[发明专利]一种全生物质复合改性发泡材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全生物质复合改性泡沫材料及其制备方法，属于新型材料技术领域，也属于生态环境材料领域。

背景技术

近年来，具有纳米尺寸的纤维素纳米晶对聚合物材料的改性作用在国内外引起了广泛地关注。纤维素纳米晶是具有高长径比的棒状结晶纳米粒子，并广泛地存在于植物细胞壁之中，这种生物质纳米填料在生物降解性、生物相容性等方面独具优势，并且由于其本身的刚性，可以实现对材料强度与模量的增强效果，因此被广泛地用于增强聚合物材料。

泡沫材料是一种包含大量气孔的低密度材料，可以通过物理与化学发泡方法制得，并广泛地应用于隔音，吸附，缓冲材料以及包装等领域，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）由丁二酸和丁二醇经缩合聚合合成而得，是一种新型生物质材料，并具有生物可降解性，另外由于其具有良好的可加工性，可用于泡沫塑料可以减少污染并降低石油能源的消耗。然而，因泡沫材料基体中含有气孔的缘故，这些泡沫材料机械强度不高，尺寸稳定性也较差，并且随着发泡率的增加，发泡材料的力学性能下降的趋势越明显。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种全生物质复合改性泡沫材料及其方法，以纤维素纳米晶作为纳米填料，显著地提高了该发泡材料的泡孔数量和均匀性，同时也改善了其力学性能。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种全生物质复合改性泡沫材料，它包括由以下原料制备而成，各原料所占的质量百分数为：纤维素纳米晶3～10%，聚丁二酸丁二醇酯83～93%，发泡剂AC 3～5%，氧化锌1～2%。

按上述方案，所述的纤维素纳米晶的结晶度为61～69%，长度为177.42～370.96nm，宽度为21.11～64.52nm。

按上述方案，所述的纤维素纳米晶的制备方法具体包括如下步骤：

（1）将浓硫酸与蒸馏水按体积比为3:7，配制成体积分数为30%的硫酸水溶液，备用；

（2）将浓度为25～28%氨水与蒸馏水按体积比1:4，配制成浓度为5～5.6%的氨水，备用；

（3）按配比20g：175ml选取棉短绒与体积分数为30%的硫酸水溶液，在60℃的条件下，将棉短绒加入到硫酸水溶液中并以100rpm机械搅拌6h，再将所得到的悬浮液通过离心分离后，再进行水洗，并除却上层固体；经过三次水洗后将离心管中得到的下层固体分离出来并加入蒸馏水，得到纤维素纳米晶溶液；在纤维素纳米晶水溶液中缓缓滴入稀释后的氨水，直至ph为5～7，再水洗3次，然后进行均质分散，继而用1000ml的蒸馏水对其进行透析12h，最后将透析后的纤维素纳米晶悬浮液在-54℃下进行冷冻干燥，经过研磨后得到纤维素纳米晶。

本发明所述的纤维素纳米晶是采用硫酸酸解法提取得到的，纤维素纳米晶表面上的羟基与硫酸进行反应，纤维素纳米晶由于分子间的氢键的相互作用，导致结构致密，在离心分离的过程中受重力的影响而存在于离心管的底部，离心管中固体的上面部分为无定形的纤维素，经过2～3次蒸馏水洗涤后，可除去无定形区域纤维素而得到纤维素纳米晶悬浮液；再经过氨水中和/至PH为5～8后，继续用蒸馏水水洗2～3次，再经均质分散后在1000ml的蒸馏水中透析12h，再将其放置于-54℃下冷冻干燥36h，研磨后即可得到纤维素纳米晶。

上述一种全生物质复合改性发泡材料的制备方法，它包括如下步骤：

①按质量百分数分别为纤维素纳米晶3～10%，聚丁二酸丁二醇酯83～93%，发泡剂AC（即偶氮二甲酰胺）3～5%，氧化锌1～2%，选取原料并混合，得到共混物。

②将共混物在密炼机中进行密炼，密炼的工艺条件为：温度120～130℃，转速为10～96rpm，时间为10～30min，得固体混合物；

③将固体混合物在热压机中进行热压复合成型，温度为150～180℃，压力为5～20MPa，时间为3～20min，冷却成型后真空干燥，即得到纤维素纳米晶改性聚酯发泡材料，即全生物质复合改性发泡材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：