[发明专利]一种轻质高强纤维素气凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维素气凝胶的制备方法。

背景技术

气凝胶是一种用气体代替凝胶中的液体而本质上不改变凝胶本身的网络结构或体积的特殊凝胶，是水凝胶或有机凝胶干燥后的产物。它具有纳米级的多孔结构和高孔隙率等特点，是目前所知密度最小的固体材料之一。由于气凝胶材料的分散介质是气体，且作为凝胶网络骨架的固体相，以及网络的空隙结构均为纳米级别，这种连续三维纳米网络结构使其具有独特的性能，如高孔隙率，高比表面积，低热传导系数，低介电常数，低光折射率，低声速等。这些独特的性质不仅使得该材料在基础研究中引起人们兴趣，而且在许多领域蕴藏着广泛的应用前景。

在经过无机气凝胶如SiO₂气凝胶和有机气凝胶如间苯二酚/甲醛（RF）和三聚氰胺/甲醛（MF）气凝胶的发展，纤维素气凝胶作为新生的第三代气凝胶材料，超越了硅气凝胶和聚合物基气凝胶，在具备传统气凝胶特性的同时融入了自身的优异性能，如良好的生物相容性和可降解性，在制药业、化妆品等方面具有很大的应用，是一个不断发展的生物类聚合物材料，已成为国内外研究者关注的热点。但纤维素气凝胶是利用纤维素分子在超微结构层面上的氢键连接而形成的多孔结构，而纤维素上的许多羟基无法形成有效的氢键作用，使得纤维素气凝胶的强度低，易碎。

综上所述，现有的纤维素气凝胶存在力学强度低，因易碎而不能称重的问题。

发明内容

本发明是要解决现有的纤维素气凝胶力学强度低、易碎不能称重的问题，而提供了一种轻质高强纤维素气凝胶的制备方法。

一种轻质高强纤维素气凝胶的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、按质量份数称取1份～100份的NaOH、0.1份～100份的聚乙二醇、10份～100份的水和2份～50份纤维素；首先将1份～100份的NaOH、0.1份～100份的聚乙二醇和10份～100份的水混合均匀，然后加入2份～50份纤维素，搅拌至完全溶解，得到纤维素溶液；

二、然后将纤维素溶液封装到模具中，于-100℃～-5℃冷冻，冷冻时间为1h～24h，然后将冷冻后的纤维素溶液在0℃～100℃的温度下解融，并在搅拌速度为100r/min～1000r/min下搅拌1h～24h；

三、重复步骤二1次～100次，得到循环处理后的纤维素溶液；

四、将步骤三得到的循环处理后的纤维素溶液加入到酸性溶液中凝胶，得到纤维素凝胶；

五、向纤维素凝胶中依次加入去离子水、无水乙醇和叔丁醇进行置换，得到置换后的纤维素凝胶；

六、将置换后的纤维素凝胶干燥，得到轻质高强的纤维素气凝胶。

本发明的有益效果是：一、本发明制备的纤维素气凝胶强度高，最大载荷可达到50N～200N、密度低（0.01g/cm³～0.1g/cm³），解决了纤维素气凝胶一贯易碎不能承重的缺陷；二、本发明提供的制备方法，制备过程简单，不需要昂贵设备，原料来源广泛、成本低廉且环保绿色，制备方法安全性高，不会给环境带来污染；三、本发明所用纤维素来源广泛，可选择范围大。

本发明用于一种轻质高强纤维素气凝胶的制备方法。

附图说明

图1为实施例一制备得到的轻质高强纤维素气凝胶的宏观照片图；

图2为实施例一制备得到的轻质高强纤维素气凝胶的SEM图；

图3为实施例一制备得到的轻质高强纤维素气凝胶的承重图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式所述的一种轻质高强纤维素气凝胶的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、按质量份数称取1份～100份的NaOH、0.1份～100份的聚乙二醇、10份～100份的水和2份～50份纤维素；首先将1份～100份的NaOH、0.1份～100份的聚乙二醇和10份～100份的水混合均匀，然后加入2份～50份纤维素，搅拌至完全溶解，得到纤维素溶液；

二、然后将纤维素溶液封装到模具中，于-100℃～-5℃冷冻，冷冻时间为1h～24h，然后将冷冻后的纤维素溶液在0℃～100℃的温度下解融，并在搅拌速度为100r/min～1000r/min下搅拌1h～24h；

三、重复步骤二1次～100次，得到循环处理后的纤维素溶液；

四、将步骤三得到的循环处理后的纤维素溶液加入到酸性溶液中凝胶，得到纤维素凝胶；