CN109942896A

CN109942896A - 一种环保可降解海绵及其制备方法

Info

Publication number: CN109942896A
Application number: CN201910234296.6A
Authority: CN
Inventors: 宋海军
Original assignee: Nantong Grand Textile Co Ltd
Current assignee: Nantong Grand Textile Co Ltd
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2019-06-28

Abstract

本发明公开了一种环保可降解的海绵及其制备方法所用组分均为绿色环保可降解材料，所制得的产品也更加绿色环保，具有良好的生物相容性，制备过程和使用过程对人体无危害；采用纳米纤维素作为基体材料具有良好的化学稳定性和极为优秀的力学性能，尤其在弹性性能上极为优秀。

Description

一种环保可降解海绵及其制备方法

技术领域

本发明属于海绵制品技术领域，具体涉及一种环保可降解的海绵及其制备方法。

背景技术

海绵是一种极为常见的多孔材料，具有良好的吸水性，部分具有良好的弹性、变形恢复性等等性能，能够用于清洁物品或用于生产一些舒适柔软的座垫。

人造海绵作为一种日常生活用品,已经存在了几十年的历史。现在市场上销售的海绵类用品,主要由聚氨酯和聚苯乙烯制备而成,不但其生产过程会污染环境,而且废弃后的海绵很难降解。人造海绵的原料主要来源于石油,随着石油资源的不断减少,原料来源也将是一个严重的问题。进入二十一世纪后,人们对环保有了进一步的认识,势必要有一种新的环保型海绵将其替代。

目前来说，市场上海绵的生成成本与海绵密度呈正相关，密度越高成本也越高，但低密度海绵的物理性能往往不如高密度海绵，特别是在作为座垫等方面的使用，因而寻求一种低密度却有良好力学性能能够符合国际上座垫海绵所需力学性能标准的低密度高弹性海绵是一大发展方向。同时目前海绵的制备过程中产生的污染较大，海绵多为人造高聚物难以降解，发泡剂在发泡过程中对人造成危害、对环境造成污染，也是一个亟待解决的问题。

发明内容

为解决目前海绵的制备过程中产生的污染较大，人造高聚物难以降解，发泡剂在发泡过程中对人造成危害、对环境造成污染的问题，本发明提供了一种环境友好且具备优良力学性能的环保可降解海绵。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种环保可降解海绵，所述环保可降解海绵的制备原料包括以下重量份数的物质：纳米纤维素60～70份，改性剂3～10重量份，瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵30～45重量份，十二烷基硫酸钠1～10份，甘油2.5～4.5重量份和硼酸1.1～ 2.5重量份。

作为优选，所述环保可降解海绵的制备原料包括以下重量份数的物质：纳米纤维素65～70份，改性剂5～8重量份，瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵35～40 重量份，十二烷基硫酸钠2～5份，甘油3～4.5重量份和硼酸1.5～2.2重量份。

作为优选，所述的改性剂选自聚乙烯醇或聚乙二醇中的一种或多种。

作为优选，所述环保可降解海绵的制备原料还包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠0.1～1重量份。

作为优选，所述的纳米纤维素来源于稻草、小麦杆和玉米秸秆中的一种或多种。

作为优选，所述的纳米纤维素的颗粒或纤维的直径优选为1～20nm，最优选为5～10nm。

所述环保可降解海绵的制备方法包括以下制备步骤：

S1、纳米纤维素的制备：

a)将稻草、小麦杆和/或玉米秸秆经高速剪切机粉碎，加入20～30％的氢氧化钠溶液，加热至50～60℃反应10～20小时，然后加入漂白剂，进行漂白处理 1～2小时，制得浆液A；

b)将浆液A加入到高压球磨机中，在200～300巴的压力下，球磨10～30 分钟，然后经离心分离，喷雾干燥得到纳米纤维素材料。

S2、环保可降解海绵的制备：

1)将步骤S1制备的纳米纤维素材料溶解于稀醋酸溶液中，随后滴加0.1N 的氢氧化钠溶液，直至溶液pH值为7.5～8.0，析出并过滤得到凝胶溶液；

2)将步骤1)得到的凝胶溶液稀释至质量分数为5～10％的凝胶水溶液，将瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵粉末用去离子水配制成质量分数为3～5％的水溶液，将所述水溶液与凝胶水溶液按一定比例混合，加入改性剂、硼酸与甘油，搅拌1～2小时，得到混合液；

3)向步骤2)得到的混合液中加入十二烷基硫酸钠以及任选的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，搅拌发泡2～3小时，得到发泡液；

4)将步骤3)得到的发泡液导入模具中直接进行冷冻干燥，经冷冻干燥10～ 20小时后得到所述环保可降解的海绵。

作为优选，步骤4)所述冷冻干燥温度为-20～-25℃。

本发明中海绵基体以纳米纤维素作为基体材料，是因为来源广泛，是最普遍的可再生资源之一，而且纤维素不但易降解，而且还具有良好的亲水性和生物亲和性。纳米纤维素相比常规纤维素在制备海绵时显示出更高的机械性能(刚度/强度)，其在弹性模量、压缩永久变形值及断裂伸长率等性能上相较于普通海绵体均有极大的提升，并且由十二烷基硫酸钠和辅助发泡剂产生协同发泡效果，相较于油酸钾、硫酸铵、甘油等易造成污染或对人体产生不良影响的发泡剂，更具环保价值。

十二烷基硫酸钠十二烷基硫酸钠，白色或淡黄色粉状，溶于水，对碱和硬水不敏感。具有去污、乳化和优异的发泡力。是一种对人体微毒的阴离子表面活性剂。其生物降解度>90％。一般用作乳化剂、灭火剂、发泡剂及纺织助剂。也用作牙膏和膏状、粉状、洗发香波的发泡剂。用于海绵的发泡剂是，在回收时可大程度降解而避免污染。

脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠又名为乙氧基化烷基硫酸钠、脂肪醇醚硫酸钠，也一种阴离子表面活性剂，在50℃以上或在弱酸性条件下即发生水解，产生无毒小分子物质，因而在回收时也可极大程度地避免污染环境，且在辅助发泡剂脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的协同作用下，十二烷基硫酸钠作为发泡剂所产生的气泡更加细密，有利于提高材料的力学性能。在两者的协同作用下能够起到更加优秀的发泡效果。

聚乙烯醇具有环境友好和高生物相容性的特点，是一种可降解再生的高分子材料，因此在生物材料和组织工程领域应用钢钒，并且具有高度的结晶性、化学稳定性、热稳定性和机械强度，加入海绵中能够极大的增强海绵基体材料的力学性能，在加以聚乙二醇配合能够对力学性能作出进一步的提高。

本发明和现有技术相比，本发明的有益效果：

1)本发明所用组分均为绿色环保可降解材料，所制得的产品也更加绿色环保，具有良好的生物相容性，制备过程和使用过程对人体无危害；

2)采用纳米纤维素作为基体材料具有良好的化学稳定性和极为优秀的力学性能，尤其在弹性性能上极为优秀。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

【实施例1】

S1、纳米纤维素的制备：

a)将1kg稻草、小麦杆和/或玉米秸秆经高速剪切机粉碎，加入10L 30％的氢氧化钠溶液，加热至60℃反应20小时，然后加入漂白剂，进行漂白处理2 小时，制得浆液A；

b)将浆液A加入到高压球磨机中，在200巴的压力下，球磨30分钟，然后经离心分离，喷雾干燥得到纳米纤维素材料。

S2、环保可降解海绵的制备：

1)将60g步骤S1制备的纳米纤维素溶解于100mL稀醋酸溶液中，随后滴加0.1N的氢氧化钠溶液，直至溶液pH值为7.5，析出并过滤得到凝胶溶液；

2)将步骤1)得到的凝胶溶液稀释至质量分数为5％的凝胶水溶液，将45g 瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵粉末用去离子水配制成质量分数为3％的水溶液，将所述水溶液与凝胶水溶液按质量比1:1混合，加入3g聚乙烯醇，3g硼酸与1.5 甘油，搅拌2小时，得到混合液；

3)向步骤2)得到的混合液中加入3g十二烷基硫酸钠和0.3g脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，搅拌发泡3小时，得到发泡液；

4)将步骤3)得到的发泡液导入模具中，在-20～-25℃直接进行冷冻干燥 20小时后，得到所述环保可降解的海绵。

经柔软性、弹性和恢复性检测，所制备的环保可降解海绵，可弯曲300°以上且在弯折甚至卷成棒状后可以在短时间内恢复，具有良好的柔软性、弹性和恢复性，对所得环保可降解海绵的吸水性、保水率、拉伸强度、抗菌性能进行测试，结果如表1所示。

【实施例2】

S1、纳米纤维素的制备：

a)将1kg稻草、小麦杆和/或玉米秸秆经高速剪切机粉碎，加入15L 20％的氢氧化钠溶液，加热至60℃反应10小时，然后加入漂白剂，进行漂白处理2 小时，制得浆液A；

b)将浆液A加入到高压球磨机中，在300巴的压力下，球磨10分钟，然后经离心分离，喷雾干燥得到纳米纤维素材料。

S2、环保可降解海绵的制备：

1)将65g步骤S1制备的纳米纤维素溶解于100mL稀醋酸溶液中，随后滴加0.1N的氢氧化钠溶液，直至溶液pH值为8.0，析出并过滤得到凝胶溶液；

2)将步骤1)得到的凝胶溶液稀释至质量分数为10％的凝胶水溶液，将30g 瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵粉末用去离子水配制成质量分数为5％的水溶液，将所述水溶液与凝胶水溶液按质量比2:1混合，加入5g聚乙烯醇-聚乙二醇，3g 硼酸与2甘油，搅拌2小时，得到混合液；

3)向步骤2)得到的混合液中加入5g十二烷基硫酸钠和0.4g脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，搅拌发泡3小时，得到发泡液；

4)将步骤3)得到的发泡液导入模具中，在-20～-25℃直接进行冷冻干燥 10～20小时后，得到所述环保可降解的海绵。

【实施例3】

S1、纳米纤维素的制备：

b)将浆液A加入到高压球磨机中，在250巴的压力下，球磨30分钟，然后经离心分离，喷雾干燥得到纳米纤维素材料。

S2、环保可降解海绵的制备：

1)将60g步骤S1制备的纳米纤维素溶解于100mL稀醋酸溶液中，随后滴加0.1N的氢氧化钠溶液，直至溶液pH值为8.0，析出并过滤得到凝胶溶液；

2)将步骤1)得到的凝胶溶液稀释至质量分数为5～10％的凝胶水溶液，将45g瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵粉末用去离子水配制成质量分数为5％的水溶液，将所述水溶液与凝胶水溶液按质量比2:1混合，加入10g聚乙烯醇，4.5g 硼酸与1.1g甘油，搅拌2小时，得到混合液；

3)向步骤2)得到的混合液中加入3g十二烷基硫酸钠和0.5g脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，搅拌发泡3小时，得到发泡液；

【实施例4】

S1、纳米纤维素的制备：

a)将1kg稻草、小麦杆和/或玉米秸秆经高速剪切机粉碎，加入10L 30％的氢氧化钠溶液，加热至60℃反应15小时，然后加入漂白剂，进行漂白处理1 小时，制得浆液A；

b)将浆液A加入到高压球磨机中，在300巴的压力下，球磨30分钟，然后经离心分离，喷雾干燥得到纳米纤维素材料。

S2、环保可降解海绵的制备：

1)将70g步骤S1制备的纳米纤维素溶解于100mL稀醋酸溶液中，随后滴加0.1N的氢氧化钠溶液，直至溶液pH值为7.5，析出并过滤得到凝胶溶液；

2)将步骤1)得到的凝胶溶液稀释至质量分数为5％的凝胶水溶液，将30g 瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵粉末用去离子水配制成质量分数为4％的水溶液，将所述水溶液与凝胶水溶液按一定比例混合，加入10g聚乙烯醇-聚乙二醇，3g硼酸与2甘油，搅拌2小时，得到混合液；

3)向步骤2)得到的混合液中加入5g十二烷基硫酸钠和0.5g脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，搅拌发泡3小时，得到发泡液；

制得的环保可降解海绵性能测试结果过如表1所示：

表1

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims

1.一种环保可降解海绵，其特征在于：所述环保可降解海绵的制备原料包括以下重量份数的物质：纳米纤维素60～70份，改性剂3～10重量份，瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵30～45重量份，十二烷基硫酸钠1～10份，甘油2.5～4.5重量份和硼酸1.1～2.5重量份。

2.根据权利要求1所述的环保可降解海绵，其特征在于：作为优选，所述环保可降解海绵的制备原料包括以下重量份数的物质：纳米纤维素65～70份，改性剂5～8重量份，瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵35～40重量份，十二烷基硫酸钠2～5份，甘油3～4.5重量份和硼酸1.5～2.2重量份。

3.根据权利要求1所述的环保可降解海绵，其特征在于，所述的改性剂选自聚乙烯醇或聚乙二醇中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的环保可降解海绵，其特征在于，作为优选，所述环保可降解海绵的制备原料还包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠0.1～1重量份。

5.根据权利要求4所述的环保可降解海绵，其特征在于，所述的纳米纤维素来源于稻草、小麦杆和玉米秸秆中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的环保可降解海绵，其特征在于，所述的纳米纤维素的颗粒或纤维的直径优选为1～20nm，最优选为5～10nm。

7.根据权利要求1-6任一项所述的环保可降解海绵的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：

S1、纳米纤维素的制备：

a)将稻草、小麦杆和/或玉米秸秆经高速剪切机粉碎，加入20～30％的氢氧化钠溶液，加热至50～60℃反应10～20小时，然后加入漂白剂，进行漂白处理1～2小时，制得浆液A；

b)将浆液A加入到高压球磨机中，在200～300巴的压力下，球磨10～30分钟，然后经离心分离，喷雾干燥得到纳米纤维素材料；

S2、环保可降解海绵的制备：

1)将步骤S1制备的纳米纤维素材料溶解于稀醋酸溶液中，随后滴加0.1N的氢氧化钠溶液，直至溶液pH值为7.5～8.0，析出并过滤得到凝胶溶液；

2)将步骤1)得到的凝胶溶液稀释至质量分数为5～10％的凝胶水溶液，将瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵粉末用去离子水配制成质量分数为3～5％的水溶液，将所述水溶液与凝胶水溶液按一定比例混合，搅拌1～2小时，得到混合液；

3)向步骤2)得到的混合液中加入一定量的硼酸与甘油，搅拌发泡2～3小时，得到发泡液；

4)将步骤3)得到的发泡液导入模具中直接进行冷冻干燥，经冷冻干燥10～20小时后得到所述环保可降解的海绵。

8.根据权利要求7所述的环保可降解海绵的制备方法，其特征在于：作为优选，步骤4)所述冷冻干燥温度为-20～-25℃。