[发明专利]一种基于不同长度分子链混合的全纤维素海绵的制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种基于不同长度分子链混合的全纤维素海绵的制备方法及用途。将短链纤维素和长链纤维素溶解在氢氧化钠/尿素/水混合体系中制成纤维素溶液；将得到的两种纤维素溶液按比例混合并充分搅拌至溶液均匀；向混合纤维素溶液中加入一定质量的无水硫酸钠并搅拌均匀；将混合物装填到模具中，低温冷冻后取出浸泡热水，直至材料漂浮在水面，得到纤维素海绵。本方法以长链纤维素为骨架并构筑“大孔”，短链纤维素为纳米填充物填充在长链纤维素之间并构筑“小孔”，该方法制备出具有分层级多孔结构的纤维素海绵具有良好的弹性和抗疲劳性，可用作水果的保护包装材料。

技术领域

本发明涉纤维素海绵的制备方法，特别涉及一种基于不同长度分子链混合的全纤维素海绵的制备方法及用途。

背景技术

海绵是日常生活中十分常见的多孔材料，因其良好的弹性常常被用作避震材料。传统海绵多以聚氨酯或聚苯乙烯为原材料加工而成，这种海绵虽然性能优异，用途广泛，但其生产原料来源为不可再生的石油，其合成过程不但浪费资源和能源，同时对环境也会有一定污染。这类海绵若是用作食品的保护包装或是人们长期接触使用，也会对人体健康造成伤害。更重要的是，聚氨酯和聚苯乙烯制成的海绵在自然界中无法降解，这一缺点会进一步污染环境，极大增加污染治理成本，因此，开发一种以可再生资源为原料的海绵是研究的热点之一。同时，作为水果保护包装用途的材料，海绵的柔软、弹性以及一定程度的抗疲劳性能是十分重要的特性，具有这些特性的海绵作为包装材料，可以对包裹于内部的水果提供良好的缓冲保护，避免因运输过程中颠簸、碰撞等外力冲击对水果表皮造成不可逆的损伤。同时，海绵的抗疲劳性能将决定其使用寿命。对于多次反复的外力冲击，抗疲劳海绵能够仅产生少量不可逆形变而仍具备弹性，这大大延长了海绵作为水果保护包装材料的安全性和使用寿命。所以，不仅要以可再生资源为原料的海绵，还要考虑到实际应用，让海绵具有柔软、弹性和抗疲劳的特点。

纤维素是自然界中大量存在的物质，大约1/3的高等植物都富含纤维素，例如木头、棉花、亚麻等，随着植物通过光合作用逐渐成长，大量的纤维素被植物自身合成。因此纤维素可以成本很低又十分环保地从自然界中大量获取，充分展示出可再生的特性。纤维素为通过β-1，4-D-糖苷键将葡萄糖重复单位连接形成的线性多糖，这种结构使其具有生物可降解的特点。同时，这种重复葡萄糖单元的结构为纤维素提供了大量的羟基，并且羟基间易形成氢键，这种大量存在的分子间作用力以及纤维素链自身较强的机械性能为纤维素制成海绵材料提供了条件。

目前已经有部分专利报道了关于纤维素海绵的制备方法及其应用，例如申请号为202010820957.6的中国发明公开了一种还在酸盐-羧甲基纤维素凝胶海绵及其制备方法和应用，该方法将一定量的海藻酸钠、羧甲基纤维素、纳米铜粉加入到水中，加入模具中并冷冻干燥得到初始海绵，再将其放入氯化钙溶液中并再次冷冻干燥制得海藻酸盐- 羧甲基纤维素凝胶海绵。再如申请号为201611054226.5的中国发明公开了一种纤维素海绵的制备方法，该方法将羟丙基纤维素经处理后得到具有取代基的羟丙基纤维素，再将其溶解于水中制成溶液并低温加入过硫酸铵和四甲基乙二胺后冷冻储存，冷冻干燥得到纤维素海绵。上述发明仅利用单一纤维素为原料制备海绵，或加入其他非纤维素材料制成海绵，并且对材料的抗疲劳性能没有描述。再如申请号为201110325446.8的中国发明公开了利用剑麻废弃物麻糠和麻头制备纤维素海绵的方法，该方法将剑麻废弃物麻糠和麻头处理后得到麻糠和麻头粉料，再以硫酸钠为成孔剂，再加入脱脂棉，低温老化后将其浸入硫酸/硫酸钠/水体系的凝固浴后，洗净得到剑麻纤维素海绵。该发明没有讨论所制成海绵的机械性能，并且也没有明晰两种纤维素在海绵中起到的作用。

综上所述，纤维素因自身优异的性能适合制成海绵类材料，但关于如何制备出具有弹性，抗疲劳性能良好的纤维素海绵，以及纤维素纤维在海绵材料中起到的作用等问题都没有讨论。因此有必要开发一种方法制备出抗疲劳性能良好的纤维素海绵。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种具有较好弹性、抗疲劳性能的基于不同长度分子链混合的全纤维素海绵的制备方法。

本发明另一目的是提供所述全纤维素海绵的用途。