一种化学交联的纤维素基复合泡沫及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种化学交联的纤维素基复合泡沫及其制备方法和应用，包括纤维素基体和纳米分散体，其中，纤维素基体中，纤维素纳米纤维或/和纤维素微米纤维之间通过化学交联的方式形成立体多孔结构，纳米分散体分散于纤维素基体中。将纤维素纳米纤维或/和纤维素微米纤维、纳米分散体均匀分散在水中，得水分散液；将水分散液冷冻，然后将凝固体置于有机溶剂中，使凝固体中的水融化，并与有机溶剂置换，得到有机溶剂分散液；将有机溶剂分散液与化学交联剂溶液混合，进行化学交联反应；反应完毕后，置于空气中干燥，即得。即得。即得。

A chemically crosslinked cellulose based composite foam and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种化学交联的纤维素基复合泡沫及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于高分子材料
，涉及一种化学交联的纤维素基复合泡沫及其制备方法和应用，具体涉及一种常压干燥的化学交联复合泡沫及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]泡沫材料是由大量气体微孔分散于固相材料中而形成的一类多孔轻质材料，主要包括金属基、碳基和高分子基泡沫材料，具有隔热、质轻、吸音和减震等特性。目前，应用广泛的泡沫材料大部分以化学合成材料作为基体，缺乏相应的降解性和生物相容性。以常用的聚氨酯泡沫为例，聚氨酯泡沫的生物降解性差，后期处理成本高，环保性欠佳。因此，开发更加绿色环保的泡沫材料已成为迫切的需要。
[0004]纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种天然高分子化合物，生产原料来源于木材、棉花、棉短绒、麦草、稻草、芦苇、麻、桑皮和甘蔗渣等，具有很好的可降解性和生物相容性，其作为原料制备的纤维素泡沫材料近年来受到了研究者们的广泛关注。
[0005]目前泡沫材料的制备工艺以物理化学发泡法为主，其中包括超临界发泡成型法、化学气相沉积法、水热法或冷冻干燥法等。然而，上述这些制备方法中往往需要高能耗且价格昂贵的仪器设备，例如精密的反应釜、化学气相沉积设备、冷冻干燥机和超临界注塑机；同时，上述制备方法对成型的操作或者环境具有比较严苛的要求，例如，要求特别的气氛(如二氧化碳或氮气)、特定的气压(如真空)以及低温或高温环境等。此外，现有的泡沫材料制备方法对纳米或微米尺度的材料的加工处理也存在局限性，难以实现有效地分散，例如高分子基泡沫中的纳米填料浓度较低，分散较差，界面结合能力不强。以上这些局限性在一定程度上限制了泡沫材料的大尺寸制备，也限制了泡沫材料的大规模生产及应用。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种化学交联的纤维素基复合泡沫及其制备方法和应用，所述复合泡沫材料包括纤维素及纳米分散体，具有良好的轻质性、力学强度、耐氧化性、疏水性、防水、优异的人体亲和性以及生物可降解性，且其能够在常压空气中干燥制备得到，生产成本和能耗低，具有大规模工业化应用的前景。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种化学交联的纤维素基复合泡沫，包括纤维素基体和纳米分散体，其中，纤维素基体中，纤维素纳米纤维或/和纤维素微米纤维之间通过化学交联的方式形成立体多孔结构，纳米分散体分散于纤维素基体中。
[0009]第二方面，本专利技术提供所述化学交联的纤维素基复合泡沫的制备方法，包括如下步骤：
[0010]将纤维素纳米纤维或/和纤维素微米纤维、纳米分散体均匀分散在水中，得水分散液；
[0011]将水分散液冷冻，然后将凝固体置于有机溶剂中，使凝固体中的水融化，并与有机溶剂置换，得到有机溶剂分散液；
[0012]将有机溶剂分散液与化学交联剂溶液混合，进行化学交联反应；
[0013]反应完毕后，置于空气中干燥，即得。
[0014]第三方面，本专利技术提供所述化学交联的纤维素基复合泡沫在用作电磁屏蔽材料、缓冲材料、电热材料、防火材料、低热导材料、热绝缘材料、过滤材料、建筑材料、包装材料、生物医用材料、抗菌材料或支撑材料中的应用。
[0015]上述本专利技术的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
[0016](1)本专利技术提供的常压空气中干燥制备的复合泡沫材料以纤维素作为基体，具有良好的轻质性、力学强度、耐氧化性、疏水性、防水以及优异的人体亲和性和生物可降解性，是一种绿色环保的多孔泡沫材料。
[0017](2)所述复合泡沫材料中还包括纳米分散体和其他添加剂，其含量可根据材料的应用需求进行调整，使所述复合泡沫材料在力学、电学、热学或生物医药等领域具有广泛应用。
[0018](3)本专利技术提供的复合泡沫材料可在常压空气中干燥制备得到，无需采用发泡设备，无需加入化学发泡剂，无需特殊气氛，也无需使用冷冻干燥机等对真空度要求较高的设备，制备工艺简单、操作成本低，不需依靠支撑物，可大面积大规模生产，适用于大规模的工业化生产。
附图说明
[0019]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0020]图1是本专利技术实施例1提供的复合泡沫材料的光学图片；
[0021]图2为实施例8提供的复合泡沫材料的扫描电镜图片；
[0022]图3为实施例13提供的复合泡沫材料的扫描电镜图片；
[0023]图4为实施例15提供的复合泡沫材料的扫描电镜图片；
[0024]图5为实施例16提供的复合泡沫材料的扫描电镜图片；
[0025]图6为实施例17提供的复合泡沫材料的扫描电镜图片；
[0026]图7为实施例18提供的复合泡沫材料的扫描电镜图片；
[0027]图8为实施例14提供的复合泡沫材料的抗菌性测试图；
[0028]图9为实施例1提供的复合泡沫材料的吸附性能测试图。
具体实施方式
[0029]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0030]第一方面，本专利技术提供了一种化学交联的纤维素基复合泡沫，包括纤维素基体和纳米分散体，其中，纤维素基体中，纤维素纳米纤维或/和纤维素微米纤维之间通过化学交联的方式形成立体多孔结构，纳米分散体分散于纤维素基体中。
[0031]由于反应过程中纳米分散体与纤维素纳米纤维、纤维素微米纤维以及化学交联剂是均匀分散的，此外，当纤维素纳米纤维或纤维素微米纤维发生化学交联时，由于化学交联作用引起的界面相互作用力的增强，可以使得纳米分散体均匀分散开，并将纳米分散体牢固粘附，防止纳米分散体的流失，通过该种方式，可以使纳米分散体等物质均匀分布于复合泡沫的整体结构中。
[0032]在一些实施例中，复合泡沫的孔径为5
‑
800μm，优选为10
‑
700μm，进一步优选为50
‑
600μm，还可以为100
‑
600μm、200
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500μm、5
‑
200μm等，例如6μm、8μm、10μm、11μm、13μm、15μm、16μm、18μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、220μm、250μm、280μm、300μm、320μm、350μm、380μ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化学交联的纤维素基复合泡沫，其特征在于：包括纤维素基体和纳米分散体，其中，纤维素基体中，纤维素纳米纤维或/和纤维素微米纤维之间通过化学交联的方式形成立体多孔结构，纳米分散体分散于纤维素基体中。2.根据权利要求1所述的化学交联的纤维素基复合泡沫，其特征在于：复合泡沫的孔径为5
‑
800μm；优选为10
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700μm；进一步优选为50
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600μm，优选为100
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600μm、200
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500μm或5
‑
200μm。3.根据权利要求1所述的化学交联的纤维素基复合泡沫，其特征在于：纳米分散体占复合泡沫的质量百分数为0.5～90％；优选的，纳米分散体占复合泡沫的质量百分数为5
‑
50％；进一步优选的，纳米分散体占复合泡沫的质量百分数为10
‑
40％。4.根据权利要求1所述的化学交联的纤维素基复合泡沫，其特征在于：所述纳米分散体为金属填料或/和非金属填料；优选的，所述金属填料为银纳米线、银微米线、铜纳米线、铜微米线、金纳米线或金微米线中的一种或至少两种的组合；所述非金属填料为碳纳米管、碳纤维、石墨烯、金属碳化物、氧化铝、氧化硅、碳化硅、炭黑或Mxenes中的一种或至少两种的组合；优选的，所述金属填料为银纳米线或银微米线；非金属填料为碳纳米管或石墨烯，碳纳米管选自单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种或至少两种的组合；进一步优选的，所述纳米分散体为银纳米线和石墨烯的组合，银纳米线与石墨烯的质量比为3
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8：2
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5；优选的，所述复合泡沫还包括抗菌剂、增强剂、阻燃剂、增稠剂、相容剂、表面活性剂、抗氧化剂或增粘剂中的任意一种或至少两种的组合；进一步优选的，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠；优选的，所述抗菌剂为氯己定和/或聚盐酸己双胍(PHMB)。优选的，所述增强剂为纳米二氧化硅；或，所述阻燃剂为纳米二氧化硅；或，所述增稠剂为明胶；或，所述相容剂为聚酯相容剂；或，所述抗氧化剂为丁基羟基茴香醚；或，所述增粘剂为加氢松香甘油酯。5.根据权利要求1所述的化学交联的纤维素基复合泡沫，其特征在于：复合泡沫中的孔的形貌为片层状孔、蜂窝状孔或圆孔；优选的，复合泡沫的密度为5～800mg/cm3，优选为8～100mg/cm3，进一步优选为10～70mg/cm3；优选的，纤维素为木质纤维素和/或细菌纤维素，优选为木质纤维素。6.权利要求1
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5任一所述化学交联的纤维素基复合泡沫的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将纤维素纳米纤维或/和纤维素微米纤维、纳米分散体均匀分散在水中，得水分散...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾志辉，李宾，刘久荣，刘伟，吴莉莉，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：