一种复合气凝胶海绵的制备方法技术

本发明专利技术涉及海绵领域，尤其涉及一种环境友好且具备优良力学性能的复合气凝胶海绵的制备方法，其主要成分含有细菌纤维素水凝胶块100重量份，聚乙烯醇4～8重量份，聚乙二醇3～6重量份，十二烷基硫酸钠3.5～5.5重量份，辅助发泡剂0.35～0.85重量份，改性剂1.25～1.75重量份和添加剂10～15重量份，所制备的复合气凝胶海绵具有良好的生物相容性，制备过程和使用过程对人体无危害，并具备良好的化学稳定性、优秀的弹性和抗氧化性。

【技术实现步骤摘要】
一种复合气凝胶海绵的制备方法
本专利技术涉及海绵领域，尤其涉及一种环境友好且具备优良力学性能的复合气凝胶海绵的制备方法。
技术介绍
海绵是一种极为常见的多孔材料，具有良好的吸水性，部分具有良好的弹性、变形恢复性等等性能，能够用于清洁物品或用于生产一些舒适柔软的座垫。人们常用的海绵由木纤维素纤维或发泡塑料聚合物制成。另外，也有由海绵动物制成的天然海绵，大多数天然海绵用于身体清洁或绘画。另外，还有三类其他材料制成的合成海绵，分别为低密度聚醚(不吸水海绵)、聚乙烯醇(高吸水材料，无明显气孔)和聚酯。目前来说，市场上海绵的生成成本与海绵密度呈正相关，密度越高成本也越高，但低密度海绵的物理性能往往不如高密度海绵，特别是在作为座垫等方面的使用，因而寻求一种低密度却有良好力学性能能够符合国际上座垫海绵所需力学性能标准的低密度高弹性海绵是一大发展方向。同时目前海绵的制备过程中产生的污染较大，海绵多为人造高聚物难以降解，发泡剂在发泡过程中对人造成危害、对环境造成污染，也是一个亟待解决的问题。中国专利局于2017年2月15日公布了一个一种低密度高承载海绵及制作工艺的专利技术专利申请文件，申请公布号为CN106397711A，该专利技术专利通过降低海绵的发泡密度，使得生产相同体积的海绵时所需的生产物料大幅减少，降低了生产成本，另一方面选用了聚醚多元醇和聚合物多元醇提高了海绵的硬度，避免了因密度过低而造成物理性能下降的问题。但其仍存在海绵的制备过程中产生的污染较大，人造高聚物难以降解，发泡剂在发泡过程中对人造成危害、对环境造成污染的问题。
技术实现思路
为解决上述高密度海绵生产成本过高，低密度海绵力学性能较差无法符合座垫海绵标准，且目前海绵的制备过程中产生的污染较大，人造高聚物难以降解，发泡剂在发泡过程中对人造成危害、对环境造成污染的问题，本专利技术提供了一种环境友好且具备优良力学性能的复合气凝胶海绵的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种复合气凝胶海绵的制备方法，所述制备方法包括以下制备步骤：1)按照细菌纤维素水凝胶块100重量份，聚乙烯醇4～8重量份，聚乙二醇3～6重量份，十二烷基硫酸钠3.5～5.5重量份，辅助发泡剂0.35～0.85重量份，改性剂1.25～1.75重量份和添加剂10～15重量份的比例称取各组分进行配料；2)将细菌纤维素水凝胶块置于12wt％的乙二胺的乙醇溶液中进行浸溶处理，其所用细菌纤维素水凝胶块与乙二胺的乙醇溶液的质量比为1：(100～105)，得到纤维素溶液；3)将十二烷基硫酸钠和辅助发泡剂加入至步骤2)所得的纤维素溶液中，以800～1100r/min的转速快速搅拌至其大量发泡，随后以150～220r/min的转速进行缓速稳泡搅拌25～35min，随后加入乙醇至其析出形成多泡水凝胶块；4)聚乙烯醇溶于适量的水中置于80～90℃条件下超声震荡36～48h，配制成4～6.5wt％的聚乙烯醇水溶液，加入聚乙二醇和改性剂，置于65～75℃条件下超声震荡3～5h，得到混合溶液；5)将步骤3)所得的多泡水凝胶块浸渍于步骤4)所得的混合溶液中，置于85～90℃水浴中超声震荡12～18h，随后静置20～28h，取出浸渍后的多泡水凝胶块，在15～25℃条件下静置55～70min，再进行凝胶定型，得到复合水凝胶；6)将步骤5)所得的复合水凝胶置于100～115℃条件下水热12～16h，趁热加入添加剂进行减压超声震荡，冷却至20～25℃后用水洗涤表面残留物，再用乙醇浸泡进行溶剂置换，再用叔丁醇浸泡进行溶剂置换，最后对置换完成的复合醇凝胶进行冷冻干燥得到复合气凝胶海绵。作为优选，步骤1)所述配料按照细菌纤维素水凝胶块100重量份，聚乙烯醇4.5～6.2重量份，聚乙二醇3.75～5.1重量份，改性剂1.35～1.55重量份和添加剂12～13.75重量份的比例称取各组分。作为优选，步骤1)所述配料按照细菌纤维素水凝胶块100重量份，聚乙烯醇5.75重量份，聚乙二醇4.15重量份，改性剂1.5重量份和添加剂12.5重量份。细菌纤维素以纯纤维素的形式存在，具有与植物或海藻产生的纤维素类似的结构，其具有致密的三维网络结构，纤维直径在30～100nm之间，是植物纤维素纤维的1/10～1/100之间，其化学结构分子式中含有丰富的羟基基团，分子内和分子间又存在大量的氢键，且其分子中吡喃葡萄糖的相邻六个碳原子呈稳定的椅式结构，稳定性极佳，同时具备极高的弹性性能。因此，细菌纤维素具有几个独特的物理化学性质：低密度、高纯度、高结晶度、超精细纳米网络结构、高持水能力、高弹性模量、良好的生物相容性和生物合成的可调控性。因此以细菌纤维素水凝胶块为基体材料制备海绵体，可使得所制备的海绵体具有极为优秀的力学性能和极为稳定的化学性质，并且生物相容性极为优秀，相较于普通海绵体的人造成分，其对人体危害几乎为零，并且在自然条件下可进行讲解，对环境极为友好，是一种绿色环保的基体材料。并且通过浸溶再发泡成型所制备的细菌纤维素基体具备更高的孔隙率，进一步强化基体的力学性能。作为优选，步骤1)所述辅助发泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，所述改性剂为玉米醇溶蛋白乙醇溶液。作为优选，所述玉米醇溶蛋白乙醇溶液的制备方法包括以下制备步骤：a-1)将玉米醇溶蛋白粉溶于80wt％的乙醇溶液配制成7.5～9.5kg/L的玉米醇溶蛋白乙醇溶液，并向玉米醇溶蛋白乙醇溶液中加入山梨醇、半乳糖和油酸，配制成混合液，其中玉米醇溶蛋白、山梨醇、半乳糖和油酸的使用量质量比为1：(0.2～0.255)：(0.185～0.21)：(0.25～0.4)；a-2)利用碳酸氢钠将步骤1)所得混合液pH调节为8.2～8.5，置于65～75℃条件下进行磁力搅拌，搅拌转速为450～600r/min，搅拌时间为15～25min，脱气消泡后得到玉米醇溶蛋白乙醇溶液。玉米醇溶蛋白是玉米中主要储藏蛋白，易溶于60～95wt％的乙醇，其由大量的非极性氨基酸组成，由于细菌纤维素中含有大量的氢键，因此其与细菌纤维素具有较高的适配性和相容性，并且玉米醇溶蛋白的分子之间及其与细菌纤维素之间以疏水建、氢键和二硫键连接在一起，极易形成薄膜，具有隔绝氧气和防水防潮等优点。作为优选，所述添加剂为凤梨麻超微粉悬液。作为优选，所述凤梨麻超微粉悬液的制备方法包括以下制备步骤：b-1)将凤梨麻置于超微粉碎机中进行超微粉碎，粉碎时间15～60min，得到凤梨麻超微粉；b-2)将步骤b-1)所得凤梨麻超微粉中加入至10wt％的酪蛋白溶液中，所使用的10wt％酪蛋白溶液重量为凤梨麻重量的75～80％，搅拌均匀得到混合物；b-3)向步骤b-2)所得混合物加入适量水搅拌，配制成总固含量为9～11％的凤梨麻超微粉悬液。凤梨麻是一种力学性能极为优异的天然植物纤维材料，具有抗菌防臭、良好的吸附性能、易降解等特点，是一种健康绿色环保的天然材料。凤梨麻具有纵向裂纹，表面粗糙，有突起，突起上有大量的孔洞，形成一种极小尺寸的三维结构，大大增加了其比表面积，使其具有良好的毛细效应、吸附性和透气性。但由于凤梨麻是一种天然植物纤维，在很多情况下由于凤梨种植者不知其用途而对其进行焚烧或填埋等处理，使其废弃，既污染了环境又浪费了资源，因而本专利技术对凤梨麻的利用也是一种对环境本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合气凝胶海绵的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下制备步骤：1)按照细菌纤维素水凝胶块100重量份，聚乙烯醇4～8重量份，聚乙二醇3～6重量份，十二烷基硫酸钠3.5～5.5重量份，辅助发泡剂0.35～0.85重量份，改性剂1.25～1.75重量份和添加剂10～15重量份的比例称取各组分进行配料；2)将细菌纤维素水凝胶块置于12wt％的乙二胺的乙醇溶液中进行浸溶处理，其所用细菌纤维素水凝胶块与乙二胺的乙醇溶液的质量比为1：(100～105)，得到纤维素溶液；3)将十二烷基硫酸钠和辅助发泡剂加入至步骤2)所得的纤维素溶液中，以800～1100r/min的转速快速搅拌至其大量发泡，随后以150～220r/min的转速进行缓速稳泡搅拌25～35min，随后加入乙醇至其析出形成多泡水凝胶块；4)聚乙烯醇溶于适量的水中置于80～90℃条件下超声震荡36～48h，配制成4～6.5wt％的聚乙烯醇水溶液，加入聚乙二醇和改性剂，置于65～75℃条件下超声震荡3～5h，得到混合溶液；5)将步骤3)所得的多泡水凝胶块浸渍于步骤4)所得的混合溶液中，置于85～90℃水浴中超声震荡12～18h，随后静置20～28h，取出浸渍后的多泡水凝胶块，在15～25℃条件下静置55～70min，再进行凝胶定型，得到复合水凝胶；6)将步骤5)所得的复合水凝胶置于100～115℃条件下水热12～16h，趁热加入添加剂进行减压超声震荡，冷却至20～25℃后用水洗涤表面残留物，再用乙醇浸泡进行溶剂置换，再用叔丁醇浸泡进行溶剂置换，最后对置换完成的复合醇凝胶进行冷冻干燥得到复合气凝胶海绵。...

【技术特征摘要】
1.一种复合气凝胶海绵的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下制备步骤：1)按照细菌纤维素水凝胶块100重量份，聚乙烯醇4～8重量份，聚乙二醇3～6重量份，十二烷基硫酸钠3.5～5.5重量份，辅助发泡剂0.35～0.85重量份，改性剂1.25～1.75重量份和添加剂10～15重量份的比例称取各组分进行配料；2)将细菌纤维素水凝胶块置于12wt％的乙二胺的乙醇溶液中进行浸溶处理，其所用细菌纤维素水凝胶块与乙二胺的乙醇溶液的质量比为1：(100～105)，得到纤维素溶液；3)将十二烷基硫酸钠和辅助发泡剂加入至步骤2)所得的纤维素溶液中，以800～1100r/min的转速快速搅拌至其大量发泡，随后以150～220r/min的转速进行缓速稳泡搅拌25～35min，随后加入乙醇至其析出形成多泡水凝胶块；4)聚乙烯醇溶于适量的水中置于80～90℃条件下超声震荡36～48h，配制成4～6.5wt％的聚乙烯醇水溶液，加入聚乙二醇和改性剂，置于65～75℃条件下超声震荡3～5h，得到混合溶液；5)将步骤3)所得的多泡水凝胶块浸渍于步骤4)所得的混合溶液中，置于85～90℃水浴中超声震荡12～18h，随后静置20～28h，取出浸渍后的多泡水凝胶块，在15～25℃条件下静置55～70min，再进行凝胶定型，得到复合水凝胶；6)将步骤5)所得的复合水凝胶置于100～115℃条件下水热12～16h，趁热加入添加剂进行减压超声震荡，冷却至20～25℃后用水洗涤表面残留物，再用乙醇浸泡进行溶剂置换，再用叔丁醇浸泡进行溶剂置换，最后对置换完成的复合醇凝胶进行冷冻干燥得到复合气凝胶海绵。2.根据权利要求1所述的一种复合气凝胶海绵的制备方法，其特征在于，步骤1)所述配料按照细菌纤维素水凝胶块100重量份，聚乙烯醇4.5～6.2重量份，聚乙二醇3.75～5.1重量份，改性剂1.35～1.55重量份和添加剂12～13.75重量份的比例称取各组分。3.根据权利要求1所述的一种复合气凝胶海绵的制备方法，其特征在于，步骤1)所述配料按照细菌纤维素水凝胶块100重量份，聚乙烯醇5.75重量份，聚乙二醇4.15重量份，改性剂1.5重量份和添加剂12.5重量份。4.根据权利要求1或2或3所述的一种复合气凝胶海绵的制备方法，其特征在于，步骤1)所述辅助发泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，所述改性剂为玉米醇溶蛋白乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢伟，蔡盼盼，
申请(专利权)人：德清顾舒家华高分子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33