CN116063730B - 一种天然阻燃竹纸浆泡沫材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种天然阻燃竹纸浆泡沫材料及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN116063730B
CN116063730B CN202310146066.0A CN202310146066A CN116063730B CN 116063730 B CN116063730 B CN 116063730B CN 202310146066 A CN202310146066 A CN 202310146066A CN 116063730 B CN116063730 B CN 116063730B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bamboo pulp
flame
retardant
chitosan
foam material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202310146066.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116063730A (zh
Inventor
靳肖贝
张融
覃道春
余溪
何莹
江泽慧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Center for Bamboo and Rattan
Original Assignee
International Center for Bamboo and Rattan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Center for Bamboo and Rattan filed Critical International Center for Bamboo and Rattan
Priority to CN202310146066.0A priority Critical patent/CN116063730B/zh
Publication of CN116063730A publication Critical patent/CN116063730A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116063730B publication Critical patent/CN116063730B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/30—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by mixing gases into liquid compositions or plastisols, e.g. frothing with air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/0014—Use of organic additives
    • C08J9/0038—Use of organic additives containing phosphorus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/0061—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof characterized by the use of several polymeric components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/0066—Use of inorganic compounding ingredients
    • C08J9/0071—Nanosized fillers, i.e. having at least one dimension below 100 nanometers
    • C08J9/008—Nanoparticles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/0095—Mixtures of at least two compounding ingredients belonging to different one-dot groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2301/00—Characterised by the use of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
    • C08J2301/02—Cellulose; Modified cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2405/00—Characterised by the use of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08J2401/00 or C08J2403/00
    • C08J2405/08—Chitin; Chondroitin sulfate; Hyaluronic acid; Derivatives thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02W90/10—Bio-packaging, e.g. packing containers made from renewable resources or bio-plastics

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Paper (AREA)

Abstract

本发明提供了一种天然阻燃竹纸浆泡沫材料及其制备方法和应用，涉及竹材加工技术领域。本发明以来源丰富、成本低廉的竹纸浆纤维为原料，以天然聚电解质壳聚糖和植酸作为正/负聚电解质溶液，利用壳聚糖和植酸之间的静电吸附作用，将天然无机纳米材料埃洛石纳米管采用层层自组装的方式沉积到竹纸浆纤维上对其进行阻燃改性，再将阻燃改性的纸浆纤维与发泡剂混合，通过搅拌发泡和脱水干燥得到天然阻燃竹纸浆泡沫材料。本发明制备的竹纸浆泡沫材料具有优异的阻燃性能，良好的力学性能、隔热性能和吸声性能；此外本发明采用天然阻燃材料，无毒环保；并且本发明采用层层自组装技术，阻燃涂层的厚度可控，从而使得最终泡沫材料的结构和性能具有可控性。

Description

一种天然阻燃竹纸浆泡沫材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及竹材加工技术领域，特别涉及一种天然阻燃竹纸浆泡沫材料及其制备方法和应用。
背景技术
目前，使用较为普遍的泡沫隔热材料主要是由不可降解的石油基材料制备而成的聚合物泡沫，对资源与环境带来了不利影响，因此，开发利用可再生资源以替代传统化石资源成为必然的趋势。纤维素基泡沫材料是一种以纤维素纤维为基体制备的三维多孔材料，具有互通网络结构，展现出低密度、高孔隙率、低导热系数和生物可降解等诸多优良特性，为传统隔热材料提供了新的可替代选择，在建筑保温和吸声材料领域具有广阔的应用前景。作为新生的第三代多孔材料，纤维素气凝胶超越了硅气凝胶和聚合物基气凝胶，具备传统气凝胶特性的同时融入了自身的优异性能，如良好的生物相容性和可降解性。但纤维素基气凝胶的应用也有其局限性：(1)所需的生产设备昂贵复杂，制备过程繁琐，并需要较为昂贵的纤维素溶剂，难以回收，而且对环境有一定的危害；(2)气凝胶制备过程需要冷冻干燥/铸造或者超临界二氧化碳干燥获得多孔产品，耗能耗时；(3)无法大块大批量制备，难以实现产品市场化。
利用泡沫成型技术制备纤维素基纸浆泡沫材料，获得的产品在密度、物理力学性能和经济特性等性能均可以与泡沫塑料和纤维素气凝胶相媲美，具有较好的隔热和吸声性能，并且只需简单的干燥工艺，对进行大体积、大批量保温隔热产品的生产具有重要的意义。当前，制备纸浆纤维多孔材料主要是通过在浆料悬浮液中加入表面活性剂(离子型、两性型或者非离子型)，经机械搅拌发泡后降低浆料的表面张力，形成较为稳定的气泡，剩余水分后续由接触式或非接触式热干燥进一步脱除。这种纤维素多孔泡沫材料可以在标准的手抄成型机上来制备，通过在泡沫成型技术中添加新原料，如纳米颗粒、纳米纤维和弹性纤维等开发纤维素基新产品，可用在隔热、吸音、抗震、包装、空气净化以及水处理等工程领域。自然可再生和绿色环保的植物纤维泡沫材料会大大减少传统石油基泡沫材料中有毒化学品的散发，减少对环境的威胁。在泡沫废弃后容易回收利用，将其制成生物燃料，可以进一步提高原料的使用率。
作为一种重要的天然纤维资源，竹材漂白化学浆的品质介于针叶木浆和阔叶木浆之间。与漂白木浆品质相比，竹浆具有自身优势。竹材生长速度快，来源丰富，原料价格低。竹材纤维形态和化学成分有特殊性，纤维长度较长，细胞壁微观结构特殊，是一种优良的造纸纤维原料。利用竹纸浆纤维制备泡沫材料是一种新颖且有效益的材料，具有巨大的环境和经济优势，其被认为是取代石油基聚合物制备多孔复合材料的最佳原料。另外，制浆造纸工业的技术积累可以为纤维素纸浆泡沫材料的制备提供较好的技术基础，对充分利用我国丰富的竹材资源、实现经济的可持续发展和生态环境保护具有举足轻重的意义。
但是，作为低密度的多孔材料，纸浆纤维泡沫材料的机械性能较差，不能适应条件苛刻的环境。尤其是竹纸浆纤维原料经过机械解离工序，脱除了大部分纤维胞间层富含的木质素，导致其防火性能较差。为了降低纸浆泡沫材料的可燃性，研究者们采用了多种方法和手段，包括使用硼酸盐、硼-氮-磷系及层状双氢氧化物(LDH)等阻燃剂对纸浆纤维进行改性处理，例如中国专利CN109777138A公开了一种采用木质纤维原料制备防火阻燃、超轻高强的纸浆泡沫的方法，其将机械粉碎后的天然木质纤维原料加入到硼酸盐类防火交联助剂溶液中，在加热和搅拌条件下进行交联反应；然后添加纳米二氧化硅、蒙脱土等无机填料和适量壳聚糖，继续搅拌至反应完毕；之后添加发泡剂，机械搅拌发泡后干燥成型得到阻燃纸浆泡沫。该技术虽然在一定程度上提高了纸浆泡沫的阻燃性，但是该技术将阻燃改性填料和硼酸盐类防火剂直接添加到纸浆悬浮液中进行搅拌混合，存在改性剂在纸浆纤维表面分布不均匀，改性填料易团聚，引入两相/多相界面结合等问题，对发泡性能(泡沫材料的密度和孔隙结构)产生负面影响，从而降低泡沫材料的隔热和/或吸声性能；此外，该技术采用的硼酸盐类防火剂为非生物质材料，会带来后续降解回收的问题，影响了材料的环保性。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种天然阻燃竹纸浆泡沫材料及其制备方法和应用。采用本发明方法制备的竹纸浆泡沫材料具有优异的阻燃性能，良好的力学性能、隔热性能和吸声性能，并且本发明采用天然阻燃材料，无毒环保。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种天然阻燃竹纸浆泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
将埃洛石纳米管颗粒与壳聚糖水溶液进行第一混合，得到壳聚糖-埃洛石纳米管混合分散液；
将埃洛石纳米管颗粒与植酸水溶液进行第二混合，得到植酸-埃洛石纳米管混合分散液；
将竹纸浆纤维在所述壳聚糖-埃洛石纳米管混合分散液中进行第一浸渍后，再在所述植酸-埃洛石纳米管混合分散液中进行第二浸渍，然后循环依次进行第一浸渍和第二浸渍，得到阻燃改性竹纸浆纤维；所述循环的次数≥0；
将所述阻燃改性竹纸浆纤维、水与发泡剂混合进行搅拌发泡，得到湿纸浆泡沫；
将所述湿纸浆泡沫进行脱水和干燥，得到所述天然阻燃竹纸浆泡沫材料。
优选地，所述壳聚糖水溶液是壳聚糖溶解于酸性水溶液形成的；所述酸性水溶液中的酸性试剂包括柠檬酸、乙酸、甲酸、盐酸和硝酸的一种或几种，所述酸性水溶液的pH值为1～5.5。
优选地，所述壳聚糖水溶液的质量浓度为0.1～5％，所述植酸水溶液的质量浓度为0.1～10％。
优选地，所述壳聚糖-埃洛石纳米管混合分散液中埃洛石纳米管的质量含量为0.1～10％；所述植酸-埃洛石纳米管混合分散液中埃洛石纳米管的质量含量为0.1～10％。
优选地，所述竹纸浆纤维的制备方法包括以下步骤：
将竹浆板破碎后在水中浸泡，将所得混合料进行搅拌，得到竹纸浆纤维悬浮液；
将所述竹纸浆纤维悬浮液进行固液分离，得到竹纸浆纤维。
优选地，所述循环的次数为1～19次；每次进行第一浸渍的时间独立地为10～60min，每次进行第二浸渍的时间独立地为10～60min；所述第一浸渍和第二浸渍在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度独立地为100～2000rpm。
优选地，所述每次进行第一浸渍或每次进行第二浸渍后，还包括将第一浸渍后的竹纸浆纤维或第二浸渍后的竹纸浆纤维依次进行水洗和固液分离。
优选地，所述发泡剂包括十二烷基硫酸钠、吐温80、辛胺、癸胺、十二烷基磺酸钠、月桂基硫酸钠、氨基酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或几种；所述发泡剂的质量为竹纸浆纤维质量的0.5～10％；所述搅拌发泡的搅拌速度为100～3000rpm，时间为10～60min。
本发明提供了以上技术方案所述制备方法制备得到的天然阻燃竹纸浆泡沫材料，包括竹纸浆纤维三维网状基体和沉积在所述三维网状基体上的天然复合阻燃功能层，所述天然复合阻燃功能层为基于静电层层自组装的壳聚糖-埃洛石纳米管层和植酸-埃洛石纳米管层。
本发明提供了以上技术方案所述天然阻燃竹纸浆泡沫材料作为室外建筑和室内装饰的保温材料和/或吸声材料的应用。
本发明提供了一种天然阻燃竹纸浆泡沫材料的制备方法，本发明以来源丰富、成本低廉的竹纸浆纤维为原料，以生物质来源的天然聚电解质壳聚糖和植酸作为正/负聚电解质溶液，利用壳聚糖和植酸之间的静电吸附作用，将天然的无机纳米材料埃洛石纳米管(作为阻燃协效剂)采用层层自组装的方式沉积到竹纸浆纤维上对竹纸浆纤维进行阻燃改性，再将阻燃改性的纸浆纤维与水和发泡剂混合，通过搅拌发泡和脱水干燥后得到阻燃多孔泡沫材料，即所述天然阻燃竹纸浆泡沫材料。本发明联合天然的埃洛石纳米管和生物基阻燃处理技术，以层层自组装的方式在竹纸浆纤维基体上构筑壳聚糖/植酸和埃洛石纳米管天然复合阻燃涂层，改善了埃洛石纳米管的吸附效果，避免了纳米颗粒的聚集，一方面利用壳聚糖/植酸和埃洛石纳米管的协同作用通过界面阻燃方式提高竹纸浆多孔泡沫材料的火安全性能，使竹纸浆泡沫材料具有优异的阻燃和抑烟性能，另一方面复合阻燃涂层的构筑，显著增强了泡沫结构，使泡沫材料获得优良的力学强度；本发明通过天然聚电解质和埃洛石纳米管的层层自组装技术对竹纸浆泡沫材料进行阻燃改性，可在少量组装周期的情况下，获得较好的组装效果，取得优异的阻燃性能，且不会对泡沫材料的密度和孔隙结构造成负面影响，显著改善泡沫材料的吸声性能和力学性能，且不损害其良好的隔热性能；并且，本发明采用层层自组装技术，阻燃涂层的厚度可控，从而使得最终泡沫材料的结构和性能具有可控性；此外，本发明制备过程只用水作为溶剂，所用阻燃材料(壳聚糖、植酸和埃洛石纳米管)均来自于天然，无毒、绿色环保，达到资源高效利用和环境保护的作用；同时，本发明提供的制备方法工艺简单、易于操作、成本低，有利于实现批量化生产。
本发明提供了以上技术方案所述制备方法制备得到的天然阻燃竹纸浆泡沫材料，包括竹纸浆纤维三维网状基体和沉积在所述三维网状基体上的天然复合阻燃功能层，所述天然复合阻燃功能层为基于静电层层自组装的壳聚糖-埃洛石纳米管层和植酸-埃洛石纳米管层。本发明提供的天然阻燃竹纸浆泡沫材料具有低密度和高孔隙率的优点，绿色可降解，阻燃和抑烟性能优异，隔热和吸声性能优良，并且机械强度高，具备广阔的产业化前景及可期待的经济效益。
实施例结果表明，本发明提供的天然阻燃竹纸浆泡沫材料的孔隙率在92％以上，密度在17.5mg/cm3以下；本发明提供的天然阻燃竹纸浆泡沫材料由于壳聚糖/植酸和埃洛石纳米管的协同作用，阻燃泡沫材料在高温下的成炭量显著增加，阻燃泡沫材料样品能够在燃烧测试中发生自熄；与对照样相比，阻燃泡沫材料样品的热释放速率峰值和热释放总量分别下降了69.3％和47.1％，且具有极其优异的抑烟性能(总产烟量仅为0.01m2)；阻燃处理对泡沫材料导热系数的影响不明显，并能显著改善泡沫材料的机械强度，压缩强度相较于未阻燃改性的泡沫材料提高了近2～3倍，使其具有取代传统保温隔热材料的潜力；在吸声性能方面，阻燃泡沫材料样品在低中高频段均具有显著提高的更加优秀的吸声性能。
附图说明
图1为本发明提供的天然阻燃竹纸浆泡沫材料的阻燃机理示意图；
图2为实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料的孔隙率和密度分布图；
图3为实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料的SEM放大图，图3中，(a)、(b)、(c)、(d)分别对应BPF、BPF-CS/PA、BPF-2BL、BPF-4BL；
图4为实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料的应力-应变曲线图；
图5为实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料的燃烧过程图；
图6为实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料的热释放速率(HRR)和总热释放量(THR)曲线，图6中(a)为热释放速率(HRR)曲线，(b)为总热释放量(THR)曲线；
图7为实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料的总产烟量(TSP)曲线；
图8为实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料在加热板上的热红外图像和底部数码照片，图8中(a)为热红外图像，(b)为底部数码照片；
图9为实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料的吸声系数曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种天然阻燃竹纸浆泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
将埃洛石纳米管颗粒与壳聚糖水溶液进行第一混合，得到壳聚糖-埃洛石纳米管混合分散液；
将埃洛石纳米管颗粒与植酸水溶液进行第二混合，得到植酸-埃洛石纳米管混合分散液；
将竹纸浆纤维在所述壳聚糖-埃洛石纳米管混合分散液中进行第一浸渍后，再在所述植酸-埃洛石纳米管混合分散液中进行第二浸渍，然后循环依次进行第一浸渍和第二浸渍，得到阻燃改性竹纸浆纤维；所述循环的次数≥0；
将阻燃改性竹纸浆纤维、水与发泡剂混合进行搅拌发泡，得到湿纸浆泡沫；
将所述湿纸浆泡沫进行脱水和干燥，得到所述天然阻燃竹纸浆泡沫材料。
在本发明中，若无特别说明，所涉及原材料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
首先，对埃洛石纳米管颗粒(HNT)、壳聚糖(CS)和植酸(PA)的阻燃特性进行说明。
埃洛石纳米管(HNT)是一种存在于自然界中的天然纳米管状粘土材料，化学组成为Al2Si2O5(OH)4·nH2O，其中n＝0或者2。其管外径约为50nm，内径约为15～20nm，长度约为100～1500nm，比表面积一般为50～150m2/g。作为一种无机铝硅酸盐材料，埃洛石不仅具有较高的热稳定性、较好的力学性能及气体阻隔性能，且无毒、对环境友好，容易在水中分散。具有管状结构的埃洛石在改善材料的热稳定性和降低其可燃性方面表现出良好的性能。埃洛石纳米管在400～550℃区间会出现约15wt.％的化学脱水，这一失水区间与聚合物的分解区间基本一致，因此埃洛石纳米管在聚合物的分解过程中可以吸收聚合物燃烧中产生的辐射热能，不仅有利于降温，促进脱氢反应和形成保护炭层，而且可以包围火焰。埃洛石纳米管作为一种硅酸盐矿物，在聚合物的燃烧过程中可以对热和氧起到明显的阻隔作用，从而延缓聚合物的燃烧过程。此外，埃洛石纳米管的纳米管腔可以吸附聚合物降解产生的自由基等初级产物，通过延缓传质过程而达到阻燃的效果。埃洛石纳米管能够使材料的燃烧残留物表面形成致密炭层，这种致密炭层的存在抑制了可挥发性或可燃性气体的溢出，从而使质量损失速率降低。埃洛石纳米管具有较大的长径比，有很好的增强效果，能显著提高材料的模量和强度。
壳聚糖(CS)是甲壳素脱乙酰化后的产物，又称脱乙酰甲壳素，广泛存在于自然界中，是一种天然碱性多糖，可经过酰化、酯化、醚化、烷基化、接枝共聚、交联等反应形成一系列衍生物应用于阻燃涂层中。壳聚糖具有反应活性较高的氨基以及羟基，在阻燃体系中主要充当炭源及发泡剂，燃烧时酸源能促进壳聚糖脱水成炭(生成稳定的芳香族结构)，并且壳聚糖本身在燃烧时会释放NH3促进形成膨胀体系。壳聚糖的理论碳含量为45.0％，氮含量为8.7％，对材料的改性主要是增加了材料中碳的比重，提高热稳定性能，氮元素起辅助的气相阻燃作用。
植酸(PA)又称肌醇六磷酸，是存在于植物种子和根茎中的一种有机磷酸类化合物。植酸分子式为C6H18O24P6，磷元素占相对分子质量(660.04)的28％，是一种无毒环保的天然生物质阻燃剂。植酸的高磷含量能防止材料中挥发性物质的生成并能加速炭层形成，阻燃机理包括捕捉燃烧自由基、协同促进炭化和抑制热释放，同时能更多地释放不可燃气体(CO2和H2O等)，从而提高基体材料的阻燃性能。植酸分子中含有6个磷酸基团，具有很强的螯合能力，易与带正电的分子结合。
下面，对本发明提供的天然阻燃竹纸浆泡沫材料的制备方法进行详细说明。
本发明将埃洛石纳米管颗粒与壳聚糖水溶液进行第一混合，得到壳聚糖-埃洛石纳米管混合分散液。在本发明中，所述壳聚糖水溶液优选是壳聚糖溶解于酸性水溶液形成的，所述壳聚糖的脱乙酰度优选≥95％；所述酸性水溶液中的酸性试剂优选包括柠檬酸、乙酸、甲酸、盐酸和硝酸的一种或几种，所述酸性水溶液的pH值优选为1～5.5；所述壳聚糖水溶液的质量浓度优选为0.1～5％，更优选为1～3％。在本发明中，所述第一混合的方法优选为：在机械搅拌的条件下，将埃洛石纳米管颗粒添加到壳聚糖水溶液中，然后进行超声分散；所述机械搅拌的搅拌速度优选为100～2000rpm，所述埃洛石纳米管颗粒在壳聚糖水溶液中添加完毕后，优选在所述搅拌速度下继续搅拌1～8h；所述超声分散的时间优选为10～60min，超声分散后，形成悬浮液形式的混合分散液。在本发明中，所述壳聚糖-埃洛石纳米管混合分散液中埃洛石纳米管的质量含量优选为0.1～10％，更优选为1～5％。
本发明将埃洛石纳米管颗粒与植酸水溶液进行第二混合，得到植酸-埃洛石纳米管混合分散液。在本发明中，所述植酸水溶液的质量浓度优选为0.1～10％，更优选为3～5％，所述植酸水溶液优选是将70wt.％的植酸溶液用水稀释而成的。在本发明中，所述第二混合的方法优选为：在机械搅拌的条件下，将埃洛石纳米管颗粒添加到植酸水溶液中，然后进行超声分散；所述机械搅拌的搅拌速度优选为100～2000rpm，所述埃洛石纳米管颗粒在植酸水溶液中添加完毕后，优选在所述搅拌速度下继续搅拌1～8h；所述超声分散的时间优选为10～60min。在本发明中，所述植酸-埃洛石纳米管混合分散液中埃洛石纳米管的质量含量优选为0.1～10％，更优选为1～5％。
得到壳聚糖-埃洛石纳米管混合分散液和植酸-埃洛石纳米管混合分散液后，本发明将竹纸浆纤维在所述壳聚糖-埃洛石纳米管混合分散液中进行第一浸渍后，再在所述植酸-埃洛石纳米管混合分散液中进行第二浸渍，然后循环依次进行第一浸渍和第二浸渍，得到阻燃改性竹纸浆纤维。在本发明中，所述竹纸浆纤维的制备方法优选包括以下步骤：将竹浆板破碎后在水中浸泡，将所得混合料进行搅拌，得到竹纸浆纤维悬浮液；将所述竹纸浆纤维悬浮液进行固液分离，得到竹纸浆纤维。在本发明中，所述竹浆板优选为市售的漂白硫酸盐竹浆板，制备原料为毛竹、楠竹、慈竹等竹材的一种或几种；所述破碎具体为将所述竹浆板撕成小片；所述竹浆板与水的质量比优选为1:(30～200)；所述浸泡的时间优选为1～24h，更优选为2～10h；所述搅拌的速度优选为100～2000rpm，更优选为1000rpm，时间优选为10～60min，更优选为30min；所述浸泡和搅拌在室温下进行即可，经过搅拌形成均匀的竹纸浆纤维悬浮液。本发明对所述固液分离的具体方式没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的固液分离方法即可，如过滤。本发明以竹纸浆纤维作为基材，可以最大限度的发挥竹纤维的优势。
在本发明中，所述循环的次数(即循环依次进行第一浸渍和第二浸渍)≥0；每次进行第一浸渍的时间独立地优选为10～60min，更优选为10～30min，每次进行第二浸渍的时间独立地优选为10～60min，更优选为10～30min；所述第一浸渍和第二浸渍优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度独立地优选为100～2000rpm；每次进行第一浸渍或第二浸渍，竹纸浆纤维在壳聚糖-埃洛石纳米管混合分散液中或在植酸-埃洛石纳米管混合分散液中的质量分数优选为0.1～5％，更优选为2～3％。所述每次进行第一浸渍或每次进行第二浸渍后，还优选将第一浸渍后的竹纸浆纤维或第二浸渍后的竹纸浆纤维依次进行水洗和固液分离；所述水洗的具体操作为在第一浸渍后的竹纸浆纤维或第二浸渍后的竹纸浆纤维中加入清水，然后进行搅拌；通过所述水洗将竹纸浆纤维表面未能成功吸附的物质清洗掉，方便进行下一次组装吸附。经过第一浸渍，在竹纸浆纤维表面形成一层壳聚糖-埃洛石纳米管层，经过第二浸渍，在所述壳聚糖-埃洛石纳米管层表面形成一层植酸-埃洛石纳米管层，一层壳聚糖-埃洛石纳米管层和一层植酸-埃洛石纳米管层形成一个组装层(BL)，本发明优选多次循环进行第一浸渍-第二浸渍，在纸浆纤维表面沉积需要的层数；在本发明实施例中，所述循环的次数优选为1～19次，即优选形成2～20层组装层(BL)。本发明通过多次层层组装能够使生物基阻燃剂(壳聚糖和植酸)和埃洛石纳米管涂覆到纸浆纤维的每一处可接触的表面，并且不需要大量的添加无机填料成分就能获得很好的阻燃效果。
壳聚糖作为生物基阻燃材料的典型代表，具有含碳六元环结构和丰富的羟基基团，是一种天然阳离子型聚电解质。植酸作为大分子有机磷酸脂，有较高的磷含量，具有环境友好、生物亲和性强、无毒、廉价易得等优势，可作为阴离子型聚电解质使用。竹纸浆纤维上的-COOH以及半纤维素中葡萄糖醛酸所含的-COOH发生电离时使纤维呈负电性，可以通过带正电的分子与纤维的阴离子基团之间的静电相互作用来改性纤维。在纸浆纤维表面进行聚合电解质多层沉积时，纤维表面的电性会发生反转。此外，竹纸浆纤维表面凹凸不平，具有多孔性和微纳尺度的结构层次，其结构单元中存在着密集分布的大量羟基，为阻燃复合涂层在其表面上的沉积提供了合适的基体。加入埃洛石纳米管无机填料不但能够阻滞热量的传递，大大降低纸浆泡沫的导热性质，还将压缩强度提升为原来的3倍以上；并且，埃洛石纳米管具有多尺度结构的协同效应，当声波进入到材料中时，声波在纳米粒子间细微的孔隙及超微粒子之间激烈运动，埃洛石纳米管空腔内空气与内壁之间的摩擦力都会增加声音的损耗，从而有效提升泡沫材料的吸声性能。
得到阻燃改性竹纸浆纤维后，本发明将所述阻燃改性竹纸浆纤维、水与发泡剂混合进行搅拌发泡，得到湿纸浆泡沫。为提供所述搅拌发泡中所需的水，当上述技术方案中所述第二浸渍为最后一次浸渍时，第二浸渍后的竹纸浆纤维水洗后优选不进行固液分离(此时形成的是纸浆纤维悬浮液)，直接进行发泡工序。在本发明中，所述发泡剂优选包括十二烷基硫酸钠、吐温80、辛胺、癸胺、十二烷基磺酸钠、月桂基硫酸钠、氨基酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或几种；所述发泡剂的质量优选为竹纸浆纤维质量的0.5～10％，更优选为5～6％；所述搅拌发泡的搅拌速度优选为100～3000rpm，更优选为1500～3000rpm，时间优选为10～60min，更优选为15～30min。
得到湿纸浆泡沫后，本发明将所述湿纸浆泡沫进行脱水和干燥，得到所述天然阻燃竹纸浆泡沫材料。本发明优选将所述湿纸浆泡沫缓慢置于自制的模具中进行静置脱水，所述模具为底部带有40～100目过滤层的方形成型装置，通过将湿纸浆泡沫在所述模具中静置，利用模具中的过滤层实现湿纸浆泡沫的脱水；在本发明中，所述静置脱水的时间优选为1～30min。在本发明中，所述干燥优选为热风干燥，所述热风干燥的温度优选为50～120℃，时间优选为2～24h。
本发明提供了以上技术方案所述制备方法制备得到的天然阻燃竹纸浆泡沫材料，包括竹纸浆纤维三维网状基体和沉积在所述三维网状基体上的天然复合阻燃功能层，所述天然复合阻燃功能层为基于静电层层自组装的壳聚糖-埃洛石纳米管层和植酸-埃洛石纳米管层。本发明提供的天然阻燃竹纸浆泡沫材料阻燃和抑烟性能优异，且保持多孔材料的低密度、高孔隙率、低导热系数、吸声等诸多优良特性；与传统的聚氨酯保温/吸声材料相比，还具有生物可降解的优点。
图1为本发明提供的天然阻燃竹纸浆泡沫材料的阻燃机理示意图。在热、氧的作用下，泡沫材料纤维表面的壳聚糖(CS)/植酸(PA)层首先发生分解，促进纤维素的脱水和炭化。在CS和PA聚电解质的协助下，埃洛石纳米管(HNT)在纸浆纤维表面形成无规分布和相互纠缠的网络结构。在燃烧过程中，泡沫材料中的CS/PA和HNT共同作用，促进泡沫材料形成连续、致密且具有高石墨化程度的残炭层，充当“屏障作用”，阻碍热解产物和燃烧产生的热量从固相转移到气相及可燃性气体的逸出，从而提高阻燃性能，这可以从锥形量热仪(CONE)测试结果中热和烟气的降低及热重红外联用(TG-IR)测试中气相产物的降低得到验证。此外，HNT具有大的比表面积且是管状结构的纳米粒子，因此一些自由基和小气体分子(一氧化碳、二氧化碳等)可以吸附于纳米管表面或内壁上，由此提供一个环境，能让自由基有更多的机会进行自由基转移和缩合反应，最终减少了有机挥发物的释放量。综合结果可知，CS/PA和HNT构筑的阻燃竹纸浆泡沫材料体系同时具备气相和凝聚相的阻燃机理。
本发明还提供了以上技术方案所述天然阻燃竹纸浆泡沫材料作为室外建筑和室内装饰的保温材料和/或吸声材料的应用。本发明提供的天然阻燃竹纸浆泡沫材料为兼具防火阻燃、吸音/隔音的超轻高强纸浆泡沫，能够广泛用作室外建筑和室内装饰的保温材料和/或吸声材料。
下面结合实施例对本发明提供的天然阻燃竹纸浆泡沫材料及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
各实施例中，采用的原材料来源如下：
竹浆板，购于四川永丰纸业；
植酸(PA)70wt.％水溶液，购于天津市大茂化学试剂厂；
十二烷基硫酸钠(Sodiumdodecylsulfate，SDS)、壳聚糖(CS，脱乙酰度≥95％)、柠檬酸，均为分析纯，购于阿拉丁公司。
实施例1
天然阻燃竹纸浆泡沫材料的制备方法如下：
溶液配制：先将壳聚糖溶解于10.0wt.％的柠檬酸水溶液中，形成质量含量1.0wt.％的壳聚糖水溶液；将70wt.％的植酸溶液用去离子水稀释成3.0wt.％的植酸水溶液。然后在持续机械搅拌作用下，将1.0wt.％的埃洛石纳米管颗粒(HNT纳米颗粒)分别添加到壳聚糖水溶液和植酸水溶液中，然后继续超声搅拌1h，分别得到壳聚糖-埃洛石纳米管混合分散液和植酸-埃洛石纳米管混合分散液。
层层自组装：将竹浆板撕成小片浸入水中浸泡2h后，在1000rpm条件下机械搅拌30min。将固液分离后的纸浆纤维浸入壳聚糖-埃洛石纳米管混合分散液中，其中纸浆纤维的质量浓度为2.0％，搅拌10min后用去离子水洗涤和固液分离；之后将其浸入植酸-埃洛石纳米管混合分散液中(其中纸浆纤维的质量浓度为2.0％)，搅拌10min后用去离子水洗涤和固液分离。一个组装层(BL)由一层壳聚糖-埃洛石和一层植酸-埃洛石构成，重复上述步骤在纸浆纤维表面沉积需要的层数，组装完最后一层后不需要固液分离。本实施例中组装层为2层(2BL)。
泡沫材料的制备：向层层自组装后的纸浆纤维混合悬浮液中加入6％的SDS(基于绝干纸浆的质量)，以3000r/min的速度进行机械搅拌15min，得到具有一定空气含量的湿泡沫体系；然后将湿泡沫置于底部带有40～100目过滤层的方形成型装置中静置脱水，再采用热风干燥方式对其进行干燥12h，得到所述天然阻燃竹纸浆泡沫材料(记为BPF-2BL)。
实施例2
本实施例中组装层为4层(4BL)，其余同于实施例1，得到的天然阻燃竹纸浆泡沫材料记为BPF-4BL。
对比例1
将竹浆板撕成小片浸入水中浸泡2h后，在1000rpm条件下机械搅拌30min，配置成质量浓度为2.0％的纸浆纤维悬浮液。向纸浆纤维悬浮液中加入6％的SDS(基于绝干纸浆的质量)，以3000r/min的速度进行机械搅拌15min，得到具有一定空气含量的湿泡沫体系；然后将湿泡沫置于底部带有40～100目过滤层的方形成型装置中静置脱水，再采用热风干燥方式对其进行干燥12h，得到不含任何填料的竹纸浆泡沫材料(记为BPF)。
对比例2(省略埃洛石纳米管颗粒的加入)
溶液配制：先将壳聚糖溶解于10.0wt.％的柠檬酸水溶液中，形成质量含量1.0％的壳聚糖水溶液；将70wt.％的植酸溶液用去离子水稀释成3.0wt.％的植酸水溶液。
层层自组装：将竹浆板撕成小片浸入水中浸泡2h后，在1000rpm条件下机械搅拌30min。将固液分离后的纸浆纤维浸入壳聚糖水溶液中，其中纸浆纤维的质量浓度为2.0％，搅拌10min后用去离子水洗涤和固液分离；之后将其浸入植酸水溶液中(其中纸浆纤维的质量浓度为2.0％)，搅拌10min后用去离子水洗涤和固液分离。一个组装层(BL)由一层壳聚糖层和一层植酸层构成，组装完最后一层后不需要固液分离。重复上述步骤在纸浆纤维表面沉积为2层组装层(2BL)。
泡沫材料的制备：向层层自组装后的纸浆纤维混合悬浮液中加入6％的SDS(基于绝干纸浆的质量)，以3000r/min的速度进行机械搅拌15min，得到具有一定空气含量的湿泡沫体系；然后将湿泡沫置于底部带有40～100目过滤层的方形成型装置中静置脱水，再采用热风干燥方式对其进行干燥12h，得到竹纸浆泡沫材料(记为BPF-CS/PA)。
对实施例1～2以及对比例1～2中竹纸浆泡沫材料进行表征，具体如下：
(1)竹纸浆泡沫材料的制备参数和增重率表征：
实施例1～2以及对比例1～2中竹纸浆泡沫材料的具体制备参数及竹纸浆泡沫材料的增重率列于表1：
表1为实施例1～2以及对比例1～2中竹纸浆泡沫材料的具体制备参数及增重率
(2)竹纸浆泡沫材料的孔隙率和密度表征：
图2为实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料的孔隙率和密度分布图，并将各竹纸浆泡沫材料的孔隙率和密度列于表2：
表2实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料的孔隙率和密度
孔隙率(％) 密度(mg/cm3)
BPF 98.4 11.85
BPF-CS/PA 96.3 13.62
BPF-2BL 94.1 15.7
BPF-4BL 92.6 17.2
由图2和表2知，实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料的孔隙率都在92～98％左右，说明阻燃改性后纸浆泡沫依然具有较好的高孔隙率特性；但由于HNT纳米颗粒在纸浆纤维表面的覆盖，导致其密度有小幅增加。可以看出，适量阻燃成分的加入不会对泡沫材料的密度和孔隙结构造成负面影响，因此能够保证在不降低泡沫材料吸声和保温性能的同时，赋予其一定的阻燃性能。
(3)竹纸浆泡沫材料的微观形貌表征：
图3为实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料的SEM放大图，图3中，(a)、(b)、(c)、(d)分别对应BPF、BPF-CS/PA、BPF-2BL、BPF-4BL。
由图3可以看出，HNT和CS/PA通过交联自组装可以成功在纸浆纤维表面形成涂层，且不影响本身的纤维结构，BPF-4BL纤维表面构筑的更为致密的HNT保护层，将更有利于改善纸浆泡沫材料的阻燃性能。
(4)竹纸浆泡沫材料的机械强度表征：
图4为实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料的应力-应变曲线图。
由图4可以看出，阻燃处理显著增强了泡沫结构，BPF-2BL和BPF-4BL的压缩强度提高了近2～3倍，分别达到29.5kPa和43.5kPa，这意味着阻燃泡沫材料具有一定的结构坚固性。
(5)竹纸浆泡沫材料的阻燃和抑烟性能表征：
图5为实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料的燃烧过程图。由图5可以看出，BPF样品极易燃烧，点燃后表现出剧烈的火焰，燃烧30s后出现阴燃现象，并伴随一定量的烟气释放，最终燃烧时长超过100s，燃烧残炭收缩变少，没有任何强度。BPF-CS/PA样品虽然也很容易被点燃，但燃烧火焰相对BPF样品大幅度减小，最终燃烧时长约为50s，残炭的形状保持的较为完整。BPF-2BL样品点燃后的燃烧火焰进一步减小，燃烧过程减缓，最终30s后火焰熄灭，只有表面一层凸起的纸浆纤维被烧毁，泡沫内部基体依然相对完整，且几乎没有烟气排放。BPF-4BL样品难以直接点燃，移除火源后，迅速熄灭。这表明阻燃涂层可有效延缓热的释放且对基体有较好的保护作用，在组装4BL层后，就足够阻止泡沫材料的点燃和燃烧分解。
对实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料进行锥形量热仪试验。图6为实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料的热释放速率(HRR)和总热释放量(THR)曲线，图6中(a)为热释放速率(HRR)曲线，(b)为总热释放量(THR)曲线。图7为实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料的总产烟量(TSP)曲线。将图6和图7对应的锥形量热仪试验数据列于表3中：
表3实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料的锥形量热仪试验数据
由图6～7和表3可以看出，在锥形量热仪测试中，BPF样品点燃后燃烧旺盛，其第一个热释放速率峰值(PHRR1)高达172.9kW/m2，THR峰值为11.9MJ/m2。与BPF相比，BPF-CS/PA的第二个热释放速率峰值(PHRR2)降低了47.9％，出现时间推迟了约20s。与BPF相比，BPF-2BL和BPF-4BL的PHRR1分别降低44.3％和52.8％，PHRR2分别降低63.1％和69.3％，且PHRR2出现时间分别延迟40s和25s。同时，BPF-2BL和BPF-4BL的THR值比BPF分别降低了37.8％和47.1％。并且，BPF-2BL和BPF-4BL具有极其优异的抑烟性能，BPC-4BL总产烟量仅为0.01m2。
(6)对实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料进行隔热性能表征：
优良的隔热性能是纸浆泡沫多孔材料的重要性能。图8为实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料在加热板上的热红外图像和底部数码照片，图8中(a)为热红外图像，(b)为底部数码照片。如图8所示，将相同厚度的纯泡沫材料和阻燃泡沫材料放置在100℃的加热板上，在加热过程中，利用红外热成像仪监测泡沫顶部表面的温度变化，由于BPF多孔材料的导热系数相对较低，试样顶面中心的温度在10min内仅略微上升至35.0℃；BPF-CS/PA的导热性略微升高，其上表面温度在10min后达到36.3℃；BPF-2BL和BPF-4BL样品的表面温度比对照样低，显示出良好的隔热性能。此外，BPF样品底部在导热实验后炭化为黑色，相比之下，BPF-2BL和BPF-4BL底部纤维的炭化程度要轻微的多。说明阻燃处理不会对隔热性能起负面影响，能略微改善隔热性能。
(7)对实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料进行吸声性能表征：
图9为实施例1～2以及对比例1～2中制备的竹纸浆泡沫材料的吸声系数曲线图。如图9所示，与BPF相比，BPF-CS/PA在中频下的吸声效率更低；在低频到高频范围内，BPF-4BL比BPF-2BL具有更好的吸声性能，在2700Hz和4500Hz的吸声系数高达0.95。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种天然阻燃竹纸浆泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
将埃洛石纳米管颗粒与壳聚糖水溶液进行第一混合，得到壳聚糖-埃洛石纳米管混合分散液；
将埃洛石纳米管颗粒与植酸水溶液进行第二混合，得到植酸-埃洛石纳米管混合分散液；
将竹纸浆纤维在所述壳聚糖-埃洛石纳米管混合分散液中进行第一浸渍后，再在所述植酸-埃洛石纳米管混合分散液中进行第二浸渍，然后循环依次进行第一浸渍和第二浸渍，得到阻燃改性竹纸浆纤维；所述循环的次数≥0；
将所述阻燃改性竹纸浆纤维、水与发泡剂混合进行搅拌发泡，得到湿纸浆泡沫；
将所述湿纸浆泡沫进行脱水和干燥，得到所述天然阻燃竹纸浆泡沫材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖水溶液是壳聚糖溶解于酸性水溶液形成的；所述酸性水溶液中的酸性试剂包括柠檬酸、乙酸、甲酸、盐酸和硝酸的一种或几种，所述酸性水溶液的pH值为1～5.5。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖水溶液的质量浓度为0.1～5％，所述植酸水溶液的质量浓度为0.1～10％。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖-埃洛石纳米管混合分散液中埃洛石纳米管的质量含量为0.1～10％；所述植酸-埃洛石纳米管混合分散液中埃洛石纳米管的质量含量为0.1～10％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述竹纸浆纤维的制备方法包括以下步骤：
将竹浆板破碎后在水中浸泡，将所得混合料进行搅拌，得到竹纸浆纤维悬浮液；
将所述竹纸浆纤维悬浮液进行固液分离，得到竹纸浆纤维。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述循环的次数为1～19次；每次进行第一浸渍的时间独立地为10～60min，每次进行第二浸渍的时间独立地为10～60min；所述第一浸渍和第二浸渍在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度独立地为100～2000rpm。
7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述每次进行第一浸渍或每次进行第二浸渍后，还包括将第一浸渍后的竹纸浆纤维或第二浸渍后的竹纸浆纤维依次进行水洗和固液分离。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述发泡剂包括十二烷基硫酸钠、吐温80、辛胺、癸胺、十二烷基磺酸钠、月桂基硫酸钠、氨基酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或几种；所述发泡剂的质量为竹纸浆纤维质量的0.5～10％；所述搅拌发泡的搅拌速度为100～3000rpm，时间为10～60min。
9.权利要求1～8任意一项所述制备方法制备得到的天然阻燃竹纸浆泡沫材料，包括竹纸浆纤维三维网状基体和沉积在所述三维网状基体上的天然复合阻燃功能层，所述天然复合阻燃功能层为基于静电层层自组装的壳聚糖-埃洛石纳米管层和植酸-埃洛石纳米管层。
10.权利要求9所述天然阻燃竹纸浆泡沫材料作为室外建筑和室内装饰的保温材料和/或吸声材料的应用。
CN202310146066.0A 2023-02-22 2023-02-22 一种天然阻燃竹纸浆泡沫材料及其制备方法和应用 Active CN116063730B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310146066.0A CN116063730B (zh) 2023-02-22 2023-02-22 一种天然阻燃竹纸浆泡沫材料及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310146066.0A CN116063730B (zh) 2023-02-22 2023-02-22 一种天然阻燃竹纸浆泡沫材料及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116063730A CN116063730A (zh) 2023-05-05
CN116063730B true CN116063730B (zh) 2023-08-11

Family

ID=86183611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310146066.0A Active CN116063730B (zh) 2023-02-22 2023-02-22 一种天然阻燃竹纸浆泡沫材料及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116063730B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104264467A (zh) * 2014-09-15 2015-01-07 河南工程学院 一种阻燃棉织物的制备方法
JP2015017188A (ja) * 2013-07-11 2015-01-29 矢崎総業株式会社 発泡体
CN109281168A (zh) * 2018-10-31 2019-01-29 南通纺织丝绸产业技术研究院 可溶性聚电解质复合物及其对蛋白质纤维阻燃整理的方法
WO2019058186A1 (en) * 2017-09-21 2019-03-28 Politecnico Di Torino METHOD FOR SURFACE COATING POLYMER FOAMS TO IMPROVE THEIR FLAME REACTION AND SUPERFICIALLY ASSOCIATED COATED FLAME RESISTANT POLYMER FOAMS
CN109777138A (zh) * 2019-01-04 2019-05-21 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 采用木质纤维原料制备防火阻燃、超轻高强的纸浆泡沫的方法
CN113528156A (zh) * 2021-07-13 2021-10-22 浙江理工大学 一种埃洛石-羟基磷灰石-纳米纤维素纤维复合阻燃材料的制备方法
CN114163688A (zh) * 2021-12-07 2022-03-11 中国安全生产科学研究院 一种黏土层层自组装包覆聚磷酸铵的制备方法
CN114522670A (zh) * 2022-01-21 2022-05-24 内蒙古大学 微球及其制备方法和应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160107192A1 (en) * 2014-10-20 2016-04-21 Texas A&M University System Thick Growth Nanocoatings
FR3058155B1 (fr) * 2016-11-03 2020-06-26 Universite De Pau Et Des Pays De L'adour Nouvelles compositions ignifugeantes

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015017188A (ja) * 2013-07-11 2015-01-29 矢崎総業株式会社 発泡体
CN104264467A (zh) * 2014-09-15 2015-01-07 河南工程学院 一种阻燃棉织物的制备方法
WO2019058186A1 (en) * 2017-09-21 2019-03-28 Politecnico Di Torino METHOD FOR SURFACE COATING POLYMER FOAMS TO IMPROVE THEIR FLAME REACTION AND SUPERFICIALLY ASSOCIATED COATED FLAME RESISTANT POLYMER FOAMS
CN109281168A (zh) * 2018-10-31 2019-01-29 南通纺织丝绸产业技术研究院 可溶性聚电解质复合物及其对蛋白质纤维阻燃整理的方法
CN109777138A (zh) * 2019-01-04 2019-05-21 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 采用木质纤维原料制备防火阻燃、超轻高强的纸浆泡沫的方法
CN113528156A (zh) * 2021-07-13 2021-10-22 浙江理工大学 一种埃洛石-羟基磷灰石-纳米纤维素纤维复合阻燃材料的制备方法
CN114163688A (zh) * 2021-12-07 2022-03-11 中国安全生产科学研究院 一种黏土层层自组装包覆聚磷酸铵的制备方法
CN114522670A (zh) * 2022-01-21 2022-05-24 内蒙古大学 微球及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
An eco-friendly and effective approach based on bio-based substances and halloysite nanotubes for fire protection of bamboo fiber/polypropylene composites;Xiaobei Jin, et al.;《Journal of Materials Research and Technology》;第17卷;第3138-3149页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116063730A (zh) 2023-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
He et al. Bio-inspired lightweight pulp foams with improved mechanical property and flame retardancy via borate cross-linking
Chen et al. A strong, flame-retardant, and thermally insulating wood laminate
Sun et al. Thermal-insulating, flame-retardant and mechanically resistant aerogel based on bio-inspired tubular cellulose
Jiang et al. Cellulose-based composite thermal-insulating foams toward eco-friendly, flexible and flame-retardant
Yan et al. Construction of multilayer coatings for flame retardancy of ramie fabric using layer‐by‐layer assembly
Jin et al. Halloysite nanotubes immobilized by chitosan/tannic acid complex as a green flame retardant for bamboo fiber/poly (lactic acid) composites
Zhang et al. One‐step treated wood by using natural source phytic acid and uracil for enhanced mechanical properties and flame retardancy
CN110041570A (zh) 一种环保型壳聚糖基阻燃剂的制备方法
WO2021168115A1 (en) Cellulosic composite materials and methods thereof
CN105860320B (zh) 一种微胶囊阻燃剂及其制备方法
Wang et al. Green fabrication of an ionic liquid-activated lignocellulose flame-retardant composite
CN105368466A (zh) 表面由二异氰酸酯桥接氧化石墨烯的氢氧化合物阻燃剂的制备方法
Han et al. Preparation and characterization of flame-retardant and thermal insulating bio-based composite aerogels
Zheng et al. Cellulose-fiber-based insulation materials with improved reaction-to-fire properties
CN116063730B (zh) 一种天然阻燃竹纸浆泡沫材料及其制备方法和应用
Wei et al. A green and facile strategy to enhance thermal stability and flame retardancy of unidirectional flax fabric based on fully bio-based system
CN108457124B (zh) 阻燃剂及其制备方法和应用
Wu et al. Excellent thermal insulation and flame retardancy property of konjac glucomannan/sodium alginate aerogel reinforced by phytic acid
Benito‐González et al. Waste biomass valorisation for the development of sustainable cellulosic aerogels and their sound absorption properties
Zhuang et al. Smoke suppression properties of Si-Al mesoporous structure on medium density fiberboard
Mngomezulu et al. Thermoset cellulose nanocomposites: flammability characteristics
Wang et al. Development of lightweight, high-strength, and highly porous ligno-nanocellulosic foam with excellent antioxidant and insulation properties
Yu et al. Eco-friendly bamboo pulp foam enabled by chitosan and phytic acid interfacial assembly of halloysite nanotubes: Toward flame retardancy, thermal insulation, and sound absorption
Sun et al. Sustainable lignocellulose aerogel for air purifier with thermal insulation, flame retardancy, mechanical strength, and its life cycle assessment
Yang et al. Intelligent bamboo: A splendid flame retardant, fire warning and photothermal sterilization nanocoating via low-temperature evaporation induced self-assembly

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant