一种含有石墨烯的耐刮擦环保密胺材料及制备方法与流程

本发明涉及密胺树脂材料及其制备方法技术领域，特别是涉及一种含有石墨烯的耐刮擦环保密胺材料及制备方法。

背景技术：

植物纤维是广泛分布在种子植物中的一种厚壁组织。它的细胞细长，两端尖锐，具有较厚的次生壁，壁上常有单纹孔，成熟时一般没有活的原生质体。植物纤维在植物体中主要起机械支持作用。

植物纤维材料来源于可再生农作物，是自然界中取之不尽用之不竭的可再生资源。通过对植物纤维改性可用于制作餐饮容器具。如将植物纤维改性处理后与高分子材料复合制备各种餐杯、餐盘、食品托盘等。然而植物纤维普通聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯复合的材料耐热性差，容易形变，使用几次后出现严重变形。通常只能作为一次性餐具使用。从而造成了浪费。

在现有技术中，稻壳是常用于制作餐饮器具的植物纤维。稻壳是稻谷外面的一层壳。正稻壳则是由一些粗燥的厚壁细胞组成，其厚度大约24~30微米，稻壳富含纤维素、木质素、二氧化硅，其中脂肪、蛋白质的含量较低，基于稻谷品种、地区、气候等差异，其化学组成会有差异。

密胺树脂是一种耐高温、耐摩擦、具有仿瓷效果的热固性树脂，将植物纤维与密胺树脂复合制备餐如碗、杯、盘子、碟、快餐盒、汤勺、汤匙、筷子、航空餐盒等，具有仿瓷强度高，自然质感好，丝纹清晰华丽等特点。可以完全替代传统瓷质餐具。

密胺树脂在120℃下是无毒无味，并且具有耐磕碰、耐腐蚀、耐高温、耐低温等优点。密胺树脂的结构紧密，有较强的硬度，不易摔破，有很强的耐用性。密胺树脂餐具是由三聚氰胺和甲醛树脂聚合以后制成的，它是一种新型环保的材料。因为它轻便、好洗、不易碎而受到人们的喜爱。但它在高温情况下，析出三聚氰胺和甲醛的可能性很大。三聚氰胺本身毒性较低，溶解性差，但是吸食后到肾里会结晶变成结石，对人体会产生危害。使用这种餐具时只要不超过120℃，都是安全的。

但植物纤维-密胺树脂复合的餐具在具体使用时，其耐刮擦性始终难以与传统瓷质餐具比美。具体表现在植物纤维-密胺树脂复合的餐具多次使用后容易刮花、色泽暗淡，且容易渗透污渍，不易清除。现有密胺树脂的餐具的清洗都需要较柔软的抹布，采用粗布如百洁布之类的抹布极易使餐具的表面刮花。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种含有石墨烯的耐刮擦环保密胺材料及制备方法，用于解决现有技术中植物纤维-密胺树脂餐具耐磨性较差、容易刮花的问题。本发明采用气流粉碎机将石墨烯分散并粘附于密胺树脂粉末的表面、膨化分散；通过将稻壳粉塑化处理；该材料在高温模压成型机上压制成型时，石墨烯均匀分散，提升了餐具制品的耐刮擦性；在提升密胺材料的耐刮擦性的同时保持了密胺树脂的耐磕碰、耐腐蚀、耐高温、耐低温的性能。

本发明的第一方面，提供一种含有石墨烯的耐刮擦环保密胺材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将石墨烯、木质纤维、密胺树脂粉末和硬脂酸加入球磨机中球磨，再经过气流粉碎机进行分散细化，然后加入高压机，加压至2-3mpa然后突然泄压，得到膨化分散的石墨烯-密胺树脂粉末待用；

步骤二、将漂白稻壳粉和塑化剂加入捏合机，在70-80℃捏炼10-20min，得到塑化稻壳粉待用；

步骤三、将膨化分散的石墨烯-密胺树脂粉末、塑化稻壳粉、热稳定剂、无机填料、润滑剂和抗氧化剂加入高混机中混合，再经过气流粉碎机进行分散细化，即得含有石墨烯的耐刮擦环保密胺材料。

步骤一中所述膨化分散的石墨烯-密胺树脂粉末包括如下重量份数的原料：3-5份的石墨烯，3-5份木质纤维、80~120份的密胺树脂粉末，1~3份的硬脂酸。

优选的，步骤一中所述球磨机为行星式球磨机，球磨工艺为球磨转速30-50rpm，球磨时间为1~2h。

优选的，步骤一中所述气流粉碎机采用涡旋气流粉碎机，主机转速为600-800rpm，分级转速为1200-1600rpm。

优选的，步骤二中所述漂白稻壳粉的制备过程为：将稻壳粉浸泡在双氧水中进行浸泡漂白，再用蒸馏水对稻壳进行清洗2~3次，干燥即得漂白稻壳粉。

优选的，步骤二中所述漂白稻壳粉为80-100重量份，塑化剂为10-15重量份；其中所述塑化剂为马来酸酐、乙酸酐中的一种。

优选的，步骤三中各原料重量份数为：80~120份膨化分散的石墨烯-密胺树脂粉末，20~50份的塑化稻壳粉，1-2份的热稳定剂，5-10份无机填料、1~3份的润滑剂，0.5-1份的抗氧化剂。

进一步优选地：所述热稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌中的一种；所述无机填料为滑石粉、硫酸钡、云母粉中的至少一种；所述润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡中的一种；所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种。

优选的，步骤三中所述的气流粉碎机进行分散细化采用涡旋气流粉碎机在主机转速600rpm分级转速800rpm进行分散。

另一方面，本发明提供由上述方法制备得到的一种含有石墨烯的耐刮擦环保密胺材料。首先将石墨烯、密胺树脂粉末和木质纤维、硬脂酸在球磨机中研磨，然后进一步经过气流粉碎机分散细化，然后加入高压机，加压至2-3mpa然后突然泄压，利用木质纤维具有泄压膨胀的特性使得细化物膨化分散，得到膨化分散的石墨烯-密胺树脂粉；将稻壳漂白后与塑化剂进行塑化处理；最后将所有原料混合分散，即得含有石墨烯的耐刮擦环保密胺材料。通过研磨和气流粉碎机分散细化的方法，将石墨烯均匀分散在密胺树脂粉末上，进一步通过膨化提升了石墨烯的分散性，在提升密胺材料的耐刮擦性能的同时保持了密胺树脂的耐磕碰、耐腐蚀、耐高温、耐低温的性能。整个密胺材料的制备方法简单，稻壳来源广泛，成本低廉，采用含有石墨烯的耐刮擦环保密胺材料制备得到的密胺餐具具有更好的耐磨性、不易刮花；相比于传统的密胺餐具更加环保。

本发明的一种含有石墨烯的耐刮擦环保密胺材料及制备方法，具有以下有益效果：

1、通过气流粉碎机分散细化的方法，将石墨烯均匀分散在密胺树脂粉末上，进一步膨化，使得石墨烯均匀分散于密胺树脂体系，利于提升制品的耐刮擦性。

2、整个密胺材料的制备方法简单，稻壳来源广泛，成本低廉，采用含有石墨烯的耐刮擦环保密胺材料制备得到的密胺餐具具有更好的耐磨性、不易刮花；更加环保。

附图说明

图1本发明含有石墨烯的耐刮擦环保密胺材料的制备流程图。

图2为实施例1的密胺板经砂纸擦刮后的表面图。

图3为对比例1的密胺板经砂纸擦刮后的表面图。。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。

实施例1

步骤一、将3份的石墨烯，3份木质纤维、80份的密胺树脂粉末，1份的硬脂酸加入行星式球磨机，球磨工艺为球磨转速30rpm，球磨为1h；再经过涡旋气流粉碎机，主机转速为600rpm，分级转速为1200rpm，进行分散细化，然后加入高压机，加压至2mpa突然泄压，得到膨化分散的石墨烯-密胺树脂粉末待用；

步骤二、将稻壳粉浸泡在双氧水中进行浸泡漂白，再用蒸馏水对稻壳进行清洗2次，干燥即得漂白稻壳粉；将100重量份漂白稻壳粉和8份塑化剂马来酸酐加入捏合机，在80℃捏炼10min，得到塑化稻壳粉待用；

步骤三、将100份的膨化分散的石墨烯-密胺树脂粉末，20份的塑化稻壳粉，1份的热稳定剂硬脂酸钙，5份无机填料滑石粉、3份的润滑剂聚乙烯蜡，0.5份的抗氧化剂1010加入高混机中混合均匀，再经过涡旋气流粉碎机在主机转速600rpm分级转速800rpm进行分散细化，即得含有石墨烯的耐刮擦环保密胺材料。

实施例2

步骤一、将5份的石墨烯，5份木质纤维、120份的密胺树脂粉末，1份的硬脂酸加入行星式球磨机，球磨工艺为球磨转速50rpm，球磨为1h；再经过涡旋气流粉碎机，主机转速为800rpm，分级转速为1600rpm，进行分散细化，然后加入高压机，加压至3mpa突然泄压，得到膨化分散的石墨烯-密胺树脂粉末待用；

步骤二、将稻壳粉浸泡在双氧水中进行浸泡漂白，再用蒸馏水对稻壳进行清洗2次，干燥即得漂白稻壳粉；将80重量份漂白稻壳粉和5份塑化剂乙酸酐加入捏合机，在80℃捏炼10min，得到塑化稻壳粉待用；

步骤三、将120份的膨化分散的石墨烯-密胺树脂粉末，30份的塑化稻壳粉，1份的热稳定剂硬脂酸钙，8份无机填料硫酸钡、1份的润滑剂聚乙烯蜡，0.5份的抗氧化剂1010加入高混机中混合，再经过涡旋气流粉碎机在主机转速600rpm分级转速800rpm进行分散细化，即得含有石墨烯的耐刮擦环保密胺材料。

实施例3

步骤一、将5份的石墨烯，5份木质纤维、100份的密胺树脂粉末，1~3份的硬脂酸加入行星式球磨机，球磨工艺为球磨转速30rpm，球磨为1h；再经过涡旋气流粉碎机，主机转速为600rpm，分级转速为1200rpm，进行分散细化，然后加入高压机，加压至3mpa突然泄压，得到膨化分散的石墨烯-密胺树脂粉末待用；

步骤二、将稻壳粉浸泡在双氧水中进行浸泡漂白，再用蒸馏水对稻壳进行清洗3次，干燥即得漂白稻壳粉；将100重量份漂白稻壳粉和8份塑化剂乙酸酐加入捏合机，在80℃捏炼20min，得到塑化稻壳粉待用；

步骤三、将120份的膨化分散的石墨烯-密胺树脂粉末，20份的塑化稻壳粉，1份的热稳定剂硬脂酸锌，10份无机填料云母粉、2份的润滑剂聚丙烯蜡，0.5份的抗氧化剂1010加入高混机中混合，再经过涡旋气流粉碎机在主机转速600rpm分级转速800rpm进行分散细化，即得含有石墨烯的耐刮擦环保密胺材料。

对比例1

对比例1相较于实施例1而言没有进行膨化分散处理，而是研磨、气流分散后作为原料使用，其他工艺和配方与实施例1一致。由于没有膨化分散，使得石墨烯的分散性受限，提升耐刮擦性能有限。

耐刮擦性能测试：

分别称取实施例1、对比例1得到的耐刮擦密胺材料放入高频预热机中，在100℃下将其预热60秒，预热结束后将密胺材料倒入冲压成型设备的模具中，此时的模温为160℃，将其压制成5cm×10cm×1cm的长方体密胺板，然后等待密胺板在空气中冷却成型。

将得到的密胺板在水平面上放在崭新的600目的砂纸上以20n的压力来回刮擦30次后，观察经砂纸刮擦后密胺板的表面，发现经砂纸刮擦后，实施例1密胺板表面并未出现刮痕，如图1所示；而对比例1密胺板表面已出现些许刮痕，如图2所示。