一种植物多糖保温隔热气凝胶材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种植物多糖保温隔热气凝胶材料及制备方法，它由一定比例的淀粉、魔芋葡甘聚糖、辅助胶、甘油、秸秆、纳米碳酸钙、壳聚糖、醋酸组成，步骤是：（1）取壳聚糖溶于醋酸溶液中，在室温下搅拌,得溶液A；（2）取去离子水加入甘油，再加入淀粉、魔芋葡甘聚糖、辅助胶、秸秆和无机填料,搅拌均匀后，得溶液B；（3）将溶液A与溶液B混合，得溶液C，将溶液C在60‑90℃的条件下搅拌，得透明粘稠状凝胶；（4）将搅拌的透明粘稠状凝胶均质后倒入模具内冷却成凝胶；（5）冷冻干燥。该气凝胶机械性能良好，具有低导热系数，可用于建筑保温板、移动板房墙体和冰箱保温层。原材料和气凝胶均可生物降解，整个生产过程绿色无污染。

【技术实现步骤摘要】
一种植物多糖保温隔热气凝胶材料及制备方法
本专利技术属于生物高分子基气凝胶天然保温材料，更具体涉及具体一种魔芋多糖保温隔热气凝胶，同时还涉及一种魔芋多糖保温隔热气凝胶的制备方法。
技术介绍
现代社会经济飞速发展，生态环境日益恶化，从20世纪70年代，西方石油危机后，人类已经开始注重节能，建筑领域的能源消耗量大，建筑节能其中一种手段是采用建筑保温材料，可以建筑减少占地面积，减少能源消耗。目前市面上用作保温隔热墙体的材料多为有机隔热材料，多是聚苯板、聚氨酯材料，EPS具有比较低的热导系数，并且具有防水，高强等优异的特性，所以具有广阔的前景，但有机保温材料也存在很多缺陷：这些材料在原料的生产及加工过程均会对环境有污染，成本高，污染环境，浪费资源和极易燃烧容易造成火灾。但目前的保温材料的原料是不可再生，生产后的材料多是不可降解的，因此在材料使用完后废弃时很难分解，在燃烧时产生的一些有毒的气体，对环境造成了污染且对人类身体有伤害。近些年来，采用超临界干燥法制备的气凝胶出现，其具有优良的耐高温性能，已经应用于航天领域，但目前大多气凝胶是以是有石油为前驱体，因人类过度开采，石油资源又有限，生产工艺复杂，成本高，资源有限、成本高、毒性大、降解困难。植物多糖的来源丰富，属于可再生材料且对环境没有污染，魔芋葡甘聚糖，淀粉，卡拉胶等几种植物多糖，均属于大分子，易溶于水，在水中膨胀度大，能形成三维网状结构，这些都是制备植物多糖气凝胶的理想原材料。魔芋葡甘聚糖是从魔芋的茎块中提取出的一种天然可降解的多糖，具有无毒无害，来源丰富等特点，在整个凝胶的结构中，魔芋葡甘聚糖起着分子骨架的作用。我们已经研究出了新型过滤烟嘴，经检索中国专利，申请号201110231849.6，专利技术名称植物多糖香烟过滤嘴及制备方法，公开了一种植物多糖香烟过滤嘴及其制备方法，是由植物多糖、淀粉类、吸附剂、增塑剂、乳化剂、防水剂、植物蛋白按一定比例配制，经过冷冻干燥制备而成的过滤烟嘴棒，性能优异，可降低尼古丁含量40.28-84.1％、焦油26-72.1％、烟碱20-39.2％，配方简单，使用方便，原料来源广泛，属于可再生原料，可降解。申请号201310602971.9，专利技术名称一种香烟过滤嘴及其制备方法的专利，公开了一种香烟过滤嘴，由多糖、溶剂、吸附剂、增塑剂、植物蛋白和发酵菌制备而成的过滤烟嘴棒，孔隙均一，焦油降低量比醋酸纤维丝低5％，经土埋法实验显示可在28天内完全降解。当下气凝胶研究的重点是寻找一种有效的支撑骨架材料，使其不仅起到物理增强的作用而且能够参与凝胶网络结构的形成，同时又不会造成孔体积的下降或密度的增加等不利影响。壳聚糖为(1,4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖，是一种来源于甲壳素脱乙酰作用的带有阳离子的多糖，也是天然多糖中唯一的碱性多糖。壳聚糖分子中存在大量的氨基和羟基活性基团，能够提供众多化学反应的活性位点；此外，壳聚糖在自然界中来源广泛、价格低廉，具有良好的生物相容性和生物降解性。因此，壳聚糖可以作为一种良好的骨架材料。秸秆中包括的纤维对整个凝胶的结构起到一定支撑作用，提高机械性能。同时小麦秸秆是农产品的废弃物，由于近代以来，中国的农业生产快速发展，在农村有着大量富余的秸秆，而此气凝胶采用秸秆也起到农副产品重新利用的作用。本专利技术在过滤烟嘴的基础上增加了壳聚糖、辅助胶、秸秆、无机填料等材料，采用的冷冻干燥法制备出具备多孔网络结构的气凝胶，具有一定的机械强度，具有较低的导热系数，具有优良的保温性能可用作保温材料，可以应用在建筑保温隔热板、活动板房和冰箱保温层等方面，可以节约能源，材料具有可降解性能，建筑拆除时，气凝胶保温板容易降解，对环境没有污染。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提供了一种植物多糖保温隔热气凝胶，具有多孔网络结构，具有一定的机械强度和较低的导热系数，是良好的保温材料，成品具有可降解性能，是环境友好型材料，采用冷冻干燥法制备气凝胶操作简便，节约能源。本专利技术的另一个目的是在于提供了一种魔芋多糖保温隔热气凝胶的制备方法，方法易行，操作简便，不会破坏凝胶的网状结构，可有效的避免在因气液两相转换过程中产生的毛细力而导致的纳米孔洞的坍塌。为了实现上述的目的，本专利技术采用以下技术措施：一种魔芋多糖保温隔热气凝胶，它由以下重量或体积的原料制成：所述的醋酸为1-5v/v％的醋酸溶液；一种魔芋多糖保温隔热气凝胶，它由以下重量或体积的原料制成(优选范围)：所述的醋酸为1-4v/v％的醋酸溶液；一种魔芋多糖保温隔热气凝胶，它由以下重量或体积的原料制成(较好范围)：所述的醋酸为1-3v/v％的醋酸溶液；一种魔芋多糖保温隔热气凝胶，它由以下重量或体积的原料制成(最好范围)：所述的醋酸为1-2v/v％的醋酸溶液；一种魔芋多糖保温隔热气凝胶，它由以下重量或体积的原料制成(最佳值)所述的醋酸为1v/v％的醋酸溶液；所述的秸秆和纳米碳酸钙为填料。所述的辅助胶包括卡拉胶、明胶和黄原胶等其中的一种或者两至三种的任意混合。所述的淀粉包括马铃薯淀粉、玉米淀粉和小麦淀粉等其中的一种或者两至三种的任意混合。所述的无机填料包括纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、蒙脱土等其中的一种或者1-3种任意组合；所述的秸秆是采用小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、草类其中的一种或两至四种的任意混合，将麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、草类粉碎成100目-400目的粉末。所述的草类为干燥后的牛筋草、狗尾巴草、车前草、三叶草中的任意一种。所述的魔芋多糖保温隔热气凝胶，其特征在于，所述魔芋多糖气凝胶的密度为0.003-0.5g/cm3，孔隙率80％-99％，孔径0.2-400μm左右，导热系数0.01-0.06W/m·k，气凝胶强度18-120KPa，气凝胶弹性0.2-0.93。一种魔芋多糖保温隔热气凝胶制备方法，其特征在于，按以下步骤制备：(1)取0.50-2.00g壳聚糖溶于50mL1-5v/v％的醋酸溶液中，在室温下搅拌30min至60min,得到溶液A；(2)取85.6-97.04g去离子水加入0.10-1.00g甘油，100-20000rpm转速机械搅拌的情况下，再加入2.00-5.00g淀粉、0.10-0.90g魔芋葡甘聚糖、0.06-2.5g辅助胶、0.10-1.50g秸秆和0.10-1.50g无机填料，快速搅拌均匀后，得到溶液B；(3)将溶液A与溶液B混合，得到溶液C，将溶液C在60℃至90℃的条件下搅拌0.5-3.5h，得到透明粘稠状凝胶；(4)将搅拌好的透明粘稠状凝胶均质后倒入模具内冷却成凝胶；(5)在-60℃至-10℃的条件下预冷冻2-24h；(6)在真空度低于200Pa,温度-60℃至-20℃的冷冻干燥机内，冷冻干燥12-36h。所述的一种魔芋多糖保温隔热气凝胶，具有较低的导热系数，具有一定的机械强度，可作为保温节能材料，用于建筑保温板、移动板房墙体和冰箱保温层等。所述的一种魔芋多糖保温隔热气凝胶的表面可采用或不采用疏水改性方法调节材料的耐水性。与现有技术相比，本专利技术的优点和有益效果如下：(1)该保温隔热气凝胶原料来自于植物，且是可降解性材料，这个特点解决了在回收方面的问题，建筑垃圾等问题也可以避免。(2)壳聚糖是天然多糖中唯一的碱性多糖，分子中存在大量的氨基和羟基活性基团，能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种魔芋多糖保温隔热气凝胶，它由以下原料的重量份制成：原料                 重量份水                   85.6‑97.04淀粉                 2.00‑5.00魔芋葡甘聚糖         0.10‑0.90辅助胶               0.06‑2.5甘油                 0.10‑1.00秸秆                 0.10‑1.50无机填料             0.10‑1.50壳聚糖               0.50‑2.00醋酸                 50；所述的辅助胶为卡拉胶、明胶、黄原胶其中的一种或者两至三种的任意混合;所述的淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉和小麦其中的一种或两至三种的任意混合；所述的无机填料包括纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、蒙脱土其中的一种或1‑3种任意组合；所述的秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆和草类中的一种或两至四种的任意混合，粉碎成100目‑400目的粉末；所述的醋酸为1‑5v/v%的醋酸溶液；所述的草类为干燥后的牛筋草、狗尾巴草、车前草、三叶草中的任意一种。...

【技术特征摘要】
1.一种魔芋多糖保温隔热气凝胶，它由以下原料的重量份制成：原料重量份水85.6-97.04淀粉2.00-5.00魔芋葡甘聚糖0.10-0.90辅助胶0.06-2.5甘油0.10-1.00秸秆0.10-1.50无机填料0.10-1.50壳聚糖0.50-2.00醋酸50；所述的辅助胶为卡拉胶、明胶、黄原胶其中的一种或者两至三种的任意混合;所述的淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉和小麦其中的一种或两至三种的任意混合；所述的无机填料包括纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、蒙脱土其中的一种或1-3种任意组合；所述的秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆和草类中的一种或两至四种的任意混合，粉碎成100目-400目的粉末；所述的醋酸为1-5v/v%的醋酸溶液；所述的草类为干燥后的牛筋草、狗尾巴草、车前草、三叶草中的任意一种。2.根据权利要求1所述的一种魔芋多糖保温隔热气凝胶，其特征在于：原料重量份水87.5-95.92淀粉2.5-4.5魔芋葡甘聚糖0.20-0.80辅助胶0.08-2.0甘油0.20-0.8秸秆0.20-1.3无机填料0.20-1.3壳聚糖0.70-1.8醋酸50；所述的醋酸为1-4v/v%的醋酸溶液。3.根据权利要求1所述的一种魔芋多糖保温隔热气凝胶，其特征在于：原料重量份水89.1-94.8淀粉2.8-4.1魔芋葡甘聚糖0.30-0.70辅助胶0.1-1.6甘油0.3-0.7秸秆0.4-1.1无机填料0.4-1.1壳聚糖0.9-1.6醋酸50；所述的醋酸为1-3v/v%的醋酸溶液。4.根据权利要求1所述的一种魔芋多糖保温隔热气凝胶，其特征在于：原料重量份水90.4-93.5淀粉3.2-3.5魔芋葡甘聚糖0.3-0....

【专利技术属性】
技术研发人员：王亦欣，黄静，姜发堂，
申请(专利权)人：武汉力诚生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42