一種納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及纖維素復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，常用的泡沫材料主要有苯板(EPS)、聚氨酯泡沫、珍珠棉等，泡沫材料由于具有質(zhì)輕、保溫、吸聲、防震等優(yōu)點(diǎn)，從而廣泛應(yīng)用于保溫材料、隔音材料、包裝材料、車船殼體等領(lǐng)域。雖然這些泡沫材料有諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于其存在原料不可再生、生物相容性差以及不可降解等問題，使得現(xiàn)有泡沫材料或多或少的在制造與應(yīng)用過程中或者廢棄后對自然環(huán)境造成一定的影響，進(jìn)而使得材料在某些領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。纖維素和殼聚糖分別是世界上第一和第二大天然可再生資源，具有環(huán)境友好、無毒、可降解等優(yōu)點(diǎn)，其制品能夠被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品包裝、生物支架等領(lǐng)域。納米纖維素是從纖維素資源中分離出的一種具有納米尺度的線狀、針狀或者棒狀材料，具有高楊氏模量、高強(qiáng)度、高比表面積和低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，可以與一些聚合物進(jìn)行復(fù)合制備成泡沫或者氣凝膠材料，并應(yīng)用于包裝隔熱、過濾等領(lǐng)域。殼聚糖作為一種綠色環(huán)保型聚合物，有帶正電荷的氨基基團(tuán)，能夠與納米纖維素發(fā)生靜電吸附作用或形成氫鍵結(jié)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)泡沫、氣凝膠等材料生物相容性差、質(zhì)地較脆以及殼聚糖復(fù)合材料熱穩(wěn)定性低的問題，而提供一種納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫的制備方法。
[0004]本發(fā)明納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0005]一、對含有纖維素的生物質(zhì)原料進(jìn)行化學(xué)處理，得到純化纖維素，然后對純化纖維素進(jìn)行機(jī)械解纖處理，制備納米纖維素水懸濁液；
[0006]二、將冰醋酸和蒸餾水混合，得到冰醋酸溶液，然后加入殼聚糖，磁力攪拌均勻，得到殼聚糖混合溶液；
[0007]三、將步驟一得到的納米纖維素水懸濁液與步驟二得到的殼聚糖混合溶液混合，攪拌均勻后得到納米纖維素/殼聚糖復(fù)合溶液；
[0008]四、對納米纖維素/殼聚糖復(fù)合溶液在_20°C下進(jìn)行低溫冷凍處理，得到凍結(jié)的混合溶液；
[0009]五、對凍結(jié)的混合溶液進(jìn)行干燥處理，得到納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫；
[0010]其中步驟二所述的冰醋酸溶液的濃度為0.lwt%?4.0wt%，殼聚糖混合溶液中殼聚糖的濃度為0.1wt %?5.0wt %。
[0011]本發(fā)明采用冷凍干燥等方法制備出納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫，該納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫是一種具有片層狀和三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，具有生物相容性及較大的孔隙率，能夠用于醫(yī)用支架、吸聲材料，同時(shí)此納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫還具有較小的熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)，可用作保溫隔熱材料以及食品包裝材料。
[0012]綜上，本發(fā)明制備得到的納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫包含以下優(yōu)點(diǎn):
[0013]1、本發(fā)明制備復(fù)合泡沫所使用的纖維素和殼聚糖均為純天然的生物高分子，無細(xì)胞毒性且具備生物相容性；
[0014]2、納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫具有低密度(0.006?0.014g/cm_3)、高比表面積等特點(diǎn)；
[0015]3、本發(fā)明所述的納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫的熱導(dǎo)率為0.03?0.032w/(mk)，熱體積收縮率低，體積收縮率為3%?10%，能夠作為一種新型的隔熱保溫材料；
[0016]4、本發(fā)明得到的納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫是一種無細(xì)胞毒性、對細(xì)胞生長無負(fù)作用的綠色復(fù)合物，可作為食品包裝材料和生物可降解支架；
【附圖說明】
[0017]圖1為實(shí)施例一得到的納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫的掃描電鏡圖；
[0018]圖2為不同質(zhì)量比的納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫的熱導(dǎo)率柱狀圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫的制備方法按以下步驟實(shí)施:
[0020]一、對含有纖維素的生物質(zhì)原料進(jìn)行化學(xué)處理，得到純化纖維素，然后對純化纖維素進(jìn)行機(jī)械解纖處理，制備納米纖維素水懸濁液；
[0021]二、將冰醋酸和蒸餾水混合，得到冰醋酸溶液，然后加入殼聚糖，磁力攪拌均勻，得到殼聚糖混合溶液；
[0022]三、將步驟一得到的納米纖維素水懸濁液與步驟二得到的殼聚糖混合溶液混合，攪拌均勻后得到納米纖維素/殼聚糖復(fù)合溶液；
[0023]四、對納米纖維素/殼聚糖復(fù)合溶液在_20°C下進(jìn)行低溫冷凍處理，得到凍結(jié)的混合溶液；
[0024]五、對凍結(jié)的混合溶液進(jìn)行干燥處理，得到納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫；
[0025]其中步驟二所述的冰醋酸溶液的濃度為0.lwt%?4.0wt%，殼聚糖混合溶液中殼聚糖的濃度為0.1wt %?5.0wt %。
[0026]本實(shí)施方式經(jīng)干燥處理后得到的納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，獨(dú)特的精細(xì)結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)一步提高納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫的力學(xué)、熱學(xué)性能。同時(shí)由于所具有的綠色無毒、輕質(zhì)、隔熱、吸聲、生物相容性好等特點(diǎn)，在生物支架、保溫隔熱材料、吸聲材料、可降解包裝材料等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
[0027]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是步驟一所述的含有纖維素的生物質(zhì)原料為木材、竹材、棉花、麻、細(xì)菌纖維素或海鞘纖維素。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是步驟一化學(xué)處理是依次采用亞氯酸鈉溶液處理和堿溶液處理。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是步驟一所述的機(jī)械解纖處理為超聲處理、高速攪拌處理、高速研磨處理或高壓勻質(zhì)處理。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0030]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】四不同的是所述的超聲處理是以400?2000W的功率處理30?40min。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】四相同。
[0031]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是步驟三納米纖維素/殼聚糖混合溶液中納米纖維素與殼聚糖的總質(zhì)量濃度為0.1%?10.0%。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】六不同的是步驟三納米纖維素/殼聚糖混合溶液中納米纖維素與殼聚糖的總質(zhì)量濃度為4%?8%。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】六相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七之一不同的是步驟五中所述的干燥處理為冷凍干燥、超臨界干燥或臨界點(diǎn)干燥。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至七之一相同。
[0034]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至八之一不同的是步驟一納米纖維素水懸濁液中纖維素的質(zhì)量百分含量為0.1%?5%。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至八之一相同。
[0035]實(shí)施例一:本實(shí)施例納米纖維素/殼聚糖復(fù)合泡沫的制備方法按以下步驟實(shí)施:
[0036]一、對15g杉木木粉通過亞氯酸鈉溶液和氫氧化鉀溶液進(jìn)行化學(xué)處理，得到純化纖維素，將純化纖維素配制成水溶液后以1200W的功率進(jìn)行超聲處理30min，制備質(zhì)量濃度為1.0wt%的納米纖維素水懸濁液；
[0037]二、將冰醋酸和蒸餾水混合，得到濃度為1.0wt %的冰醋酸溶液，然后加入殼聚糖，磁力攪拌均勻，得到殼聚糖混合溶液；
[0038]三、將步驟一得到的納米纖維素水懸濁液與步驟二得到的殼聚糖混合溶液混合，