CN113914122A - 一种制备生物质耐高温材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备耐高温材料的方法。属于耐高温材料领域，提供了一种简单的制备耐高温材料的方法，包括耐高温纤维(天丝、粘胶纤维、纸浆纤维、短切粘胶丝等)、耐高温生物质材料(木质素、植物纤维原料、生物质塑料、沥青等)。将上述材料放入马弗炉热解200‑400度热解，保温30min‑1h。上述材料中的不耐高温的物质被热解，以小分子气体形式挥发完全，制备得到耐高温的植物纤维或生物质材料。该方案简单环保，有效地提高了各类生物质材料的耐温性，开拓了生物质耐高温材料的制备和应用。

Description

一种制备生物质耐高温材料的方法
技术领域
本发明涉及耐高温材料领域，具体涉及一种制备生物质耐高温材料的方法。
背景技术
芳纶纤维是目前比较成熟的耐高温化学纤维。它是一种高性能有机合成化学纤维，最早由美国杜邦公司于20世纪60年代开发，芳纶纤维具有质轻、绝缘性优良、热稳定性优良、易加工成型、耐化学腐蚀等优点，被用于防割手套、手机壳、以及耳机线的增强体等民生领域以及轨道交通、国防科技(军用防弹衣)以及航空航天等科技领域。在芳纶纤维的分子结构中，苯环被极强的酰胺键连接，分子链高的取向度赋予了芳纶纤维优良的机械性能以及阻燃性能，分子链间的氢键结合以及结晶特性则赋予了芳纶纤维优良的热稳定性。芳纶沉析纤维表面沟壑纵横，具有很大的比表面积，在水体系中，在强有力的机械作用下可以均匀地分散开来，通过抽滤可以单独地制备成纸基材料，纸基材料具有优异的机械性能和电绝缘性能，可以用于电机的绝缘系统。为了进一步提升纸基材料的柔韧性和机械性能，在纸张的抄造过程中，加入了芳纶短切纤维，芳纶短切纤维作为应力的主要承载者，芳纶沉析纤维则填充在芳纶短切纤维之间，在纸张成型及热压过程中发生软化变形将芳纶短切纤维相互牢牢地包裹在一起，起到传递和分散应力的作用。但是芳纶短切纤维长径比较大，比表面积小，与水的相互作用小，在水中难以分散，影响纸张的各项性能，例如击穿电压及机械性能等。而且制备过程中涉及到有机溶剂，对环境污染大。
聚酰亚胺是另一类应用广泛的耐高温材料。Kapton聚酰亚胺薄膜是美国杜邦公司在20世纪60年代初发展起来的。其是由均苯四酸二酐和4，4-二苯醚二胺在极性溶剂如二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等中缩聚，然后将得到的聚酰胺酸溶液在基板上涂膜，干燥后再在300℃以上处理完成酰亚胺化而制成。其具有突出的耐热性，可连续使用于220℃。除了生产PI薄膜，杜邦公司还着力开发可用于模塑成型的PI材料。Vespel SCP 系列PI模塑料是杜邦公司发明的新型PI材料。该材料的特点是提高高温的耐久性，且强化尺寸稳定性、耐化学药品性及耐磨损性。但是，聚酰亚胺制备过程中的有机溶剂挥发会造成污染，并且制备成本高。
目前，市场上的耐高温材料都是由有机溶剂或化学高分子合成的。工艺复杂，成本高，对环境污染大。因此，亟待发明一种简单环保、低成本、可持续的生物质耐高温材料。
发明内容
针对上述技术的不足，本发明的目的在于，提供一种制备低成本、无污染、可持续的耐高温生物质材料的方法。
本发明对普通生物质材料包括天丝、粘胶纤维、纸浆纤维(棉浆、阔叶浆、针叶浆)、短切粘胶丝、木质素、植物纤维原料、生物质塑料、沥青等其中的一种进行高温热解处理，普通生物质中存在大量的低沸点的小分子物质，这些物质会拉低生物质材料的热解温度，使其耐温性差。我们通过将沸点在热解温度之下的小分子物质热解挥发，以提高材料的耐温性，得到耐高温生物质材料。
为实现上述目的，其包括以下步骤：
(1)将普通生物质材料放于马弗炉内热解，200-400℃保温30min-1h。使沸点在热解温度之下的不耐高温的小分子物质以气体形式挥发，待降至室温取出，得到耐高温生物质材料。
(2)所述的普通生物质材料可为天丝、粘胶纤维、纸浆纤维(棉浆、阔叶浆、针叶浆)、短切粘胶丝、木质素、植物纤维原料、生物质塑料、沥青等中的一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明方法更加有利于植物纤维原料的利用。
2、本发明所用无化学试剂成本较低，符合实际生产需求。
3、本发明方法在简单的设备基础上进行，无需增加其它额外贵重设备。
4、本发明方法工艺简单可行，成本较低，绿色环保，属于环境友好型技术。
附图说明
图1(左)耐高温(350℃)针叶浆纸(右)耐高温(350℃)针叶浆纤维电镜照片；
图2耐高温(350℃)棉浆纤维电镜照片；
图3耐高温(200℃)生物质塑料；
图4耐高温(250℃)生物质塑料；
图5耐高温(300℃)生物质塑料；
图6耐高温(350℃)生物质塑料；
图7耐高温(400℃)生物质塑料；
图8实施例3-7的耐高温生物质塑料热重分析；
图9实施例3-6耐高温生物质塑料的玻璃化转变测试结果；
表1耐高温针叶浆纸拉伸强度；
表2耐高温棉浆纸拉伸强度。
具体实施方式
实施例1：本实施例提供的耐高温针叶浆纸的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)抄纸实验：①准备一定量的针叶浆浆板，撕成小块用天平称重，用水完全浸泡；②浸泡完全后，先用疏解机进行疏解；③定量，根据浆浓度计算纸张定量(100g/m2)；④继续使用疏解机进行深度疏解；⑤使用抄片机进行抄片。
(2)将纸张放在马福炉里热解(350℃保温30分钟)，降至室温后取出。
表1耐高温针叶浆纸拉伸强度
Figure RE-GDA0003392993160000041
实施例2：本实施例提供的耐高温棉浆纸的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)抄纸实验：①准备一定量的棉浆浆板，撕成小块用天平称重，用水完全浸泡；②浸泡完全后，先用疏解机进行疏解；③定量，根据浆浓度计算纸张定量(100g/m2)；④继续使用疏解机进行深度疏解；⑤使用抄片机进行抄片。 (2)将纸张放在马福炉里热解(350℃保温30分钟)，降至室温后取出。
表2耐高温棉浆纸拉伸强度
Figure RE-GDA0003392993160000042
实施例3：本实施例提供的耐高温生物质塑料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)使用马弗炉对木质纤维素塑料母粒进行热解。热处理温度分别为200℃时间为30min；
(2)对热解后的耐高温木质纤维素塑料母粒进行研磨；
(3)再使用热压机进行热压处理，热压温度根据测得的玻璃化转变温度而定。压力大小设为20Mpa，预热1分钟后，热压1-5分钟。
实施例4：本实施例提供的耐高温绝缘纸的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)使用马弗炉对木质纤维素塑料母粒进行热解。热处理温度分别为250℃时间为30min；
(2)对热解后的耐高温木质纤维素塑料母粒进行研磨；
(3)再使用热压机进行热压处理，热压温度根据测得的玻璃化转变温度而定。压力大小设为20Mpa，预热1分钟后，热压1-5分钟。
实施例5：本实施例提供的耐高温绝缘纸的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)使用马弗炉对木质纤维素塑料母粒进行热解。热处理温度分别为300℃时间为30min；
(2)对热解后的耐高温木质纤维素塑料母粒进行研磨；
(3)再使用热压机进行热压处理，热压温度根据测得的玻璃化转变温度而定。压力大小设为20Mpa，预热1分钟后，热压1-5分钟。
实施例6：本实施例提供的耐高温绝缘纸的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)使用马弗炉对木质纤维素塑料母粒进行热解。热处理温度分别为350℃时间为30min；
(2)对热解后的耐高温木质纤维素塑料母粒进行研磨；
(3)再使用热压机进行热压处理，热压温度根据测得的玻璃化转变温度而定。压力大小设为20Mpa，预热1分钟后，热压1-5分钟。
实施例7：本实施例提供的耐高温绝缘纸的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)使用马弗炉对木质纤维素塑料母粒进行热解。热处理温度分别为350℃时间为30min；
(2)对热解后的耐高温木质纤维素塑料母粒进行研磨；
(3)再使用热压机进行热压处理，热压温度根据测得的玻璃化转变温度而定。压力大小设为20Mpa，预热1分钟后，热压1-5分钟。

Claims (3)

1.一种生物质耐高温材料的制备方法，其特征在于，将普通生物质材料直接放于马弗炉内热解，200-400℃保温30min-1h。降至室温取出，制得耐高温生物质材料。
2.根据权利要求1所述的耐高温生物质材料的制备方法，其特征在于，所述的普通生物质材料可为天丝、粘胶纤维、纸浆纤维(棉浆、阔叶浆、针叶浆)、短切粘胶丝、木质素、植物纤维原料、生物质塑料、沥青等中的一种。
3.根据权利要求1所述的耐高温绝缘纸的制备方法，其特征在于，所述的1步骤将普通生物质材料放在马弗炉内热解是本发明制备耐200-400℃材料的必要步骤，其目的是将不耐高温的小分子物质除去，使材料本身具备耐高温的性能。本发明提出，普通生物质中存在大量的低沸点的小分子物质，这些物质会拉低生物质材料的热解温度，使其耐温性差。我们通过将沸点在热解温度之下的小分子物质热解挥发，以提高材料的耐温性，得到耐高温生物质材料。
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