一種植物纖維多孔複合材料的製備方法
2023-06-22 23:11:31
一種植物纖維多孔複合材料的製備方法
【專利摘要】本發明涉及植物纖維發泡複合材料的製備方法，以植物纖維、陰離子表面活性劑和水溶性高分子穩泡劑為原料，主要包括水溶性高分子水溶液穩定劑的配置及混合、植物纖維懸浮液、植物纖維泡沫體的形成和乾燥成型工序，其步驟為：將水溶性高分子穩定劑加入到一定量的水中，在一定溫度下攪拌溶解，形成質量分數為1%-20%的水溶液。將一定量的植物纖維加入到水溶性高分子穩定劑的水溶液中，常溫下機械攪拌，使植物纖維分散均勻形成植物纖維懸浮液。將陰離子表面活性劑加入到植物纖維懸浮液中，高速機械攪拌發泡形成植物纖維發泡體系。將植物纖維發泡體系倒入模具在60-120℃下乾燥成型，製備三維網絡結構的植物纖維發泡複合材料。發明所需的主要原料植物纖維，來源豐富、價格低廉、可循環再生利用，生產過程不汙染環境，產品性能穩定、質輕。
【專利說明】一種植物纖維多孔複合材料的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於多孔複合材料製備【技術領域】，具體涉及一直植物纖維多孔複合材料的製備方法。
【背景技術】
[0002]植物纖維多孔材料具有多孔結構、比表面積大、吸附性強等優點，纖維多孔材料屬於大孔材料，因其價格低廉，密度小，產品性能穩定，並容易加工，而被廣泛應用於生理衛生，醫療器械，建築保溫，工業包裝等領域。
[0003]植物纖維是自然界最為豐富的天然高分子材料，自然界中每年生長的纖維素(以天然植物纖維的形式存在)總量多達千億噸，遠遠超過了地球上現已探明的石油總儲量，且天然植物纖維具有密度小、價格低廉、生物降解和可被重複利用等諸多優點。植物纖維作為一種數量龐大且可再生的自然資源，如何發揮植物纖維各種優勢，從而找到更為有效的利用方式和更廣闊的應用領域，這是人們現階段的研究熱點。纖維素是由(6-1,4-葡萄糖單元重複連結而成的直鏈狀天然高分子，其重複單元含有三個-0H，分子鏈間和分子鏈內的氫鍵作用，賦予了植物纖維與許多親水性物質可產生吸附作用，使其有很好的親水性。
[0004]對於植物纖維類多孔材料，國內主要是通過增添化學發泡劑進行發泡以便降低產品的密度，使其在應用中達到理想的效果，研究植物纖維類發泡材料成孔特點及乾燥方式等方面的問題；國外對纖維發泡材料的重點研究在於不使用化學發泡劑以水蒸氣的作為發泡劑條件下製備植物纖維多孔材料。性能優異的植物纖維發泡產品正處於試驗研發階段，對於配方設計，工藝條件等方面的工藝研究有待改進。
【發明內容】
[0005]本發明採用液體發泡原理，運用獨特的發泡體系，以陰離子表面活性劑為發泡劑，水溶性高分子為穩泡劑和分散劑，通過機械攪拌發泡製備了一種三維網狀結構的植物纖維多孔材料。因此，本發明的目的在於提供一種植物纖維多孔複合材料。
[0006]為了實現本發明的目的，發明人通過大量試驗研究並不懈探索，最終獲得了如下技術方案:
一種植物纖維多孔複合材料的製備方法，該製備方法是將幹基重量份的植物纖維20-60份、陰離子型表面活性劑1-20份和穩泡劑5-50份經機械攪拌發泡法製備獲得植物纖維多孔複合材料，具體包括如下步驟:
(I)將穩泡劑加入到一定量的水中，攪拌溶解,形成質量分數為1%_20% (w/v)的水溶
液；
(2 )將植物纖維加入到步驟(1) 所得的水溶液中，常溫下機械攪拌，使植物纖維分散均勻形成植物纖維懸浮液；
(3)將陰離子表面活性劑加入到步驟(2)所得的植物纖維懸浮液中，高速機械攪拌發泡形成植物纖維發泡體系；(4)將植物纖維發泡體系倒入模具乾燥成型，製備成具有三維網絡結構的植物纖維多孔複合材料。
[0007]優選地，如上所述的植物纖維多孔複合材料的製備方法，其中該製備方法是將幹基重量份的植物纖維50份、陰離子型表面活性劑2-15份和穩泡劑10-40份經機械攪拌發泡法製備獲得植物纖維多孔複合材料。
[0008]進一步優選地，如上所述的植物纖維多孔複合材料的製備方法，其中步驟(4)中植物纖維發泡體系倒入模具後， 在60-120°C下乾燥成型。
[0009]進一步優選地，如上所述的植物纖維多孔複合材料的製備方法，其中所述的植物纖維是造紙廠將植物經製漿過程去除木質素等成分得到新鮮紙漿纖維素，具體為如下的一種或多種:木漿纖維素、草漿纖維素、棉纖維、麻纖維素和竹纖維素。
[0010]進一步優選地，如上所述的植物纖維多孔複合材料的製備方法，其中所述的陰離子表面活性劑選自如下的一種或多種:十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、十八烷基苯磺酸鈉、α-磺基脂肪酸甲酯、N-油醯基N-甲基牛磺酸鈉、琥珀酸二異辛酯磺酸鈉、甲氧基脂肪醯胺基苯磺酸鈉、月桂基硫酸鈉、胺基酸鈉、十二烷基硫酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、α -烯基磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十六烷基磺酸鈉、烷基甘油醚磺酸鈉。
[0011]進一步優選地，如上所述的植物纖維多孔複合材料的製備方法，其中所述的穩泡劑為水溶性的聚丙醯胺、聚乙烯醇、羧甲基纖維素、可溶性澱粉、明膠和果膠的一種或任意幾種混合物配製的不同濃度的高分子水溶液。
[0012]本專利採用機械攪拌發泡法，以表面活性劑為發泡劑，水溶性高分子為穩泡劑和分散劑，對植物纖維纖維進行發泡製備纖維多孔結構材料，主要是向植物纖維體系加入表面活性劑，由於表面活性劑具有降低體系表面張力，水溶性高分子為穩泡劑和分散劑，發揮分散和增粘作用並使植物纖維體系形成均勻的三相懸浮體系，通過高速機械攪拌作用使植物纖維均勻分散並產生氣泡，將泡沫體系注入模具經乾燥成型，得到泡孔均一、質輕的纖維多孔結構材料。
[0013]與現有技術相比，本發明涉及的植物纖維多孔複合材料製備工藝具有如下優點和顯著的進步性:採用植物纖維、陰離子型表面活性劑、水溶性高分子穩泡劑為原料，採用機械攪拌發泡工藝生產植物纖維多孔複合材料是一種全新的工藝和方法，生產所需的主要原料植物纖維，來源豐富、價格低廉、可循環再生利用，生產過程不汙染環境，產品性能穩定、質輕，纖維多孔結構材料應用前景廣闊。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為植物纖維多孔複合材料製備工藝流程圖。
[0015]圖2為實施例1製備的植物纖維多孔複合材料表面掃描電鏡圖片。
【具體實施方式】
[0016]本發明植物纖維多孔複合材料的製備方法，主要包括水溶性高分子水溶液穩定劑的配置及混合、植物纖維懸浮液、植物纖維泡沫體形成及乾燥成型工序，其步驟如下:
1、水溶性高分子穩定劑水溶液的配置
將水溶性高分子穩定劑加入到一定量的水中，在一定溫度下攪拌溶解，形成質量分數為1%-20%的水溶液。
[0017]2、植物纖維懸浮液的形成
將一定量的植物纖維加入到水溶性高分子穩定劑的水溶液中，常溫下機械攪拌，使植物纖維分散均勻形成植物纖維懸浮液。
[0018]3、植物纖維發泡體的形成
將陰離子表面活性劑加入到植物纖維懸浮液，高速機械攪拌發泡形成植物纖維發泡體系。
[0019]4、乾燥成型 製備植物纖維多孔複合材料
將植物纖維發泡體系倒入模具一定溫度下乾燥成型，製備三維網絡結構的植物纖維發泡複合材料。
[0020]下面通過實施例進一步說明本發明。本發明實施例的原料組成和製備方法僅僅是用於說明本發明，而不是對本發明的限制，在本發明的構思前提下對本發明的簡單改進都屬於本發明要求保護的範圍。
[0021]實施例1
將20g質量分數10%的聚丙烯醯胺水溶液和5g質量分數1%聚乙烯醇水溶液攪拌混合均勻製得混合液，將5g植物纖維加入到丙烯醯胺水溶液和聚乙烯醇水溶液的混合液中，高速機械攪拌使植物纖維分散並形成植物纖維懸浮液，往植物纖維懸浮液中加入0.Sg月桂基硫酸鈉，經高速機械攪拌形成植物纖維發泡體，將發泡體倒入模具並在80°C乾燥成型，得到植物纖維發泡複合材料。
[0022]實施例2
將5g植物纖維中加入到40g質量分數10%的聚丙烯醯胺水溶液中，常溫高速機械攪拌使植物纖維分散並形成植物纖維懸浮液，往植物纖維懸浮液中加入0.6g十二烷基苯磺酸鈉，經高速機械攪拌形成植物纖維發泡體，將發泡體倒入模具並在90°C乾燥成型，得到植物纖維發泡複合材料。
[0023]實施例3
將5g植物纖維中加入到20g質量分數1%的聚乙烯醇水溶液中，常溫高速機械攪拌使植物纖維分散並形成植物纖維懸浮液，往植物纖維懸浮液中加入0.4g十二烷基苯磺酸鈉，經高速機械攪拌形成植物纖維發泡體，將發泡體倒入模具並在70°C乾燥成型，得到植物纖維發泡複合材料。
【權利要求】
1.一種植物纖維多孔複合材料的製備方法，其特徵在於該製備方法是將幹基重量份的植物纖維20-60份、陰離子型表面活性劑1-20份和穩泡劑5-50份經機械攪拌發泡法製備獲得植物纖維多孔複合材料，具體包括如下步驟: (1)將穩泡劑加入到一定量的水中，攪拌溶解,形成質量分數為1%_20%(w/v)的水溶液； (2)將植物纖維加入到步驟(1)所得的水溶液中，常溫下機械攪拌，使植物纖維分散均勻形成植物纖維懸浮液； (3)將陰離子表面活性劑加入到步驟(2)所得的植物纖維懸浮液中，高速機械攪拌發泡形成植物纖維發泡體系； (4)將植物纖維發泡體系倒入模具乾燥成型，製備成具有三維網絡結構的植物纖維多孔複合材料。
2.根據權利要求1所述的植物纖維多孔複合材料的製備方法，其特徵在於:該製備方法是將幹基重量份的植物纖維50份、陰離子型表面活性劑2-15份和穩泡劑10-40份經機械攪拌發泡法製備獲得植物纖維多孔複合材料。
3.根據權利要求1或2所述的植物纖維多孔複合材料的製備方法，其特徵在於:步驟(4)中植物纖維發泡體系倒入模具後，在60-120°C下乾燥成型。
4.根據權利要求1或2所述的植物纖維多孔複合材料的製備方法，其特徵在於:所述的植物纖維是造紙廠將植物經製漿過程去除木質素等成分得到新鮮紙漿纖維素，具體為如下的一種或多種:木 漿纖維素、草漿纖維素、棉纖維、麻纖維素和竹纖維素。
5.根據權利要求1或2所述的植物纖維多孔複合材料的製備方法，其特徵在於:所述的陰離子表面活性劑選自如下的一種或多種:十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、十八烷基苯磺酸鈉、α-磺基脂肪酸甲酯、N-油醯基N-甲基牛磺酸鈉、琥珀酸二異辛酯磺酸鈉、甲氧基脂肪醯胺基苯磺酸鈉、月桂基硫酸鈉、胺基酸鈉、十二烷基硫酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、α -烯基磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十六烷基磺酸鈉、烷基甘油醚磺酸鈉。
6.根據權利要求1或2所述的植物纖維多孔複合材料的製備方法，其特徵在於:所述的穩泡劑為水溶性的聚丙醯胺、聚乙烯醇、羧甲基纖維素、可溶性澱粉、明膠和果膠的一種或任意幾種混合物配製的不同濃度的高分子水溶液。
【文檔編號】C08J9/04GK103739868SQ201310723258
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月25日 優先權日:2013年12月25日
【發明者】彭少賢, 趙西坡, 梁亮勝 申請人:湖北工業大學