一種添加納米鉆石烯的秸稈畫材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于秸桿畫技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種添加納米鉆石烯的秸桿畫材料及制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的改變和農(nóng)村居民生活水平的提高，以及農(nóng)作物秸桿利 用途徑狹隘和綜合利用技術(shù)相對(duì)滯后，大量秸桿被丟棄或在田間焚燒，造成了巨大的資源 浪費(fèi)和環(huán)境污染，同時(shí)容易引發(fā)火災(zāi)及交通事故、危害人體健康;燃燒秸桿使地面溫度迅速 升高，能直接殺死土壤中的有益微生物，還會(huì)造成土壤水分的蒸發(fā)以及土壤結(jié)構(gòu)的破壞，造 成土壤板結(jié)、肥力下降、土壤生態(tài)系統(tǒng)惡化，直接影響作物對(duì)土壤有效成分的充分吸收，導(dǎo) 致作物產(chǎn)量和質(zhì)量的下降，這已經(jīng)成為社會(huì)性問題。因此，農(nóng)作物秸桿的資源化利用已成為 急需解決的問題。
[0003] 秸桿畫是工藝美術(shù)的一個(gè)組成部分，將農(nóng)作物秸桿進(jìn)行處理后制作成精美的秸桿 畫，由于原色秸桿不能達(dá)到工藝美術(shù)作品的美觀要求和保存需要，因此需要對(duì)秸桿進(jìn)行染 色等預(yù)處理，以改變其顏色及延長其保存周期。在現(xiàn)有工藝技術(shù)中，將制作秸桿畫的主要原 料秸桿染成不同的顏色或染成同一種顏色的方法很多，但所采用的顏料多為化學(xué)顏料，染 出的顏色失真度高且容易褪色，在制作過程中化學(xué)顏料還會(huì)揮發(fā)處有毒有害氣體，危害人 體健康;若采用天然染料，則保存周期較短，得到的秸桿畫材料容易褪色，難以達(dá)到良好的 染色效果和保質(zhì)周期。秸桿畫材料的制備通常包括原料選取、原料預(yù)處理、制備染色溶液和 染色處理步驟，其中原料預(yù)處理步驟通常包括原料浸泡處理和熏蒸處理步驟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種染色效果好、保存周期長且無污染的添加納米鉆石烯的 秸桿畫材料及制備方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種添加納米鉆石烯的秸桿畫材料 的制備方法，包括制備染色溶液步驟，其具體流程為：向去離子水中依次加入表面功能化處 理后的納米鉆石烯和分散劑并攪拌制成懸濁液，加入氯化鈉，加熱至40 °C后加入白礬，繼續(xù) 加熱至70°C后加入植物染料并進(jìn)行攪拌，保持該溫度條件2_3h后提取上層溶液，制得染色 溶液;上述流程中各組分的重量份數(shù)為:表面功能化處理后的納米鉆石烯1-5份、植物染料 35-55份、分散劑0.5-2份、白礬5-10份、去離子水70-100份;分散劑為BYK-163;氯化鈉與懸 濁液的質(zhì)量比為（1-5): 50。
[0006] 進(jìn)一步地，納米鉆石烯為層片狀單晶結(jié)構(gòu)，同一片層的碳原子之間為Sp3軌道雜化 碳鍵連接，層與層之間的碳原子之間為sp2雜化碳鍵連接;該納米鉆石烯的平均粒徑為R，20 <R< 500nm;該納米鉆石烯的C含量為99~100%。
[0007] 進(jìn)一步地，納米鉆石稀的表面功能化處理步驟如下：將納米鉆石稀至于質(zhì)量比為 1: (2-5)的濃硝酸/濃硫酸的混合液中，加熱回流后離心沉淀，取沉淀物用去離子水洗滌至 pH值為5.0-6.0，依次用0.1-0.5mol/L的NaOH溶液和0.1-0.5mol/L的HC1溶液洗滌沉淀物并 同時(shí)超聲分散l_2h，最后用去離子水洗滌后烘干制得表面功能化處理的納米鉆石烯；上述 步驟中加熱回流的溫度為90°C，加熱回流時(shí)間為24h。
[0008] 進(jìn)一步地，制備染色溶液步驟前面有原料預(yù)處理步驟，原料預(yù)處理步驟包括原料 浸泡處理步驟和熏蒸處理步驟，制備染色溶液步驟后面有染色處理步驟;所述染色處理步 驟如下:將原料預(yù)處理步驟得到的原料加入染色溶液中，加熱至70°C，攪拌并該溫度條件下 保持3-4h，將秸桿取出，清洗后風(fēng)干，制得秸桿畫材料。
[0009] 進(jìn)一步地，原料浸泡處理:將原料浸泡在氯化鈉溶液中，浸泡10_12h后取出并進(jìn)行 晾曬至干燥，重復(fù)上述步驟3-4次;氯化鈉溶液中氯化鈉與水的質(zhì)量比為1:50-5:50。
[00?0]進(jìn)一步地，熏蒸處理采用硫磺進(jìn)行熏蒸，熏蒸時(shí)間2-3h;硫磺與原料的質(zhì)量比為1: (300-600)〇
[0011] -種添加納米鉆石烯的秸桿畫材料的制備方法制得的添加納米鉆石烯的秸桿畫 材料。
[0012]納米鉆石稀采用以下制備工藝，步驟為： (1) 初步破碎:將金剛石原料送入球磨整形桶內(nèi)破碎篩出70目以上的顆粒，破碎時(shí)間為 l-5h，70目以下的粗料返回球磨整形桶進(jìn)行重新破碎;顆粒經(jīng)多級(jí)振篩機(jī)篩分出800目以上 的細(xì)料，振篩時(shí)間為30min-2h，該細(xì)料重復(fù)過篩一次以上； (2) 再次破碎:將篩分出800目以上細(xì)料輸送至氣流破碎機(jī)內(nèi)，利用高壓氣流對(duì)細(xì)料粉 碎后篩分出8000目以上的細(xì)粉，篩余物返回氣流破碎機(jī)進(jìn)行重新破碎； (3) 酸洗:將8000目以上的細(xì)粉經(jīng)過酸洗提純后，使用去離子水清洗至清洗液pH接近于 7； (4) 分選:將清洗后的物料進(jìn)行離心分離，取上層液體進(jìn)行1-5天沉淀分選，去除上層清 液，將下層沉淀物干燥后即得成品納米鉆石稀;離心分離步驟中，離心時(shí)間為30min-2h，轉(zhuǎn) 速為8000rpm-15000rpm。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：納米鉆石烯的單片層狀結(jié)構(gòu)使其具有 良好的耐磨性，加入染料后使染料的耐磨性增強(qiáng)，延長秸桿畫材料的使用壽命;納米鉆石烯 的平均粒徑為1?，20^?<50〇11 111，顆粒細(xì)，比表面積大，具有較好的吸附性能，可吸附更多的 染料成分;納米鉆石烯同一片層的碳原子之間為sp3軌道雜化碳鍵連接，層與層之間的碳原 子之間為sp2雜化碳鍵連接，sp2雜化軌道碳鍵為不飽和鍵，具有較高的表面活性，容易對(duì)其 進(jìn)行功能化處理，經(jīng)過功能化處理后的納米鉆石烯能夠均勻地分散在染料中，通過分子間 的范德華力及秸桿纖維高分子鏈的物理纏繞或它們之間的交聯(lián)作用，使染料與秸桿纖維緊 密結(jié)合起來，納米鉆石烯均勻地包覆在秸桿纖維周圍，分子間的作用力增大，提高染料的著 色強(qiáng)度和耐升華度;納米鉆石烯的層狀結(jié)構(gòu)，可在層與層之間儲(chǔ)存大量的染料，這些染料成 分會(huì)以一定的速度從層間釋放出來，具有一定的緩釋效果，使得秸桿長時(shí)間保持色度，減緩 其褪色過程;納米鉆石烯形貌為多層片狀結(jié)構(gòu)，形貌可控，分散性好，無抱團(tuán)團(tuán)聚現(xiàn)象發(fā)生， 其良好的分散性可有效阻止納米顆粒的再次團(tuán)聚，納米鉆石烯均勻分散在染料中，使秸桿 上色均勻;納米鉆石烯的C含量為99~100%，含碳量高，性質(zhì)穩(wěn)定，能夠?qū)?chǔ)存在層間的染料 成分進(jìn)行保護(hù)，減緩?fù)噬^程；納米鉆石烯層與層之間容易滑動(dòng)解離，具有很高的自潤滑 性，使得染料的流動(dòng)性增強(qiáng)，進(jìn)而提高秸桿上色的均勻度;納米C含量為99~100%，結(jié)晶性非 常強(qiáng)，對(duì)人體無毒副作用，形成的秸桿畫材料綠色環(huán)保，對(duì)人體無害;反復(fù)浸泡和晾曬能夠 防止秸桿纖維霉變，增強(qiáng)秸桿的白度和韌性，使秸桿不容易斷裂、變形;用硫磺進(jìn)行熏蒸，可 防止蟲蟻咬壞秸桿。
【附圖說明】
[0014] 圖1是納米鉆石烯的XRD譜圖； 圖2是納米鉆石烯的??Μ分析圖； 圖3是納米鉆石烯的MAS-NMR譜圖； 圖4是納米鉆石烯的原子軌道示意圖； 圖5是納米鉆石稀的Raman光譜。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 實(shí)施例1 一種添加納米鉆石烯的秸桿畫材料的制備方法，包括制備染色溶液步驟，其具體流程 為：向去離子水中依次加入表面功能化處理后的納米鉆石烯和分散劑并攪拌制成懸濁液， 加入氯化鈉，加熱至40°C后加入白礬，繼續(xù)加熱至70°C后加入植物染料并進(jìn)行攪拌，保持該 溫度條件3h后提取上層溶液，制得染色溶液;上述流程中各組分的重量份數(shù)為:表面功能化 處