一种晶须增强秸秆纤维环保家具材料及家具
阅读说明：本技术 一种晶须增强秸秆纤维环保家具材料及家具 (Whisker reinforced straw fiber environment-friendly furniture material and furniture ) 是由 刘海林 崔巍 潘杨笠 刘和文 赵原 于 2020-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种晶须增强秸秆纤维环保家具材料及家具,所述材料的成分按重量百分比包括50-90％改性秸秆纤维粉、5-30％碳酸钙晶须,所述改性秸秆纤维粉由秸秆纤维经酶解处理、纳米银改性处理、接枝聚合处理制得。本发明充分利用了秸秆纤维材料的自身优点,并通过酶解处理、纳米银改性处理、接枝聚合处理,使纤维均匀度、致密性以及抗菌性,再配合碳酸钙晶须的增强效果,改善了材料的力学性能,提高了抗冲击强度,且有效阻止了水分、油分在材料表面附着、纤维壁腔内渗透现象,使制得家具材料强度高、不易开裂、耐摔、表面光泽度高、耐水耐油性能突出；所用原料来源广、成本低,且绿色环保、无毒害,可适用于儿童家具用品。(The invention discloses a whisker reinforced straw fiber environment-friendly furniture material and furniture, wherein the material comprises 50-90% of modified straw fiber powder and 5-30% of calcium carbonate whiskers by weight percentage, and the modified straw fiber powder is prepared by performing enzymolysis treatment, nano-silver modification treatment and graft polymerization treatment on straw fibers. The invention fully utilizes the advantages of the straw fiber material, and makes the fiber uniform, compact and antibacterial through enzymolysis treatment, nano-silver modification treatment and graft polymerization treatment, and improves the mechanical property of the material by matching with the enhancement effect of calcium carbonate whiskers, thereby effectively preventing the phenomena of adhesion of water and oil on the surface of the material and permeation in fiber wall cavities, and making the prepared furniture material have high strength, difficult cracking, drop resistance, high surface gloss and outstanding water and oil resistance; the raw materials have wide sources and low cost, are green, environment-friendly and non-toxic, and can be suitable for children furniture articles.)
技术领域
本发明涉及家具材料技术领域，具体涉及一种晶须增强秸秆纤维环保家具材料及家具。
背景技术
植物纤维来源于农作物秸秆和快速再生植物，是自然界中取之不尽用之不竭的可再生资源，其具有强度高，表面纹理天然、质朴，颜色鲜艳，质感新颖等优点，适合制作多次、反复使用的物品，可以替代部分塑料、玻璃、木质制品，例如生活中常见的家具用品，包括书桌、餐桌、儿童床、木地板、衣柜等。
然而，植物纤维在制浆工艺中，细胞壁表面会产生很多微孔，导致纤维材料力学性能较差，抗冲击强度低，且表面润湿性过大，呈现出亲水性，耐水效果差。为此，在制备植物纤维材料时，需要对其材料成分以及工艺进行优化，加入合适的填料或助剂，起到填充作用，以减少“空穴”效应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶须增强秸秆纤维环保家具材料及家具，其解决了传统植物纤维家具材料抗冲击强度低、耐水效果差的缺陷。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种晶须增强秸秆纤维环保家具材料，所述材料的成分按重量百分比包括50-90％改性秸秆纤维粉、5-30％碳酸钙晶须，所述改性秸秆纤维粉由秸秆纤维经酶解处理、纳米银改性处理、接枝聚合处理制得。
进一步改进在于，所述酶解处理的具体操作为：将秸秆纤维粉碎至40-80目后分散于水中，加入10-30FPU/g秸秆纤维粉的活化纤维素酶，控制温度为50-60℃，于100-120rpm的搅拌条件下酶解20-80min，分离干燥。
进一步改进在于，所述活化纤维素酶通过以下方法制得：将纤维素酶与聚乙二醇单甲醚按照1:2的质量比混合，加入pH为4.0-4.8的乙酸-乙酸钠缓冲液中，4-8℃搅拌反应0.5-3h，超滤分离得到纤维素酶，将纤维素酶置于50-60℃水中活化8-12min，分离后即获得活化纤维素酶。
进一步改进在于，所述纳米银改性处理的具体操作为：将酶解后的秸秆纤维超细研磨至200-2000目，将研磨后的秸秆纤维粉加入到硝酸银溶液中混合均匀，再缓慢滴加抗坏血酸溶液，控制温度为30-50℃，搅拌反应2-10h，再过滤、洗涤、干燥，得到纳米银改性秸秆纤维粉。
进一步改进在于，所述秸秆纤维粉与硝酸银溶液的重量比为0.05-0.1:1，抗坏血酸溶液的浓度为10-15mmol/L，硝酸银溶液的浓度为1.5-2.5mmol/L，所述硝酸银溶液与抗坏血酸溶液的体积比为0.8-1.2:1。
进一步改进在于，所述接枝聚合处理的具体操作为：配制马来酸酐-丙酮溶液，再将纳米银改性处理后的秸秆纤维加入到马来酸酐-丙酮溶液中，搅拌均匀后40-50℃蒸发干燥，再往干燥后的秸秆纤维中加入引发剂并搅拌均匀，升温至70-90℃后保温10-30min，进行接枝聚合反应。
进一步改进在于，所述马来酸酐-丙酮溶液是由马来酸酐与丙酮按照质量比1:1-5混合配置而成，且马来酸酐-丙酮溶液中马来酸酐的质量为秸秆纤维质量的2-8％。
进一步改进在于，所述碳酸钙晶须的表征参数直径为0.5-1um、长度为5-10um。
进一步改进在于，所述材料的成分按重量百分比还包括1-10％植物果胶、1-8％紫胶树脂、1-5％羧甲基壳聚糖和1-3％硅烷偶联剂。
一种家具，其通过上述晶须增强秸秆纤维环保家具材料加工而成。
本发明的原理及有益效果在于：
(1)充分利用了秸秆纤维材料的自身优点，并通过酶解处理、纳米银改性处理、接枝聚合处理，使纤维均匀度、致密性以及抗菌性，再配合碳酸钙晶须的增强效果，改善了材料的力学性能，提高了抗冲击强度，且有效阻止了水分、油分在材料表面附着、纤维壁腔内渗透现象，使制得家具材料强度高、不易开裂、耐摔、表面光泽度高、耐水耐油性能突出。
(2)所用原料来源广、成本低，且绿色环保、无毒害，可适用于儿童用品。作为优选的配方，原料中的植物果胶可在家具成型后保持良好粘结性，同时与秸秆纤维共混可进一步增加本发明的韧性；紫胶树脂可提高材料内晶须的均匀性和稳定性，使家具表面光滑、光泽均匀；羧甲基壳聚糖可进一步提升家具的抗菌性。
(3)具体的，酶解处理采用聚乙二醇单甲醚活化纤维素酶，酶解效率、程度高，改善纤维均匀度、致密性，且有利于后续银离子的结合；而纳米银改性处理后立即采用接枝聚合处理，接枝聚合反应会增加纤维表面功能层的稳定性，使得纳米银更稳定地结合在纤维表面，通过发挥良好的协效作用，改善纤维的抗菌效果以及抗菌长效性。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
一种晶须增强秸秆纤维环保家具材料，所述材料的成分按重量百分比包括70％改性秸秆纤维粉、30％碳酸钙晶须，所述改性秸秆纤维粉由秸秆纤维经酶解处理、纳米银改性处理、接枝聚合处理制得。碳酸钙晶须表征参数直径为0.5-0.7um、长度为5-7um。
酶解处理的具体操作为：将秸秆纤维粉碎至40目后分散于水中，加入10FPU/g秸秆纤维粉的活化纤维素酶，控制温度为50℃，于100rpm的搅拌条件下酶解80min，分离干燥。其中，所述活化纤维素酶通过以下方法制得：将纤维素酶与聚乙二醇单甲醚按照1:2的质量比混合，加入pH为4.0的乙酸-乙酸钠缓冲液中，4℃搅拌反应3h，超滤分离得到纤维素酶，将纤维素酶置于50℃水中活化12min，分离后即获得活化纤维素酶。
所述纳米银改性处理的具体操作为：将酶解后的秸秆纤维超细研磨至200目，将研磨后的秸秆纤维粉加入到浓度为1.5mmol/L的硝酸银溶液中混合均匀，秸秆纤维粉与硝酸银溶液的重量比为0.05:1，再缓慢滴加浓度为10mmol/L的抗坏血酸溶液，硝酸银溶液与抗坏血酸溶液的体积比为0.8:1，控制温度为30℃，搅拌反应10h，再过滤、洗涤、干燥，得到纳米银改性秸秆纤维粉。
所述接枝聚合处理的具体操作为：配制马来酸酐-丙酮溶液，再将纳米银改性处理后的秸秆纤维加入到马来酸酐-丙酮溶液中，搅拌均匀后40℃蒸发干燥，再往干燥后的秸秆纤维中加入引发剂并搅拌均匀，升温至70℃后保温30min，进行接枝聚合反应。其中，所述马来酸酐-丙酮溶液是由马来酸酐与丙酮按照质量比1:1混合配置而成，且马来酸酐-丙酮溶液中马来酸酐的质量为秸秆纤维质量的2％。
实施例2
一种晶须增强秸秆纤维环保家具材料，所述材料的成分按重量百分比包括80％改性秸秆纤维粉、20％碳酸钙晶须，所述改性秸秆纤维粉由秸秆纤维经酶解处理、纳米银改性处理、接枝聚合处理制得。碳酸钙晶须表征参数直径为0.6-0.8um、长度为6-8um。
酶解处理的具体操作为：将秸秆纤维粉碎至60目后分散于水中，加入20FPU/g秸秆纤维粉的活化纤维素酶，控制温度为55℃，于110rpm的搅拌条件下酶解50min，分离干燥。其中，所述活化纤维素酶通过以下方法制得：将纤维素酶与聚乙二醇单甲醚按照1:2的质量比混合，加入pH为4.4的乙酸-乙酸钠缓冲液中，6℃搅拌反应2h，超滤分离得到纤维素酶，将纤维素酶置于55℃水中活化10min，分离后即获得活化纤维素酶。
所述纳米银改性处理的具体操作为：将酶解后的秸秆纤维超细研磨至1000目，将研磨后的秸秆纤维粉加入到浓度为2mmol/L的硝酸银溶液中混合均匀，秸秆纤维粉与硝酸银溶液的重量比为0.08:1，再缓慢滴加浓度为12mmol/L的抗坏血酸溶液，硝酸银溶液与抗坏血酸溶液的体积比为1:1，控制温度为40℃，搅拌反应5h，再过滤、洗涤、干燥，得到纳米银改性秸秆纤维粉。
所述接枝聚合处理的具体操作为：配制马来酸酐-丙酮溶液，再将纳米银改性处理后的秸秆纤维加入到马来酸酐-丙酮溶液中，搅拌均匀后45℃蒸发干燥，再往干燥后的秸秆纤维中加入引发剂并搅拌均匀，升温至80℃后保温20min，进行接枝聚合反应。其中，所述马来酸酐-丙酮溶液是由马来酸酐与丙酮按照质量比1:3混合配置而成，且马来酸酐-丙酮溶液中马来酸酐的质量为秸秆纤维质量的5％。
实施例3
一种晶须增强秸秆纤维环保家具材料，所述材料的成分按重量百分比包括90％改性秸秆纤维粉、10％碳酸钙晶须，所述改性秸秆纤维粉由秸秆纤维经酶解处理、纳米银改性处理、接枝聚合处理制得。碳酸钙晶须表征参数直径为0.8-1um、长度为8-10um。
酶解处理的具体操作为：将秸秆纤维粉碎至80目后分散于水中，加入30FPU/g秸秆纤维粉的活化纤维素酶，控制温度为60℃，于120rpm的搅拌条件下酶解20min，分离干燥。其中，所述活化纤维素酶通过以下方法制得：将纤维素酶与聚乙二醇单甲醚按照1:2的质量比混合，加入pH为4.8的乙酸-乙酸钠缓冲液中，8℃搅拌反应0.5h，超滤分离得到纤维素酶，将纤维素酶置于60℃水中活化8min，分离后即获得活化纤维素酶。
所述纳米银改性处理的具体操作为：将酶解后的秸秆纤维超细研磨至2000目，将研磨后的秸秆纤维粉加入到浓度为2.5mmol/L的硝酸银溶液中混合均匀，秸秆纤维粉与硝酸银溶液的重量比为0.1:1，再缓慢滴加浓度为15mmol/L的抗坏血酸溶液，硝酸银溶液与抗坏血酸溶液的体积比为1.2:1，控制温度为50℃，搅拌反应2h，再过滤、洗涤、干燥，得到纳米银改性秸秆纤维粉。
所述接枝聚合处理的具体操作为：配制马来酸酐-丙酮溶液，再将纳米银改性处理后的秸秆纤维加入到马来酸酐-丙酮溶液中，搅拌均匀后50℃蒸发干燥，再往干燥后的秸秆纤维中加入引发剂并搅拌均匀，升温至90℃后保温10min，进行接枝聚合反应。其中，所述马来酸酐-丙酮溶液是由马来酸酐与丙酮按照质量比1:5混合配置而成，且马来酸酐-丙酮溶液中马来酸酐的质量为秸秆纤维质量的8％。
实施例4
一种晶须增强秸秆纤维环保家具材料，所述材料的成分按重量百分比包括50％改性秸秆纤维粉、30％碳酸钙晶须、10％植物果胶、5％紫胶树脂、3％羧甲基壳聚糖和2％硅烷偶联剂，各成分的制备步骤同实施例2。
实施例5
一种晶须增强秸秆纤维环保家具材料，所述材料的成分按重量百分比包括85％改性秸秆纤维粉、5％碳酸钙晶须、5％植物果胶、3％紫胶树脂、1％羧甲基壳聚糖和1％硅烷偶联剂，各成分的制备步骤同实施例2。
对比例1
其与实施例2基本相同，唯一区别在于：改性秸秆纤维粉在制备时未进行酶解处理。
对比例2
其与实施例2基本相同，唯一区别在于：改性秸秆纤维粉进行酶解处理时使用的为市售普通纤维素(河南铭之鑫化工产品有限公司生产)。
对比例3
其与实施例2基本相同，唯一区别在于：改性秸秆纤维粉在制备时未进行纳米银改性处理。
对比例4
其与实施例2基本相同，唯一区别在于：改性秸秆纤维粉在制备时未进行接枝聚合处理。
按照上述实施例1-5以及对比例1-4的配方，经混合、预热、模压分别制成尺寸为5cm×20cm×0.5cm的试样家具板材，对板材分别进行性能测试，具体包括：抗冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率、抗菌性能(以大肠埃希氏杆菌(Escherichia coli)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)为试验菌株，参照QB/T2591-2003抗菌塑料的抗菌性能试验方法及LY/T 1926-2010抗菌木(竹)质地板抗菌性能检验方法与抗菌效果标准，测定家具板材对上述三种细菌的抗菌率)、水接触角、油接触角。测试结果统计成下表：
从上表可以看出，本发明实施例1-5制得的家具板材，其抗冲击强度≥80.6J/m2、拉伸强度≥1319.63MPa、断裂伸长率≥4.91％、大肠埃希氏杆菌抗菌率≥93.4％、金黄色葡萄球菌抗菌率≥97.6％、铜绿假单胞菌抗菌率≥93.8％、水接触角≥124.8°、油接触角≥112.4°，综合力学性能、抗菌性能以及耐油、耐水性能突出。具体因素来看，改性秸秆纤维粉在制备时，酶解处理能显著提供材料板的力学性能，且使用活化纤维素酶效果更为突出，同时对耐水、耐油性能也有一定的改善作用；纳米银改性处理可提高材料板的抗菌性能，但单独处理(对比例4)效果一般，而接枝聚合处理与纳米银改性处理具有协同作用，其能增加纤维表面功能层的稳定性，使得纳米银更稳定地结合在纤维表面，通过发挥良好的协效作用，改善纤维的抗菌效果以及抗菌长效性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
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