一种纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纤维素复合材料领域，具体涉及一种纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫的制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，常用的泡沫材料主要有苯板(EPS)、聚氨酯泡沫、珍珠棉等，泡沫材料由于具有质轻、保温、吸声、防震等优点，从而广泛应用于保温材料、隔音材料、包装材料、车船壳体等领域。虽然这些泡沫材料有诸多优点，但由于其存在原料不可再生、生物相容性差以及不可降解等问题，使得现有泡沫材料或多或少的在制造与应用过程中或者废弃后对自然环境造成一定的影响，进而使得材料在某些领域的应用受到限制。纤维素和壳聚糖分别是世界上第一和第二大天然可再生资源，具有环境友好、无毒、可降解等优点，其制品能够被广泛应用于医药、食品包装、生物支架等领域。纳米纤维素是从纤维素资源中分离出的一种具有纳米尺度的线状、针状或者棒状材料，具有高杨氏模量、高强度、高比表面积和低热膨胀系数等优点，可以与一些聚合物进行复合制备成泡沫或者气凝胶材料，并应用于包装隔热、过滤等领域。壳聚糖作为一种绿色环保型聚合物，有带正电荷的氨基基团，能够与纳米纤维素发生静电吸附作用或形成氢键结合。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决传统泡沫、气凝胶等材料生物相容性差、质地较脆以及壳聚糖复合材料热稳定性低的问题，而提供一种纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫的制备方法。
[0004]本发明纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫的制备方法按以下步骤实现:
[0005]一、对含有纤维素的生物质原料进行化学处理，得到纯化纤维素，然后对纯化纤维素进行机械解纤处理，制备纳米纤维素水悬浊液；
[0006]二、将冰醋酸和蒸馏水混合，得到冰醋酸溶液，然后加入壳聚糖，磁力搅拌均匀，得到壳聚糖混合溶液；
[0007]三、将步骤一得到的纳米纤维素水悬浊液与步骤二得到的壳聚糖混合溶液混合，搅拌均匀后得到纳米纤维素/壳聚糖复合溶液；
[0008]四、对纳米纤维素/壳聚糖复合溶液在_20°C下进行低温冷冻处理，得到冻结的混合溶液；
[0009]五、对冻结的混合溶液进行干燥处理，得到纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫；
[0010]其中步骤二所述的冰醋酸溶液的浓度为0.lwt%?4.0wt%，壳聚糖混合溶液中壳聚糖的浓度为0.1wt %?5.0wt %。
[0011]本发明采用冷冻干燥等方法制备出纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫，该纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫是一种具有片层状和三维网状结构的复合材料，具有生物相容性及较大的孔隙率，能够用于医用支架、吸声材料，同时此纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫还具有较小的热导率和热膨胀系数，可用作保温隔热材料以及食品包装材料。
[0012]综上，本发明制备得到的纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫包含以下优点:
[0013]1、本发明制备复合泡沫所使用的纤维素和壳聚糖均为纯天然的生物高分子，无细胞毒性且具备生物相容性；
[0014]2、纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫具有低密度(0.006?0.014g/cm_3)、高比表面积等特点；
[0015]3、本发明所述的纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫的热导率为0.03?0.032w/(mk)，热体积收缩率低，体积收缩率为3%?10%，能够作为一种新型的隔热保温材料；
[0016]4、本发明得到的纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫是一种无细胞毒性、对细胞生长无负作用的绿色复合物，可作为食品包装材料和生物可降解支架；
【附图说明】
[0017]图1为实施例一得到的纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫的扫描电镜图；
[0018]图2为不同质量比的纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫的热导率柱状图。
【具体实施方式】
[0019]【具体实施方式】一:本实施方式纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫的制备方法按以下步骤实施:
[0020]一、对含有纤维素的生物质原料进行化学处理，得到纯化纤维素，然后对纯化纤维素进行机械解纤处理，制备纳米纤维素水悬浊液；
[0021]二、将冰醋酸和蒸馏水混合，得到冰醋酸溶液，然后加入壳聚糖，磁力搅拌均匀，得到壳聚糖混合溶液；
[0022]三、将步骤一得到的纳米纤维素水悬浊液与步骤二得到的壳聚糖混合溶液混合，搅拌均匀后得到纳米纤维素/壳聚糖复合溶液；
[0023]四、对纳米纤维素/壳聚糖复合溶液在_20°C下进行低温冷冻处理，得到冻结的混合溶液；
[0024]五、对冻结的混合溶液进行干燥处理，得到纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫；
[0025]其中步骤二所述的冰醋酸溶液的浓度为0.lwt%?4.0wt%，壳聚糖混合溶液中壳聚糖的浓度为0.1wt %?5.0wt %。
[0026]本实施方式经干燥处理后得到的纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫具有三维网状结构，独特的精细结构能够进一步提高纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫的力学、热学性能。同时由于所具有的绿色无毒、轻质、隔热、吸声、生物相容性好等特点，在生物支架、保温隔热材料、吸声材料、可降解包装材料等领域得到应用。
[0027]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是步骤一所述的含有纤维素的生物质原料为木材、竹材、棉花、麻、细菌纤维素或海鞘纤维素。其它步骤及参数与【具体实施方式】一相同。
[0028]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是步骤一化学处理是依次采用亚氯酸钠溶液处理和碱溶液处理。其它步骤及参数与【具体实施方式】一或二相同。
[0029]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是步骤一所述的机械解纤处理为超声处理、高速搅拌处理、高速研磨处理或高压匀质处理。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0030]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】四不同的是所述的超声处理是以400?2000W的功率处理30?40min。其它步骤及参数与【具体实施方式】四相同。
[0031]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是步骤三纳米纤维素/壳聚糖混合溶液中纳米纤维素与壳聚糖的总质量浓度为0.1%?10.0%。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0032]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】六不同的是步骤三纳米纤维素/壳聚糖混合溶液中纳米纤维素与壳聚糖的总质量浓度为4%?8%。其它步骤及参数与【具体实施方式】六相同。
[0033]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一至七之一不同的是步骤五中所述的干燥处理为冷冻干燥、超临界干燥或临界点干燥。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至七之一相同。
[0034]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】一至八之一不同的是步骤一纳米纤维素水悬浊液中纤维素的质量百分含量为0.1%?5%。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至八之一相同。
[0035]实施例一:本实施例纳米纤维素/壳聚糖复合泡沫的制备方法按以下步骤实施:
[0036]一、对15g杉木木粉通过亚氯酸钠溶液和氢氧化钾溶液进行化学处理，得到纯化纤维素，将纯化纤维素配制成水溶液后以1200W的功率进行超声处理30min，制备质量浓度为1.0wt%的纳米纤维素水悬浊液；
[0037]二、将冰醋酸和蒸馏水混合，得到浓度为1.0wt %的冰醋酸溶液，然后加入壳聚糖，磁力搅拌均匀，得到壳聚糖混合溶液；
[0038]三、将步骤一得到的纳米纤维素水悬浊液与步骤二得到的壳聚糖混合溶液混合，