一种可降解淀粉纤维复合泡沫材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可降解淀粉纤维复合泡沫材料及其制备方法，使用纤维和淀粉混合，对于传统石油基原料，本发明专利技术所用原料绿色可降解，安全无毒；相对于挤出、模压工艺方法，该方法采用冷冻置换法，对操作设备要求低，操作简单安全；干燥方式利用梯度乙醇置换法，将淀粉糊冻结后利用低表面张力、易挥发的溶剂来替换体系中的水，可以避免材料水分骤失引起表面结构发生变化，保护泡孔防止崩塌。本发明专利技术制备的淀粉纤维复合泡沫材料，泡孔分布均匀，孔隙率高，回弹性能好，力学性能高，密度低。

Degradable starch fiber composite foam material and preparation method thereof

【技术实现步骤摘要】
一种可降解淀粉纤维复合泡沫材料及其制备方法
本专利技术属于高分子材料制备领域，涉及一种可降解淀粉纤维复合泡沫材料及其制备方法。
技术介绍
传统的泡沫材料主要是以石油作为原料，质轻易加工，常常采用挤出、吹塑的方法制备，在生产、生活中用量较大，但是这种材料在自然界中不易腐烂降解，如果不能合理处理会对环境带来很大污染。且石油原料属于不可再生资源，长期使用这类材料不利于可持续发展。淀粉与纤维均是来源广泛、价格低廉、可完全降解的可再生资源，由淀粉纤维复合制备的泡沫材料成本低、易加工、可降解、可再生，是全降解泡沫材料研发的热点。目前已经有关于淀粉基泡沫材料的相关研究报道，其工艺方法一般采用挤出发泡或模压发泡，对设备具有一定要求，制备工艺复杂，且所用化学发泡剂会造成污染，制备的泡沫材料泡孔分布不均匀、密度高、回弹性能差、力学性能差、吸水后表面坍塌。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可降解淀粉纤维复合泡沫材料及其制备方法，解决了现有技术中制备淀粉基泡沫材料制备工艺复杂，会造成污染及制备的泡沫材料性能差的问题。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种可降解淀粉纤维复合泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：1)制备细小纤维，备用；2)将淀粉和增塑剂混合，进行糊化处理，得到糊化淀粉；3)将填充剂的水溶液加入糊化淀粉中，搅拌均匀，得到样品A；4)将细小纤维加入到样品A中，搅拌均匀，得到样品B；5)将样品B倒入模具，冷却至室温，在0～5℃下冷藏24h后，调节冷冻温度为-15～-30℃，冷冻12～25h，得到样品C；6)将样品C解冻后，依次置于浓度梯度为20％、40％、60％、80％和100％的乙醇溶液中，脱除体系中的水，干燥，得到可降解淀粉纤维复合泡沫材料。进一步，步骤1)中，制备细小纤维具体为：将植物纤维进行疏解、磨浆和筛分，得到细小纤维。进一步，所述植物纤维为棉纤维、针叶木纤维或阔叶木纤维。进一步，步骤2)中的糊化处理具体为：将淀粉和增塑剂的混合物加入蒸馏水，在80℃～100℃下搅拌均匀，直至糊化。进一步，步骤3)中填充剂的水溶液的制备具体为：将填充剂超声分散在水中，得到填充剂的水溶液。进一步，按质量份数计，淀粉：纤维：增塑剂：填充剂＝100：10～50：10～30：1～10。进一步，所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉和小麦淀粉中的任意一种或多种。进一步，所述增塑剂为丙三醇、甲酰胺、偶氮二甲酰胺、尿素、山梨醇、乙二醇中的任意一种或多种。进一步，所述填充剂为钠基蒙脱土、膨润土、碳酸钙、滑石粉、二氧化硅中的任意一种或多种。进一步，该可降解淀粉纤维复合泡沫材料的孔隙率达到86％～92％，回弹率达到87％～95％。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开的可降解淀粉纤维复合泡沫材料的制备方法，使用细小纤维和淀粉混合，对于传统石油基原料，本专利技术所用原料绿色可降解，安全无毒；相对于挤出、模压工艺方法，该方法采用冷冻置换法，能冷冻就可以，生产成本低，适合大规模生产，而且操作比较安全，模压在操作过程中可能会发生爆炸；之前采用模压的方法，用的平板硫化机，材料的面积、高度都受机器限定，不能够做大型材料，本专利技术采用冷冻置换法，模具大小、尺寸及形状可选，使得样品大小、尺寸和形状均可控制。干燥方式利用梯度乙醇置换法，将淀粉糊冻结后利用低表面张力、易挥发的溶剂来替换体系中的水，可以避免材料水分骤失引起表面结构发生变化，保护泡孔防止崩塌，与热空气干燥相比，低能量消耗；投资和操作费用低；能够处理含水量较高的物品，同时不会降低干燥速率，并且可以在物体表面上不留任何湿份痕迹。进一步，用纤维疏解机进行疏解，可以使纤维离解成单根的、湿润的纤维，随后打浆至45°SR～90°SR，通过200目筛网进行筛分，得到细小纤维，方便后续使用。进一步，将填充剂水悬浮液采用超声分散，这样可以使填充剂更好地分散。进一步，原料来源广泛，价格低廉。本专利技术制备的淀粉纤维复合泡沫材料，泡孔分布均匀，力学性能高，密度低。从实施例可得到其孔隙率高，达到86％～92％；回弹性能好，达到75％～80％。附图说明图1为本专利技术制备的淀粉纤维复合泡沫材料的实物图；图2为本专利技术实施例1制备的淀粉纤维复合泡沫材料的超景深显微镜观察下的表面形貌图；图3为本专利技术实施例1制备的淀粉纤维复合泡沫材料的压缩应力-应变图；图4为本专利技术实施例2制备的淀粉纤维复合泡沫材料的超景深显微镜观察下的表面形貌图；图5为本专利技术实施例2制备的淀粉纤维复合泡沫材料的压缩应力-应变图；图6为本专利技术实施例3制备的淀粉纤维复合泡沫材料的超景深显微镜观察下的表面形貌图；图7为本专利技术实施例3制备的淀粉纤维复合泡沫材料的压缩应力-应变图；图8为本专利技术实施例4制备的淀粉纤维复合泡沫材料的实物图；图9为本专利技术实施例4制备的淀粉纤维复合泡沫材料与实施例1～3制备的淀粉纤维复合泡沫材料的实物对比图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术的可降解淀粉纤维复合泡沫材料的制备方法，步骤如下：1)制备细小纤维，备用；2)将淀粉和增塑剂混合，加入蒸馏水搅拌均匀，在85℃～100℃下搅拌，进行糊化处理，得到糊化淀粉；3)取填充剂超声分散在水中，得到分散液，将分散液加入糊化淀粉中搅拌均匀，得到样品A；4)将纤维加入到样品A中，搅拌均匀，得到样品B；5)将样品B倒入模具，冷却至室温，在0～5℃下冷藏24h后，调节冷冻温度为-15～-30℃，冷冻12～25h，得到样品C；6)将样品C解冻后依次置于浓度梯度为20％、40％、60％、80％和100％的乙醇溶液中，脱除体系中的水，干燥，得到可降解淀粉纤维复合泡沫材料。其中，按质量份数计，淀粉：纤维：增塑剂：填充剂＝100：10～30：10～20：1～5。上述技术方案中，所用的淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉中的任意一种或几种。上述技术方案中，所用的纤维为棉纤维、针叶木纤维、阔叶木纤维中的任意一种或几种。上述技术方案中，所用的增塑剂为丙三醇、偶氮二甲酰胺、山梨醇中的任意一种或几种。上述技术方案中，所用的填充剂为钠基蒙脱土、膨润土、碳酸钙、滑石粉、二氧化硅中的任意一种或几种。考虑到生产成本，优先选用碳酸钙和滑石粉。上述技术方案中，材料的具体选用为本领域技术人员的公知常识，因此以下只提供个别实施例来说明。实施例11)将棉纤维进行疏解、磨浆至45°SR、筛分，得到细小纤维备用；2)将木薯淀粉100份、山梨醇15份及偶氮二甲酰胺15份混合，加入适量蒸馏水搅拌均匀，在85℃下用搅拌器以600r/min的速度搅拌，直至糊化，得到糊化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可降解淀粉纤维复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)制备细小纤维，备用；/n2)将淀粉和增塑剂混合，进行糊化处理，得到糊化淀粉；/n3)将填充剂的水溶液加入糊化淀粉中，搅拌均匀，得到样品A；/n4)将细小纤维加入到样品A中，搅拌均匀，得到样品B；/n5)将样品B倒入模具，冷却至室温，在0～5℃下冷藏24h后，调节冷冻温度为-15～-30℃，冷冻12～25h，得到样品C；/n6)将样品C解冻后，依次置于浓度梯度为20％、40％、60％、80％和100％的乙醇溶液中，脱除体系中的水，干燥，得到可降解淀粉纤维复合泡沫材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种可降解淀粉纤维复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备细小纤维，备用；
2)将淀粉和增塑剂混合，进行糊化处理，得到糊化淀粉；
3)将填充剂的水溶液加入糊化淀粉中，搅拌均匀，得到样品A；
4)将细小纤维加入到样品A中，搅拌均匀，得到样品B；
5)将样品B倒入模具，冷却至室温，在0～5℃下冷藏24h后，调节冷冻温度为-15～-30℃，冷冻12～25h，得到样品C；
6)将样品C解冻后，依次置于浓度梯度为20％、40％、60％、80％和100％的乙醇溶液中，脱除体系中的水，干燥，得到可降解淀粉纤维复合泡沫材料。


2.根据权利要求1所述的可降解淀粉纤维复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，制备纤维具体为：将植物纤维进行疏解、磨浆和筛分，得到细小纤维。


3.根据权利要求2所述的可降解淀粉纤维复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述植物纤维为棉纤维、针叶木纤维或阔叶木纤维。


4.根据权利要求1所述的可降解淀粉纤维复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中的糊化处理具体为：
将淀粉和增塑剂的混合物加入蒸馏水，在80℃～100℃下搅拌均匀，直至糊化。

【专利技术属性】
技术研发人员：殷学风，袁枚，林涛，王瑞晨，张希娟，范晶，李静，段敏，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61