专利名称：：水性聚合物、多异氰酸酯和秸秆纤维复合材料及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种水性聚合物、多异氰酸酯和秸秆纤维复合材料及其制备方法。技术背景世界自然基金会的报告(2005年3月9日)显示中国将在未来的五年内成为全球最大的木材消费国。全国现有的可采伐成熟林仅14-15亿m3，按目前的消耗水平只能维持5-6年。另一方面，我国仍是一个农业大国，拥有丰富的农业剩余物质源，有人称之为"第二森林"。仅1995年我国农作物秸秆产量为6.04亿t，除秸秆直接还田和收集损耗约占15.0%外，秸秆可获量为5.134亿t。利用可再生的农业剩余物秸秆作为新型植物纤维增强复合材料的轻质固体原料，不仅拓宽了人造板生产原料来源渠道，缓解木材原料供应不足的矛盾，也在一定程度上解决了秸秆焚烧带来的环境污染问题，同时为农民带来额外收入。秸秆纤维制板的关键在于粘合剂的选择。迄今为止，国内外农作物纤维基秸秆板的胶粘体系有两类(1)改性的脲醛、三聚氰胺縮甲醛和酚醛胶；(2)聚合多异氰酸酯(PMDI)。改性的"三酸"胶虽然在一定程度上控制了甲醛释放率，然而由于农作物秸秆中有灰份和蜡质的存在导致界面性能较差，所制板材的粘接强度不高，而且成板的吸水膨胀率也很难达标。PMDI化学性能活泼，可以和农作物纤维表面的游离羟基发生反应，也可以和纤维中的水分反应，它分子量小，渗透性好，很适合制作优质的农作物纤维MDF板，国内外已经有几十条利用PMDI和农作物秸秆生产人造板的生产线。但PMDI价格一直高居不下，由此粘接制备的秸秆纤维复合材料在人造板市场中缺乏竞争力。此外，PMDI秸秆板材尚存在韧性低和加工性能较差的缺点。
发明内容本发明的目的之一在于提供一种环境友好、低成本、高韧性和强度性能优良的新型水性聚合物、多异氰酸酯和秸秆纤维复合材料。一种水性聚合物、多异氰酸酯和秸秆纤维复合材料，其特征在于该复合材料的组成及质量百分比如下秸秆纤维83.0—90%固含量为20%水性聚合物9.0—14%多异氰酸酯交联剂0.5_2.0%无机填料0.5—1.0所述的秸秆纤维是麦秸、稻草、棉秆、芦苇和玉米秸秆纤维中的至少一种；所述的水性聚合物是醋酸乙烯酯的均聚物乳液、醋酸乙烯酯的共聚物乳液、天然橡胶乳液和丁苯橡胶乳液中的至少一种；所述的多异氰酸酯交联剂是封闭型聚合多异氰酸酯B-PMDI或可水分散聚合多异氰酸酯EMDI;所述的无机填料是粉末碳酸钙、重晶石、滑石粉、硅藻土、高岭土和陶士中的至少一种。一种上述的水性聚合物、多异氰酸酯和秸秆纤维复合材料的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为a.秸秆纤维的处理将秸秆纤维破碎得到长宽比L/D为50—140的秸秆纤维，再将秸秆纤维烘至绝干；b.主胶的配制按上述的质量比将水性聚合物和无机填料于室温下机械搅拌均匀，密封静置24小时后待用；C.主胶与异氰酸酯交联剂的先后喷施按上述的质量比先将经歩骤b所得主胶喷施于经步骤a所得秸秆纤维表面，均匀拌料后，再在该秸秆纤维表面喷施异氰酸酯交联剂，并搅拌分散均匀，得到含胶秸秆纤维；d.含胶纤维的铺装将经步骤c所得含胶秸秆纤维在2-5Mpa压力下预压成板坯；而后将该板坯在2-5Mpa压力，145—180。C温度下处理45_90s/mm，使胶料中的水性聚合物、异氰酸酯交联剂与秸秆纤维发生化学交联，即得水性聚合物、多异氰酸酯和秸秆纤维复合材料。本发明方法制得的板材不仅具有较高的胶合强度、断裂韧性和耐水性能，绿色环保，且工艺简单，纤维板成本较低，具有良好的市场前景。本发明的秸秆纤维复合材料基体为水性聚合物与多异氰酸酯的混杂胶粘体系，其中水性聚合物主胶与秸秆纤维不仅具有较强的粘接力，且为复合材料提供了优良的韧性，而多异氰酸酯交联剂中的异氰酸酯基团通过与水性聚合物及植物纤维表面的游离羟基反应形成牢固的聚氨酯化学键，则进一步强化了板材的宏观力学性能。此外，加入胶粘体系中的无机填充物，旨在提高成板的耐热、耐溶剂、耐化学品和耐磨性能。本发明将秸秆纤维在7(TC9(TC的条件下烘干，避免了天气原因对其含水率的影响，可以在喷施水性聚合物主胶的过程中，可灵活调节水性聚合物主剂的含水量，降低其粘度，以便于喷射施胶，且烘干后趁热施胶也节省了板材热压过程中的预热时间，使导热不良的纤维受热更加均匀，大大减小了成板出现瑕疵的机率。本发明使用的方法和传统的含醛胶粘体系生产纤维板的方法相比，不仅产品的性能更加优越，且避免了"甲醛释放"问题；相对纯PMDI胶粘农作物纤维板方法而言，本发明的秸秆板材韧性明显提高，且因多异氰酸酯的用量大幅减少，可显著降低生产成本。具体实施方式本发明水性聚合物一多异氰酸酯一秸秆纤维复合材料成型工艺中的各步骤说明如下1.秸秆纤维的处理a.纤维的切短采用切割机将农作物秸秆切成25cm左右的碎料，b.纤维的破碎与分离将切短秸秆通过粉碎机破碎，并由旋风分离器去除灰分等杂质，得到长宽比(L/D)为50—140的秸秆纤维；c.纤维的烘干于70—8(TC下，将秸秆纤维烘至绝干。2.主胶的配制将水性聚合物乳液和无机填料于室温下机械搅拌均匀，密封静置24小时后待用。3.主胶与异氰酸酯交联剂的先后喷施先将上述预处理完毕的绝干秸秆纤维装添入带水冷夹套的三辊拌料机中(温控《4(TC),在压縮空气的辅助下，通过离心喷雾系统将主胶喷施于纤维表面，均匀拌料后，再喷施异氰酸酯交联剂，并搅拌分散。4.含胶纤维的铺装采用机械法将含胶纤维平铺于无框平板聚四氟乙烯涂层模具中。5.常温预压与热压成型在多层平板冷压机中，将铺装完毕的含胶秸秆纤维预压成板坯(压力为2-5Mpa);而后将板坯置入平板硫化机上加压、加温，使胶料中的水性聚合物、异氰酸酯交联剂与秸秆纤维发生化学交联，从而获得综合性能优良的复合材料产品，热压温度为145—180。C，时间为45—90s/mm，压力为2-5Mpa)。实施例一本实施例中所用的各组份及其质量配比如下稻秸纤维88.0%醋酸乙烯一乙烯共聚物乳液(20%固含量)10.0%可水分散聚合多异氰酸酯(EMDI)1.0%滑石粉1.0%将上述各组份共25Kg按以上成型工艺即为本发明的水性聚合物一多异氰酸酯一秸秆纤维复合材料板材，其中热压温度150'C，压力3.5MPa，时间180s。实施例二本实施例中水性聚合物、多异氰酸酯和秸秆纤维复合材料的各组份及其配比如下麦秸纤维85.0醋酸乙烯一乙烯共聚物乳液(20%固含量)4.5丁苯橡胶乳液(20%固含量)9.0封闭型聚合多异氰酸酯(B-PMDI)1.0碳酸钙0.5将上述各组份共25Kg按以上成型工艺即为本发明的水性聚合物一多异氰酸酯一秸秆纤维复合材料板材，其中热压温度155。C，压力4.0MPa，时间210s。实施例三本实施例中水性聚合物、多异氰酸酯和秸秆纤维复合材料的各组份及其配比如下麦秸纤维40.0稻秸纤维44.0丁苯橡胶乳液(20%固含量)12.0封闭型聚合多异氰酸酯(B-PMDI)1.5高岭土0.5将上述各组份共25Kg按以上成型工艺即为本发明的水性聚合物一多异氰酸酯一秸秆纤维复合材料板材，其中热压温度160。C，压力3.5MPa，时间210s。根据相关标准和实验方法对上述实施例所制复合材料的主要性能进行了检测，与我国现行MDF标准GB11718相关技术标准比较如下表1。表l本发明实施例所制复合材料的主要性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由表1可见，本发明的水性聚合物一多异氰酸酯一秸秆纤维复合材料的主要性能优于GB11718-99中70型特级板的要求。权利要求1.一种水性聚合物、多异氰酸酯和秸秆纤维复合材料，其特征在于该复合材料的组成及质量百分比如下秸秆纤维83.0-90％水性聚合物9.0-14％多异氰酸酯交联剂0.5-2.0％无机填料0.5-1.0％所述的秸秆纤维是麦秸、稻草、棉秆、芦苇和玉米秸秆纤维中的至少一种；所述的水性聚合物是醋酸乙烯酯的均聚物乳液、醋酸乙烯酯的共聚物乳液、天然橡胶乳液和丁苯橡胶乳液中的至少一种，固含量为20-50％；所述的多异氰酸酯交联剂是封闭型聚合多异氰酸酯B-PMDI或可水分散聚合多异氰酸酯EMDI；所述的无机填料是粉末碳酸钙、重晶石、滑石粉、硅藻土、高岭土和陶士中的至少一种。2.—种根据权利要求1所述的水性聚合物、多异氰酸酯和秸秆纤维复合材料的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为a.秸秆纤维的处理将秸秆纤维破碎得到长宽比L/D为50—140的秸秆纤维，再将秸秆纤维烘至绝干；b.主胶的配制按上述的质量比将水性聚合物和无机填料于室温下机械搅拌均匀，密封静置24小时后待用；C.主胶与异氰酸酯交联剂的先后喷施按上述的质量比先将经步骤b所得主胶喷施于经步骤a所得秸秆纤维表面，均匀拌料后，再在该秸秆纤维表面喷施异氰酸酯交联剂，并搅拌分散均匀，得到含胶秸秆纤维；d.含胶纤维的铺装将经步骤c所得含胶秸秆纤维在2-5Mpa压力下预压成板坯；而后将该板坯在2-5Mpa压力，145_180。C温度下处理45—90s/mm，使胶料中的水性聚合物、异氰酸酯交联剂与秸秆纤维发生化学交联，即得水性聚合物、多异氰酸酯和秸秆纤维复合材料。全文摘要本发明涉及一种水性聚合物、多异氰酸酯和秸秆纤维复合材料及其制备方法。该复合材料的组成及质量百分比如下秸秆纤维83.0-90％，水性聚合物9.0-14％，多异氰酸酯交联剂0.5-2.0％，无机填料0.5-1.0。具体制备方法为秸秆纤维的处理、水性聚合物主胶的配制、主胶与异氰酸酯交联剂的先后喷施、含胶纤维的铺装、常温预压和热压固化成型，最终制得水性聚合物—多异氰酸酯—秸秆纤维复合材料板材。本发明方法制得的板材不仅具有较高的胶合强度、断裂韧性和耐水性能，绿色环保，且工艺简单，纤维板成本较低，具有良好的市场前景。文档编号C08L1/02GK101234505SQ20081003411公开日2008年8月6日申请日期2008年2月29日优先权日2008年2月29日发明者周沙溆,徐宏斌,汤傲洁,胡宏玖,谢苏江,陈国华申请人:上海大学