[发明专利]一种细菌纤维素多孔泡沫材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种细菌纤维素多孔泡沫材料及其制备方法，具体是指一种利用偶氮二甲酰胺(AC发泡剂)制备成型细菌纤维素膜的泡沫材料及其制备方法。

背景技术

细菌纤维素是一种由细菌分泌到细胞外的丝状纤维，它由单纯的葡萄糖缩聚而成，并形成无规排序的网络结构，其纤维直径约为10～100nm，纤维之间的宽度约为70～80nm。因此细菌纤维素作为纳米级生物纤维素有许多十分优异的物理和化学性质。如独特的三维网络结构、纳米级纤维尺寸、超高的吸水性能、良好的力学性能及其优异的生物相容性等，使得细菌纤维可广泛应用于功能材料、纳米杂化材料、模板材料、吸附材料、增强材料、降解材料、医用应用材料等。细菌纤维素在利用于水处理材料、组织工程材料以及防护材料时仍受到一定的限制，其主要的原因在于纳米级无规孔洞无法满足实际的应用要求，例如水处理膜通量就需要膜的孔洞达到微米数量级，骨组织支架材料微米级孔洞则有利用细胞的增长，防护材料则需要通过较大孔洞来维持一定透气量等，因此这些都需要对细菌纤维素的原始纳米级三维网络结构进行修饰，并形成微米级的规整孔洞。

偶氮二甲酰胺(AC发泡剂)由于具有发气量大、无毒、无味等优良特性，已广泛用于制备塑料、橡胶等泡沫材料中。其自身热分解温度可达195～220℃，也可适当添加活性剂复合降低其热分解温度。通常AC发泡剂是以固体粉末的形式加入到未成型的分散原料中，例如在制备聚氯乙烯(PVC)泡沫材料时，先将PVC螺杆熔融挤出后加入AC发泡剂固体颗粒及其活性剂进行充分混合后，倒入模具制片后进行加热发泡；聚丙烯(PP)泡沫材料的制备是在PP原料熔融时添加AC发泡剂和其他助剂，混炼后倒入模具中形成成型样品，然后在187～190℃发泡制得泡沫样品。总之，AC发泡剂是通过以固体粉末状态添加到未成型的原料中然后再进行加热发泡，而不是直接添加分散到已成型产品中而制备发泡材料。目前已报道AC发泡剂可在碱性NaOH溶液条件下进行分解并释放出大量气体，但是该方法仍然是将AC发泡剂添加到未成型的分散原料中混合后再进行发泡，因此需要利用一种新型的制备工艺方法将AC发泡剂均匀地分散到成型细菌纤维素膜并形成多孔泡沫材料。

发明内容

本发明为了克服现有技术所存在的问题，提出一种利用AC发泡剂在成型细菌纤维素膜制备得到的泡沫材料及其具体工艺方法，对于已成型的细菌纤维素膜来说，其主要的难点在于细菌纤维素是一种成型的水凝胶膜，且难以溶解于普通溶剂中，同时若溶解还会造成细菌纤维素膜的力学性能大幅度降低并难以修复，因此不能采用现有技术来制得细菌纤维素发泡材料。同时AC发泡剂固体粉末颗粒是难以很好的分散和进入成型的致密细菌纤维素膜中，且较高的AC热分解温度会破坏细菌纤维素膜自身的结构。本发明通过偶氮二甲酰胺(AC发泡剂)作为发泡剂并添加表面活性剂溶解于NaOH溶液，将成型的细菌纤维素膜充分浸泡在该碱性溶液中，使AC发泡剂完全吸附分散在成型细菌纤维素膜，最后加入稳泡剂聚乙烯醇(PVA)之后加热发泡制备细菌纤维素多孔泡沫材料，所制细菌纤维素泡沫材料孔洞规整，孔径可达5～20μm。本发明有效地将AC发泡剂引入已成形细菌纤维素膜中，且其分解温度适宜，工艺方法简单，制备周期短，并且不破坏原有的细菌纤维素自身化学结构，可应用于多种实用领域。

本发明的一种细菌纤维素多孔泡沫材料内部结构呈现椭圆形孔洞，孔洞之间相互贯通，其孔径为5～20μm。

本发明还提供了一种细菌纤维素泡沫材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)预处理：首先用去离子水将细菌纤维素膜洗涤数遍，直至细菌纤维素膜的pH值为中性，然后将细菌纤维素膜浸泡在质量浓度为1～3％的NaOH碱性溶液中12～24h，取出细菌纤维素膜后备用；

(2)配制发泡溶液：在反应容器中加入AC发泡剂、NaOH和去离子水，其质量比例为3～10∶1～5∶100，充分搅拌溶解后直至变成透明黄色溶液，即配制成发泡溶液；

或者同时加入少量表面活性剂，充分搅拌溶解后直至变成透明黄色溶液，即配制成发泡溶液；所述表面活性剂与AC发泡剂的质量比例为1∶10～15；

(3)浸泡预处理膜：将步骤(1)处理后的细菌纤维素膜浸泡在所述的发泡溶液中，并不断进行搅拌3～5h；

(4)配制聚乙烯醇溶液：称取一定质量的聚乙烯醇固体(PVA)，放置于去离子水中并加热至80～100℃，直至完全溶解并进行保温；所述聚乙烯醇固体与AC发泡剂的质量比例为2～6∶1；