CN103131038B - 一种木质纤维素泡沫材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种木质纤维素泡沫材料的制备方法，它涉及一种纤维素泡沫材料的制备方法。本发明的目的是要解决现有纤维素泡沫类材料的制备方法存在成本高的问题。方法：一、首先将木质纤维素粉碎得到20～200目的木粉；二、将20～200目的木粉加入到水中进行研磨分散，得到木质纤维素水分散液；三、对木质纤维素水分散液进行冷冻干燥处理，即得到木质纤维素泡沫材料。本发明优点：一、制备方法简单，且利用原料价格低廉，降低制备成本；二、不会造成任何污染，纯绿色环保；三、木质纤维素泡沫材料有巨大的应用前景。本发明主要用于制备木质纤维素泡沫材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维素泡沫材料的制备方法。
背景技术
随着石油资源的日益紧缺及开发精炼石油化工产品所带来的环境污染等一系列问题的突出，其他可替代资源的研究和开发前所未有地吸引了众人的目光。由于其独特的可再生性和二氧化碳中性，木质纤维素作为生物质资源的代表最为引人关注。木质纤维素的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。其中，利用最广的是纤维素，其次是半纤维素，最难利用的是木质素。木质素是无定形高聚物，以苯丙烷为单位通过醚键和碳-碳键联结而成。在生物质材料中大量存在并形成紧密包埋纤维素和半纤维素的三维网络结构。其结构的复杂性使得木质素在实际应用中很难开发。而为了去除木质素，需要使用大量的化学药品或高昂的设备对原材料进行处理，大大增加了对木质纤维素材料利用的成本及造成严重的环境污染。
当前纤维素泡沫类材料主要是由纤丝化纤维素、纤维素被溶剂溶解后经再生及细菌纤维素构成。除去要求较为苛刻的细菌纤维素外，前两种通常使用的已经是制备好的纤维素，虽然制备方法简单，但是前期在纤维的净化、纤维素的提纯方面仍需要许多化学加工。尤其是纤丝化纤维素的制备更是需要大量的化学药品将生物质资源中的半纤维素和木质素反复净化，耗能巨大。近年来，许多报道研究了一些有利于提取纤维素的预处理方法，如机械处理生物学处理，TEMPO表面氧化，超声或其中多种相结合。这些预处理方法都需要一些特殊的条件，如高温、高压或特殊设备，增加制备成本。所以现有纤维素泡沫类材料的制备方法存在成本高的问题。
JP昭64-11141A公开了一种亲水性多孔聚合物的制备方法，所述方法包括以下步骤：制备亲水性聚合物的水溶液，水溶液中含有表面活性剂，聚合物分散于水中，聚合物的浓度为0.05％～50％，然后将聚合物水溶液进行冷冻干燥，即得到亲水性多孔聚合物材料；聚合物可以选自纤维素。
发明内容
本发明的目的是要解决现有纤维素泡沫类材料的制备方法存在成本高的问题，而提供一种木质纤维素泡沫材料的制备方法。
一种木质纤维素泡沫材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、破碎：对木质纤维素进行机械粉碎，得到20～200目的木粉；步骤一中所述的木质纤维素为林木废弃物、植物茎干、废弃报纸、棉花、麻、竹、秸秆或蔗渣；二、研磨分散：将20～200目的木粉加入到水中，然后进行研磨分散，研磨分散时间为30min～48h，即得到木质纤维素水分散液；步骤二中所述的20～200目的木粉与水的质量比为1:(10～1000)；三、冷冻干燥：对木质纤维素水分散液进行冷冻干燥处理，即得到木质纤维素泡沫材料。
本发明优点：一、本发明制备方法简单，且利用原料价格低廉，大大降低制备成本；二、本发明制备过程中不添加任何化学试剂，只有水的介入，所有处理手段均通过纯物理手段对原料进行处理，不会造成任何污染，纯绿色环保；三、本发明提供的制备方法制备的木质纤维素泡沫材料在组织工程、控释系统、传感器、农业、水净化、色谱分析、超级高效隔热隔声材、生物医药，还可在高效可充电电池、超级电容器、催化剂及载体、气体过滤材料、化妆品等有巨大的应用前景。
附图说明
图1为试验一制备的木质纤维素泡沫材料宏观照片图；
图2为试验二制备的木质纤维素泡沫材料宏观照片图；
图3为试验三制备的木质纤维素泡沫材料宏观照片图；
图4为试验四制备的木质纤维素泡沫材料宏观照片图；
图5为试验五制备的木质纤维素泡沫材料宏观照片图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种木质纤维素泡沫材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、破碎：对木质纤维素进行机械粉碎，得到20～200目的木粉；二、研磨分散：将20～200目的木粉加入到水中，然后进行研磨分散，研磨分散时间为30min～48h，即得到木质纤维素水分散液；三、冷冻干燥：对木质纤维素水分散液进行冷冻干燥处理，即得到木质纤维素泡沫材料。
步骤一中所述的木质纤维素为林木废弃物、植物茎干、废弃报纸、棉花、麻、竹、秸秆或蔗渣。
步骤二中所述的20～200目的木粉与水的质量比为1:(10～1000)。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中所述的机械粉碎为高速粉碎或球磨粉碎。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二的不同点是：所述的高速粉碎具体操作如下：将木质纤维素放入高速粉碎机中，然后在转速为5000r/min～20000r/min的条件下进行高速粉碎，粉碎至木质纤维素的粒度为20～200目为止，即得到20～200目的木粉。其他与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二的不同点是：所述的球磨粉碎具体操作如下：将木质纤维素放入球磨机中，然后在磨球与木质纤维素质量比为(2～20):1的条件下进行球磨粉碎，粉碎至木质纤维素的粒度为20～200目为止，即得到20～200目的木粉。其他与具体实施方式二相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤三中所述的冷冻干燥处理具体操作如下：在温度为-20℃～-75℃和真空度为5μPa～2Pa冷冻干燥24h～48h。其他与具体实施方式一至四相同。
采用下述试验验证本发明效果：
试验一：一种木质纤维素泡沫材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、破碎：对木质纤维素进行高速粉碎，得到60目的木粉；二、研磨分散：将5g60目的木粉加入到500mL水中，然后进行研磨分散，研磨分散时间为6h，即得到木质纤维素水分散液；三、冷冻干燥：对木质纤维素水分散液进行冷冻干燥处理，即得到木质纤维素泡沫材料。
本试验步骤一中所述的木质纤维素为小麦秸秆。
本试验步骤一中所述的高速粉碎具体操作如下：将木质纤维素放入高速粉碎机中，然后在转速为12000r/min的条件下进行高速粉碎，粉碎至木质纤维素的粒度为60目为止，即得到60目的木粉。
本试验步骤三中所述的冷冻干燥处理具体操作如下：在温度为-55℃和真空度为25μPa冷冻干燥48h。
图1为本试验制备的木质纤维素泡沫材料宏观照片图，通过图1可以清晰看出本试验制备的木质纤维素泡沫材料呈泡沫状，进行折叠性能测试，发现本试验的木质纤维素泡沫材料经多次折叠仍能保持良好的外观结构，所以本试验制备的木质纤维素泡沫材料在组织工程、控释系统、传感器、农业、水净化、色谱分析、超级高效隔热隔声材、生物医药，还可在高效可充电电池、超级电容器、催化剂及载体、气体过滤材料、化妆品等有巨大的应用前景。
试验二：一种木质纤维素泡沫材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、破碎：对木质纤维素进行高速粉碎，得到80目的木粉；二、研磨分散：将10g60目的木粉加入到1000mL水中，然后进行研磨分散，研磨分散时间为18h，即得到木质纤维素水分散液；三、冷冻干燥：对木质纤维素水分散液进行冷冻干燥处理，即得到木质纤维素泡沫材料。
本试验步骤一中所述的木质纤维素为玉米秸秆。
本试验步骤一中所述的高速粉碎具体操作如下：将木质纤维素放入高速粉碎机中，然后在转速为12000r/min的条件下进行高速粉碎，粉碎至木质纤维素的粒度为80目为止，即得到80目的木粉。
本试验步骤三中所述的冷冻干燥处理具体操作如下：在温度为-55℃和真空度为75μPa冷冻干燥48h。
图2为本试验制备的木质纤维素泡沫材料宏观照片图，通过图2可以清晰看出本试验制备的木质纤维素泡沫材料呈泡沫状，进行折叠性能测试，发现本试验的木质纤维素泡沫材料经多次折叠仍能保持良好的外观结构，所以本试验制备的木质纤维素泡沫材料在组织工程、控释系统、传感器、农业、水净化、色谱分析、超级高效隔热隔声材、生物医药，还可在高效可充电电池、超级电容器、催化剂及载体、气体过滤材料、化妆品等有巨大的应用前景。
试验三：一种木质纤维素泡沫材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、破碎：对废弃报纸进行球磨粉碎，得到60目的废报纸颗粒；二、研磨分散：将4g60目的木粉加入到600mL水中，然后进行研磨分散，研磨分散时间为60min，即得到木质纤维素水分散液；三、冷冻干燥：对木质纤维素水分散液进行冷冻干燥处理，即得到木质纤维素泡沫材料。
本试验步骤一中所述的球磨粉碎具体操作如下：将废弃报纸放入球磨机中，然后在磨球与废弃报纸质量比为10:1的条件下进行球磨粉碎，粉碎至废弃报纸的粒度为60目为止，即得到60目的废报纸颗粒。
本试验步骤三中所述的冷冻干燥处理具体操作如下：在温度为-55℃和真空度为100μPa冷冻干燥36h。
图3为本试验制备的木质纤维素泡沫材料宏观照片图，通过图3可以清晰看出本试验制备的木质纤维素泡沫材料呈泡沫状，进行折叠性能测试，发现本试验的木质纤维素泡沫材料经多次折叠仍能保持良好的外观结构，所以本试验制备的木质纤维素泡沫材料在组织工程、控释系统、传感器、农业、水净化、色谱分析、超级高效隔热隔声材、生物医药，还可在高效可充电电池、超级电容器、催化剂及载体、气体过滤材料、化妆品等有巨大的应用前景。
试验四：一种木质纤维素泡沫材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、破碎：对木质纤维素进行高速粉碎，得到40目的木粉；二、研磨分散：将2g40目的木粉加入到200mL水中，然后进行研磨分散，研磨分散时间为24h，即得到木质纤维素水分散液；三、冷冻干燥：对木质纤维素水分散液进行冷冻干燥处理，即得到木质纤维素泡沫材料。
本试验步骤一中所述的木质纤维素为棉花。
本试验步骤一中所述的高速粉碎具体操作如下：将木质纤维素放入高速粉碎机中，然后在转速为12000r/min的条件下进行高速粉碎，粉碎至木质纤维素的粒度为40目为止，即得到40目的木粉。
本试验步骤三中所述的冷冻干燥处理具体操作如下：在温度为-55℃和真空度为75μPa冷冻干燥48h。
图4为本试验制备的木质纤维素泡沫材料宏观照片图，通过图4可以清晰看出本试验制备的木质纤维素泡沫材料呈泡沫状，进行折叠性能测试，发现本试验的木质纤维素泡沫材料经多次折叠仍能保持良好的外观结构，所以本试验制备的木质纤维素泡沫材料在组织工程、控释系统、传感器、农业、水净化、色谱分析、超级高效隔热隔声材、生物医药，还可在高效可充电电池、超级电容器、催化剂及载体、气体过滤材料、化妆品等有巨大的应用前景。
试验五：一种木质纤维素泡沫材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、破碎：对木质纤维素进行高速粉碎，得到80目的木粉；二、研磨分散：将5g80目的木粉加入到600mL水中，然后进行研磨分散，研磨分散时间为48h，即得到木质纤维素水分散液；三、冷冻干燥：对木质纤维素水分散液进行冷冻干燥处理，即得到木质纤维素泡沫材料。
本试验步骤一中所述的木质纤维素为废弃木片。
本试验步骤一中所述的高速粉碎具体操作如下：将木质纤维素放入高速粉碎机中，然后在转速为12000r/min的条件下进行高速粉碎，粉碎至木质纤维素的粒度为80目为止，即得到80目的木粉。
本试验步骤三中所述的冷冻干燥处理具体操作如下：在温度为-55℃和真空度为50μPa冷冻干燥48h。
图5为本试验制备的木质纤维素泡沫材料宏观照片图，通过图5可以清晰看出本试验制备的木质纤维素泡沫材料呈泡沫状，进行折叠性能测试，发现本试验的木质纤维素泡沫材料经多次折叠仍能保持良好的外观结构，所以本试验制备的木质纤维素泡沫材料在组织工程、控释系统、传感器、农业、水净化、色谱分析、超级高效隔热隔声材、生物医药，还可在高效可充电电池、超级电容器、催化剂及载体、气体过滤材料、化妆品等有巨大的应用前景。
Claims (5)
1.一种木质纤维素泡沫材料的制备方法，其特征在于木质纤维素泡沫材料的制备方法是按以下步骤完成的：一、破碎：对木质纤维素进行机械粉碎，得到20～200目的木粉；步骤一中所述的木质纤维素为林木废弃物、植物茎干、废弃报纸、棉花、麻、竹、秸秆或蔗渣；二、研磨分散：将20～200目的木粉加入到水中，然后进行研磨分散，研磨分散时间为30min～48h，即得到木质纤维素水分散液；步骤二中所述的20～200目的木粉与水的质量比为1:(10～1000)；三、冷冻干燥：对木质纤维素水分散液进行冷冻干燥处理，即得到木质纤维素泡沫材料。
2.根据权利要求1所述的一种木质纤维素泡沫材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的机械粉碎为高速粉碎或球磨粉碎。
3.根据权利要求2所述的一种木质纤维素泡沫材料的制备方法，其特征在于所述的高速粉碎具体操作如下：将木质纤维素放入高速粉碎机中，然后在转速为5000r/min～20000r/min的条件下进行高速粉碎，粉碎至木质纤维素的粒度为20～200目为止，即得到20～200目的木粉。
4.根据权利要求2所述的一种木质纤维素泡沫材料的制备方法，其特征在于所述的球磨粉碎具体操作如下：将木质纤维素放入球磨机中，然后在磨球与木质纤维素质量比为(2～20):1的条件下进行球磨粉碎，粉碎至木质纤维素的粒度为20～200目为止，即得到20～200目的木粉。
5.根据权利要求1所述的一种木质纤维素泡沫材料的制备方法，其特征在于步骤三中所述的冷冻干燥处理具体操作如下：在温度为-20℃～-75℃和真空度为5μPa～2Pa冷冻干燥24h～48h。
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