[发明专利]一种纳米纤维素气凝胶的制备方法及保温隔热材料

说明书

本发明提供了一种纳米纤维素气凝胶的制备方法及保温隔热材料，方法包括：将纤维素原浆和四甲基哌啶氮氧化物、溴化物预处理，得到纤维素混合物；在碱液的存在下，将纤维素混合物和强氧化物进行氧化反应，得到氧化产物；将氧化产物超声后水洗，得到纳米纤维素悬浮液；将纳米纤维素悬浮液和酸化的烷基倍半硅氧烷混合，得到混合液；将混合液雾化，冷冻干燥，得到纳米纤维素气凝胶。该方法以纤维素木浆为原料，将纤维束解聚，得到纳米纤维素悬浮液，并采用原位接枝改性、喷雾和冷冻干燥的方法得到疏水优异的纳米纤维素气凝胶；还具有较低的导热系数，在保温隔热领域有广阔的应用前景。该方法制备成本低，操作简便，可控程度高，可重复性好。

技术领域

本发明涉及保温材料技术领域，尤其涉及一种纳米纤维素气凝胶的制备方法及保温隔热材料。

背景技术

气凝胶是一种用气体为填充介质来替换凝胶中的液体，但不改变凝胶的结构和成分组成的具有纳米或者微米多孔结构的特殊凝聚态材料。其具备高孔隙率和高比表面积等特点，是目前所知的密度最小的固体材料之一，在隔音、保温、吸附和催化剂载体方面应用广泛。尤其是在保温隔热领域，气凝胶多介孔结构可以抑制热空气对流的作用，并利用多迷宫通道的特性分散了绝大部分热传导的作用，是一种优异的保温隔热材料。

气凝胶的种类很多，传统气凝胶有硅系气凝胶，金属系气凝胶，金属氧化物气凝胶等等。纤维素气凝胶作为继无机气凝胶和高分子聚合物气凝胶之后的新一代气凝胶材料，在传统气凝胶优良特性的基础上，发展和展示了其纤维素的一些新的优点(高孔隙率98％,低密度25mg/cm³)，克服了无机气凝胶材料机械性能差的问题，典型的如二氧化硅气凝胶材料。并且天然纤维素是一种可再生资源，在地球上的分布广泛，来源丰富(小麦秸秆、大豆皮、剑麻、细菌等)，具有可降解，无毒以及良好的生物相容性等特点。以天然纤维素为原料的纤维素气凝胶继承了其先天的生物相容性好以及原料低廉可再生等优势，近些年来得到了学者们的关注。

综合已有的专利和文献资料可知，纳米纤维素气凝胶在吸附，载体材料，能源材料等应用及其广泛。Korhonen等人以牛皮纸浆为原料，利用机械破碎的方法得到了纳米纤维素，并将纳米纤维素自组装得到了纳米纤维素气凝胶。当用做浮油吸附材料时，其能够吸附的浮油的体积是纳米纤维素体积的80倍以上，展现出了优异的吸附性能。Junji等人以废旧纸张为原料，采用四甲基哌啶氮氧化物为介导剂，氧化得到了纳米纤维素，并用冷冻干燥的方法得到了纳米纤维素气凝胶。其用于空气过滤材料时，表现出可绝佳的空气净化特性。此外，还有Wan博士将所制备的纳米纤维素气凝胶用于锂离子电池隔膜的应用。由此可知，纳米纤维素的应用范围非常广泛。但是将纳米纤维素功能化设计，并应用于保温隔热领域的研究却很少。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种纳米纤维素气凝胶的制备方法及保温隔热材料，该方法简单，且制得的气凝胶具有优异的疏水性。

本发明提供了一种纳米纤维素气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

将纤维素原浆和四甲基哌啶氮氧化物、溴化物预处理，得到纤维素混合物；

在碱液的存在下，将所述纤维素混合物和强氧化物进行氧化反应，得到氧化产物；

将所述氧化产物超声后水洗，得到纳米纤维素悬浮液；

将纳米纤维素悬浮液和酸化的烷基倍半硅氧烷混合，得到混合液；

将所述混合液雾化，干燥，得到纳米纤维素气凝胶。

优选地，所述纤维素原浆选自木浆纤维素原浆、细菌纤维素原浆、秸秆纤维素原浆和棉花纤维素原浆中的一种或几种。

优选地，所述溴化物选自溴化钠、溴化钾、溴化锂和溴化碘中的一种或几种。

优选地，所述纤维素原浆、四甲基哌啶氮氧化物和溴化物的混合质量比为0.5～4:0.01～0.05:0.05～0.3。