本發明涉及一種新型纖維板的制備方法，特別是一種基于廢棄棉紡織品再生利用的高性能纖維板及其制備方法。
背景技術：
棉纖維是最重要的紡織原料之一，也是產量最高的天然纖維。據統計，2011年全球消費棉花共計2424.3萬噸，其中我國的消耗量約占全球的40％。近年來，隨著紡織工業的發展和人們生活水平的提高，加上紡織品的使用周期縮短，造成廢舊紡織品的數量不斷攀升，大量的紡織廢料，如生產過程的下腳料、廢紗、廢布以及使用過廢棄的衣服等其他紡織品，往往用來擦油污、清潔地板后或者直接被丟棄掩埋、焚燒，其利用價值沒有完全發揮出來，造成極大的資源浪費。據估計，2012年我國廢舊紡織品的存量已達2300萬噸，這其中，純棉及含棉紡織品占了很大一部分。
發展循環經濟是當下全球經濟呈現出的一個新態勢。其本質就是倡導在物質不斷循環利用的基礎上發展經濟。從根本上消除長期以來環境與發展二者的尖銳沖突。因此發展循環經濟是我國可持續發展戰略的重要措施之一，也是建設“資源節約型、環境友好型社會”的必由之路，對廢舊紡織品進行回收再利用就是積極響應發展循環經濟這個新態勢的重大舉措，不僅能節約大量能源，有效補充紡織行業的原料供給，還可以節約用地，降低紡織品行業對環境的污染，因此，對廢舊紡織品特別是廢舊棉紡織品的再利用勢在必行。
目前，對于廢棄棉紡織纖維的處理，質量較差的廢棄棉紡織纖維一般采用燃燒法或者填埋，但該方法容易對環境造成污染；對于質量較好的廢棄棉紡織纖維，則可以作為紡織原料進行紡織品加工、制作非織造布或用作造紙原料，但這些方法所制備的產品附加值均較低，不利于工業化大量生產。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種基于廢棄棉紡織品再生利用的高性能纖維板及其制備方法，并為解決廢棄棉紡織品的二次高值化利用難題提供一種環保可行的辦法。
本發明第一次以廢棄的棉紡織品為原料，以其制備的棉纖維為基體，選用較易得到的工業原料多異氰酸酯為膠黏組分，探索出了適合于廢棄棉纖維的纖維板加工成型工藝。該纖維板在利用了原本廢棄的、會對環境造成污染的棉紡織品的同時，具有優異的力學性能和較低的吸水率，而且不會像與其類似的高密度纖維板一樣在使用過程中向環境中不斷釋放甲醛，其各項物理機械性能均超過了gb‐t31765‐2015(高濕型高密度纖維板)和gb18580‐2001(e1級)中的要求。
根據國標gb‐t31765‐2015的定義，高密度纖維板是指以木材或其他植物為原料，經纖維制備，施加膠黏劑，在加熱加壓的條件下，壓制成厚度不小于1.5mm，名義密度大于0.8g/cm3的板材。通常，高密度纖維板至少含有80％以上的植物纖維，而剩下的膠黏劑組分主要有酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、異氰酸酯膠黏劑以及新型環保型膠黏劑木質素、單寧、大豆蛋白、淀粉等。根據不同的需要可以選擇不同的膠黏劑。可見，在高密度纖維板中的基體材料是各種可降解的植物纖維，而石油基聚合物材料用量較少甚至可以不用，選取合適的配方制備出的高密度纖維板完全可以是一種環境友好的高性能復合材料。本發明證明為了解決廢棄棉紡織品的二次高值化利用難題，以廢棄棉紡織品加工所制得的棉纖維為基體來制備高密度纖維板是一種環保可行的辦法。
本發明目的通過如下技術方案實現：
基于廢棄棉紡織品再生利用的高性能纖維板的制備方法，包括如下步驟：
(1)棉纖維的制備：將廢棉布裁剪為碎布片，用水浸泡6～48小時，將碎布片、水、氫氧化鈉以及過氧化氫混合均勻后于100～180℃連續蒸煮1～24小時；然后，將蒸煮后的碎布片用水洗凈，以盤磨法磨漿1～15次；將磨好的漿料干燥后在500‐2000rpm下進行二次粉碎，得到棉纖維；
(2)高性能纖維板的制備：將多異氰酸酯和步驟(1)中得到的棉纖維均勻混合，得到施膠的棉纖維；將施膠的棉纖維鋪裝后進行預壓成型，得到預壓板；然后，升溫至100～200℃，在10～100mpa的熱壓條件下，將預壓板熱壓10～1000秒后，放置于室溫下冷卻，得到高性能纖維板。
為進一步實現本發明目的，優選地，以質量分數計，步驟(2)中原料組分組成為：棉纖維50～95份；多異氰酸酯5～50份。
優選地，所述的多異氰酸酯為異佛爾酮二異氰酸酯、1,6‐六亞甲基二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷‐4,4′‐二異氰酸酯、多亞甲基多苯基多異氰酸酯、苯二亞甲基二異氰酸酯、甲基環己基二異氰酸酯和四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯中的任一種或多種的混合物。
優選地，步驟(1)中水、氫氧化鈉和過氧化氫的用量分別為碎布片質量的500～4000％、1～40％和1～20％。
優選地，步驟(1)中所獲得的棉纖維的平均寬度為1～100μm，質量平均長度為0.3～3mm，大于等于200目細小纖維質量含量為5～50％。
優選地，步驟(1)中所獲得的棉纖維的含水率為2～30％。
優選地，步驟(2)中，所述將施膠的棉纖維鋪裝后進行預壓成型的壓力為5～50mpa。
一種基于廢棄棉紡織品再生利用的高性能纖維板，由上制備方法制得，按照國標gb‐t31765‐2015中規定的方法進行測試，該纖維板的靜曲強度為42～55mpa，彈性模量為3800～4500mpa，內結合強度為2～5mpa，24小時吸水厚度膨脹率為7～13％。
所獲得的高性能纖維板的密度為0.7～1.2g/cm3，厚度為3～10mm。
相對于現有技術，本發明具有如下特點：
(1)本發明突破了行業內對棉質纖維無法制備優質纖維板的偏見(認為棉纖維的強度不足以制備優質纖維板)，采用的化學機械法(堿性過氧化氫蒸煮和常溫盤磨)替代了傳統的熱磨機械法，使得廢棄棉紡織品可以良好地解離為所需尺寸的棉纖維，并發現以可降解的廢棄棉纖維為基體制備出的纖維板的力學性能和耐濕性能超出了gb‐t31765‐2015對高濕型高密度纖維板的要求，且無甲醛釋放，是一種環境友好的具有高附加值的高性能纖維板；
(2)本發明第一次實現了以廢棄棉紡織品作為原料來制備纖維板，既解決了廢棄棉紡織品的處理難題，又為纖維板的制造提供了來源豐富的原料；
(3)本發明的高性能纖維板的制備工藝均可利用現有設備實現，所需原料配方也均較易得到，適用于工業化生產；
(4)本發明的高性能纖維板可廣泛應用于建筑、家居以及包裝材料領域，具有很好的應用前景。
具體實施方式
為更好地理解本發明，下面結合實施例對本發明作進一步的說明，但本發明的實施方式不限于此。
實施例1
棉纖維的制備：將廢棉布裁剪為碎布片，用水浸泡48小時，將2kg的碎布片與其質量分數2000％的水、8％的氫氧化鈉以及5％的過氧化氫混合均勻后于180℃連續蒸煮12小時；將蒸煮后的碎布片用水洗凈；將上述碎布片以盤磨法磨漿6次，磨好的漿料干燥至含水率為10％后用切割式研磨儀以1500rpm進行二次粉碎，得到棉纖維，其質量平均長度為0.5mm；平均寬度為12μm，大于等于200目細小纖維質量含量為50％。
高性能纖維板的制備：以質量分數計，將15份mdi均勻的噴涂在85份棉纖維的表面得施膠纖維，將施膠纖維鋪裝后在20mpa下進行預壓成型，然后將得到的預壓板在60mpa、180℃條件下熱壓160秒，最后于室溫下放置冷卻，得高性能纖維板。
最終制得纖維板樣品尺寸為300×300×5mm，其表面光滑，無明顯膠斑，外觀十分均勻。制備成樣條后按照國家標準gb-t31765-2015(高濕型高密度纖維板)和gb18580-2001(e1級)對其進行測試，其密度為1.04g/cm3，24小時吸水膨厚度脹率為8.8％，靜曲強度為44.9mpa，彈性模量為4200mpa，內結合強度為4.96mpa，濕內結合強度為3.55mpa，甲醛釋放量為0.01mg/100g，其各項性能均符合且優于國家標準。gb18580-2001(e1級)是目前國內對纖維板甲醛釋放量要求最嚴格的標準，本樣品的甲醛釋放量已遠遠低于此標準，因此具有十分優異的環保性能；gb-t31765-2015(高濕型高密度纖維板)是對纖維板耐濕性檢測最嚴格的標準，同時也是對纖維板綜合性能評測較嚴格的標準，在沒有添加任何防水劑的情況下，本實施例所制備的纖維板的吸水厚度膨脹率只有國標要求的73％，濕內結合強度和內結合強度分別達到國標要求的7倍和4倍，靜曲強度和彈性模量也已均超過國標要求，因此具有極好的耐濕性和優異的力學性能，是一種環境友好的高性能復合材料，可應用于對耐濕性要求較高的場合，如室外建材、包裝材料等，具有很好的應用前景。
實施例2
棉纖維的制備：將廢棉布裁剪為碎布片，用水浸泡6小時，將2kg碎布片與其質量分數1000％的水、20％的氫氧化鈉以及10％的過氧化氫混合均勻后于120℃連續蒸煮6小時；將蒸煮后的碎布片用水洗凈；將上述碎布片以盤磨法磨漿3次，磨好的漿料干燥至含水率為15％后用切割式研磨儀以1500rpm進行二次粉碎，得到棉纖維，其質量平均長度為1.0mm；平均寬度為30μm，大于等于200目細小纖維質量含量為15％。
高性能纖維板的制備：以質量分數計，將30份tdi均勻的噴涂在70份棉纖維的表面得施膠纖維，將施膠纖維鋪裝后在20mpa下進行預壓成型，然后將得到的預壓板在10mpa、140℃條件下熱壓320秒，最后于室溫下放置冷卻，得高性能纖維板。
按照國家標準gb‐t31765‐2015(高濕型高密度纖維板)和gb18580‐2001(e1級)對其進行測試，其密度為0.83g/cm3，24小時吸水膨厚度脹率為13.2％，靜曲強度為42.1mpa，彈性模量為3820mpa，內結合強度為4.15mpa，濕內結合強度為3.27mpa，甲醛釋放量為0.02mg/100g。上述測試結果表明，本實施例制備的纖維板具有很好的耐濕性、極低的甲醛釋放量和優異的力學性能，是一種環境友好的高性能復合材料。
實施例3
棉纖維的制備：將廢棉布裁剪為碎布片，用水浸泡24小時，將2kg碎布片與其質量分數500％的水、30％的氫氧化鈉以及15％的過氧化氫混合均勻后于100℃連續蒸煮1小時；將蒸煮后的碎布片用水洗凈；將上述碎布片以盤磨法磨漿1次，磨好的漿料干燥至含水率為20％后用切割式研磨儀以1500rpm進行二次粉碎，得到棉纖維，其質量平均長度為0.3mm；平均寬度為15μm，大于等于200目細小纖維質量含量為25％。
高性能纖維板的制備：以質量分數計，將40份mdi均勻的噴涂在60份棉纖維的表面得施膠纖維，將施膠纖維鋪裝后在20mpa下進行預壓成型，然后將得到的預壓板在30mpa、100℃條件下熱壓500秒，最后于室溫下放置冷卻，得高性能纖維板。
按照國家標準gb‐t31765‐2015(高濕型高密度纖維板)和gb18580‐2001(e1級)對其進行測試，其密度為1.11g/cm3，24小時吸水膨厚度脹率為8.2％，靜曲強度為48.5mpa，彈性模量為4270mpa，內結合強度為4.92mpa，濕內結合強度為3.67mpa，甲醛釋放量為0.02mg/100g。上述測試結果表明，本實施例制備的纖維板具有很好的耐濕性、極低的甲醛釋放量和優異的力學性能，是一種環境友好的高性能復合材料。
實施例4
棉纖維的制備：將廢棉布裁剪為碎布片，用水浸泡12小時，將2kg碎布片與其質量分數3000％的水、40％的氫氧化鈉以及20％的過氧化氫混合均勻后于160℃連續蒸煮16小時；將蒸煮后的碎布片用水洗凈；將上述碎布片以盤磨法磨漿10次，磨好的漿料干燥至含水率為30％后用切割式研磨儀以1500rpm進行二次粉碎，得到棉纖維，其質量平均長度為2mm；平均寬度為60μm，大于等于200目細小纖維質量含量為40％。
高性能纖維板的制備：以質量分數計，將20份papi均勻的噴涂在80份棉纖維的表面得施膠纖維，將施膠纖維鋪裝后在20mpa下進行預壓成型，然后將得到的預壓板在80mpa、190℃條件下熱壓800秒，最后于室溫下放置冷卻，得高性能纖維板。
按照國家標準gb‐t31765‐2015(高濕型高密度纖維板)和gb18580‐2001(e1級)對其進行測試，其密度為0.92g/cm3，24小時吸水膨厚度脹率為12.0，靜曲強度為42.4mpa，彈性模量為3960mpa，內結合強度為3.35mpa，濕內結合強度為2.52mpa，甲醛釋放量為0.01mg/100g。上述測試結果表明，本實施例制備的纖維板具有很好的耐濕性、極低的甲醛釋放量和優異的力學性能，是一種環境友好的高性能復合材料。
實施例5
棉纖維的制備：將廢棉布裁剪為碎布片，用水浸泡36小時，將2kg碎布片與其質量分數4000％的水、10％的氫氧化鈉以及1％的過氧化氫混合均勻后于140℃連續蒸煮20個小時；將蒸煮后的碎布片用水洗凈；將上述碎布片以盤磨法磨漿15次，磨好的漿料干燥至含水率為2％后用切割式研磨儀以1500rpm進行二次粉碎，得到棉纖維，其質量平均長度為1.5mm；平均寬度為80μm，大于等于200目細小纖維質量含量為10％。
高性能纖維板的制備：以質量分數計，將10份papi均勻的噴涂在90份棉纖維的表面得施膠纖維，將施膠纖維鋪裝后在20mpa下進行預壓成型，然后將得到的預壓板在100mpa、170℃條件下熱壓50秒，最后于室溫下放置冷卻，得高性能纖維板。
按照國家標準gb‐t31765‐2015(高濕型高密度纖維板)和gb18580‐2001(e1級)對其進行測試，其密度為1.16g/cm3，24小時吸水膨厚度脹率為7.6％，靜曲強度為54.2mpa，彈性模量為4480mpa，內結合強度為4.98mpa，濕內結合強度為3.72mpa，甲醛釋放量為0.02mg/100g。上述測試結果表明，本實施例制備的纖維板具有很好的耐濕性、極低的甲醛釋放量和優異的力學性能，是一種環境友好的高性能復合材料。
實施例6
棉纖維的制備：將廢棉布裁剪為碎布片，用水浸泡18小時，將2kg碎布片與其質量分數2500％的水、5％的氫氧化鈉以及8％的過氧化氫混合均勻后于150℃連續蒸煮3小時；將蒸煮后的碎布片用水洗凈；將上述碎布片以盤磨法磨漿8次，磨好的漿料干燥至含水率為6％后用切割式研磨儀以1500rpm進行二次粉碎，得到棉纖維，其質量平均長度為0.8mm；平均寬度為5μm，大于等于200目細小纖維質量含量為35％。
高性能纖維板的制備：以質量分數計，將18份mdi均勻的噴涂在82份棉纖維的表面得施膠纖維，將施膠纖維鋪裝后在20mpa下進行預壓成型，然后將得到的預壓板在30mpa、130℃條件下熱壓200秒，最后于室溫下放置冷卻，得高性能纖維板。
按照國家標準gb‐t31765‐2015(高濕型高密度纖維板)和gb18580‐2001(e1級)對其進行測試，其密度為0.97g/cm3，24小時吸水膨厚度脹率為9.7％，靜曲強度為44.6mpa，彈性模量為4060mpa，內結合強度為3.66mpa，濕內結合強度為3.13mpa，甲醛釋放量為0.02mg/100g。上述測試結果表明，本實施例制備的纖維板具有很好的耐濕性、極低的甲醛釋放量和優異的力學性能，是一種環境友好的高性能復合材料。