[发明专利]一种纤维素复合气凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种纤维素复合气凝胶及其制备方法与应用，纤维素复合气凝胶的制备包括以下步骤：S1.将微晶纤维素分散于溶剂中，‑10℃～‑20℃下冷冻后解冻，得到微晶纤维素溶液；S2.以微晶纤维素溶液、改性材料的水溶液为原料，加入交联剂，进行交联反应，得到纤维素复合水凝胶粗品；S3.将纤维素复合水凝胶粗品用清洗液清洗，并于清洗液中溶胀平衡，得到纤维素复合水凝胶；S4.将纤维素复合水凝胶于‑20～‑30℃下冷冻形成纤维素复合水凝胶冻胶，而后在‑50℃～‑70℃，压强≤23Pa条件下冷冻干燥，即得纤维素复合气凝胶；其中，改性材料为聚乙烯醇或聚乙二醇，得到的纤维素复合气凝胶作为吸声材料力学性能好、吸声性能优异。

技术领域

本发明涉及吸声材料领域，尤其是涉及一种纤维素复合气凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

噪声污染已成为除水污染，大气污染，土壤污染外人们所关注的问题。因其不同的生产环境，噪声可分为工业噪声，交通噪声，建筑噪声和生活噪声，不同程度的干扰着人们的正常生活。

气凝胶是一种固体物质形态，由于具有低声速特性，使其成为一种理想的声学延迟或高效隔音材料，气凝胶内部充满了两端开放并与表面相通的纳米孔，因此声音在其中传播时，声能将被其大量存在的孔壁大大消耗，这使得气凝胶具有比普通多孔材料高数十倍的吸声效果，气凝胶作为一种新型吸声材料，不但吸声效果更好，且超轻质，无污染，其用途将非常广泛，尤其是纤维素气凝胶，其高孔隙率、大比表面积、低密度、高绝缘性、低导热性、可持续性、生物可降解性和低成本等特点成为生物聚合物材料中的领跑者。因此，纤维素气凝胶特殊的开孔结构使其也常用于建筑和飞机的声学设计，以吸收声波，丰富的孔隙，可以增加声能在材料中的传播路径，从而使更多的声能得以耗散。

但由于纤维素链具有刚性的特点，制备得到的纤维素气凝胶较脆，孔径分布不均匀，力学性能较差，需要对其进行改性以增强纤维素气凝胶机械性能，可以更好的维持内部孔状结构，近而提升其吸声性能。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种纤维素复合气凝胶及其制备方法与应用，力学性能好、吸声性能优异。

为达到上述技术目的，本申请采用以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种纤维素复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

S1.将微晶纤维素分散于溶剂中，-10℃～-20℃下冷冻后解冻，得到微晶纤维素溶液；

S2.以微晶纤维素溶液、改性材料的水溶液为原料，加入交联剂，进行交联反应，得到纤维素复合水凝胶粗品；

S3.将纤维素复合水凝胶粗品用清洗液清洗，并于清洗液中溶胀平衡，得到纤维素复合水凝胶；

S4.将纤维素复合水凝胶于-20～-30℃下冷冻形成纤维素复合水凝胶冻胶，而后在-50℃～-70℃，压强≤23Pa条件下冷冻干燥，即得纤维素复合气凝胶；

其中，改性材料为聚乙烯醇或聚乙二醇，优选的，改性材料为聚乙烯醇。

优选的，步骤S1中，溶剂为NaOH，尿素和去离子水的混合物。

优选的，步骤S3中，清洗液为乙醇的水溶液。

优选的，步骤S4中，压强为23Pa。

优选的，微晶纤维素的粒径为50±5μm。

优选的，交联剂包括N,N-二甲基双丙烯酰胺、丁二醇二缩水甘油醚、戊二醛、环氧氯丙烷中的一种或几种。

优选的，微晶纤维素与改性材料的质量比为1-4:1-2，更为优选的，微晶纤维素与改性材料的质量比为1:2。

优选的，微晶纤维素溶液中，微晶纤维素的质量占比为2～8％，更为优选的，微晶纤维素的质量占比为4％。