一种常压室温干燥制备纤维素-矿物复合泡沫的方法及其制备的纤维素-矿物复合泡沫技术

本发明专利技术涉及一种常压室温干燥制备纤维素

【技术实现步骤摘要】
一种常压室温干燥制备纤维素
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矿物复合泡沫的方法及其制备的纤维素
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矿物复合泡沫


[0001]本专利技术涉及纤维素泡沫材料制备领域，具体涉及一种常压室温干燥制备纤维素
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矿物复合泡沫的方法及其制备的纤维素
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矿物复合泡沫。

技术介绍

[0002]泡沫材料因轻质、高比表面积、低热导和抗冲击性被广泛应用于隔热、吸声、储能、水处理和包装等领域。目前应用广泛的商用泡沫材料是由石油基塑料或合成聚合物制成，如聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚酰亚胺等，废旧塑料进入自然环境后，由于其很难降解，造成长期的、深层次的生态环境问题。随着人们环保意识的增强和“双碳”战略的需求，开发绿色环保、可再生和可生物降解的泡沫材料已成为近年来的研究热点。
[0003]纤维素是地球上最丰富的可再生生物质资源，其来源广泛，麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等为生产纤维素提供了绿色稳定的原料来源，因其具备低成本、优异的力学性能和天然可降解等优势，纤维素被认为是取代石油基塑料的最具前景的材料之一。
[0004]但是纤维素基泡沫材料的大规模制备，尤其是干燥过程受限于缺乏高效的、可大面积制备的方法，目前泡沫材料的制备工艺，如专利CN107057107A、CN104130444B中通常采用冷冻干燥法和超临界二氧化碳干燥法等，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。
[0005]因此，为了实现泡沫材料的大批量生产和商品化应用，低成本常压干燥制备技术成为人们研究的重点。近年来常压干燥制备工艺取得了较大进展，王等人(Wang,R.；Chen,C.；Pang,Z.；Wang,X.；Zhou,Y.；Dong,Q.；Guo,M.；Gao,J.；Ray,U.；Xia,Q.；Lin,Z.；He,S.；Foster,B.；Li,T.；Hu,L.Fabrication of Cellulose
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Graphite Foam via Ion Cross
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linking and Ambient
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Drying.Nano Lett.2022,22,3931
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3938.)报道了一种以石墨为原料经物理剥离并分散到纤维素浆液中，再加入金属离子与纤维素交联，最终在常压下干燥获得纤维素
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石墨泡沫材料。CN113150365A公开了一种以密胺树脂为主材在酸性条件下通过溶剂热处理制备密胺凝胶及纤维型黏土复合增强密胺凝胶，并通过乙醇或异丙醇进行溶剂置换后在常压下制备密胺气凝胶和纤维型黏土增强密胺复合气凝胶。
[0006]尽管文献和专利里已有不少关于常压干燥制备泡沫材料的研究报道，但是这些工艺通常涉及复杂的前处理(物理剥离原材料)或后处理(疏水改性和溶剂置换泡沫材料)，且所获得的泡沫材料机械性能不佳，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。
[0007]因此，开发一种制备方法简单、成本能耗低、机械性能优异、易于大规模制备的泡沫材料，是本领域的研究重点。

技术实现思路

[0008]针对现有大部分泡沫材料难降解、制备过程繁琐、能耗高和机械性能差的技术问题，本专利技术提供一种常压室温干燥制备纤维素
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矿物复合泡沫的方法及其制备的纤维素
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矿物复合泡沫，以有效解决上述问题。
[0009]具体技术方案如下：
[0010]本专利技术的第一个方面是提供一种常压室温干燥制备纤维素
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矿物复合泡沫的方法，具有这样的特征，包括如下步骤：
[0011]1)于室温、搅拌状态下将纤维素溶解于预冷的氢氧化钠/尿素水溶液中，混合均匀，依次加入化学交联剂、矿物粉末，混合均匀，得到稳定的纤维素
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矿物分散液；
[0012]2)将步骤1)中纤维素
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矿物分散液脱气后倒入模具中，凝胶化形成纤维素
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矿物水凝胶；
[0013]3)将步骤2)中纤维素
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矿物水凝胶置于去离子水中浸泡至呈中性，随后将中性水凝胶进行冻融处理，再经常压室温下干燥，即可获得纤维素
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矿物复合泡沫。
[0014]上述的方法，还具有这样的特征，步骤1)氢氧化钠/尿素水溶液的温度为
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12℃，且水溶液中氢氧化钠质量分数为7wt％、尿素质量分数为12wt％，且氢氧化钠/尿素水溶液与纤维素的质量比为(80～100):(1～5)。
[0015]上述的方法，还具有这样的特征，步骤1)中矿物为含四配位铝的层状硅酸盐矿物。
[0016]上述的方法，还具有这样的特征，步骤1)中矿物粉末与纤维素的质量比为(0.05～0.6):1。
[0017]上述的方法，还具有这样的特征，步骤1)中交联剂与纤维素的质量比为(0.05～0.4):1。
[0018]上述的方法，还具有这样的特征，步骤2)中脱气方法为：将纤维素
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矿物分散液置于真空干燥箱中5～10min。
[0019]上述的方法，还具有这样的特征，步骤2)中凝胶化温度为50～80℃，凝胶化时间为2～24h。
[0020]上述的方法，还具有这样的特征，步骤3)中冻融温度为
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20～
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60℃，冻融时长为2～6h。
[0021]本专利技术的第二个方面是提供一种根据上述方法制备获得的纤维素
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矿物复合泡沫。
[0022]本专利技术中通过温和的搅拌作用将表面有大量暴露的活性位点的铝硅酸盐矿物均匀分散于纤维素溶液中，使其与含羟基的纤维素配合，这不仅可以为纤维素三维网络提供骨架支撑作用，有助于增强纤维素
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矿物泡沫的机械性能和热稳定性，同时还能够与纤维素形成Al
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O
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C配位作用，保障水从复合泡沫中去除过程中泡沫材料的完整三维多孔网络结构的保留。与水分子和纤维素之间的结合能(
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1.237eV，根据密度泛函理论计算获得)相比，由于纤维素
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矿物泡沫中矿物与纤维素之间形成Al
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O
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C配位作用，水分子与纤维素
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矿物之间的结合能大幅降低(
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0.305eV)，使得水分子与纤维素
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矿物之间的相互作用减弱；同时，与水分子在纤维素
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矿物表面的扩散能垒(0.049eV)相比，由于纤维素
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矿物泡沫中矿物与纤维素之间形成Al
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O
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C配位作用，显著降低了水分子在纤维素
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矿物表面的扩散能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种常压室温干燥制备纤维素
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矿物复合泡沫的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)于室温、搅拌状态下将纤维素溶解于预冷的氢氧化钠/尿素水溶液中，混合均匀，加入化学交联剂，混合均匀，再加入矿物粉末，混合均匀，得到稳定的纤维素
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矿物分散液；2)将步骤1)中纤维素
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矿物分散液脱气后倒入模具中，凝胶化形成形成纤维素
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矿物水凝胶；3)将步骤2)中纤维素
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矿物水凝胶置于去离子水中浸泡至呈中性，随后将中性水凝胶进行冻融处理，再在常压室温下干燥，即可获得纤维素
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矿物复合泡沫。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)氢氧化钠/尿素水溶液温度为
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12℃，且水溶液中氢氧化钠质量分数为7wt％、尿素质量分数为12wt％，且氢氧化钠/尿素水溶液与纤维素的质量比为(80～100):(1～5)。3.根据权利要求1或2所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈朝吉，陈露，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
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