[發(fā)明專利]一種兼具隔熱、阻燃和生物相容性能的纖維素/羥基磷灰石納米線復(fù)合泡沫的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310542434.3
• 申請日: 2023-05-15
• 公開（公告）號: CN116478446A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張偉業(yè);劉毅;郭洪武;王蓓蓓;龐瑤
• 申請（專利權(quán)）人: 北京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C08J9/28
• 分類號: C08J9/28;C08L97/02;C08K7/08
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 岳東升;金銀實

本發(fā)明公開了一種兼具隔熱、阻燃和生物相容性能的纖維素/羥基磷灰石納米線復(fù)合泡沫的制備方法，包括如下步驟：將干燥的纖維素漿溶解在預(yù)冷的混合溶液中，得到纖維素溶液；將一定量的羥基磷灰石納米線粉末和1,4丁二醇二縮水甘油醚加入纖維素溶液中得到懸浮液，攪拌使其混合均勻，隨后將懸浮液倒入模具中，在60℃下保持2h形成凝膠，然后在去離子水中浸泡，制成中性的纖維素/羥基磷灰石納米線水凝膠；將得到的水凝膠冷凍并在室溫下解凍得到增強水凝膠；將增強水凝膠自然干燥，得到纖維素/羥基磷灰石納米線復(fù)合泡沫。本發(fā)明方法制備工藝簡單，反應(yīng)條件溫和，在工業(yè)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合泡沫的制備方法，具體涉及一種纖維素/羥基磷灰石納米線復(fù)合泡沫的制備方法，屬于復(fù)合材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

泡沫塑料又稱微孔塑料，是整體布滿無數(shù)互相連通或者不連通的微孔而使表觀密度明顯降低的塑料。它具有很多優(yōu)良性能，如比強度高、重量輕、隔熱和吸聲性能好，因而被廣泛的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域。大多數(shù)泡沫塑料是由化石燃料制成的，如聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚氨基甲酸酯。這些材料是很難降解的，泡沫塑料被廢棄后長期殘留在土地中，會影響農(nóng)作物對養(yǎng)分的吸收，造成農(nóng)作物的減產(chǎn)。若直接進(jìn)行焚燒，則會產(chǎn)生大量的黑煙，造成環(huán)境的污染，而且還會產(chǎn)生二噁英這一有毒物質(zhì)，它極難降解，不僅會危害農(nóng)作物，而且對人的致癌性極強。此外，這些石油基泡沫塑料的防火性能很差，使用這些材料存在著極大的消防隱患。因此，開發(fā)環(huán)保、阻燃和生物相容性能的泡沫材料以替代石油基泡沫塑料具有重要的意義。

近年來，像淀粉、殼聚糖和纖維素等天然聚合物材料制成的生物復(fù)合材料因其具有良好的降解性能受到越來越多的關(guān)注。其中，纖維素作為地球上儲量最多的聚合物，它具有高機械性能、低成本和低密度的優(yōu)點成為開發(fā)生物質(zhì)泡沫的有前途的材料。胡的課題組提出了一種通過銅離子交聯(lián)法制備纖維素/石墨泡沫材料。離子交聯(lián)泡沫具有優(yōu)異的水穩(wěn)定性、耐火性能(熱釋放率峰值為214.3kW·m^-2)和低熱導(dǎo)率(0.05W/(mK))。但石墨在地下形成的煤中生產(chǎn)出來，不可再生。羥基磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)是一種具有較高熱穩(wěn)定性和優(yōu)異耐火性能的環(huán)保型無機礦物，是脊椎動物骨骼和牙齒中的成分。羥基磷灰石材料具有許多吸引人的特性，包括(1)具有優(yōu)異的生物相容性因此被廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域；(2)它的熔點高達(dá)1650℃，且熱導(dǎo)率較低，因此在隔熱阻燃等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力十分突出；(3)它具有豐富的活性位點和離子交換能力而成為優(yōu)秀的催化劑載體。傳統(tǒng)的羥基磷灰石材料如納米顆粒、納米片和納米棒的長徑比很小，材料的脆性高、韌性低，無法制成柔軟的紙。朱英杰團(tuán)隊發(fā)展了油酸鈣前驅(qū)體溶劑熱法，成功地合成出直徑為納米尺寸、長徑比超高的羥基磷灰石超長納米線。在真空抽濾過程中，羥基磷灰石超長納米線相互交織進(jìn)行自組裝形成類似織物結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石耐火紙。因此，制備一種纖維素/羥基磷灰石雜化泡沫材料具有重要的應(yīng)用前景。

目前，制備纖維素泡沫的方法多為冷凍干燥和超臨界干燥。例如CN?115490909A公開了一種纖維素/還原氧化石墨烯多孔氣凝膠的制備方法，使用纖維素溶液和還原氧化石墨烯攪拌混合后倒入模具，并在水中成膠后，冷凍干燥，獲得纖維素/還原氧化石墨烯多孔泡沫，可實現(xiàn)對亞甲基藍(lán)染料溶液的良好吸附；專利CN?105017555?B公開了一種纖維素氣凝膠及其雜化氣凝膠的制備方法。將纖維素溶解于氯化鋅水溶液中，離心脫泡，得到均勻透明的纖維素溶液后置入凝固浴中再生，并用溶劑充分洗滌，得到纖維素溶劑凝膠并用超臨界二氧化碳干燥去除纖維素溶劑凝膠中的溶劑，得到纖維素泡沫。上述制備方法通常涉及冷凍干燥和超臨界干燥過程，這不僅需要昂貴的設(shè)備，而且還消耗大量的能源，使最終產(chǎn)品不像聲稱的那樣可持續(xù)。因此，通過一種高效節(jié)能的方法制備，具有優(yōu)異的隔熱、阻燃和生物相容性能的纖維素基泡沫是一個非常迫切的課題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的旨在提出一種環(huán)境干燥的方法利用纖維素制備兼具隔熱、阻燃和生物相容性能的纖維素/羥基磷灰石納米線復(fù)合泡沫。