一种生态多孔纤维棉及其制备工艺
阅读说明：本技术 一种生态多孔纤维棉及其制备工艺 (Ecological porous cellucotton and preparation process thereof ) 是由 仇志铭 孙建 闫富印 杨涛涛 曹健 杜庆 于 2021-10-29 设计创作，主要内容包括：本申请涉及纤维棉生态技术领域,具体公开了一种生态多孔纤维棉及其制备工艺。本申请的生态多孔纤维棉,主要由如下原料制成：岩棉纤维、粘结剂、亲水剂、硅烷偶联剂、催化剂；本申请的生态多孔纤维棉的制备工艺,包括如下步骤：(1)亲水胶制备：将粘结剂、亲水剂、硅烷偶联剂、催化剂混合均匀；(2)喷胶：将步骤(1)中得到的亲水胶喷至岩棉纤维上；(3)集棉、布棉、打褶、固化成型。本申请的生态多孔纤维棉吸水性能较佳。(The application relates to the technical field of fiber cotton ecology, and particularly discloses ecological porous fiber cotton and a preparation process thereof. The application discloses ecological porous cellucotton mainly is made by following raw materials: rock wool fiber, a binder, a hydrophilic agent, a silane coupling agent and a catalyst; the preparation process of the ecological porous cellucotton comprises the following steps: (1) preparing hydrophilic gel: uniformly mixing a binder, a hydrophilic agent, a silane coupling agent and a catalyst; (2) spraying glue: spraying the hydrophilic glue obtained in the step (1) onto rock wool fibers; (3) collecting cotton, distributing cotton, pleating, and solidifying. The ecological porous cellucotton of this application water absorption performance preferred.)
技术领域
本申请涉及纤维棉生态技术领域，更具体地说，它涉及一种生态多孔纤维棉及其制备工艺。
背景技术
土壤本身的收放水功能性较差，含水量调节作用有限，严重影响了雨水的利用和土壤含水量的有效调节，极易造成降雨时城市内涝以及非降雨时城市土壤缺水的现象。多孔纤维棉制品能够吸收雨水，连续地对雨水进行渗透、存蓄、缓冲和排放，有利于雨水的就地消纳和利用补充地表水恢复城市自然生态。
生态多孔纤维棉制品是以玄武岩及其天然矿石等为主要原料，经高温熔融成纤，加入适量添加剂等，固化加工而制成的，广泛应用于各种种植、绿化领域、矿山修复及海绵城市，施工安装便利，具有很高的性能价格比，是一种新型的种植材料。
现有的生态多孔纤维棉制品，降雨时水渗透性不好，吸水率不高，对雨水的利用率较低。
发明内容
为了提高生态多孔纤维棉的吸水率，本申请提供一种生态多孔纤维棉及其制备工艺。
第一方面，本申请提供一种生态多孔纤维棉，采用如下的技术方案：
一种生态多孔纤维棉，主要由如下重量份数的原料制成：岩棉纤维1000份、粘结剂20-120份、亲水剂10-30份、硅烷偶联剂0.1-2份、催化剂2-3份。
通过采用上述技术方案，催化剂与粘结剂作用，进而提高粘结剂对岩棉纤维的粘结作用，硅烷偶联剂的加入增加了粘结剂、亲水剂、岩棉纤维的相容性，亲水剂中亲水基团较多，与粘结剂作用后，能够提高多孔纤维棉的亲水性，同时亲水剂能够与粘结剂反应，从而减少亲水剂在多孔纤维棉中随着水的流动而损失的情况出现，从而能够进一步提高生态多孔纤维棉的吸水性。
优选的，所述生态多孔纤维棉，主要由如下重量份数的原料制成：岩棉纤维1000份、粘结剂50-100份、亲水剂15-25份、硅烷偶联剂1-1.5份、催化剂2.2-2.8份。
通过采用上述技术方案，对生态多孔纤维棉的各组分的比例进行进一步的优化，从而使得各组分之间的比例搭配更加合理，充分发挥粘结剂、亲水剂、硅烷偶联剂、催化剂之间的协同作用，进而提高生态多孔纤维棉的强度和吸水性。
优选的，所述原料中还加入20-25重量份的增强剂，所述增强剂由过硫酸铵、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、生物聚合物中的至少两种组成，所述生物聚合物由葡萄糖、鼠李糖、岩藻糖、葡萄糖醛酸按质量比(2-4):(3-5):(3-4):(4-5)组成。
通过采用上述技术方案，过硫酸铵作为一种引发剂，能够增强亲水剂与粘结剂的作用，从而使得亲水剂、粘结剂反应的更充分，生物聚合物由葡萄糖、鼠李糖、岩藻糖、葡萄糖醛酸四种糖类组成，吸水性较佳，能够进一步增加多孔纤维棉的吸水性，同时聚乙二醇二甲基丙烯酸酯能够对多孔纤维棉的网络结构进行交联，从而进一步增强多孔纤维棉的吸水性。
优选的，所述增强剂由过硫酸铵、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、生物聚合物按质量比(5-8):(3-6):(6-7)组成。
通过采用上述技术方案，对增强剂的各个组分之间的比例进行进一步的优化，从而进一步提高增强剂对粘结剂、亲水剂的作用，进而提高生态多孔纤维棉的吸水性，生物聚合物的加入量大于过硫酸铵、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的加入量，由于生物聚合物由葡萄糖、鼠李糖、岩藻糖、葡萄糖醛酸这四种糖类构成，能够大幅度增加生态多孔纤维棉的吸水能力，同时也比较稳定。
优选的，所述亲水剂由脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐、聚二硫二丙烷磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚磺酸钠中的至少两种组成。
通过采用上述技术方案，脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐中的亲水基团较多，能够增加生态多孔纤维棉的亲水性，从而提高生态多孔纤维棉的吸水率，同时，羧酸基能够与粘结剂反应，从而留在生态多孔纤维棉中，进而使得生态多孔纤维棉的吸水性更加稳定，聚二硫二丙烷磺酸钠与脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐结合效果更佳，壬基酚聚氧乙烯醚磺酸钠同时含有磺酸基和聚氧烯基两类亲水基团，具有润湿性，能够增强多孔纤维棉的吸水性和润湿性，同时，磺酸基能与粘结剂反应，从跟提高壬基酚聚氧乙烯醚磺酸钠在多孔纤维棉的留存率。
优选的，所述亲水剂由脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐、聚二硫二丙烷磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚磺酸钠按质量比(2-3):(3-5):(4-6)组成。
通过采用上述技术方案，对亲水剂的各个组分之间的比例进行进一步的优化，从而进一步增强亲水剂对粘结剂的作用，同时赋予生态多孔纤维棉优良的亲水性和持久保水性，亲水剂中的亲水基团易于粘合剂中的羟基发生反应，从而使得亲水剂能够稳定存在于生态多孔纤维棉中，其中壬基酚聚氧乙烯醚磺酸钠的加入量大于脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐、聚二硫二丙烷磺酸钠的加入量，壬基酚聚氧乙烯醚磺酸钠中的亲水基团较多，同时磺酸基团能够与粘合剂中的羟基发生反应，从而在提高生态多孔纤维棉的亲水性的前提下，能够更多的留在生态多孔纤维棉中。
优选的，所述硅烷偶联剂由3-氨基丙基三乙氧基硅烷、异氰酸丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨基异丁基二甲基甲氧基硅烷中的至少两种组成。
通过采用上述技术方案，硅烷偶联剂由至少两种物质复配得到，从而能够增强亲水剂与粘结剂的相容作用，同时硅烷偶联剂中含有较多的亲水基团，从而能够进一步增加生态多孔纤维棉的亲水性，从而提高生态多孔纤维棉的吸水率。
优选的，所述硅烷偶联剂由3-氨基丙基三乙氧基硅烷、异氰酸丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨基异丁基二甲基甲氧基硅烷按质量比(1-3):(3-5):(2-4)组成。
通过采用上述技术方案，对硅烷偶联剂的各组分的比例进行进一步的优化，从而进一步增强硅烷偶联剂对粘结剂、亲水剂的作用，提高粘结剂、亲水剂、纤维棉的相容性，从而进一步提高生态多孔纤维棉的吸水性和强度。
第二方面，本申请提供一种生态多孔纤维棉的制备工艺，采用如下的技术方案：
一种生态多孔纤维棉的制备工艺，包括如下步骤：
(1)亲水胶制备：将粘结剂、亲水剂、硅烷偶联剂、催化剂混合均匀，若需加入增强剂，在当前步骤中加入；
(2)喷胶：将步骤(1)中得到的亲水胶喷至岩棉纤维上；
(3)集棉、布棉、打褶、固化成型。
通过采用上述技术方案，将亲水胶喷至岩棉纤维上，亲水胶中亲水剂具有较多的亲水基团且能够与粘结剂作用，从而留在纤维棉中，从而使得多孔纤维棉的亲水性更稳定，同时，粘结剂与催化剂作用，能够增强粘结剂的粘结作用，从而进一步稳定多孔纤维棉的亲水性，提高多孔纤维棉的吸水率。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请的生态多孔纤维棉中通过在纤维棉中加入亲水剂、粘结剂、催化剂、硅烷偶联剂，通过亲水剂、粘结剂、催化剂、硅烷偶联剂的协同作用，从而提高生态多孔纤维棉的吸水性和强度，催化剂对粘结剂进行处理，从而进一步增强粘结剂的粘结性，同时硅烷偶联剂增强亲水剂、粘结剂与多孔纤维棉的相容性，进而提高生态多孔纤维棉的吸水效果。
2、本申请的生态多孔纤维棉中通过增强剂的加入，从而能够进一步增强亲水剂、粘结剂之间的作用，进而增强生态多孔纤维棉的吸水性。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请生态多孔纤维棉中的岩棉纤维，主要由如下重量份数的原料制成：玄武岩50-70份、白云石4-15份、矿渣粉20-40份、纤维棉废渣10-20份。
可选的，粘结剂为酚醛树脂，进一步优选的，粘结剂为醇溶性酚醛树脂，厂家为郑州市亨通化工有限公司。
本申请的生态多孔纤维棉中的催化剂为N,N’-二甲基苯胺、聚乙烯醇、二乙醇单异丙醇胺中的至少两种，进一步优选的，催化剂由N,N-二甲基苯胺、聚乙烯醇、二乙醇单异丙醇胺按质量比(1-2):(2-4):(1-4)组成，进一步优选的，催化剂由N,N-二甲基苯胺、聚乙烯醇、二乙醇单异丙醇胺按质量比2:4:4组成。
本申请的生态多孔纤维棉的制备工艺，包括如下步骤：
(1)原料混合：按配方选取玄武岩、白云石、矿渣粉、纤维棉废渣放入粉碎机中进行粉碎，制成混合粉料；
(2)融化成纤：将步骤(1)中得到的混合粉料放入高炉中，加热至1450-1500℃使粉料融化成熔融浆，将熔融浆冷却后经四辊离心机高速甩丝成岩棉纤维；
(3)亲水胶制备：按配方选取粘结剂、亲水剂、硅烷偶联剂、催化剂混合搅拌均匀制得亲水胶，若需加入增强剂，在当前步骤中加入；
(4)喷胶：将步骤(3)制得的亲水胶顺着离心吹风喷到步骤(2)制得的岩棉纤维上；
(5)集棉、布棉、打褶、固化成型。
可选的，玄武岩的粒径为5-35mm。
可选的，白云石的粒径为5-35mm。
可选的，矿渣粉的粒径为10-40mm。
可选的，过硫酸铵的CAS号为7727-54-0，相对密度为1.982。
可选的，聚乙二醇二甲基丙烯酸酯CAS号为25852-47-5，比重为1.07-1.09，粘度为10-20cps。
可选的，葡萄糖的CAS号为954-36-6，含量为98％。
可选的，鼠李糖的CAS号为10030-85-0，含量为99％，目数为80。
可选的，岩藻糖的CAS号为54261-98-2，有效物质含量为98.5％。
可选的，葡萄糖醛酸的含量≥99％，CAS号为90-80-2。
可选的，聚二硫二丙烷磺酸钠的含量为98％，CAS号为27206-35-5。
可选的，3-氨基丙基三乙氧基硅烷的纯度为99％，CAS号为919-30-2。
可选的，异氰酸丙基三乙氧基硅烷的纯度为95％，CAS号为24801-88-5。
可选的，N-(2-氨乙基)-3-氨基异丁基二甲基甲氧基硅烷的CAS号为31024-49-4。
可选的，N,N-二甲基苯胺的CAS号为121-69-7。
可选的，聚乙烯醇的含量为99％，CAS号为9002-89-5，重均分子量为1750±50。
可选的，二乙醇单异丙醇胺又称1-[双(2-羟乙基)氨基]-2-丙醇，CAS号为6712-98-7，含量为85％。
可选的，脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐为脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠，化学式为RO(CH2CH2O)10CH2COONa(R＝C12～C14)，固含量为28.7％。
可选的，纤维棉废渣中各组分的占比为：SiO2 38.243％、Al2O3 11.482％、MgO5.933％、CaO 5.483％。
表1原料型号及厂家
实施例
实施例1
本实施例的生态多孔纤维棉，由如下重量的原料制成：岩棉纤维1000kg、粘结剂20kg、亲水剂10kg、硅烷偶联剂0.1kg、催化剂2kg，其中岩棉纤维，由如下重量的原料制成：玄武岩50kg、白云石4kg、矿渣粉20kg、纤维棉废渣10kg，粘结剂为醇溶性酚醛树脂，亲水剂为壬基酚聚氧乙烯醚磺酸钠，硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷，催化剂由N,N-二甲基苯胺、聚乙烯醇按质量比2:3组成。
本实施例的生态多孔纤维棉的制备工艺，包括如下步骤：
(1)原料混合：按配方选取玄武岩、白云石、矿渣粉、纤维棉废渣放入粉碎机中进行粉碎，制成混合粉料；
(2)融化成纤：将步骤(1)中得到的混合粉料放入高炉中，加热至1500℃使粉料融化成熔融浆，将熔融浆冷却后经四辊离心机高速甩丝成岩棉纤维；
(3)亲水胶制备：按配方选取粘结剂、亲水剂、硅烷偶联剂、催化剂混合搅拌均匀制得亲水胶；
(4)喷胶：将步骤(3)制得的亲水胶顺着离心吹风喷到步骤(2)制得的岩棉纤维上；
(5)集棉、布棉、打褶、固化成型。
实施例2-5
实施例2-5分布提供了原料组分配比不同的生态多孔纤维棉，每个实施例对应的生态多孔纤维棉的原料组分配比如表2所示，原料配比单位为kg。
表2实施例1-5生态多孔纤维棉各组分配比
原料
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
多孔纤维棉
1000
1000
1000
1000
1000
玄武岩
50
60
63
65
70
白云石
4
10
12
13
15
矿渣粉
20
25
30
35
40
纤维棉废渣
10
15
16
18
20
粘结剂
20
50
80
100
120
亲水剂
10
15
20
25
30
硅烷偶联剂
0.1
1
1.3
1.5
2
催化剂
2
2.2
2.5
2.8
3
实施例2-5与实施例1的不同之处在于：生态多孔纤维棉的各组分原料配比均不相同，其他均与实施例1完全相同。
实施例2-5的生态多孔纤维棉的制备工艺与实施例1的完全相同。
实施例6
本实施例的生态多孔纤维棉，由如下重量的原料制成：多孔纤维棉1000kg、粘结剂80kg、亲水剂20kg、硅烷偶联剂1.3kg、催化剂2.5kg、增强剂20kg，其中增强剂由过硫酸铵、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯按质量比2:3组成，其他与实施例3完全相同。
本实施例的生态多孔纤维棉的制备工艺的步骤(3)中亲水胶制备：按配方选取粘结剂、亲水剂、硅烷偶联剂、催化剂、增强剂混合搅拌均匀制得亲水胶；其他与实施例3完全相同。
实施例7
本实施例与实施例6的不同之处在于：增强剂的加入量为25kg，其他与实施例6完全相同。
本实施例的生态多孔纤维棉的制备工艺与实施例6的完全相同。
实施例8
本实施例与实施例7的不同之处在于：增强剂由过硫酸铵、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、生物聚合物按质量比1:1:1组成，生物聚合物由葡萄糖、鼠李糖、岩藻糖、葡萄糖醛酸按质量比2:3:3:4组成，其他与实施例7完全相同。
本实施例的生态多孔纤维棉的制备工艺与实施例7的完全相同。
实施例9
本实施例与实施例7的不同之处在于：增强剂由过硫酸铵、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、生物聚合物按质量比5:3:6组成，生物聚合物由葡萄糖、鼠李糖、岩藻糖、葡萄糖醛酸按质量比2:3:3:4组成，其他与实施例7完全相同。
本实施例的生态多孔纤维棉的制备工艺与实施例7的完全相同。
实施例10
本实施例与实施例7的不同之处在于：增强剂由过硫酸铵、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、生物聚合物按质量比8:6:7组成，生物聚合物由葡萄糖、鼠李糖、岩藻糖、葡萄糖醛酸按质量比2:3:3:4组成，其他与实施例7完全相同。
本实施例的生态多孔纤维棉的制备工艺与实施例7的完全相同。
实施例11
本实施例与实施例7的不同之处在于：增强剂由过硫酸铵、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、生物聚合物按质量比7：5:6组成，生物聚合物由葡萄糖、鼠李糖、岩藻糖、葡萄糖醛酸按质量比2:3:3:4组成，其他与实施例7完全相同。
本实施例的生态多孔纤维棉的制备工艺与实施例7的完全相同。
实施例12
本实施例与实施例11的不同之处在于：生物聚合物由葡萄糖、鼠李糖、岩藻糖、葡萄糖醛酸按质量比4:5:4:5组成，其他与实施例11完全相同。
本实施例的生态多孔纤维棉的制备工艺与实施例11的完全相同。
实施例13
本实施例与实施例12的不同之处在于：亲水剂由脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐、聚二硫二丙烷磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚磺酸钠按质量比1:1:1组成，其他与实施例12完全相同。
本实施例的生态多孔纤维棉的制备工艺与实施例12的完全相同。
实施例14
本实施例与实施例12的不同之处在于：亲水剂由脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐、聚二硫二丙烷磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚磺酸钠按质量比2:3:4组成，其他与实施例12完全相同。
本实施例的生态多孔纤维棉的制备工艺与实施例12的完全相同。
实施例15
本实施例与实施例12的不同之处在于：亲水剂由脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐、聚二硫二丙烷磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚磺酸钠按质量比3:5:6组成，其他与实施例12完全相同。
本实施例的生态多孔纤维棉的制备工艺与实施例12的完全相同。
实施例16
本实施例与实施例15的不同之处在于：硅烷偶联剂由3-氨基丙基三乙氧基硅烷、异氰酸丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨基异丁基二甲基甲氧基硅烷按质量比1:1:1组成，其他与实施例15完全相同。
本实施例的生态多孔纤维棉的制备工艺与实施例15的完全相同。
实施例17
本实施例与实施例15的不同之处在于：硅烷偶联剂由3-氨基丙基三乙氧基硅烷、异氰酸丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨基异丁基二甲基甲氧基硅烷按质量比1:3:2组成，其他与实施例15完全相同。
本实施例的生态多孔纤维棉的制备工艺与实施例15的完全相同。
实施例18
本实施例与实施例15的不同之处在于：硅烷偶联剂由3-氨基丙基三乙氧基硅烷、异氰酸丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨基异丁基二甲基甲氧基硅烷按质量比3:5:4组成，其他与实施例15完全相同。
本实施例的生态多孔纤维棉的制备工艺与实施例15的完全相同。
实施例19
本实施例与实施例18的不同之处在于：催化剂由N,N-二甲基苯胺、聚乙烯醇、二乙醇单异丙醇胺按质量比2:4:4组成，其他与实施例18完全相同。
本实施例的生态多孔纤维棉的制备工艺与实施例18的完全相同。
对比例
本对比例的生态多孔纤维棉，由如下重量的原料制成：玄武岩50kg、白云石4kg、矿渣粉20kg、废渣10kg、粘结剂20kg，其中粘结剂为醇溶性酚醛树脂。
本对比例的生态多孔纤维棉的制备工艺，包括如下步骤：(1)原料混合：按配方选取玄武岩、白云石、矿渣粉、废渣放入粉碎机中进行粉碎，制成混合粉料；
(2)融化成纤：将步骤(1)中得到的混合粉料放入高炉中，加热至1500℃使粉料融化成熔融浆，将熔融浆冷却后经四辊离心机高速甩丝成岩棉纤维；
(3)亲水胶制备：按配方选取粘结剂搅拌均匀制得亲水胶；
(4)喷胶：将步骤(3)制得的亲水胶顺着离心吹风喷到步骤(2)制得的岩棉纤维上；
(5)集棉、布棉、打褶、固化成型。
性能检测试验
检测方法
吸水性能检测：取实施例1-19及对比例制得的生态多孔纤维棉，按照GB/T 8810-2005《硬质泡沫塑料吸水率的测定》中的测试方法测定生态多孔纤维棉的吸水性能，测定结果如表3所示。
孔隙率检测：取实施例1-19及对比例制得的生态多孔纤维棉，按照Q_SDBW001-2008中的测试方法测定生态多孔纤维棉的孔隙度，其中生态多孔纤维棉的密度为70kg/m3，测定结果如表3所示。
表3实施例1-19及对比例生态多孔纤维棉性能
结合实施例1和对比例，并结合表3可以看出，相对于对比例来说，实施例1中加入了亲水剂、硅烷偶联剂和催化剂，催化剂作用在粘结剂上，从而增强粘结剂的粘性，硅烷偶联剂增强亲水剂、粘结剂的相容性，同时亲水剂中的亲水基团能够增强生态多孔纤维棉的亲水性，进而提高生态多孔纤维棉的吸水率和孔隙率。
结合实施例1-5，并结合表3可以看出，对生态多孔纤维棉的各组分的比例进行进一步的优化，从而进一步提高生态多孔纤维棉的吸水率和多孔率。
结合实施例5-12，并结合表3可以看出，通过在生态多孔纤维棉中加入增强剂，增强剂能够进一步增强生态多孔纤维棉的亲水性，同时能够促进亲水剂留在生态多孔纤维棉内，与粘结剂协同作用，进而提高生态多孔纤维棉的亲水性。
结合实施例12-19，并结合表3可以看出，对生态多孔纤维棉中的亲水剂、硅烷偶联剂进行进一步的优化，从而进一步增加生态多孔纤维棉的吸水率和孔隙率。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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