本发明涉及一种新型纤维板的制备方法，特别是一种基于废弃棉纺织品再生利用的高性能纤维板及其制备方法。
背景技术：
棉纤维是最重要的纺织原料之一，也是产量最高的天然纤维。据统计，2011年全球消费棉花共计2424.3万吨，其中我国的消耗量约占全球的40％。近年来，随着纺织工业的发展和人们生活水平的提高，加上纺织品的使用周期缩短，造成废旧纺织品的数量不断攀升，大量的纺织废料，如生产过程的下脚料、废纱、废布以及使用过废弃的衣服等其他纺织品，往往用来擦油污、清洁地板后或者直接被丢弃掩埋、焚烧，其利用价值没有完全发挥出来，造成极大的资源浪费。据估计，2012年我国废旧纺织品的存量已达2300万吨，这其中，纯棉及含棉纺织品占了很大一部分。
发展循环经济是当下全球经济呈现出的一个新态势。其本质就是倡导在物质不断循环利用的基础上发展经济。从根本上消除长期以来环境与发展二者的尖锐冲突。因此发展循环经济是我国可持续发展战略的重要措施之一，也是建设“资源节约型、环境友好型社会”的必由之路，对废旧纺织品进行回收再利用就是积极响应发展循环经济这个新态势的重大举措，不仅能节约大量能源，有效补充纺织行业的原料供给，还可以节约用地，降低纺织品行业对环境的污染，因此，对废旧纺织品特别是废旧棉纺织品的再利用势在必行。
目前，对于废弃棉纺织纤维的处理，质量较差的废弃棉纺织纤维一般采用燃烧法或者填埋，但该方法容易对环境造成污染；对于质量较好的废弃棉纺织纤维，则可以作为纺织原料进行纺织品加工、制作非织造布或用作造纸原料，但这些方法所制备的产品附加值均较低，不利于工业化大量生产。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于废弃棉纺织品再生利用的高性能纤维板及其制备方法，并为解决废弃棉纺织品的二次高值化利用难题提供一种环保可行的办法。
本发明第一次以废弃的棉纺织品为原料，以其制备的棉纤维为基体，选用较易得到的工业原料多异氰酸酯为胶黏组分，探索出了适合于废弃棉纤维的纤维板加工成型工艺。该纤维板在利用了原本废弃的、会对环境造成污染的棉纺织品的同时，具有优异的力学性能和较低的吸水率，而且不会像与其类似的高密度纤维板一样在使用过程中向环境中不断释放甲醛，其各项物理机械性能均超过了gb‐t31765‐2015(高湿型高密度纤维板)和gb18580‐2001(e1级)中的要求。
根据国标gb‐t31765‐2015的定义，高密度纤维板是指以木材或其他植物为原料，经纤维制备，施加胶黏剂，在加热加压的条件下，压制成厚度不小于1.5mm，名义密度大于0.8g/cm3的板材。通常，高密度纤维板至少含有80％以上的植物纤维，而剩下的胶黏剂组分主要有酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、异氰酸酯胶黏剂以及新型环保型胶黏剂木质素、单宁、大豆蛋白、淀粉等。根据不同的需要可以选择不同的胶黏剂。可见，在高密度纤维板中的基体材料是各种可降解的植物纤维，而石油基聚合物材料用量较少甚至可以不用，选取合适的配方制备出的高密度纤维板完全可以是一种环境友好的高性能复合材料。本发明证明为了解决废弃棉纺织品的二次高值化利用难题，以废弃棉纺织品加工所制得的棉纤维为基体来制备高密度纤维板是一种环保可行的办法。
本发明目的通过如下技术方案实现：
基于废弃棉纺织品再生利用的高性能纤维板的制备方法，包括如下步骤：
(1)棉纤维的制备：将废棉布裁剪为碎布片，用水浸泡6～48小时，将碎布片、水、氢氧化钠以及过氧化氢混合均匀后于100～180℃连续蒸煮1～24小时；然后，将蒸煮后的碎布片用水洗净，以盘磨法磨浆1～15次；将磨好的浆料干燥后在500‐2000rpm下进行二次粉碎，得到棉纤维；
(2)高性能纤维板的制备：将多异氰酸酯和步骤(1)中得到的棉纤维均匀混合，得到施胶的棉纤维；将施胶的棉纤维铺装后进行预压成型，得到预压板；然后，升温至100～200℃，在10～100mpa的热压条件下，将预压板热压10～1000秒后，放置于室温下冷却，得到高性能纤维板。
为进一步实现本发明目的，优选地，以质量分数计，步骤(2)中原料组分组成为：棉纤维50～95份；多异氰酸酯5～50份。
优选地，所述的多异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、1,6‐六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷‐4,4′‐二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯和四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯中的任一种或多种的混合物。
优选地，步骤(1)中水、氢氧化钠和过氧化氢的用量分别为碎布片质量的500～4000％、1～40％和1～20％。
优选地，步骤(1)中所获得的棉纤维的平均宽度为1～100μm，质量平均长度为0.3～3mm，大于等于200目细小纤维质量含量为5～50％。
优选地，步骤(1)中所获得的棉纤维的含水率为2～30％。
优选地，步骤(2)中，所述将施胶的棉纤维铺装后进行预压成型的压力为5～50mpa。
一种基于废弃棉纺织品再生利用的高性能纤维板，由上制备方法制得，按照国标gb‐t31765‐2015中规定的方法进行测试，该纤维板的静曲强度为42～55mpa，弹性模量为3800～4500mpa，内结合强度为2～5mpa，24小时吸水厚度膨胀率为7～13％。
所获得的高性能纤维板的密度为0.7～1.2g/cm3，厚度为3～10mm。
相对于现有技术，本发明具有如下特点：
(1)本发明突破了行业内对棉质纤维无法制备优质纤维板的偏见(认为棉纤维的强度不足以制备优质纤维板)，采用的化学机械法(碱性过氧化氢蒸煮和常温盘磨)替代了传统的热磨机械法，使得废弃棉纺织品可以良好地解离为所需尺寸的棉纤维，并发现以可降解的废弃棉纤维为基体制备出的纤维板的力学性能和耐湿性能超出了gb‐t31765‐2015对高湿型高密度纤维板的要求，且无甲醛释放，是一种环境友好的具有高附加值的高性能纤维板；
(2)本发明第一次实现了以废弃棉纺织品作为原料来制备纤维板，既解决了废弃棉纺织品的处理难题，又为纤维板的制造提供了来源丰富的原料；
(3)本发明的高性能纤维板的制备工艺均可利用现有设备实现，所需原料配方也均较易得到，适用于工业化生产；
(4)本发明的高性能纤维板可广泛应用于建筑、家居以及包装材料领域，具有很好的应用前景。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
棉纤维的制备：将废棉布裁剪为碎布片，用水浸泡48小时，将2kg的碎布片与其质量分数2000％的水、8％的氢氧化钠以及5％的过氧化氢混合均匀后于180℃连续蒸煮12小时；将蒸煮后的碎布片用水洗净；将上述碎布片以盘磨法磨浆6次，磨好的浆料干燥至含水率为10％后用切割式研磨仪以1500rpm进行二次粉碎，得到棉纤维，其质量平均长度为0.5mm；平均宽度为12μm，大于等于200目细小纤维质量含量为50％。
高性能纤维板的制备：以质量分数计，将15份mdi均匀的喷涂在85份棉纤维的表面得施胶纤维，将施胶纤维铺装后在20mpa下进行预压成型，然后将得到的预压板在60mpa、180℃条件下热压160秒，最后于室温下放置冷却，得高性能纤维板。
最终制得纤维板样品尺寸为300×300×5mm，其表面光滑，无明显胶斑，外观十分均匀。制备成样条后按照国家标准gb-t31765-2015(高湿型高密度纤维板)和gb18580-2001(e1级)对其进行测试，其密度为1.04g/cm3，24小时吸水膨厚度胀率为8.8％，静曲强度为44.9mpa，弹性模量为4200mpa，内结合强度为4.96mpa，湿内结合强度为3.55mpa，甲醛释放量为0.01mg/100g，其各项性能均符合且优于国家标准。gb18580-2001(e1级)是目前国内对纤维板甲醛释放量要求最严格的标准，本样品的甲醛释放量已远远低于此标准，因此具有十分优异的环保性能；gb-t31765-2015(高湿型高密度纤维板)是对纤维板耐湿性检测最严格的标准，同时也是对纤维板综合性能评测较严格的标准，在没有添加任何防水剂的情况下，本实施例所制备的纤维板的吸水厚度膨胀率只有国标要求的73％，湿内结合强度和内结合强度分别达到国标要求的7倍和4倍，静曲强度和弹性模量也已均超过国标要求，因此具有极好的耐湿性和优异的力学性能，是一种环境友好的高性能复合材料，可应用于对耐湿性要求较高的场合，如室外建材、包装材料等，具有很好的应用前景。
实施例2
棉纤维的制备：将废棉布裁剪为碎布片，用水浸泡6小时，将2kg碎布片与其质量分数1000％的水、20％的氢氧化钠以及10％的过氧化氢混合均匀后于120℃连续蒸煮6小时；将蒸煮后的碎布片用水洗净；将上述碎布片以盘磨法磨浆3次，磨好的浆料干燥至含水率为15％后用切割式研磨仪以1500rpm进行二次粉碎，得到棉纤维，其质量平均长度为1.0mm；平均宽度为30μm，大于等于200目细小纤维质量含量为15％。
高性能纤维板的制备：以质量分数计，将30份tdi均匀的喷涂在70份棉纤维的表面得施胶纤维，将施胶纤维铺装后在20mpa下进行预压成型，然后将得到的预压板在10mpa、140℃条件下热压320秒，最后于室温下放置冷却，得高性能纤维板。
按照国家标准gb‐t31765‐2015(高湿型高密度纤维板)和gb18580‐2001(e1级)对其进行测试，其密度为0.83g/cm3，24小时吸水膨厚度胀率为13.2％，静曲强度为42.1mpa，弹性模量为3820mpa，内结合强度为4.15mpa，湿内结合强度为3.27mpa，甲醛释放量为0.02mg/100g。上述测试结果表明，本实施例制备的纤维板具有很好的耐湿性、极低的甲醛释放量和优异的力学性能，是一种环境友好的高性能复合材料。
实施例3
棉纤维的制备：将废棉布裁剪为碎布片，用水浸泡24小时，将2kg碎布片与其质量分数500％的水、30％的氢氧化钠以及15％的过氧化氢混合均匀后于100℃连续蒸煮1小时；将蒸煮后的碎布片用水洗净；将上述碎布片以盘磨法磨浆1次，磨好的浆料干燥至含水率为20％后用切割式研磨仪以1500rpm进行二次粉碎，得到棉纤维，其质量平均长度为0.3mm；平均宽度为15μm，大于等于200目细小纤维质量含量为25％。
高性能纤维板的制备：以质量分数计，将40份mdi均匀的喷涂在60份棉纤维的表面得施胶纤维，将施胶纤维铺装后在20mpa下进行预压成型，然后将得到的预压板在30mpa、100℃条件下热压500秒，最后于室温下放置冷却，得高性能纤维板。
按照国家标准gb‐t31765‐2015(高湿型高密度纤维板)和gb18580‐2001(e1级)对其进行测试，其密度为1.11g/cm3，24小时吸水膨厚度胀率为8.2％，静曲强度为48.5mpa，弹性模量为4270mpa，内结合强度为4.92mpa，湿内结合强度为3.67mpa，甲醛释放量为0.02mg/100g。上述测试结果表明，本实施例制备的纤维板具有很好的耐湿性、极低的甲醛释放量和优异的力学性能，是一种环境友好的高性能复合材料。
实施例4
棉纤维的制备：将废棉布裁剪为碎布片，用水浸泡12小时，将2kg碎布片与其质量分数3000％的水、40％的氢氧化钠以及20％的过氧化氢混合均匀后于160℃连续蒸煮16小时；将蒸煮后的碎布片用水洗净；将上述碎布片以盘磨法磨浆10次，磨好的浆料干燥至含水率为30％后用切割式研磨仪以1500rpm进行二次粉碎，得到棉纤维，其质量平均长度为2mm；平均宽度为60μm，大于等于200目细小纤维质量含量为40％。
高性能纤维板的制备：以质量分数计，将20份papi均匀的喷涂在80份棉纤维的表面得施胶纤维，将施胶纤维铺装后在20mpa下进行预压成型，然后将得到的预压板在80mpa、190℃条件下热压800秒，最后于室温下放置冷却，得高性能纤维板。
按照国家标准gb‐t31765‐2015(高湿型高密度纤维板)和gb18580‐2001(e1级)对其进行测试，其密度为0.92g/cm3，24小时吸水膨厚度胀率为12.0，静曲强度为42.4mpa，弹性模量为3960mpa，内结合强度为3.35mpa，湿内结合强度为2.52mpa，甲醛释放量为0.01mg/100g。上述测试结果表明，本实施例制备的纤维板具有很好的耐湿性、极低的甲醛释放量和优异的力学性能，是一种环境友好的高性能复合材料。
实施例5
棉纤维的制备：将废棉布裁剪为碎布片，用水浸泡36小时，将2kg碎布片与其质量分数4000％的水、10％的氢氧化钠以及1％的过氧化氢混合均匀后于140℃连续蒸煮20个小时；将蒸煮后的碎布片用水洗净；将上述碎布片以盘磨法磨浆15次，磨好的浆料干燥至含水率为2％后用切割式研磨仪以1500rpm进行二次粉碎，得到棉纤维，其质量平均长度为1.5mm；平均宽度为80μm，大于等于200目细小纤维质量含量为10％。
高性能纤维板的制备：以质量分数计，将10份papi均匀的喷涂在90份棉纤维的表面得施胶纤维，将施胶纤维铺装后在20mpa下进行预压成型，然后将得到的预压板在100mpa、170℃条件下热压50秒，最后于室温下放置冷却，得高性能纤维板。
按照国家标准gb‐t31765‐2015(高湿型高密度纤维板)和gb18580‐2001(e1级)对其进行测试，其密度为1.16g/cm3，24小时吸水膨厚度胀率为7.6％，静曲强度为54.2mpa，弹性模量为4480mpa，内结合强度为4.98mpa，湿内结合强度为3.72mpa，甲醛释放量为0.02mg/100g。上述测试结果表明，本实施例制备的纤维板具有很好的耐湿性、极低的甲醛释放量和优异的力学性能，是一种环境友好的高性能复合材料。
实施例6
棉纤维的制备：将废棉布裁剪为碎布片，用水浸泡18小时，将2kg碎布片与其质量分数2500％的水、5％的氢氧化钠以及8％的过氧化氢混合均匀后于150℃连续蒸煮3小时；将蒸煮后的碎布片用水洗净；将上述碎布片以盘磨法磨浆8次，磨好的浆料干燥至含水率为6％后用切割式研磨仪以1500rpm进行二次粉碎，得到棉纤维，其质量平均长度为0.8mm；平均宽度为5μm，大于等于200目细小纤维质量含量为35％。
高性能纤维板的制备：以质量分数计，将18份mdi均匀的喷涂在82份棉纤维的表面得施胶纤维，将施胶纤维铺装后在20mpa下进行预压成型，然后将得到的预压板在30mpa、130℃条件下热压200秒，最后于室温下放置冷却，得高性能纤维板。
按照国家标准gb‐t31765‐2015(高湿型高密度纤维板)和gb18580‐2001(e1级)对其进行测试，其密度为0.97g/cm3，24小时吸水膨厚度胀率为9.7％，静曲强度为44.6mpa，弹性模量为4060mpa，内结合强度为3.66mpa，湿内结合强度为3.13mpa，甲醛释放量为0.02mg/100g。上述测试结果表明，本实施例制备的纤维板具有很好的耐湿性、极低的甲醛释放量和优异的力学性能，是一种环境友好的高性能复合材料。