[發明專利]一種雙向梯度制備纖維素基氣凝膠的方法

在審

• 申請號: 201810778779.8
• 申請日: 2018-07-16
• 公開（公告）號: CN110724301A
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發明（設計）人: 陳媛;李改云
• 申請（專利權）人: 中國林業科學研究院木材工業研究所
• 主分類號: C08J9/28
• 分類號: C08J9/28;C08L1/02;C08L1/04;C08K3/22;C08K5/54
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本發明公開了一種雙向梯度制備纖維素基氣凝膠的方法，其目的在于制備具有蜂窩狀結構的纖維素基氣凝膠，實現其高附加值應用。其特征在于，包括如下步驟：1）制作絕熱楔形體放置在塑料模具底部，將模具放在金屬導熱棒上，金屬導熱棒放在液氮容器中；2）纖維素或纖維素基水溶液加入到模具中；3）容器中加入液氮，使溶液冷凍成型；4）干燥并脫模。本發明制備的纖維素氣凝膠在物質吸附、隔熱防護、藥物載體等方面具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種雙向梯度制備纖維素基氣凝膠的方法，該方法操作簡易，獲得的纖維素基氣凝膠，屬于天然高分子領域、也屬于林業工程、包裝工程、新材料領域。

背景技術

氣凝膠是一種新型輕質多孔的功能性氣凝膠，相比與傳統的無機氣凝膠（如硅氣凝膠），氣凝膠不但具有獨特三維網狀結構，同時擁有低密度、高孔隙率、高比表面積、優異的耐熱性、高電導率及力學穩定性。目前，氣凝膠被廣泛的應用于各個領域，例如，用作氣體吸附劑，催化劑載體，油水分離材料等。因此，探索一種經濟環保、工藝簡單、原材料豐富的制備工藝成為氣凝膠材料的研究重點。

纖維素是制備氣凝膠最常見的原材料，其廣泛存在于植物及其加工物、海洋生物和細菌等。其中，植物及其加工物來源最為豐富，包括竹材、木材、棉花、秸稈、草漿、果蔬、廢舊報紙等。木質纖維素的力學性能優良；棉花纖維素純度最高；果蔬纖維素來源廣泛，纖維形態比木材和竹材略差，但比麥草等纖維略強。其他生物質纖維素還包含動物纖維素（如背囊類動物）、細菌纖維素（木醋桿菌等）、海洋生物纖維素（如海鞘纖維素、海藻）。細菌纖維素結構最為均勻，具有很好的生物相容性、形狀記憶能力、高結晶度、良好的透氣性和抗拉伸強度等特性；海洋生物纖維素具有較大的長徑比和良好的韌性、優異的力學性能、熱穩定性、抗腐蝕性及高結晶度。基于纖維素廣泛的資源儲備和優異的性能，它成為制備氣凝膠的理想原料。

探究材料的結構與性能之間的構效關系成為熱門的研究領域，纖維素基氣凝膠的結構對其應用也有著重要的影響。目前，現有的制備氣凝膠的方法主要是冷凍干燥法，其中，冷凍方式包括均勻的冰箱冷凍或液氮冷凍，而干燥過程主要包括真空干燥，臨界點干燥和常壓干燥法等。然而，目前的制備方法多使得氣凝膠呈現各向同性的形態結構，即使是采用單向梯度冷凍制備方法，所得到的氣凝膠呈現各向異性的結構特征，但橫截面依然保持各向同性的結構，這種結構不利于氣凝膠壓縮后的彈性恢復。目前，還沒有采用雙向梯度冷凍方式制備蜂窩狀的纖維素基氣凝膠的報道。該方法操作簡單，環境友好，所制備的蜂窩狀纖維素基氣凝膠，可以應用于儲能、隔音、吸附等具有高附加值的行業。

發明內容

本發明的目的在于提出一種雙向梯度制備纖維素基氣凝膠的方法，其目的在于制備具有蜂窩狀結構的纖維素基氣凝膠，實現其高附加值應用。本發明以纖維素為原材料，采用雙向梯度冷凍方式，制備具有三維各向異性結構的纖維素基氣凝膠。

本發明的目的是通過如下技術方案實現的：

（1）制作絕熱楔形體放置在塑料模具底部，將塑料模具放置在金屬導熱棒上，金屬導熱棒放置在液氮容器中。

（2）取一定量攪拌均勻的纖維素或纖維素基水溶液為原料，將其加入到塑料模具中。

（3）液氮容器中加入一定量的液氮，直至使得模具中的纖維素或纖維素基水溶液冷凍成型。

（4）將冷凍好的纖維素固體塊及模具放入到干燥設備中，干燥一段時間。

（5）干燥后脫模得到規則的蜂窩狀結構纖維素基氣凝膠。