CN106835808B - 一种纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物质泡沫材料领域，具体公开了一种纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料及其制备方法。一种纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料，按重量份比包括以下组分：纸浆0.5‑2.5份、NFC 0.005‑0.040份、表面活性剂0.005‑0.125份、阳离子聚丙烯酰胺0.0005‑0.0125份和水97.4‑99.5份。本发明的纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料具有低密度、高孔隙率、绿色可降解、压缩强度较高的优点；本发明的方法通过添加表面活性剂以及机械过程来控制发泡过程，然后添加NFC增加纸浆泡沫的压缩强度，最后采用烘箱干燥发制备NFC增强的纸浆泡沫材料。该方法原料来源广泛、过程简单易行、制备工艺绿色环保。

Description

一种纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料及其制备方法
技术领域
本发明属于生物质泡沫材料领域，具体涉及的是一种纳米纤维素(NFC)增强的纸浆泡沫材料及其制备方法，
背景技术
纸浆(pulp)是造纸工业的产品，是以植物纤维为原料，经不同加工方法制得的纤维状物质，是一种可再生的材料。NFC是以纸浆为原料经过化学或机械处理得到的纳米级的纤维素材料，具有很高的长径比和机械强度，是一种新型的生物质纳米材料。纸浆泡沫原料来源丰富，制备过程环境友好，而且可以降解，因而具有广阔的应用前景。
目前，国内的相关研究有：中国专利CN 105885097 A公布了一种硬质交联防火保温纳米纤维素泡沫；中国专利CN 102875836 B公布了一种形态密度可控的纤维素泡沫材料制备方法及其产品；中国专利CN 103131038 B公布了一种木质纤维素泡沫材料的制备方法。
目前，纸浆泡沫材料的制备方法大多采用冷冻干燥，但是成本高，从而导致纸浆泡沫材料的应用受到较大的限制。另外，纸浆泡沫材料存在压缩强度小的问题，所以需要增强其压缩强度来拓展应用空间。添加少量的NFC可增强纸浆泡沫的压缩强度，该技术成本相对较低。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提供一种NFC增强的纸浆泡沫材料及其制备方法，该NFC增强的纸浆泡沫材料绿色环保，原料为可再生资源，而且可降解。利用本方法制备NFC增强的纸浆泡沫材料较未添加NFC的纸浆泡沫材料的压缩强度明显增加，而且过程环境友好。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料，按重量份比包括以下组分：纸浆0.5-2.5份、NFC 0.005-0.040份、表面活性剂0.005-0.125份、阳离子聚丙烯酰胺0.0005-0.0125份和水97.4-99.5份。
作为优选，所述的纸浆为漂白的木浆、草浆、麻浆、苇浆、蔗浆和竹浆中的任一种。
作为优选，所述表面活性剂为吐温80或十二烷基硫酸钠。
本发明还提供了所述的纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取0.005-0.040份NFC加入10份水中，利用高剪切均质机均匀分散，得到NFC水溶液；
(2)按重量份比称取0.5-2.5份纸浆和余量的水，机械搅拌均匀分散，得到纸浆水溶液；
(3)将步骤(1)中得到的NFC水溶液倒入步骤(2)得到的纸浆水溶液中进行搅拌，搅拌速度为500-5000r/min，搅拌时间0.5-2.0h；
(4)添加表面活性剂，通过机械搅拌发泡，得到纸浆发泡溶液；
(5)取0.0005-0.0125份阳离子聚丙烯酰胺添加到步骤(4)得到的纸浆发泡溶液中；
(6)继续搅拌0.5-2.0h，搅拌速度为1000-5000r/min，待搅拌停止后，静置2-5min，过滤2-5min，倒入模具，置于烘箱中干燥，即得到NFC增强的纸浆泡沫材料。
作为优选，步骤(1)中高剪切均质机的转速为8000-15000r/min，分散时间为2-10min。
作为优选，步骤(2)中机械搅拌的转速为500-5000r/min，搅拌时间0.5-2.0h。
作为优选，步骤(4)中机械搅拌发泡的搅拌速度为1000-5000r/min，发泡时间为0.5-5.0h。
作为优选，步骤(6)中烘箱的温度为50-100℃，干燥时间为7-20h。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的NFC增强的纸浆泡沫材料低密度、高孔隙率、绿色可降解、压缩强度较高；制备方法原料来源丰富、操作简单易行、成本低，制备工艺绿色环保。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在不背离本发明精神和本质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
实施例中涉及到原料的简称如下：纳米纤维素(NFC)。
实施例1：
一种纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料，按重量份比包括以下组分：纸浆0.5份、NFC0.005份、表面活性剂0.005份、阳离子聚丙烯酰胺0.0005份和水97.4份；所述的纸浆为漂白的木浆；所述表面活性剂为吐温80。
所述的纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取NFC加入10份水中，利用高剪切均质机均匀分散，得到NFC水溶液；高剪切均质机的转速为8000r/min，分散时间为2min；
(2)按重量份比称取纸浆和余量的水，机械搅拌均匀分散，得到纸浆水溶液；机械搅拌的转速为500r/min，搅拌时间0.5h；
(3)将步骤(1)中得到的NFC水溶液倒入步骤(2)得到的纸浆水溶液中进行搅拌，搅拌速度为500r/min，搅拌时间0.5h；
(4)添加表面活性剂，通过机械搅拌发泡，得到纸浆发泡溶液；机械搅拌发泡的搅拌速度为1000r/min，发泡时间为0.5h；
(5)取0.0005份阳离子聚丙烯酰胺添加到步骤(4)得到的纸浆发泡溶液中；
(6)继续搅拌0.5h，搅拌速度为1000r/min，待搅拌停止后，静置2min，过滤2min，倒入模具，置于烘箱中干燥，即得到NFC增强的纸浆泡沫材料；烘箱的温度为50℃，干燥时间为7h。
实施例2：
一种纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料，按重量份比包括以下组分：纸浆2.5份、NFC0.040份、表面活性剂0.125份、阳离子聚丙烯酰胺0.0125份和水99.5份；所述的纸浆为漂白的草浆；所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠。
所述的纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取NFC加入10份水中，利用高剪切均质机均匀分散，得到NFC水溶液；高剪切均质机的转速为15000r/min，分散时间为10min；
(2)按重量份比称取纸浆和余量的水，机械搅拌均匀分散，得到纸浆水溶液；机械搅拌的转速为5000r/min，搅拌时间2.0h；
(3)将步骤(1)中得到的NFC水溶液倒入步骤(2)得到的纸浆水溶液中进行搅拌，搅拌速度为5000r/min，搅拌时间2.0h；
(4)添加表面活性剂，通过机械搅拌发泡，得到纸浆发泡溶液；机械搅拌发泡的搅拌速度为5000r/min，发泡时间为5.0h；
(5)取0.0125份阳离子聚丙烯酰胺添加到步骤(4)得到的纸浆发泡溶液中；
(6)继续搅拌2.0h，搅拌速度为5000r/min，待搅拌停止后，静置5min，过滤5min，倒入模具，置于烘箱中干燥，即得到NFC增强的纸浆泡沫材料；烘箱的温度为100℃，干燥时间为20h。
实施例3：
一种纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料，按重量份比包括以下组分：纸浆1.0份、NFC0.020份、表面活性剂0.05份、阳离子聚丙烯酰胺0.005份和水98份；所述的纸浆为漂白的竹浆；所述表面活性剂为吐温80。
所述的纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取NFC加入10份水中，利用高剪切均质机均匀分散，得到NFC水溶液；高剪切均质机的转速为10000r/min，分散时间为5min；
(2)按重量份比称取纸浆和余量的水，机械搅拌均匀分散，得到纸浆水溶液；机械搅拌的转速为3000r/min，搅拌时间1.0h；
(3)将步骤(1)中得到的NFC水溶液倒入步骤(2)得到的纸浆水溶液中进行搅拌，搅拌速度为2000r/min，搅拌时间1.0h；
(4)添加表面活性剂，通过机械搅拌发泡，得到纸浆发泡溶液；机械搅拌发泡的搅拌速度为3000r/min，发泡时间为2.0h；
(5)取0.005份阳离子聚丙烯酰胺添加到步骤(4)得到的纸浆发泡溶液中；
(6)继续搅拌1.0h，搅拌速度为2000r/min，待搅拌停止后，静置4min，过滤3min，倒入模具，置于烘箱中干燥，即得到NFC增强的纸浆泡沫材料；烘箱的温度为70℃，干燥时间为12h。
将实施例1-3得到的纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料进行理化性能测定，各理化指标见表1。
表1本发明的纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料的理化指标
注：对照是未加入NFC的纸浆泡沫材料，其它条件均相同。
由表1可知，本发明的纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料的压缩强度均在12kPa以上，明显优于对照，是一种性能良好、较为理想的纸浆泡沫材料。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (5)

1.一种纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料，按重量份比包括以下组分：纸浆0.5-2.5份、NFC 0.005-0.040份、表面活性剂0.005-0.125份、阳离子聚丙烯酰胺0.0005-0.0125份和水97.4-99.5份；所述的纸浆为漂白的木浆、草浆、麻浆、苇浆、蔗浆和竹浆中的任一种，所述表面活性剂为吐温80或十二烷基硫酸钠；
所述的纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取0.005-0.040份NFC加入10份水中，利用高剪切均质机均匀分散，得到NFC水溶液；
（2）按重量份比称取0.5-2.5份纸浆和余量的水，机械搅拌均匀分散，得到纸浆水溶液；
（3）将步骤（1）中得到的NFC水溶液倒入步骤（2）得到的纸浆水溶液中进行搅拌，搅拌速度为500-5000r/min，搅拌时间0.5-2.0h；
（4）添加表面活性剂，通过机械搅拌发泡，得到纸浆发泡溶液；
（5）取0.0005-0.0125份阳离子聚丙烯酰胺添加到步骤（4）得到的纸浆发泡溶液中；
（6）继续搅拌0.5-2.0h，搅拌速度为1000-5000r/min，待搅拌停止后，静置2-5min，抽滤2-5min，弃去滤液，将滤渣倒入模具，置于烘箱中干燥，即得到NFC增强的纸浆泡沫材料。
2.根据权利要求1所述的纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料，其特征在于，步骤（1）中高剪切均质机的转速为8000-15000r/min，分散时间为2-10min。
3.根据权利要求1所述的纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料，其特征在于，步骤（2）中机械搅拌的转速为500-5000r/min，搅拌时间0.5-2.0h。
4.根据权利要求1所述的纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料，其特征在于，步骤（4）中机械搅拌发泡的搅拌速度为1000-5000r/min，发泡时间为0.5-5.0h。
5.根据权利要求1所述的纳米纤维素增强的纸浆泡沫材料，其特征在于，步骤（6）中烘箱的温度为50-100℃，干燥时间为7-20h。
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