CN103627023B

CN103627023B - 一种制备纤维素发泡材料的方法

Info

Publication number: CN103627023B
Application number: CN201310650189.4A
Authority: CN
Inventors: 李燃; 杨文斌; 张俐娜
Original assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Current assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2033-12-06
Also published as: CN103627023A

Abstract

本发明公开了一种制备纤维素发泡材料的方法，将纤维素溶解于溶剂中，充分搅拌，制得纤维素溶液；向纤维素溶液中加入表面活性剂，机械剧烈搅拌，然后置于烘箱中烘焙，最后取出在去离子水中浸泡，洗涤，干燥。本发明通过简单工艺得到一种纤维素发泡材料，其强度佳、密度低、气孔丰富、无污染、绿色环保，可生物降解，具备缓冲、吸音、吸震、保温、过滤等功能，可广泛应用于电子、家电、汽车、体育休闲等行业。

Description

一种制备纤维素发泡材料的方法

技术领域

本发明属于天然高分子化学技术领域，具体涉及一种制备纤维素发泡材料的方法。

背景技术

当前，再生的原料以及环境友好、可持续发展的方法和过程是当今科学与技术发展趋势（Tilman, D.; Socolow, R. et al. Science 2009, 325, 270-271.）。纤维素作为地球上含量最大的天然高分子，来源丰富且可再生，产物在废弃后能被自然界中的微生物分解为水、二氧化碳及无机小分子，属于生物可降解材料，且生物相容性好、易衍生化，将成为未来的主要化工原料之一(Klemm, D.; Heublein, B. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 3358-3393.)。

当今世界各国在为解决包装与环境的矛盾，大力发展绿色包装的进程中，均把主要注意力集中在研发绿色包装材料上。绿色包装材料是在生命周期全过程中，产生的环境负担最小而再循环利用率最高的材料。绿色包装材料是绿色包装的核心，它不仅能减少和消除对环境的污染，缓解对生态环境的压力，而且能节约资源，取代某些缺乏或贵重的资源，使废旧资源再资源化，因此引起世界各国高度重视，纷纷投入大量资金和人力进行开发，目前已取得了许多重要成果。

目前较多研究集中于植物纤维发泡。该产品在绿色包装、隔温绝热领域有广泛应用。然而，利用纤维素溶液制备发泡材料却未见有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备纤维素发泡材料的方法，通过简单工艺得到一种纤维素发泡材料，其强度佳、密度低、气孔丰富、无污染、绿色环保，可生物降解，具备缓冲、吸音、吸震、保温、过滤等功能，可广泛应用于电子、家电、汽车、体育休闲等行业。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

将纤维素溶解于-12.0℃以下的溶剂中，充分搅拌，制得纤维素溶液；向纤维素溶液中加入表面活性剂，机械剧烈搅拌，然后置于烘箱中烘焙，最后取出在去离子水中浸泡，洗涤，干燥。

所述的溶剂为5-12 wt% 氢氧化钠、0-20 wt% 尿素和0-20 wt% 硫脲混合水溶液，或3-12 wt% 氢氧化锂、0-20 wt% 尿素和0-20 wt% 硫脲混合水溶液。

所用纤维素原料为α-纤维素含量高、纤维素的分子量为1.4×10⁵-1×10⁴的纤维素浆，包括棉短绒浆粕、木浆、竹浆、苎麻浆中的至少一种。

纤维素溶液浓度为2-8 wt%。

表面活性剂浓度为0.01-20 wt%。

机械搅拌速度为100-30000 rad/min，搅拌时间为1-60 min。

烘焙温度为30-100℃，烘焙时间为1-24 h。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

（1）材料完全是由纤维素构成，废弃后可完全生物降解，且在制备过程中不使用任何有毒、挥发化学药剂，不会带来环境污染以及生态危机等问题。

（2）制备方法简便，无需大型、精密仪器，生产周期短。

（3）产物密度低、孔隙率高。

附图说明

图1为本发明制备的纤维素发泡材料截面扫描电镜（SEM）图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步的介绍：

实施例1

将8.34 g的棉短绒（分子量1.0×10⁵）加入到200 g预冷至-12.0℃且含有7 wt.% NaOH和12 wt.%尿素的溶液中，迅速搅拌5 min，高速离心机脱泡，得到浓度为4%纤维素溶液。分别加入0.1、0.5、1、2、5 wt%十二烷基硫酸钠，机械搅拌，60℃烘箱中烘焙4小时，去离子水浸泡洗涤，冷冻干燥后所得发泡材料分别标记为4%-0.1、4%-0.5、4%-1、4%-2和4%-5。同上得到3.5%和3%纤维素溶液制备的纤维素发泡材料。发泡材料湿态压缩强度和干态压缩强度分别达0.3 MPa和3 MPa以上，具有较好力学性能。其中4%-2、3.5%-2、3%-2的比表面积分别为64 m²/g、102 m²/g、112 m²/g，具有较高比较面积。由扫描电镜（SEM）观察拍照汇集于图1中，显示出该材料中含有大量微米级和纳米级空隙，孔隙率高。

实施例2

将16.68 g的棉短绒（分子量1.0×10⁴）加入到200 g预冷至-12.5 ℃且含有 12 wt.% NaOH和20 wt%尿素的溶液中，迅速搅拌5 min，高速离心机脱泡得到8 wt.%纤维素溶液。加入0.01 wt%表面活性剂，30000 rad/min搅拌1 min，100℃烘箱烘焙1 h，去离子水浸泡洗涤，冷冻干燥后得到纤维素发泡材料。

实施例3

将4.17 g的棉短绒（分子量1.4×10⁵）加入到200 g预冷至-12.5℃且含有 5 wt.% NaOH和20 wt.%硫脲的溶液中，迅速搅拌5 min，高速离心机脱泡得到2 wt.%纤维素溶液。加入20 wt%表面活性剂，100 rad/min搅拌60 min，30℃烘箱烘焙24 h，去离子水浸泡洗涤，冷冻干燥后得到纤维素发泡材料。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种制备纤维素发泡材料的方法，其特征在于：将纤维素溶解于溶剂中，充分搅拌，制得纤维素溶液；向纤维素溶液中加入表面活性剂，机械剧烈搅拌，然后置于烘箱中烘焙，最后取出在去离子水中浸泡，洗涤，干燥；

表面活性剂为十二烷基硫酸钠，浓度为0.1-5 wt%；

烘焙温度为60℃，烘焙时间为4h。

2.根据权利要求1所述的制备纤维素发泡材料的方法，其特征在于：所述的溶剂为5-12 wt% 氢氧化钠、0-20 wt% 尿素和0-20 wt% 硫脲混合水溶液，或3-12 wt% 氢氧化锂、0-20 wt% 尿素和0-20 wt% 硫脲混合水溶液。

3.根据权利要求1所述的制备纤维素发泡材料的方法，其特征在于：溶剂温度为-12.0℃以下。

4.根据权利要求1所述的制备纤维素发泡材料的方法，其特征在于：所用纤维素原料为α-纤维素含量高、纤维素的分子量为1.4×10⁵-1×10⁴的纤维素浆。

5.根据权利要求4所述的制备纤维素发泡材料的方法，其特征在于：所述的纤维素浆包括棉短绒浆粕、木浆、竹浆、苎麻浆中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的制备纤维素发泡材料的方法，其特征在于：纤维素溶液浓度为2-8 wt%。

7.根据权利要求1所述的制备纤维素发泡材料的方法，其特征在于：机械搅拌速度为100-30000 rad/min，搅拌时间为1-60 min。

8.一种如权利要求1所述的方法制得的纤维素发泡材料。