[发明专利]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

说明书

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。

背景技术

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、三聚氰胺缩甲醛和酚醛胶；(2)聚合多异氰酸酯(PMDI)。改性的“三醛”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℃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70℃～90℃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。