一种木质素/埃洛石纳米杂化材料及其制备方法与在酚醛泡沫保温材料中的应用技术

本发明专利技术公开了一种木质素/埃洛石纳米杂化材料及其制备方法与在酚醛泡沫保温材料中的应用，所述木质素/埃洛石纳米杂化材料为脱甲基化木质素包覆埃洛石所形成的纳米管状结构，管长0.5～5μm，管外径20～100nm。本发明专利技术通过活化木质素，修饰埃洛石纳米管，制备了木质素/埃洛石纳米杂化材料，该杂化材料可用于原位制备酚醛泡沫保温材料，与酚醛泡沫基体具有优异的相容性和反应性，有效提升酚醛泡沫的力学、隔热及阻燃性能。隔热及阻燃性能。隔热及阻燃性能。

【技术实现步骤摘要】
一种木质素/埃洛石纳米杂化材料及其制备方法与在酚醛泡沫保温材料中的应用


[0001]本专利技术属于保温材料领域，具体涉及一种木质素/埃洛石纳米杂化材料及其制备方法与在酚醛泡沫保温材料中的应用。

技术介绍

[0002]酚醛泡沫是一种通用型硬质泡沫塑料，它最突出的特点是难燃、低烟和抗高温蠕变，同时还具有优良的阻隔性、耐腐蚀性、高模量、质轻、施工方便等优点，作为保温隔热材料在建筑、采矿、石油化工、车辆船舶、航空航天工业等领域中获得了广泛的应用。酚醛泡沫的制备通常包含两个步骤，第一步是酚醛树脂的合成，即在碱性条件下催化苯酚和甲醛缩聚，得到粘度和固含量适宜发泡的甲阶酚醛树脂，第二步是酚醛树脂的发泡，即在甲阶酚醛树脂中加入表面活性剂、发泡剂、固化剂等加工助剂，并通过高温发泡成型得到酚醛泡沫。酚醛泡沫具有脆性大、表面易磨损的特点，可以在泡沫制备过程中引入增强或增韧组分来改善酚醛泡沫的力学性能，引入带有柔性基团的有机组分如腰果酚可以提高酚醛泡沫的韧性，但是一定程度上牺牲了酚醛泡沫的硬度和阻燃性，而将纳米材料均匀分散于酚醛泡沫中，可以在保持酚醛泡沫阻燃性的基础上提升酚醛泡沫的力学强度，但是如何将纳米材料实现纳米尺度分散一直是需要解决的关键问题。因此，本专利技术提供了一种木质素/埃洛石纳米杂化材料及其制备方法与在酚醛泡沫保温材料中的应用以有效解决上述技术问题。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种木质素/埃洛石纳米杂化材料。
[0004]本专利技术还要解决的技术问题是提供上述木质素/埃洛石纳米杂化材料的制备方法。
[0005]本专利技术进一步要解决的技术问题是提供上述木质素/埃洛石纳米杂化材料的应用。
[0006]专利技术思路：木质素是陆生植物细胞壁的重要组分，含量仅次于纤维素，目前造纸和生物炼制工业产生的废弃物中含有大量木质素，多被燃烧供能或直接排放，造成严重的资源浪费和环境污染，因此迫切需要寻找木质素的高值化利用途径。木质素是多酚类天然高分子，由愈创木基(G)、紫丁香基(S)和对羟苯基(H)三种苯丙烷单元通过C
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O
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C和C
‑
C键连接形成的三维网状分子结构，具有类似苯酚的反应活性，可以作为苯酚代替物参与酚醛树脂的合成反应。对G和S两个结构单元中的甲氧基进行脱甲基化反应，可以提高木质素的酚羟基和酚醛缩合活性位点含量，同时还生成邻苯二酚基团。邻苯二酚基团存在于天然多巴胺分子中，是多巴胺发挥生物粘合效应的重要基团，利用邻苯二酚基团的这一特性，本专利技术提出了脱甲基化木质素修饰埃洛石纳米管的新思路，得到木质素包覆埃洛石的纳米杂化材料，并将其用于酚醛树脂的原位合成，参与酚醛缩合反应，可以有效提高纳米材料在酚醛树
脂中的分散性，得到具有优异力学、隔热、阻燃性能的酚醛泡沫保温材料，同时达到高效利用生物质资源，提高酚醛泡沫材料生态环保效益的目的。
[0007]为了解决上述第一个技术问题，本专利技术公开了一种木质素/埃洛石纳米杂化材料，其为脱甲基化木质素包覆埃洛石所形成的纳米管状结构，管长0.5～5μm，管外径20～100nm。
[0008]为了解决上述第二个技术问题，本专利技术公开了上述木质素/埃洛石纳米杂化材料的制备方法，将脱甲基化木质素、埃洛石和第一有机溶剂进行第一反应，即得含木质素/埃洛石纳米杂化材料的溶液。
[0009]其中，所述脱甲基化木质素的制备方法为将木质素、第二有机溶剂、氢溴酸水溶液和十六烷基三甲基溴化铵进行第二反应，析出沉淀，所得沉淀为脱甲基化木质素。
[0010]其中，所述木质素为草本木质素、硬木木质素和软木木质素中的任意一种或几种组合，优选为草本木质素。
[0011]其中，所述第二有机溶剂为二甲亚砜、N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N
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二甲基甲酰胺和N,N
‑
二甲基乙酰胺中的任意一种或几种组合。
[0012]其中，所述氢溴酸水溶液的浓度为40～56％，优选为48％。
[0013]其中，所述木质素、第二有机溶剂、氢溴酸水溶液和十六烷基三甲基溴化铵的重量份数为10：(50～200)：(20～50)：(0.1～0.5)。
[0014]其中，所述第二反应为80～100℃反应1～4h。
[0015]其中，所述第二反应结束后，将反应液冷却至室温，加水析出沉淀，离心分离，用水洗涤沉淀，干燥，即得脱甲基化木质素。
[0016]其中，所述脱甲基化木质素中甲基的脱除率为5％～30％。
[0017]其中，所述埃洛石为纳米管状结构，外径为10～100nm。
[0018]其中，所述第一有机溶剂为二甲亚砜、N
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甲基吡咯烷酮、N,N
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二甲基甲酰胺和N,N
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二甲基乙酰胺中的任意一种或几种组合。
[0019]其中，所述脱甲基化木质素、埃洛石和第一有机溶剂的重量份数为10：(50～200)：(5～20)。
[0020]其中，所述第一反应为50～100℃反应12～24h。
[0021]其中，所述第一反应结束后，将反应液冷却至室温，离心分离，用水洗涤沉淀，干燥，即得木质素/埃洛石纳米杂化材料。
[0022]为了解决上述第三个技术问题，本专利技术还公开了上述木质素/埃洛石纳米杂化材料在制备酚醛树脂中的应用。
[0023]其中，所述酚醛树脂的制备方法包括如下步骤：
[0024](1)将苯酚、水、NaOH、多聚甲醛和木质素/埃洛石纳米杂化材料反应；
[0025](2)向步骤(1)所得反应物中分次加入多聚甲醛，反应，冷却，即得酚醛树脂。
[0026]步骤(1)中，所述酚醛、水、NaOH和多聚甲醛的重量份数为100份：(20～40)份：(2～4)份：(20～30)份。
[0027]步骤(1)中，所述木质素/埃洛石纳米杂化材料与苯酚的重量份数为(0.1～2)份：100份。
[0028]步骤(1)中，所述反应为70～90℃搅拌反应0.5～1h。
[0029]步骤(2)中，所述多聚甲醛与苯酚的重量份数为(20～30)份：100份。
[0030]步骤(2)中，所述反应为70～90℃搅拌反应0.5～1.5h。
[0031]进一步地，本专利技术还公开了上述木质素/埃洛石纳米杂化材料在制备酚醛泡沫中的应用，或上述酚醛树脂在制备酚醛泡沫中的应用，所述应用除上述步骤(1)和(2)外，还包括步骤(3)将上述酚醛树脂、表面活性剂、发泡剂和固化剂混匀后，加热发泡，即得酚醛泡沫。
[0032]步骤(3)中，所述表面活性剂为聚硅氧烷、聚氧乙烯醚、聚氧丙烯、聚氧化乙烯聚氧丙烯、聚乙烯山梨糖醇酐脂肪酸、聚二甲基硅氧烷和吐温系列中的任意一种或几种的组合。
[0033]步骤(3)中，所述发泡剂为正戊烷、正丁烷、异戊烷、石油醚、聚乙烯醇水溶液和二异丙醚中的任意一种或几种的组合，优选正戊烷。
[0034本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种木质素/埃洛石纳米杂化材料，其特征在于，为脱甲基化木质素包覆埃洛石所形成的纳米管状结构，管长0.5～5μm，管外径20～100nm。2.权利要求1所述木质素/埃洛石纳米杂化材料的制备方法，其特征在于，将脱甲基化木质素、埃洛石和第一有机溶剂进行第一反应，即得含木质素/埃洛石纳米杂化材料的溶液。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述脱甲基化木质素的制备方法为将木质素、第二有机溶剂、氢溴酸水溶液和十六烷基三甲基溴化铵进行第二反应，析出沉淀，所得沉淀为脱甲基化木质素。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述木质素、第二有机溶剂、氢溴酸水溶液和十六烷基三甲基溴化铵的重量份数为10：(50～200)：(20～50)：(...

【专利技术属性】
技术研发人员：应汉杰，李明，朱晨杰，胡有钦，庄伟，沈涛，谭卓涛，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：