CN104629077A - 一种纳米纤维素微孔泡沫材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种纳米纤维素微孔泡沫材料的制备方法，属于材料制备领域。其特征在于：向MCC中滴加浓硫酸，搅拌后将所得悬浮液离心，并在冰水浴中超声，调节pH值至中性，制得NCC悬浮液；将NCC悬浮液加入到PEG水溶液中，磁力搅拌后蒸发水溶剂，真空干燥制得PEG／NCC复合填充剂；取PLA和PEG／NCC复合填充剂，在密炼机熔融共混，得到PLA／NCC复合材料；取PLA／NCC复合材料及纯PLA材料，固定于发泡台，将发泡台置于发泡腔内，除去腔内空气后拧紧开关，通二氧化碳，调节腔内压力使二氧化碳处于超临界状态，材料在超临界二氧化碳中浸泡泄压，得到PLA／NCC微孔泡沫材料。通过对制备工艺的改进，所制的泡沫材料密集度均匀，形态完整，泡孔均匀。且所述制备方法，制备流程简单，易于操作，节省原材料，适宜推广。
Description
技术领域
本发明属于材料制备领域，尤其涉及一种纳米纤维素微孔泡沫材料的制备方法。
背景技术
近年来，随着科技的快速发展，近年来，超临界流体用于微孔聚合物泡沫材料的研究越来越多。微孔泡沫材料是指泡孔密度大于108个／cm3、泡孔直径低于10μm 的新型泡沫塑料，与传统泡沫材料一样，具有质轻、吸湿性能强、冲击强度高、隔热隔音性好、比强度高等优异性能，同时微孔泡沫材料在力学性能上表现更优。较传统泡沫塑料而言，具备生物降解性和相容性的聚乳酸微孔泡沫材料备受关注，但单一PLA 发泡体的发泡率较低或独立泡孔形态不佳，成型较困难。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供一种种纳米纤维素微孔泡沫材料的制备方法。
一种纳米纤维素微孔泡沫材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）在冰水浴中向10%MCC的水溶液中滴加浓硫酸至50% 浓度，在40℃下搅拌反应后，将所得悬浮液离心，并在冰水浴中超声0.5h，调节pH值至中性，制得NCC悬浮液；
（2）将NCC悬浮液加入到一定量PEG水溶液中，磁力搅拌2h后90℃水浴蒸发水溶剂，真空干燥制得PEG／NCC复合填充剂；
（3）称取PLA和PEG／NCC复合填充剂，在170℃，30 r／min条件下，密炼机熔融共混5min，得到PLA／NCC 复合材料；
（4）取PLA／NCC复合材料及纯PLA材料，固定于发泡台，将发泡台置于发泡腔内，除去腔内空气后拧紧开关，继续通二氧化碳，调节腔内压力至14MPa，使二氧化碳处于超临界状态，控制温度，材料在超临界二氧化碳中浸泡泄压成型，得到PLA／NCC微孔泡沫材料。
本发明所述的一种纳米纤维素微孔泡沫材料的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述搅拌时间为1.5h。
本发明所述的一种纳米纤维素微孔泡沫材料的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述离心转速为12000r／min，时间为10min。
本发明所述的一种纳米纤维素微孔泡沫材料的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述干燥温度为50℃，时间为12h。
本发明所述的一种纳米纤维素微孔泡沫材料的制备方法，通过对制备工艺的改进，使得所制备的泡沫材料的密集度均匀分布，形态更加完整，泡孔均匀。且本发明所述的制备方法，制备流程简洁，易于操作，节省原材料，适宜推广。
具体实施方式
一种纳米纤维素微孔泡沫材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）在冰水浴中向10%MCC 的水溶液中滴加浓硫酸至50% 浓度，在40℃下搅拌反应后，将所得悬浮液离心，并在冰水浴中超声0.5h，调节pH值至中性，制得NCC悬浮液；
（2）将NCC悬浮液加入到一定量PEG水溶液中，磁力搅拌2h后90℃水浴蒸发水溶剂，真空干燥制得PEG／NCC 复合填充剂；
（3）称取PLA和PEG／NCC复合填充剂，在170℃，30 r／min条件下，密炼机熔融共混5min，得到PLA／NCC复合材料；
（4）取PLA／NCC复合材料及纯PLA材料，固定于发泡台，将发泡台置于发泡腔内，除去腔内空气后拧紧开关，继续通二氧化碳，调节腔内压力至14MPa，使二氧化碳处于超临界状态，控制温度，材料在超临界二氧化碳中浸泡泄压成型，得到PLA／NCC微孔泡沫材料。
本发明所述的一种纳米纤维素微孔泡沫材料的制备方法，步骤（1）中所述搅拌时间为1.5h。步骤（1）中所述离心转速为12000r／min，时间为10min。步骤（2）中所述干燥温度为50℃，时间为12h。随着NCC含量的增加，材料的体积膨胀率也逐渐增加。由此可知，NCC的添加使得材料内部更容易形成泡孔，这是因为纳米粒子在材料发泡过程中起到了异相成核的作用，异相成核所需克服的自由能垒低于均相成核，使泡孔成核更容易。当NCC含量为8% 时，材料体积膨胀率最大，说明其内部可能形成了更多的泡孔结构。这是因为随着NCC含量的增加，填充粒子数目增加，从而使得异相成核点数量增加，由此形成更多的泡孔结构。添加了NCC的PLA／NCC 复合材料在同等条件下，成型后断面状态明显区别于纯PLA，复合材料形成的泡孔更为密集和完整。同时，在增容剂PEG添加量一定的情况下，NCC添加量的增加对材料泡孔的形成有显著的促进作用，NCC含量为8%时，材料断面所形成的泡孔最多，由此进一步证实了纳米填充粒子在材料发泡过程中起到了异相成核的作用。，增容剂的添加使得材料内部更容易形成泡孔。虽然不同PEG含量的PLA发泡材料的体积膨胀率有差异，但都在2倍以内小幅变动，因此认为，不同PEG含量的PLA／NCC微孔泡沫材料的密度之间没有明显差异。PEG不同的添加量所引起的泡孔形态差异并不明显，但随着PEG含量的增加，材料泡孔趋于均匀。这是因为PEG促进了PLA和NCC之间界面粘合，使得NCC对材料发泡过程中所起的异相成核作用愈加稳定。体积膨胀率随浸泡时间增长而逐渐下降，在2～6h范围内，浸泡时间增长，泡孔直径减小，泡孔密度增大，更趋向于形成细密的多泡孔结构。当发泡温度在85℃附近时所得泡孔的体积膨胀率最大。因此，在一定范围内较高的发泡温度更有利于材料内部泡孔结构的形成。这是因为材料的熔体黏度和表面张力随着温度的升高而降低，从而使得泡孔膨胀的阻力减小，膨胀系数增大由于体积膨胀率与泡孔直径、泡孔密度有关，泡孔直径越小，体积膨胀率越小，泡孔密度越大，体积膨胀率越大，在2～6h考察时间范围内，泡孔直径减小导致的体积膨胀率下降更加明显。在2～6h范围内，随着浸泡时间增长，泡孔直径减小，泡孔密度提高，发泡材料的泡孔形态更为细密。这是由于随着浸泡时间增加，二氧化碳吸附量增加，泡孔成核更容易，成核点增多，因此泡孔直径减小泡孔尺寸主要是由气泡成核和生长这两个因素决定的。当发泡温度在100℃左右时，接近发泡体系的玻璃化转变温度，泡孔的气压差小，缩短了泡孔生长时间，所得到的泡孔尺寸更小。同时，在60～100℃范围内，温度升高有利于二氧化碳在复合体系内扩散，分布均匀，泡孔成核充分，使泡孔形态更细密。
Claims (4)
1.一种纳米纤维素微孔泡沫材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）在冰水浴中向10%MCC 的水溶液中滴加浓硫酸至50% 浓度，在40℃下搅拌反应后，将所得悬浮液离心，并在冰水浴中超声0.5h，调节pH值至中性，制得NCC 悬浮液；
（2）将NCC 悬浮液加入到一定量PEG 水溶液中，磁力搅拌2h后90℃水浴蒸发水溶剂，真空干燥制得PEG／NCC 复合填充剂；
（3）称取PLA和PEG／NCC复合填充剂，在170℃，30 r／min条件下，密炼机熔融共混5min，得到PLA／NCC 复合材料；
（4）取PLA／NCC复合材料及纯PLA材料，固定于发泡台，将发泡台置于发泡腔内，除去腔内空气后拧紧开关，继续通二氧化碳，调节腔内压力至14MPa，使二氧化碳处于超临界状态，控制温度，材料在超临界二氧化碳中浸泡泄压成型，得到PLA／NCC微孔泡沫材料。
2. 如权利要求1所述的一种纳米纤维素微孔泡沫材料的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述搅拌时间为1.5h。
3. 如权利要求1所述的一种纳米纤维素微孔泡沫材料的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述离心转速为12000r／min，时间为10 min。
4. 如权利要求1所述的一种纳米纤维素微孔泡沫材料的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述干燥温度为50℃，时间为12h。
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