CN111471218A - 一种环保可降解高吸水复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于吸水复合材料技术领域,提供了一种环保可降解高吸水复合材料及其制备方法,其材料组分包括纳米纤维素、纳米二氧化硅和纳米氧化钛;通过采用纳米纤维素、纳米二氧化硅和纳米氧化钛作为原料,纳米纤维素具有亲水性好、复水性好、吸水量大、吸水速度快、保水性强的特点,二氧化硅气凝胶具有高比表面积、高孔隙率、高热绝缘性、低密度、超低介电常数以及低折射系数等优异性能,纳米级二氧化钛具有抗线、抗菌、自洁净、抗老化性能,三者结合制备而成的气凝胶复合纤维材料既具备高吸水性能,又具有杀菌抗菌等功能,绿色环保可降解。
Description
技术领域
本发明属于吸水复合材料领域,尤其涉及一种环保可降解高吸水复合材料及其制备方法。
背景技术
一次性卫生用品如卫生巾、纸尿裤、失禁垫等,对所用核心吸水材料都有吸水率高、吸水速度快、不反渗的共性要求。目前卫生巾、纸尿裤所用的吸水材料为绒毛浆和/或高吸水树脂颗粒如聚丙烯酸酯,特别是聚丙烯酸酯类树脂其吸水率(纯水)可达数百倍,但其缺陷在于吸水速度不理想,其吸水性极易受水中的离子影响,如其吸收生理盐水的倍率只有40~60倍,在正常使用状态下,吸取含盐的尿液、血液等至饱满状态,耗时5分钟以上,而且吸饱水的树脂受外力压迫后,容易返渗,在使用过程中,会对皮肤浸渍从而引起不适;绒毛浆是有天然木浆纤维制备,吸水倍率低于10倍,易返渗。通常,多用以绒毛浆为载体,添加吸水树脂作为前述一次性卫生用品的吸水层。
目前中到重度渗液伤口湿性愈合敷料主要有藻酸盐敷料、交互式敷料和亲水敷料等,各有优缺点,藻酸盐敷料遇体液成凝胶,高吸水也高保湿,释放钙离子,促进创口愈合,缺点在于其凝胶性和吸水量与体液中钠离子的总量相关,在体液中钠离子和钾离子供给量受限的情况下,难以充分发挥藻酸盐高吸水的性能优势,而亲水敷料和交互式敷料都存在只能用于快速吸收渗液,不能对伤口释放有效成分以促进愈合。因此,开发更好性能的新型吸水材料是业界共同追求的目标。
发明内容
本发明提供一种环保可降解高吸水复合材料及其制备方法,旨在提供一种既具备高吸水性能、又具有杀菌抗菌等功能、并且绿色环保可降解的复合材料。
本发明是这样实现的,一种环保可降解高吸水复合材料,其材料组分包括纳米纤维素、纳米二氧化硅和纳米氧化钛;
其中,所述纳米纤维素的含量不低于70%。
优选的,以重量比由以下组分组成:纳米纤维素70%~90%、纳米二氧化硅5%~20%和纳米氧化钛5%~10%。
本发明还提供上述任意一种环保可降解高吸水复合材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、将纳米纤维素水溶液、纳米二氧化硅水溶液、纳米氧化钛水溶液混合并分散均匀,获得混合液;
S2、向所述混合液加入硼酸,并混合均匀;
S3、将步骤S2的加入硼酸后的所述混合液进行冷冻干燥处理,获得气凝胶复合材料,即所述高吸水复合材料。
优选的,所述纳米纤维素水溶液、纳米二氧化硅水溶液、纳米氧化钛水溶液的溶质浓度均相同,且所述纳米纤维素水溶液、纳米二氧化硅水溶液、纳米氧化钛水溶液质量比为70%~90%:5%~20%:5%~10%。
优选的,所述硼酸的浓度为0.01mol/g~0.5mol/g。
优选的,所述冷冻干燥处理的设定温度为-55℃~-40℃,真空度为13Pa~26Pa,处理时长为24h~48h。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明的一种环保可降解高吸水复合材料及其制备方法,通过采用纳米纤维素、纳米二氧化硅和纳米氧化钛作为原料,纳米纤维素具有亲水性好、复水性好、吸水量大、吸水速度快、保水性强的特点,二氧化硅气凝胶具有高比表面积、高孔隙率、高热绝缘性、低密度、超低介电常数以及低折射系数等优异性能,纳米级二氧化钛具有抗线、抗菌、自洁净、抗老化性能,三者结合制备而成的气凝胶复合纤维材料既具备高吸水性能,又具有杀菌抗菌等功能,并且绿色环保可降解。
附图说明
图1为本发明的一种环保可降解高吸水复合材料的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种技术方案:一种环保可降解高吸水复合材料及其制备方法,复合材料以重量比由以下组分组成:纳米纤维素70%、纳米二氧化硅20%和纳米氧化钛10%。
请参阅图1,然后按照如下步骤制备环保可降解高吸水复合材料:
S1、将纳米纤维素水溶液、纳米二氧化硅水溶液、纳米氧化钛水溶液混合并分散均匀,获得混合液。
纳米纤维素水溶液、纳米二氧化硅水溶液、纳米氧化钛水溶液的溶质浓度均相同,且纳米纤维素水溶液、纳米二氧化硅水溶液、纳米氧化钛水溶液质量比为70%:20%:10%。
S2、向混合液加入硼酸,并混合均匀。硼酸的浓度为0.04mol/g。
S3、将步骤S2的加入硼酸后的混合液进行冷冻干燥处理,获得气凝胶复合材料,即高吸水复合材料。其中,冷冻干燥处理的设定温度为-55℃~-40℃,真空度为13Pa~26Pa,处理时长为24h~48h。
纳米纤维素是指以植物纤维为原材料制得的微纳纤丝化纤维素或纳米晶体纤维素,或是在不同条件下,由醋酸菌属、土壤杆菌属、根瘤菌属和八叠球菌属等中的某种微生物合成的细菌纳米纤维素。纳米纤维素的比表面积为20-80m2/g。纳米纤维素是一种纤维尺寸小于100nm的纤维素纳米材料,其分子链中有大量的亲水基团(羧基和羟基),由于其比表面大,微观呈现三维网络状结构,密度低,孔隙率高,因此具有很好的亲水性和复水性,吸水量大、吸水速度快、保水性强的特点。
二氧化硅气凝胶是一种由纳米量级颗粒相互聚合形成的连续三维网络结构,孔隙中充满空气介质的高分散轻质多孔非晶态材料。二氧化硅气凝胶具有高比表面积、高孔隙率、高热绝缘性、低密度、超低介电常数以及低折射系数等优异性能,且性能可随着对结构的控制而具有连续可调性。二氧化硅气凝胶在热绝缘、催化、节能环保、石油化工、药物释放、航空航天等领域具有广阔的应用前景。
纳米级二氧化钛,亦称钛白粉。直径在100纳米以下,产品外观为白色疏松粉末。具有抗线、抗菌、自洁净、抗老化性能,可用于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等领域。纳米级二氧化钛在光线中紫外线的作用下长久杀菌。实验证明,以0.1mg/cm3浓度的锐钛型纳米TiO2可彻底地杀死恶性海拉细胞,而且随着超氧化物歧化酶(SOD)添加量的增多,TiO2光催化杀死癌细胞的效率也提高。对枯草杆菌黑色变种芽孢、绿脓杆菌、大肠杆菌、金色葡萄球菌、沙门氏菌、牙枝菌和曲霉的杀灭率均达到98%以上。用TiO2光催化氧化深度处理自来水,可大大减少水中的细菌数。在涂料中添加纳米TiO2可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料,应用于医院病房、手术室及家庭卫生间等细菌密集、易繁殖的场所,防止感染、除臭除味。能够有效杀灭等等有害细菌。
本发明的一种环保可降解高吸水复合材料及其制备方法,采用纳米纤维素、纳米二氧化硅和纳米氧化钛三者结合制备成气凝胶复合纤维材料,其具有高吸水性能,又具有杀菌抗菌等功能,并且绿色环保可降解,是理想的一次性卫生用品如卫生巾、纸尿裤和新型医用敷料等的理想用材。
实施例2
本实施例提供一种技术方案:一种环保可降解高吸水复合材料及其制备方法,复合材料以重量比由以下组分组成:纳米纤维素80%、纳米二氧化硅15%和纳米氧化钛5%。
然后按照如下步骤制备环保可降解高吸水复合材料:
S1、将纳米纤维素水溶液、纳米二氧化硅水溶液、纳米氧化钛水溶液混合并分散均匀,获得混合液。
纳米纤维素水溶液、纳米二氧化硅水溶液、纳米氧化钛水溶液的溶质浓度均相同,且纳米纤维素水溶液、纳米二氧化硅水溶液、纳米氧化钛水溶液质量比为80%:15%:5%。
S2、向混合液加入硼酸,并混合均匀。硼酸的浓度为0.04mol/g。
S3、将步骤S2的加入硼酸后的混合液进行冷冻干燥处理,获得气凝胶复合材料,即上述环保可降解高吸水复合材料。其中,冷冻干燥处理的设定温度为-50℃~-40℃,真空度为15Pa~20Pa,处理时长为30h~40h。
实施例3
本实施例提供一种技术方案:一种环保可降解高吸水复合材料及其制备方法,复合材料以重量比由以下组分组成:纳米纤维素75%、纳米二氧化硅15%和纳米氧化钛10%。
然后按照如下步骤制备环保可降解高吸水复合材料:
S1、将纳米纤维素水溶液、纳米二氧化硅水溶液、纳米氧化钛水溶液混合并分散均匀,获得混合液。
纳米纤维素水溶液、纳米二氧化硅水溶液、纳米氧化钛水溶液的溶质浓度均相同,且纳米纤维素水溶液、纳米二氧化硅水溶液、纳米氧化钛水溶液质量比为75%:15%:10%。
S2、向混合液加入硼酸,并混合均匀。硼酸的浓度为0.04mol/g。
S3、将步骤S2的加入硼酸后的混合液进行冷冻干燥处理,获得气凝胶复合材料,即上述环保可降解高吸水复合材料。其中,冷冻干燥处理的设定温度为-50℃~-40℃,真空度为15Pa~20Pa,处理时长为30h~40h。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种环保可降解高吸水复合材料,其特征在于:其材料组分包括纳米纤维素、纳米二氧化硅和纳米氧化钛;
其中,所述纳米纤维素的含量不低于70%。
2.如权利要求1所述的一种环保可降解高吸水复合材料,其特征在于:以重量比由以下组分组成:纳米纤维素70%~90%、纳米二氧化硅5%~20%和纳米氧化钛5%~10%。
3.一种如权利要求1-2中任意一项所述的环保可降解高吸水复合材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1、将纳米纤维素水溶液、纳米二氧化硅水溶液、纳米氧化钛水溶液混合并分散均匀,获得混合液;
S2、向所述混合液加入硼酸,并混合均匀;
S3、将步骤S2的加入硼酸后的所述混合液进行冷冻干燥处理,获得气凝胶复合材料,即所述高吸水复合材料。
4.如权利要求3所述的一种环保可降解高吸水复合材料的制备方法,其特征在于:所述纳米纤维素水溶液、纳米二氧化硅水溶液、纳米氧化钛水溶液的溶质浓度均相同,且所述纳米纤维素水溶液、纳米二氧化硅水溶液、纳米氧化钛水溶液质量比为70%~90%:5%~20%:5%~10%。
5.如权利要求3所述的一种环保可降解高吸水复合材料的制备方法,其特征在于:所述硼酸的浓度为0.01mol/g~0.5mol/g。
6.如权利要求3所述的一种环保可降解高吸水复合材料的制备方法,其特征在于:所述冷冻干燥处理的设定温度为-55℃~-40℃,真空度为13Pa~26Pa,处理时长为24h~48h。
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