[发明专利]一种形态密度可控的纤维素泡沫材料制备方法及其产品

说明书

技术领域

本发明涉及全降解高分子材料技术领域，特别涉及通过改变制品的成型条件来实现对泡沫材料微观形貌和宏观性能的调控。 

背景技术

聚合物泡沫材料是以聚合物材料为基体，其中含有大量泡孔结构的多孔聚合物材料。聚合物泡沫材料的全球需求量预计到2015年将达到1800万吨，其已成为国民经济和日常生活中不可或缺的重要高分子材料。聚合物泡沫材料有质轻、热导率低、隔热性能好、抗冲击性优异、缓冲隔音性能好、比强度高等共同的特性，在金属电极、吸附材料、结构材料、能量吸收材料等领域有广泛的应用。目前常见的聚合物泡沫材料主要有聚氨酯(PUR)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、酚醛树脂(PF)等品种。但以上这些材料均是以石油为原料，这不仅会加速石油资源的枯竭，而且其废弃物不能降解，随之带来的环境问题会严重威胁人类的健康和动植物的生存，阻碍社会和经济的可持续发展。因此，为缓解石油基聚合物材料对石油资源的依赖性，减少固体废弃物带来的环境污染，实现环境与经济的可持续发展，对可再生、可生物降解聚合物泡沫材料的开发不仅成为了学术界的一个研究热点，也成为工业界不断追求的目标。 

纤维素是地球上最古老、最丰富的天然聚合物之一，具有很好的可降解性和生物相容性，其作为原料制备的纤维素泡沫材料近年来受到了研究者们的广泛关注。然而，纤维素分子内和分子间存在大量氢键，导致其熔点高于分解温度，限制了纤维素的熔融加工。目前，溶液加工是制备纤维素泡沫的主要方法。利用溶液加工制备纤维素泡沫材料的方法主要分两类：一类是直接由纤维素纤维来得到泡沫制品。由于纤维素纤维没有经历溶解再生，制品内部为疏松的纤 维状网络结构，材料很软，几乎没有力学强度，极大的限制了其应用。另一类是将纤维素溶解在特殊的溶剂中，经过凝胶化、干燥处理得到泡沫制品。这种方法通过纤维素的溶解和再生，制备的纤维素泡沫拥有纤维状或片状的网络泡孔结构，具有较好的力学性能，其已成为制备纤维素泡沫制品的主要途径。目前，溶解纤维素的溶剂包括铜氨溶液(如Cu(NH₃)₄C(OH)₂络合物)(刘仁庆.纤维素化学基础[M].北京：科学出版社，1985：160)、胺氧化物体系(N-甲基吗啉-N-氧化物)(Rosenau T.et al.Prog.Polym.Sci.2001，26：1763-1837)、氢氧化钠/水(NaOH/H₂O)体系(Roy C.et al.Biomacromolecules.2001，2(03)，687-693)、氯化锂/二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)体系(Ishii D.et al.Biomaromolecules.2003，4(05)，1238-1243)、离子液体(如[BMIM]Cl、[AMIM]Cl)(Zhang H.et al.Macromolecules.2005，38(20)，8272-8277)等，但这些溶剂存在着稳定性差、污染环境、回收困难、价格昂贵等缺点。 

近年来，张俐娜教授成功地发现了纤维素的另一新型绿色环保溶剂-氢氧化钠(或氢氧化锂)/尿素水溶液体系(Zhang L.et al.Journal of Polymer Science：Part B：Polymer Physics，2002，40，1521-1529)。其溶解机理为：氢氧化钠(或氢氧化锂)水合物在低温下与纤维素分子间形成了更稳定的氢键，破坏了纤维素分子内或分子间原有的氢键网络，使纤维素溶解。在溶液中形成了以尿素为包合物主体，而以纤维素与氢氧化钠(或氢氧化锂)水合物为包合体客体(填充物)的管道形包合物(Cai J.et al.Chemphyschem，2007，8(10)，157～21579)。这种新型的溶剂体系不仅使纤维素的溶解加工工艺简便、周期短、成本低，而且所用的化学原料容易回收，可循环使用。这就为制备纤维素泡沫材料提供了一种绿色、环保、高效的新型溶剂。由于纤维素泡沫材料的特点，可以应用于隔热隔音材料、催化剂、生物模板等诸多领域，然而不同的领域对泡沫材料形态密度和性能均有着不同的要求。因此，探索一种形态密度及性能可调控的泡沫材料的可靠生产方法对于拓宽纤维素泡沫材料的应用有着重要的意义。 

发明内容

本发明的目的是提供一种绿色环保的溶剂来制备纤维素泡沫材料的形态密度可控的生产方法，通过改变制品的成型条件来实现对泡沫材料微观形态结构和宏观性能的调控，以获得形态密度不同的最终制品。 

本发明的目的是通过如下的手段实现的。