CN108285556A - 一种植物多糖气凝胶吸音降噪材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种植物多糖吸音降噪气凝胶材料及制备方法，它由一定比例的淀粉、魔芋葡甘聚糖、甘油、辅助胶、秸秆、无机填料等组成，步骤是：A、在甘油中加入去离子水,在一定转速下搅拌，获得混合物；B、在混合物中再加入淀粉、魔芋葡甘聚糖、辅助胶、秸秆、无机填料，常温下快速搅拌，获得一种混合溶液；C、移至恒温水浴锅中，将步骤B中的混合溶液均匀搅拌，制得的凝胶待后倒入模具内冷却成凝胶；D、冷冻干燥：放入冰箱内预冷冻，放入真空度低于200pa,温度‑20℃至60℃的冷冻干燥机内，冷冻干燥，获得一种植物多糖气凝胶。降低了噪音污染，采用环保型原料不释放有害物质，易切割便于施工，易降解对环境没有污染，绿色环保型材料。

Description

一种植物多糖气凝胶吸音降噪材料及制备方法
技术领域
本发明属于生物高分子基气凝胶天然吸音材料技术领域，更具体涉及一种绿色环保型植物多糖气凝胶，同时涉及一种绿色环保型植物多糖气凝胶的制备方法。
背景技术
现代社会经济飞速发展，随着城城市建设的加速推进、城市规模及人口密度增加以及人们的生活方式和习惯的改变，城市中的噪声无时无刻的包围着人们，袭扰我们的生活。如：城市交通噪声、工业噪声、生活噪声和建筑施工噪声等。噪声污染是现代化的负面产物，噪声污染现已是空气污染之后影响人们身体健康的环境因素，此前，世界卫生组织公布的一份报告指出，过度暴露在噪声污染的环境中，不仅严重影响心理健康，也会增加一些疾病的风险。目前市面上用作降噪多孔材料多为有机吸音材料，多是沥青板、聚酯纤维绵、玻璃纤维毯、丁基橡胶等。这些材料具有较强的吸音性能，但这些材料也存在一些缺陷:这些材料在原料的生产及加工过程均会对环境有污染，成本高，污染环境，浪费资源和极易燃烧容易造成火灾。但目前的吸音降噪材料的原料是不可再生的，生产后的材料多是不可降解的，因此在材料使用完后废弃时很难分解，在燃烧时产生的一些有毒的气体，对环境造成了污染且对人类身体有伤害。近些年来，采用超临界干燥法制备的传统气凝胶出现，其具有优良的耐高温性能，已经应用于航天领域，但目前大多气凝胶是以是有石油为前驱体，因人类过度开采，石油资源又有限，生产工艺复杂，成本高，资源有限、成本高、毒性大、降解困难，现如今石油对环境影响大，甚至可用危害一词来形容。一些新型的复合气凝胶材料出现，但由于成本昂贵，制备过程中的消耗量大，并未能广泛应用。
植物多糖的来源丰富，属于可再生材料且对环境没有污染，魔芋葡甘聚糖，淀粉，卡拉胶等几种植物多糖，均属于大分子，易溶于水，在水中膨胀度大，能形成三维网状结构，这些都是制备植物多糖气凝胶的理想原材料。魔芋葡甘聚糖是从魔芋的茎块中提取出的一种天然可降解的多糖，具有无毒无害，来源丰富等特点，在整个凝胶的结构中，魔芋葡甘聚糖起着分子骨架的作用。我们已经研究出了新型过滤烟嘴，经检索中国专利，申请号201110231849.6、发明名称植物多糖香烟过滤嘴及制备方法，公开了一种植物多糖香烟过滤嘴及其制备方法，是由植物多糖、淀粉类、吸附剂、增塑剂、乳化剂、防水剂、植物蛋白按一定比例配制，经过冷冻干燥制备而成的过滤烟嘴棒，性能优异，可降低尼古丁含量40.28-84.1％、焦油26-72.1％、烟碱20-39.2％，配方简单，使用方便，原料来源广泛，属于可再生原料，可降解。申请号201310602971.9、发明名称一种香烟过滤嘴及其制备方法的专利，公开了一种香烟过滤嘴，由多糖、溶剂、吸附剂、增塑剂、植物蛋白和发酵菌制备而成的过滤烟嘴棒，孔隙均一，焦油降低量比醋酸纤维丝低5％，经土埋法实验显示可在28天内完全降解。本发明在过滤烟嘴的基础上增加了明胶，黄原胶，秸秆，无机填料等材料，制备出多孔网络结构，本材料具有一定的机械强度，具有较高的吸声系数，可用作降噪材料。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种绿色环保型植物多糖气凝胶，为了满足新型环保的要求，采用天然多糖的为原料，形成多孔结构使其具有吸音的作用，多孔结构具有吸收噪音效果，降低了噪音污染，采用环保型原料不释放有害物质，易切割便于施工，易降解对环境没有污染，绿色环保型材料。
本发明的另一个目的是在于提供了一种绿色环保型植物多糖气凝胶的制备方法，方法易行，操作简便，采用环保型原料不释放有害物质，易切割便于施工，易降解对环境没有污染，绿色环保型材料。
为了实现上述的目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种绿色环保型植物多糖气凝胶，它由以下重量份的原料组成：
所述的辅助胶包括卡拉胶、明胶和黄原胶等其中的一种或者1-3种任意组合；
所述的无机填料包括纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、蒙脱土等其中的一种或者1-3种任意组合；
所述的淀粉包括马铃薯淀粉、紫薯淀粉、玉米淀粉和小麦淀粉等其中的一种或者1-3种任意组合。
所述的秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、草类其中的一种或1-4种任意组合，粉碎成100目－400目的粉末。
所述的草类为干燥后的牛筋草、狗尾巴草、车前草、三叶草等其中的任意一种。
一种绿色环保型植物多糖气凝胶，它由以下重量份的原料组成(优选范围)：
一种绿色环保型植物多糖气凝胶，它由以下重量份的原料组成(较好范围)：
一种绿色环保型植物多糖气凝胶，它由以下重量份的原料组成(最好范围)：
一种绿色环保型植物多糖气凝胶，它由以下重量份的原料组成(具体值)：
一种绿色环保型植物多糖气凝胶的制备方法，其步骤是：
A、在甘油中加入去离子水,在100-20000rpm转速下搅拌，时间控制在15-30min，获得一种混合物；
B、在混合物中再加入淀粉、魔芋葡甘聚糖、辅助胶、秸秆、无机填料，常温(20－25℃，以下相同)下快速搅拌0.5h-1.5h后，获得一种混合溶液；
C、移至60℃至90℃恒温水浴锅中，将步骤B中的混合溶液均匀搅拌58－62min后，制得的凝胶待后倒入模具内冷却成凝胶；
D、冷冻干燥过程：放入-60℃至10℃的冰箱内预冷冻2h至24h后，放入真空度低于200pa,温度-20℃至60℃的冷冻干燥机内，冷冻干燥24h至36h，获得一种植物多糖气凝胶。
所述的植物多糖包括：魔芋葡甘聚糖(KGM)、卡拉胶、黄原胶、淀粉和甘油。
所述的魔芋多糖气凝胶的密度为0.003－0.5g/cm3。
所述的魔芋多糖气凝胶的孔隙率80％－99％。
所述的魔芋多糖气凝胶孔径0.2μm－400μm左右。
所述的魔芋多糖气凝胶在厚度为1cm－2cm时的吸声系数大致在0.20－0.6左右。
所述的干燥方法采用真空冷冻干燥法。
所述的多糖均来自于天然植物。
所述的所得魔芋多糖气凝胶，具有较高的吸声系数，可用于建筑吸音板，噪声超标准的厂房和汽车吸音降噪材料等。
所述的魔芋多糖气凝胶的表面可采用或不采用疏水改性方法调节材料的耐水性。
本发明制备得到的魔芋多糖气凝胶吸音材料，内部呈多孔状结构，具有较高的吸声系数(约0.2－0.6左右)，可作为吸音节能材料，且具有一定的机械强度。
本发明的植物多糖气凝胶提倡的绿色、环保理念，原料来自于植物，且它是可降解性材料，这个特点解决了在回收方面的问题，建筑垃圾等问题也可以避免，本发明采用的冷冻干燥法制备气凝胶操作简单，也节约能源。添加的小麦秸秆是机械粉碎至100目至400目的粉末，秸秆中包括的纤维对整个凝胶的结构起到一定支撑作用，提高机械性能，同时小麦秸秆是农产品的废弃物，由于近代以来，中国的农业生产快速发展，在农村有着大量富余的秸秆，而此气凝胶采用秸秆也起到农副产品重新利用的作用。
本发明采用冷冻干燥法制备出多孔网络状气凝胶材料，具有高比表面积，较高的吸声系数、低密度等特点，具有优良的吸音降噪性能，可作为吸音材料适用于室内嘈杂的会所、KTV、办公室等，增强临时建筑的活动板房的吸音效果，也可作为噪声较大的器械表面的降噪箱体。材料具有可降解性能，建筑拆除时，气凝胶吸音板容易降解，对环境没有污染。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、此气凝胶采用天然植物多糖为原料，绿色可降解，这个特点决定了在回收方面的问题。
2、秸秆中包括的纤维对整个凝胶的结构起到一定的支撑作用，提高了气凝胶机械性能。秸秆解决了废弃农作物的再次利用问题。
3、明胶属于动物蛋白，是胜肽与胶原蛋白质部分水解的混合物，是良好的凝胶剂。
具体实施方式
以下实施例描述了本发明的实施例，以便对本发明作进一步的说明，这些实施例只是说明而不代表本发明所有的可能性。本发明并不仅仅局限于这些实施例中提到的材料、反应条件或参数，任何相关领域具备经验的人，都可按照本专利原理，利用其它类似材料或者反应条件实现本发明的天然生物材料气凝胶。这些并不脱离本发明描述的基本概念。因此，这些修改或者不同的应都在本发明的覆盖范围之内。
实施例1：
一种绿色环保型植物多糖气凝胶，它由以下重量份的原料组成：
一种绿色环保型植物多糖气凝胶的制备方法，其步骤是：
A、在甘油中加入去离子水,在100-20000rpm转速下搅拌，时间控制在15或18或22或26或28或30min，获得混合物；
B、在混合物中再加入淀粉、魔芋葡甘聚糖、辅助胶、秸秆、无机填料，常温(20或23或25℃，以下相同)下快速搅拌0.5h或0.8或1.2或1.5h后，获得一种混合溶液；
C、移至60或70或75或80或85或90℃恒温水浴锅中，将步骤B中的混合溶液均匀搅拌58或60或62min后，制得的凝胶待后倒入模具内冷却成凝胶；
D、冷冻干燥过程：放入-60℃或-50或-40或-30或-20或-10或0或-5或10℃的冰箱内预冷冻2h或8或12或18或24h后，放入真空度低于200pa,温度-20℃或-10或0或10或20或30或40或50或60℃的冷冻干燥机内，冷冻干燥24h或28或34或36h，获得一种植物多糖气凝胶。
所述的植物多糖包括：魔芋葡甘聚糖(KGM)、卡拉胶、黄原胶、淀粉和甘油。
所述的魔芋多糖气凝胶的密度为0.003或0.008或0.1或0.2或0.3或0.4或0.5g/cm3。
所述的魔芋多糖气凝胶的孔隙率80或85或90或95或99％。
所述的魔芋多糖气凝胶孔径0.2或20或100或200或300或400μm。
所述的魔芋多糖气凝胶在厚度为1cm或2cm时的吸声系数大致在0.2或0.3或0.4或0.6。
所述的干燥方法采用真空冷冻干燥法。
所述的多糖均来自于天然植物。
所述的所得魔芋多糖气凝胶，具有较高的吸声系数，可用于建筑吸音板，噪声超标准的厂房和汽车吸音降噪材料等。
所述的魔芋多糖气凝胶的表面可采用或不采用疏水改性方法调节材料的耐水性。
本发明制备得到的魔芋多糖气凝胶吸音材料，内部呈多孔状结构，具有较高的吸声系数(约0.2－0.6左右)，可作为吸音节能材料，且具有一定的机械强度。
一种绿色环保型植物多糖气凝胶，它由以下重量份的原料组成:
其制备步骤与实施例1相同。
按上述配方所得到植物多糖气凝胶材料。其密度为0.023-0.1g/cm3，抗压强度为49.9-316kPa，弹性为0.45-0.91，平均孔径为170-300μm，孔隙率为90％-97％，采用AWA6128A型驻波管吸声系数测试仪测得平均吸声系数为0.274-0.533。
实施例8：-15度预冷冻下植物多糖气凝胶
一种绿色环保型植物多糖气凝胶的制备方法，其步骤是：
A、在0.5g甘油中加入100mL去离子水,在100或1000或3000或6000或10000或15000或20000rpm转速下搅拌，15-30min获得混合物；
B、在800rpm转速搅拌下，混合物中再加入4g淀粉、2g明胶、0.3g魔芋葡甘聚糖、0.7g黄原胶、0.2g卡拉胶，常温(20或22或24或25℃，以下相同)下快速搅拌0.5h或0.8或1或1.3或1.5h后，获得一种混合溶液；
C、移至60℃或70或80或90℃恒温水浴锅中，将步骤B中的混合溶液均匀搅拌58或59或60或61或62min后，制得的凝胶待后倒入模具内冷却成凝胶后倒入模具；
D、冷冻干燥过程：放入-60或-50或-40或-30或-20或-10或0或10℃的冰箱内预冷冻2h或6或10或16或18或24h后，放入真空度低于200pa,温度-20℃或-10或-0或10或20或30或40或50或60℃的冷冻干燥机内，冷冻干燥24h或26或28或30或32或34或36h，获得一种植物多糖气凝胶。
得到具有良好稳定性、一定的机械强度、可以吸收一定程度噪音的多孔气凝胶。经检测，该魔芋多糖吸音降噪气凝胶复合材料的平均吸声系数为0.057，抗压强度为0.21MPa。
实施例9：-15度预冷冻KGM-辅助胶废弃秸秆气凝胶
A、在0.5g甘油中加入100mL去离子水,在100或1000或3000或6000或10000或15000或20000rpm转速下搅拌，15-30min获得混合物；
B、在800rpm转速搅拌下，混合物中再加入4g淀粉、1.5g明胶、0.3g魔芋葡甘聚糖、0.7g黄原胶、0.2g卡拉胶、0.5g秸秆和0.5g纳米碳酸钙，常温(20或22或24或25℃，以下相同)下快速搅拌0.5h或0.8或1或1.3或1.5h后，获得一种混合溶液；
C、移至60℃或70或80或90℃恒温水浴锅中，将步骤B中的混合溶液均匀搅拌58或59或60或61或62min后，制得的凝胶待后倒入模具内冷却成凝胶后倒入模具；
D、冷冻干燥过程：放入-60或－50或－40或－30或20或－10或－0或10℃的冰箱内预冷冻2h或6或10或16或18或24h后，放入真空度低于200pa,温度-20℃或－10或－0或10或20或30或40或50或60℃的冷冻干燥机内，冷冻干燥24h或26或28或30或32或34或36h，获得一种植物多糖气凝胶。
得到具有良好稳定性、一定的机械强度、可以吸收一定程度噪音的多孔气凝胶。经检测，该魔芋多糖吸音降噪气凝胶复合材料的平均吸声系数为0.046，抗压强度为0.27MPa。

Claims (6)

1.一种绿色环保型植物多糖气凝胶，它由以下重量份的原料组成：
原料 重量份
淀粉 2.0－5.0
魔芋葡甘聚糖 0.06－ 0.9
甘油 0.1- 1.0
辅助胶 0.04-3.0
秸秆 0.1g－1.5
无机填料 0.1－1.5
离子水 90－110；
所述的辅助胶包括卡拉胶、明胶和黄原胶其中的一种或1-3种任意组合；
所述的无机填料包括纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、蒙脱土其中的一种或1-3种任意组合；
所述的淀粉包括马铃薯淀粉、紫薯淀粉、玉米淀粉和小麦淀粉其中的一种或1-3种任意组合；
所述的秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、草类其中的一种或1-4种任意组合，粉碎成100目－400目的粉末；
所述的草类为干燥后的牛筋草、狗尾巴草、车前草、三叶草其中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的一种植物多糖吸音降噪气凝胶，其特征在于：
原料 重量份
淀粉 2.5－4.5
魔芋葡甘聚糖 0.08－ 0.8
辅助胶 0.09-2.5
甘油 0.2 －0.9
秸秆 0.2g－1.3
无机填料 0.2－1.3
离子水 95－105。
3.根据权利要求1所述的一种绿色环保型植物多糖气凝胶，其特征在于：
原料 重量份
淀粉 3－4.2
魔芋葡甘聚糖 0.1－ 0.7
甘油 0.3－0.8
辅助胶 0.14-2.2
秸秆 0.4g－1.1
无机填料 0.4－1.1
离子水 98－103。
4.根据权利要求1所述的一种绿色环保型植物多糖气凝胶，其特征在于：
原料 重量份
淀粉 3.4－4.0
魔芋葡甘聚糖 0.3－ 0.5
甘油 0.4－0.7
辅助胶 0.21-1.8
秸秆 0.6g－0.8
无机填料 0.8－1
离子水 99－102。
5.根据权利要求1所述的一种绿色环保型植物多糖气凝胶，其特征在于：
原料 重量份
淀粉 3.8
魔芋葡甘聚糖 0.35
甘油 0.5
辅助胶 1.65
秸秆 0.8
无机填料 0.5
离子水 92.4。
6.权利要求1所述的一种绿色环保型植物多糖气凝胶的制备方法，其步骤是：
A、在甘油中加入去离子水,在100-20000rpm转速下搅拌，时间控制在15-30min，获得混合物；
B、在混合物中再加入淀粉、魔芋葡甘聚糖、辅助胶、秸秆、无机填料，常温下快速搅拌0.5h-1.5h后，获得一种混合溶液；
C、移至60℃至90℃恒温水浴锅中，将步骤B中的混合溶液均匀搅拌58－62min后，制得的凝胶待后倒入模具内冷却成凝胶；
D、冷冻干燥过程：放入-60℃至10℃的冰箱内预冷冻2h至24h后，放入真空度低于200pa,温度-20℃至60℃的冷冻干燥机内，冷冻干燥24h至36h，获得一种植物多糖气凝胶。
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