[发明专利]具有阴离子表面活性剂的CNF多孔固体材料

说明书

本发明涉及包含纤维素纳米纤维(CNF)和阴离子表面活性剂的多孔固体材料，制备该材料的方法，以及它们的用途。

技术领域

本发明涉及包含纤维素纳米纤维(CNF)和阴离子表面活性剂的多孔固体材料，制备该材料的方法，以及它们的用途。

背景技术

在我们的日常生活中，主要由石油基聚合物制成的大孔及微孔材料用于各类形式和组合物中。这些的实例是建筑物和飞机的绝缘材料以及包装用的聚合物泡沫。用于此类用途的泡沫必须是稳定的、轻质的和容易制造的。

由于对使用可再生材料需求意识的增强，非常需要使用源自可再生资源的聚合物来代替石油基聚合物。纤维素作为地球上最丰富的可再生天然聚合物，具有晶体结构且适合大规模工业化制备方法，因此其拥有独特潜力。植物中的长纳米纤丝填充有具有β-(1-4)-D-吡喃葡萄糖重复单元的纤维素链，根据植物来源，横截面尺寸为5-30nm。纤维素链的并行结构通过氢键结合在一起并形成薄片，从而构成杨氏模量约为130GPa的晶体结构。

考虑到其优异的机械性能，这些纳米纤丝作为新纳米材料的潜在构建块以及作为石油基结构的替代材料是非常有趣的。纤维素纳米纤丝(CNF)可以通过机械分解从木浆中释放出来，通常首先通过酶分解(Henriksson等人，European Polymer Journal，2007,43(8)3434-3441)或化学预处理(Saito等，Biomacromolecules，2007,8(8)2485-2491；等人，Langmuir，2008,24784-795)，以促进纤丝的释放和减少能量需求。文献中的术语不是明确的，纳米纤丝已经被称为例如微纤化纤维素(MFC)，纳米纤维化纤维素(NFC)，和如本文所用的纤维素纳米纤丝(CNF)。

采用胶体粒子来稳定所谓皮克林乳液(Pickering emulsion)中的高能界面已有一个多世纪之久的历史。但这一概念直到最近才应用于制备超稳定湿泡沫和在干燥状态下保存这些结构以保持多孔材料。粒子在部分疏液或疏水时会粘附到气液界面。这是由于它在能量上有利于粒子粘附到气液界面并通过低能固-气区替代部分高能固-液区。优选地，所述粒子以约90°的接触角粘附到界面。这最终是由气-液、气-固和固-液界面张力之间的平衡所决定。由于粒子具有高吸附能，因此它们在界面的吸附倾向比表面活性剂更强。因此，与表面活性剂基体系相比，粒子稳定化泡沫(particle-stabilized foam)表现出优异的稳定性。聚并作用(coalescence)受到吸附的粒子的空间斥力的阻碍，而且界面上形成一层粒子有效阻止气泡收缩和扩张，从而将奥斯瓦尔德熟化降到最低程度并形成持久稳定的泡沫。

WO2007/068127A1公开了如何制备颗粒稳定的泡沫体，其中初始亲液性颗粒通过在颗粒表面上吸附两亲分子而被原位疏液化。这些泡沫体可以被干燥而保存多孔结构(Studart等人，J.Am.Ceram.Soc.，2006，89(6)1771-1789；Gonzenbach等人Angew.Chem.Int.Ed.2006，45，3526–3530；WO2007/068127A1)。用颗粒和非吸附两亲物、常规的非离子表面活性剂或具有与颗粒相同的电荷符号的表面活性剂制备的泡沫不稳定并在数秒钟至数分钟内塌陷(Gonzenbach等人，Langmuir 2006，22，10983-10988)。

WO2014/011112A1公开了从阴离子CNF制备疏水化湿泡沫体，该阴离子CNF通过吸附阳离子疏水性胺，例如正辛胺而疏液化。泡沫体被干燥而保持多孔结构(Cervin，PorousCellulose Materials from Nano Fibrillated Cellulose,Royal Institute ofTechnology,2012；Cervin等人Lightweight and Strong Cellulose Materials Madefrom Aqueous Foams Stabilized by Nanofibrillated Cellulose,Biomacromolecules,2013,14,503-311；WO2014/011112A1)。