[发明专利]一种常压制备的生物基泡沫材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种常压制备的生物基泡沫材料及其制备方法和应用，所述生物基泡沫材料包括纤维素基体；所述生物基泡沫材料的孔径为5～800μm。所述生物基泡沫材料具有良好的轻质性和力学强度，以及优异的人体亲和性和生物可降解性，是一种绿色环保的多孔泡沫材料。所述生物基泡沫材料中还包括功能填料和其他添加剂，使其在力学、电学、热学或生物医药等领域具有广泛应用。所述生物基泡沫材料可在常压中制备得到，无需采用发泡设备，无需加入化学发泡剂，无需特殊气氛，也无需使用冷冻干燥机等对真空度要求较高的设备，制备工艺简单、操作成本低，不需依靠支撑物，可大面积大规模生产，适用于大规模的工业化生产。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种常压制备的生物基泡沫材料及其制备方法和应用。

背景技术

泡沫材料是由大量气体微孔分散于固相材料中而形成的一类多孔轻质材料，主要包括金属基、碳基和高分子基泡沫材料，具有隔热、质轻、吸音和减震等特性。目前应用广泛的泡沫材料大部分以化学合成材料作为基体，缺乏相应的降解性和生物相容性。以常用的聚氨酯泡沫为例，聚氨酯泡沫的生物降解性差，后期处理成本高，环保性欠佳。因此，开发更加绿色环保的泡沫材料已成为迫切的需要。

纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种天然高分子化合物，生产原料来源于木材、棉花、棉短绒、麦草、稻草、芦苇、麻、桑皮和甘蔗渣等，具有很好的可降解性和生物相容性，其作为原料制备的纤维素泡沫材料近年来受到了研究者们的广泛关注。CN103131038A公开了一种木质纤维素泡沫材料的制备方法，所述制备方法为：首先将木质纤维素粉碎得到20～200目的木粉，然后将其加入到水中进行研磨分散，得到木质纤维素水分散液；再对木质纤维素水分散液进行冷冻干燥处理，即得到木质纤维素泡沫材料。所述制备方法简单，且原料价格低廉，降低了制备成本，而且不会造成污染，具有环保特性。CN107915860A公开了一种纳米纤维素微孔泡沫材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：向微晶纤维素溶液中滴加浓硫酸，搅拌、离心，并在冰水浴中超声，调节pH值至中性，制得纳米晶纤维素(NCC)悬浮液；将NCC悬浮液加入到PEG水溶液中混匀并真空干燥，制得PEG/NCC复合填充剂；将PLA和PEG/NCC复合填充剂在密炼机熔融共混，得到PLA/NCC复合材料；再将PLA/NCC复合材料和纯PLA材料在超临界二氧化碳中浸泡泄压、发泡，得到PLA/NCC微孔泡沫材料。所述制备方法得到的泡沫材料密集度均匀，形态完整，泡孔均匀。CN105566659A公开了一种氧化石墨烯/纳米纤维素气凝胶及其制备方法和应用，所述制备方法包括：将纳米纤维素分散于盐酸中制成纳米纤维素分散液；将氧化石墨烯分散液与纳米纤维素分散液混匀，在170～190℃下进行水热反应，得到水凝胶；将水凝胶进行冷冻干燥，即得。所述气凝胶具有直径大小不一的多孔结构，对苯酚水溶液中的苯酚具有较好的去除效果。

结合以上现有技术可知，目前泡沫材料的制备工艺以物理化学发泡法为主，其中包括超临界发泡成型法、化学气相沉积法、水热法或冷冻干燥法等。然而，上述这些制备方法中往往需要高能耗且价格昂贵的仪器设备，例如精密的反应釜、化学气相沉积设备、冷冻干燥机和超临界注塑机；同时，上述制备方法对成型的操作或者环境具有比较严苛的要求，例如要求特别的气氛(如二氧化碳或氮气)、特定的气压(如真空)以及低温或高温环境；此外，现有的泡沫材料制备方法对纳米或微米尺度的材料的加工处理也存在局限性，难以实现有效地分散，例如高分子基泡沫中的纳米填料浓度较低，分散较差，界面结合能力不强。以上这些局限性在一定程度上限制了泡沫材料的大尺寸制备，也限制了泡沫材料的大规模生产及应用。

因此，开发一种制备方法简单、成本能耗低、绿色环保的泡沫材料，是本领域的研究重点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种常压制备的生物基泡沫材料及其制备方法和应用，所述生物基泡沫材料包括纤维素基体，具有绿色环保、降解性和生物相容性好的特点，且其能够在常压下制备得到，生产成本和能耗低，具有大规模工业化应用的前景。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：