CN112297515A - 一种微纳米混合纤维的可降解吸管及其制备 - Google Patents

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Abstract

一种微纳米混合纤维的可降解吸管及其制备。所述制备方法包括以下步骤：以NaOH制备超细纤维素，以2，2，6，6‑四甲基哌啶‑1‑氧基自由基Tempo，溴化钠，次氯酸钠自上而下的化学‑机械方法制备纳米纤维素；按照一定的比例，将超细纤维素和纳米纤维素，经过真空抽滤泵过滤成湿膜，卷在玻璃棒或塑料吸管上，干燥并分离后得吸管。本发明中的混合纤维素吸管是一种无粘合剂的吸管，具有纯天然，高性能，低成本，可降解的性能，同时使用纤维素原料克服了可降解但价格昂贵，塑料难以降解等困难。

Description

一种微纳米混合纤维的可降解吸管及其制备
技术领域
本发明涉及可降解材料领域，具体涉及一种微纳米混合纤维的可降解吸管及其制备方法。
背景技术
随着人们日益增长的环境意识，不可降解聚合物作为工程材料逐渐被可降解聚合物所取代。塑料的广泛应用在很大程度上受其优越的性能影响，包括低成本、强度高和高透明度、低毒性和高耐久性。在所有的塑料污染中，塑料吸管带来了特别棘手的问题，原因如下：首先，塑料吸管消费量大；其次，塑料吸管的使用时间只有几分钟，几乎所有使用过的吸管都直接进入垃圾填埋场填埋，从未回收利用，即使用过的塑料吸管经过机械回收，其体积小、重量轻，并且其降解时间长达500年，很难回收利用。因此，迫切需要开发一种可降解性好、机械性能好、水稳定性好的替代塑料吸管的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于设计由微纳米混合纤维素的一种无粘合剂的吸管，高性能和低成本的原材料使纤维素杂化吸管成为目前价格昂贵的聚乳酸吸管的经济高效的替代品。通过对超细纤维素吸管，纳米纤维素吸管以及现有的商业纸吸管的对比研究，制备出力学性能好，可降解，具有良好水稳定性的微纳米混合吸管，同时提供一种制备该吸管的方法。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种微纳米混合纤维的可降解吸管，包括以下步骤：
(1)超细纤维素的制备：采用分别连接机械搅拌器、水浴锅的250ml锥形瓶瓶作为反应容器，加入一定浓度的氢氧化钠，整个反应过程在水浴中加热；
(2)纳米纤维素的制备：按一定的比例将2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基自由基Tempo，溴化钠溶解在去离子水中，并且水浴加热15分钟，然后将其加入纸浆悬浮液用于氧化，并使用氢氧化钠使保持pH值在10-11范围内，次氯酸钠溶液被添加到用于氧化步骤的浆料杂化物中，通过以上步骤，并在同一时间加入氢氧化钠溶液，超声分散以500W的功率进行15min，以使杂化溶液的pH值保持在10-11；
(3)微纳米混合纤维吸管的制备：将含有2g纤维素(分别为超细纤维、纳米纤维或混合纤维)的纤维素悬浮液充分杂化，并使用直径为14cm的漏斗真空过滤成湿膜，不同含量的纳米纤维素和超细纤维素混合，制备杂化吸管湿膜，从湿膜上切下湿矩形薄膜条(2cm×8cm)，然后卷起放在玻璃棒或塑料吸管上。
步骤(1)在锥形瓶中加入10g竹粉，然后加入10％的氢氧化钠，在机械搅拌和水浴加热中进行。
步骤(1)中，加热至150℃，反应时间为10h。
步骤(2)所述将硫酸盐漂白牛皮纸浆(18g)溶解在去离子水中(500mL)并浸泡24h，然后用疏解器(30000r/min，10min)疏解获得纸浆悬浮液。
步骤(2)所述2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基自由基Tempo，溴化钠溶解在去离子水中，并且水浴加热15分钟。
步骤(2)所述将其加入纸浆悬浮液用于氧化，并保持pH值在10-11范围内(使用1wt％的氢氧化钠)。
步骤(2)所述次氯酸钠溶液(10wt％，59.6mL)被添加到用于氧化步骤的浆料杂化物中，并在同一时间加入氢氧化钠溶液(1wt％)，超声分散以500W的功率进行15min，以使杂化溶液的pH值保持在10-11。
步骤(3)将含有2g纤维素(分别为超细纤维、纳米纤维或杂化纤维)的纤维素悬浮液充分杂化。
步骤(3)中，不同含量的纳米纤维素和超细纤维素混合，制备杂化吸管湿膜。
步骤(3)中，使用直径为14cm的漏斗真空过滤成湿膜。
步骤(3)中，从湿膜上切下湿矩形薄膜条(2cm×8cm)，然后卷起放在玻璃棒塑料吸管上。
步骤(3)中，薄膜的边缘是通过简单的按压来密封的。
步骤(3)中，在环境空气中干燥几个小时形成氢键后，吸管很容易从玻璃棒或塑料吸管中分离出来。
本发明的优点和积极效果是：
(1)为天然可降解材料开辟了新的应用领域，提高了其使用价值，另一方面大大缓解了塑料污染的压力。
(2)本发明制备的微纳米混合吸管具有良好的可降解性。
(3)本发明制备的微纳米混合吸管具有良好的拉伸性能，弯曲性能。
(4)本发明制备的微纳米混合吸管具有良好的水稳定性。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1
在此实施例中，我们采取表1中的配方进行实验研究：
表1 超细纤维素可降解吸管配方
Figure BSA0000226134950000031
(1)超细纤维素的制备：采用分别连接机械搅拌器、水浴锅作为竹基纤维素反应容器，按一定的浓度将氢氧化钠加入反应，整个反应过程水浴加热。
(2)超细纤维素吸管的制备：使用直径为14cm的漏斗真空过滤成湿膜。从湿膜上切下湿矩形薄膜条(2cm×8cm)，然后卷起放在玻璃棒或塑料吸管上。薄膜的边缘是通过简单的按压来密封的。在环境空气中干燥几个小时形成氢键后，吸管很容易从玻璃棒或塑料吸管中分离出来。
(3)性能测试
①力学性能
按照ASTM D882-2010测试标准制备样条，测试薄膜的拉伸强度和断裂伸长率。测试结果见表4。
按照GB/T 22906测试标准制备样条，测试吸管的弯曲强度。测试结果见表4。
实施例2
在此实施例中，我们采取表2中的配方进行实验研究：
表2 纳米纤维素可降解吸管配方
Figure BSA0000226134950000032
(1)纳米纤维素的制备：按一定的比例将2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基自由基Tempo，溴化钠溶解在去离子水中，并且水浴加热15分钟，然后将其加入纸浆悬浮液用于氧化，并使用氢氧化钠使保持pH值在10-11范围内。次氯酸钠溶液被添加到用于氧化步骤的浆料杂化物中，通过以上步骤，并在同一时间加入氢氧化钠溶液，超声分散以500W的功率进行15min，以使杂化溶液的pH值保持在10-11。
(2)纳米纤维素吸管的制备：同实施例1(2)相同。
(3)性能测试
①力学性能
按照ASTM D882-2010测试标准制备样条，测试薄膜的拉伸强度和断裂伸长率。测试结果见表4。
按照GB/T 22906测试标准制备样条，测试吸管的弯曲强度。测试结果见表4。
②吸水率
按照GB/T 461.3-2005测试标准制备样条，测试吸管的吸水率。测试结果见表4。
实施例3
在此实施例中，我们采取表3中的配方进行实验研究：
表3 微纳米混合纤维可降解吸管配方
Figure BSA0000226134950000041
(1)微纳米混合纤维吸管的制备：将含有2g纤维素(分别为超细纤维、纳米纤维或混合纤维)的纤维素悬浮液充分杂化，并使用直径为14cm的漏斗真空过滤成湿膜。不同含量的纳米纤维素和超细纤维素混合，制备杂化吸管湿膜。从湿膜上切下湿矩形薄膜条(2cm×8cm)，然后卷起放在玻璃棒或塑料吸管上。薄膜的边缘是通过简单的按压来密封的。在环境空气中干燥几个小时形成氢键后，吸管很容易从玻璃棒或塑料吸管中分离出来。
(2)性能测试
①力学性能
按照ASTM D882-2010测试标准制备样条，测试薄膜的拉伸强度和断裂伸长率。测试结果见表4。
按照GB/T 22906测试标准制备样条，测试吸管的弯曲强度。测试结果见表4。
②吸水率
按照GB/T 461.3-2005测试标准制备样条，测试吸管的吸水率。测试结果见表4。
表4 实例一至三所得成品测试结果
Figure BSA0000226134950000051
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
附图说明
图1为本发明方法的流程图

Claims (10)

1.一种微纳米混合纤维的可降解吸管，其特征在于，包括以下步骤：
(1)超细纤维素的制备：采用分别连接机械搅拌器、水浴锅作为竹基纤维素反应容器，按一定的浓度将氢氧化钠加入反应，整个反应过程水浴加热；
(2)纳米纤维素的制备：按一定的比例2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基自由基Tempo，溴化钠溶解在去离子水中，并且水浴加热15分钟，然后将其加入纸浆悬浮液用于氧化，并使用氢氧化钠使保持pH值在10-11范围内，次氯酸钠溶液被添加到用于氧化步骤的浆料杂化物中，通过以上步骤，并在同一时间加入氢氧化钠溶液，超声分散以500W的功率进行15min，以使杂化溶液的pH值保持在10-11；
(3)微纳米混合纤维吸管的制备：将含有3g纤维素(分别为超细纤维、纳米纤维或混合纤维)的纤维素悬浮液充分杂化，并使用直径为14cm的漏斗真空过滤成湿膜。不同含量的纳米纤维素和超细纤维素混合，制备杂化吸管湿膜，从湿膜上切下湿矩形薄膜条(2cm×8cm)，然后卷起放在玻璃棒或塑料吸管上。
2.根据权利要求1所述的一种微纳米混合纤维的可降解吸管，其特征在于，步骤(1)所述加入适量的氢氧化钠反应，还包括水浴加热步骤。
3.根据权利要求1所述的一种微纳米混合纤维的可降解吸管，其特征在于，步骤(1)中，加热至150℃，反应时间为10h。
4.根据权利要求1所述的一种微纳米混合纤维的可降解吸管，其特征在于，步骤(2)所述2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基自由基Tempo，溴化钠溶解在去离子水中。
5.根据权利要求1所述的一种微纳米混合纤维的可降解吸管，其特征在于，步骤(2)中，水浴加热15分钟，然后将其加入纸浆悬浮液用于氧化，并使用氢氧化钠使保持pH值在10-11范围内。
6.根据权利要求1所述的一种微纳米混合纤维的可降解吸管，其特征在于，步骤(2)所述次氯酸钠溶液被添加到用于氧化步骤的浆料杂化物中，同一时间加入氢氧化钠溶液。
7.根据权利要求1所述的一种微纳米混合纤维的可降解吸管，其特征在于，步骤(2)中，超声分散以500W的功率进行15min，以使杂化溶液的pH值保持在10-11。
8.根据权利要求1所述的一种微纳米混合纤维的可降解吸管，其特征在于，步骤(3)所述将含有2g纤维素(分别为超细纤维、纳米纤维或混合纤维)的纤维素悬浮液充分杂化。
9.根据权利要求1所述的一种微纳米混合纤维的可降解吸管，其特征在于，步骤(3)中，使用直径为14cm的漏斗真空过滤成湿膜。
10.根据权利要求1所述的一种微纳米混合纤维的可降解吸管，其特征在于，步骤(3)中，从湿膜上切下湿矩形薄膜条(2cm×8cm)，然后卷起放在玻璃棒或塑料吸管上。
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