure BDA0003417751980000071
本发明的抗菌阻燃装饰纤维板材的力学性能由表1结果可知，实施例3～5得到的纤维板材的拉伸强度可达172.2～178.5MPa，断裂伸长率为1.89～2.06％，模量为16.9～18.2GPa，由此可见，该纤维板材的强度和刚性较好；对比例1～3结果表明，不添加漂白硫酸盐针叶木浆的复合材料力学强度和刚性明显下降，而韧性增加，主要的原因可能是由于纤维之间结合力弱，纤维滑移性大，滤水过快，没有水位，导致成型匀度不够；而不添加短切聚丙烯纤维、短切碳纤维的纤维板材力学强度和刚性也下降明显，主要可能是因为纤维之间的共晶减少。
试验例2抗弯曲性能测试
对实施例3～5和对比例1～3的抗菌阻燃装饰纤维板材样品(厚度＝1.2mm)采用GB/T1449-2005方法进行抗弯曲性能测试，初始负荷为5N，模量速率设定为2mm/min，强度速率为2mm/min，测试跨距取测试试样厚度的16倍，加载压头为圆柱形，压头的半径为5mm，每组样品测试5个样条，然后取平均值测试结果如表2所示；
表2：抗菌阻燃装饰纤维板材的抗弯曲性能
Figure BDA0003417751980000072
由表2结果可知，本发明的抗菌阻燃装饰纤维板材抗弯曲强度可达166.0～170.4MPa，弯曲模量为12.6～13.5GPa，可见具有优异的抗弯曲性能；由对比例1～3数据可知，漂白硫酸盐针叶木浆、短切聚丙烯纤维、短切碳纤维的添加对纤维板材的抗弯曲性能均有影响。
试验例3缺口抗冲强度测试
对实施例3～5和对比例1～3的抗菌阻燃装饰纤维板材样品(厚度＝1.2mm)采用悬臂梁冲击的测试方法进行缺口抗冲强度测试，每组样品测试5个样条，然后取平均值测试结果如表3所示；
表3：抗菌阻燃装饰纤维板材的缺口抗冲击强度
Figure BDA0003417751980000081
由表3结果可知，本发明的抗菌阻燃装饰纤维板材的缺口抗冲强度为1.932～2.025kJ/m，具有优异的缺口抗冲击强度；由对比例1～3结果可知，纤维板材中缺少漂白硫酸盐针叶木浆、短切聚丙烯纤维、短切碳纤维都会显著降低纤维板材的缺口抗冲击强度。
试验例4抗菌性能测试
对实施例3～5和对比例4、5的抗菌阻燃装饰纤维板材样品进行抗菌性能测试，抗菌性能测试方法采用GB/T 20944.3-2008的振荡法，供试菌种选择大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌，每个实施例和对比例平行测试5个，取平均值；
取表面积50mm×50mm的样品在100℃水煮，1000h日晒条件后重复测试抗菌性，并计算其抗菌性能保留率；
抗菌效果评价：大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑菌率≥70％，白色念珠菌的抑菌率≥60％，则具有抗菌效果；
按上述测定方法，得到的抗菌阻燃装饰纤维板材的抗菌性能结果为：实施例3～5对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠真菌的抑菌率和保留率均大于90％，其中对细菌的抑制率高于真菌，表明本发明制备的抗菌阻燃装饰纤维板材具有广谱抗菌效果符合抗菌性能评价标准，复合材料老化处理后抗菌保留率基本能与老化前持平，仍具有优异的抗菌效果；而不添加复合微胶囊(对比例4)，材料的抗菌率明显下降，不符合标准，用季铵盐-16代替复合微胶囊(对比例5)得到的抑菌率和保留率下降约11.2～28.6％，主要可能是制备过程和使用过程中，损失量较大，另外可能的原因是季铵盐-16高温不稳定，而瓜尔豆胶的耐热性好，因此可对季铵盐-16的持续抗菌效果产生协同保护作用。
试验例5阻燃性能测试
将实施例3～5和对比例4、6的抗菌阻燃装饰纤维板材样品进行阻燃性能测试，氧指数的测试方法为GB/T5454-1997，每个实施例和对比例平行测试5个，取平均值，结果见表5；
表5：抗菌阻燃装饰纤维板材的阻燃性能
组别 氧指数(LOI％)
实施例3 36.3
实施例4 36.8
实施例5 36.5
对比例4 5.2
对比例6 19.6
由表5可知，本发明制备的抗菌阻燃装饰纤维板材的氧指数为36.3～36.8％，具有优异的阻燃性能；由对比例4、6可看出，阻燃剂不采用复合微胶囊的形式添加在复合材料中，会导致纤维板材的阻燃性显著降低，主要可能的原因是阻燃剂的流失比较严重所导致。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种抗菌阻燃装饰纤维板材，其特征在于，按质量百分数计，所述纤维板材由含水量95％的漂白硫酸盐针叶木浆5～15％、短切聚乙烯纤维40％～70％、短切聚丙烯纤维5～30％、短切碳纤维5％～25％、复合微胶囊0.5～10％组成；
所述短切聚乙烯纤维的长度为6mm；
所述短切聚丙烯纤维的长度为5mm；
所述短切碳纤维的长度为6mm；
所述复合微胶囊为改性瓜尔豆胶包覆阻燃芯；
所述改性瓜尔豆胶为季铵盐改性瓜尔胶；
所述季铵盐选自聚季铵盐-1、聚季铵盐-10、季铵盐-16或季铵盐-22。
2.根据权利要求1所述的抗菌阻燃装饰纤维板材，其特征在于，所述纤维板材由漂白硫酸盐针叶木浆5～10％、短切聚乙烯纤维48％～60％、短切聚丙烯纤维5～25％、短切碳纤维5％～20％、复合微胶囊1～6％组成。
3.根据权利要求1所述的抗菌阻燃装饰纤维板材，其特征在于，所述阻燃芯选自氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、焦磷酸盐、聚磷酸铵、聚对苯砜苯基膦酸酯、环状膦酸酯、多元醇磷酸酯、膦酸三苯酯中的一种或组合。
4.根据权利要求1所述抗菌阻燃装饰纤维板材，其特征在于，所述复合微胶囊的制备方法为：将改性瓜尔豆胶在水溶液中搅拌，分散均匀，加热至80～90℃保温，降温至50～60℃，将阻燃芯水溶液缓慢加入至改性瓜尔豆胶溶液中，搅拌，分散均匀，冷却，过滤，干燥，得到复合微胶囊。
5.根据权利要求1所述抗菌阻燃装饰纤维板材，其特征在于，所述改性瓜尔豆胶的制备方法为：将季铵盐与瓜尔豆胶在水溶液中混合，加入引发剂，在紫外照射下进行交联，经透析、干燥得到改性瓜尔豆胶。
6.根据权利要求5所述抗菌阻燃装饰纤维板材，其特征在于，所述引发剂选自BP、AIBN、CTX、DMB中的一种。
7.根据权利要求1所述抗菌阻燃装饰纤维板材，其特征在于，所述阻燃芯水溶液的固含量为1～10％。
8.根据权利要求1所述抗菌阻燃装饰纤维板材，其特征在于，所述季铵盐与瓜尔豆胶的混合质量比为1:1～6。
9.根据权利要求1～8所述抗菌阻燃装饰纤维板材，其特征在于，所述纤维板材的制备包括以下步骤：
将漂白硫酸盐针叶木浆在水里碎浆机中碎解、磨浆，然后与短切聚乙烯纤维、短切聚丙烯纤维、短切碳纤维、复合微胶囊在搅拌器下混合均匀，经上网成型，在16～20MPa、50℃下压水20s，在20～25MPa、150℃下热压60s得到纤维板材，最后切边、压光、码垛。
10.一种如权利要求9所述方法制备得到的抗菌阻燃装饰纤维板材在汽车、家具领域的应用。
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