一种添加纳米钻石烯的秸秆画材料及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于秸杆画技术领域，具体涉及一种添加纳米钻石烯的秸杆画材料及制备 方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着工农业生产的改变和农村居民生活水平的提高，以及农作物秸杆利 用途径狭隘和综合利用技术相对滞后，大量秸杆被丢弃或在田间焚烧，造成了巨大的资源 浪费和环境污染，同时容易引发火灾及交通事故、危害人体健康;燃烧秸杆使地面温度迅速 升高，能直接杀死土壤中的有益微生物，还会造成土壤水分的蒸发以及土壤结构的破坏，造 成土壤板结、肥力下降、土壤生态系统恶化，直接影响作物对土壤有效成分的充分吸收，导 致作物产量和质量的下降，这已经成为社会性问题。因此，农作物秸杆的资源化利用已成为 急需解决的问题。
[0003] 秸杆画是工艺美术的一个组成部分，将农作物秸杆进行处理后制作成精美的秸杆 画，由于原色秸杆不能达到工艺美术作品的美观要求和保存需要，因此需要对秸杆进行染 色等预处理，以改变其颜色及延长其保存周期。在现有工艺技术中，将制作秸杆画的主要原 料秸杆染成不同的颜色或染成同一种颜色的方法很多，但所采用的颜料多为化学颜料，染 出的颜色失真度高且容易褪色，在制作过程中化学颜料还会挥发处有毒有害气体，危害人 体健康;若采用天然染料，则保存周期较短，得到的秸杆画材料容易褪色，难以达到良好的 染色效果和保质周期。秸杆画材料的制备通常包括原料选取、原料预处理、制备染色溶液和 染色处理步骤，其中原料预处理步骤通常包括原料浸泡处理和熏蒸处理步骤。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种染色效果好、保存周期长且无污染的添加纳米钻石烯的 秸杆画材料及制备方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:一种添加纳米钻石烯的秸杆画材料 的制备方法，包括制备染色溶液步骤，其具体流程为：向去离子水中依次加入表面功能化处 理后的纳米钻石烯和分散剂并搅拌制成悬浊液，加入氯化钠，加热至40 °C后加入白矾，继续 加热至70°C后加入植物染料并进行搅拌，保持该温度条件2_3h后提取上层溶液，制得染色 溶液;上述流程中各组分的重量份数为:表面功能化处理后的纳米钻石烯1-5份、植物染料 35-55份、分散剂0.5-2份、白矾5-10份、去离子水70-100份;分散剂为BYK-163;氯化钠与悬 浊液的质量比为（1-5): 50。
[0006] 进一步地，纳米钻石烯为层片状单晶结构，同一片层的碳原子之间为Sp3轨道杂化 碳键连接，层与层之间的碳原子之间为sp2杂化碳键连接;该纳米钻石烯的平均粒径为R，20 <R< 500nm;该纳米钻石烯的C含量为99~100%。
[0007] 进一步地，纳米钻石稀的表面功能化处理步骤如下：将纳米钻石稀至于质量比为 1: (2-5)的浓硝酸/浓硫酸的混合液中，加热回流后离心沉淀，取沉淀物用去离子水洗涤至 pH值为5.0-6.0，依次用0.1-0.5mol/L的NaOH溶液和0.1-0.5mol/L的HC1溶液洗涤沉淀物并 同时超声分散l_2h，最后用去离子水洗涤后烘干制得表面功能化处理的纳米钻石烯；上述 步骤中加热回流的温度为90°C，加热回流时间为24h。
[0008] 进一步地，制备染色溶液步骤前面有原料预处理步骤，原料预处理步骤包括原料 浸泡处理步骤和熏蒸处理步骤，制备染色溶液步骤后面有染色处理步骤;所述染色处理步 骤如下:将原料预处理步骤得到的原料加入染色溶液中，加热至70°C，搅拌并该温度条件下 保持3-4h，将秸杆取出，清洗后风干，制得秸杆画材料。
[0009] 进一步地，原料浸泡处理:将原料浸泡在氯化钠溶液中，浸泡10_12h后取出并进行 晾晒至干燥，重复上述步骤3-4次;氯化钠溶液中氯化钠与水的质量比为1:50-5:50。
[00?0]进一步地，熏蒸处理采用硫磺进行熏蒸，熏蒸时间2-3h;硫磺与原料的质量比为1: (300-600)〇
[0011] -种添加纳米钻石烯的秸杆画材料的制备方法制得的添加纳米钻石烯的秸杆画 材料。
[0012]纳米钻石稀采用以下制备工艺，步骤为： (1) 初步破碎:将金刚石原料送入球磨整形桶内破碎筛出70目以上的颗粒，破碎时间为 l-5h，70目以下的粗料返回球磨整形桶进行重新破碎;颗粒经多级振筛机筛分出800目以上 的细料，振筛时间为30min-2h，该细料重复过筛一次以上； (2) 再次破碎:将筛分出800目以上细料输送至气流破碎机内，利用高压气流对细料粉 碎后筛分出8000目以上的细粉，筛余物返回气流破碎机进行重新破碎； (3) 酸洗:将8000目以上的细粉经过酸洗提纯后，使用去离子水清洗至清洗液pH接近于 7； (4) 分选:将清洗后的物料进行离心分离，取上层液体进行1-5天沉淀分选，去除上层清 液，将下层沉淀物干燥后即得成品纳米钻石稀;离心分离步骤中，离心时间为30min-2h，转 速为8000rpm-15000rpm。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果如下：纳米钻石烯的单片层状结构使其具有 良好的耐磨性，加入染料后使染料的耐磨性增强，延长秸杆画材料的使用寿命;纳米钻石烯 的平均粒径为1?，20^?<50〇11 111，颗粒细，比表面积大，具有较好的吸附性能，可吸附更多的 染料成分;纳米钻石烯同一片层的碳原子之间为sp3轨道杂化碳键连接，层与层之间的碳原 子之间为sp2杂化碳键连接，sp2杂化轨道碳键为不饱和键，具有较高的表面活性，容易对其 进行功能化处理，经过功能化处理后的纳米钻石烯能够均匀地分散在染料中，通过分子间 的范德华力及秸杆纤维高分子链的物理缠绕或它们之间的交联作用，使染料与秸杆纤维紧 密结合起来，纳米钻石烯均匀地包覆在秸杆纤维周围，分子间的作用力增大，提高染料的着 色强度和耐升华度;纳米钻石烯的层状结构，可在层与层之间储存大量的染料，这些染料成 分会以一定的速度从层间释放出来，具有一定的缓释效果，使得秸杆长时间保持色度，减缓 其褪色过程;纳米钻石烯形貌为多层片状结构，形貌可控，分散性好，无抱团团聚现象发生， 其良好的分散性可有效阻止纳米颗粒的再次团聚，纳米钻石烯均匀分散在染料中，使秸杆 上色均匀;纳米钻石烯的C含量为99~100%，含碳量高，性质稳定，能够对储存在层间的染料 成分进行保护，减缓褪色过程；纳米钻石烯层与层之间容易滑动解离，具有很高的自润滑 性，使得染料的流动性增强，进而提高秸杆上色的均匀度;纳米C含量为99~100%，结晶性非 常强，对人体无毒副作用，形成的秸杆画材料绿色环保，对人体无害;反复浸泡和晾晒能够 防止秸杆纤维霉变，增强秸杆的白度和韧性，使秸杆不容易断裂、变形;用硫磺进行熏蒸，可 防止虫蚁咬坏秸杆。
【附图说明】
[0014] 图1是纳米钻石烯的XRD谱图； 图2是纳米钻石烯的??Μ分析图； 图3是纳米钻石烯的MAS-NMR谱图； 图4是纳米钻石烯的原子轨道示意图； 图5是纳米钻石稀的Raman光谱。
【具体实施方式】
[0015] 实施例1 一种添加纳米钻石烯的秸杆画材料的制备方法，包括制备染色溶液步骤，其具体流程 为：向去离子水中依次加入表面功能化处理后的纳米钻石烯和分散剂并搅拌制成悬浊液， 加入氯化钠，加热至40°C后加入白矾，继续加热至70°C后加入植物染料并进行搅拌，保持该 温度条件3h后提取上层溶液，制得染色溶液;上述流程中各组分的重量份数为:表面功能化 处