一种纳米纤维素增强大豆油基泡沫塑料的制备方法

摘要

本发明公开了一种纳米纤维素增强大豆油基泡沫塑料的制备方法，该方法包括如下操作步骤：(1)配制质量浓度为0.5％～4％的纳米纤维素悬浮液；向该纳米纤维素悬浮液中加入碳酸氢钠粉末至其质量浓度为1％～10％，室温下磁力搅拌1h，制备得到水相；(2)将环氧大豆油丙烯酸酯：氨基硅烷：过氧化苯甲酰＝1：0.1～0.5：0.004～0.01进行混合，室温下磁力搅拌10min，制备得到油相；(3)将油相与水相按质量比为1:1～5:1进行高速搅拌混合，制备得到大豆油基发泡液；(4)将大豆油基发泡液倒入模具中加热即可发泡并固化形成泡沫塑料。本发明方法工艺简单环保，添加纳米纤维素的工艺有助于发泡并增强泡沫稳定性，所制得大豆油基泡沫塑料综合性能优异，可以应用于隔热缓冲材料等领域。

说明书

技术领域

本发明属于泡沫塑料的制备技术领域，具体涉及一种纳米纤维素增强大豆油基泡沫塑料的制备方法。

背景技术

泡沫塑料作为减震缓冲、隔热保温、隔音材料在包装运输、建筑和家具等领域有着广泛的应用。传统的泡沫塑料主要以酚醛树脂、不饱和树脂、环氧树脂等石油衍生物为原料制备而成。此类泡沫塑料存在不可再生、废弃物难以自然降解等问题，给环境带来严重负担。为此，以可再生资源为原料，制备可生物降解的泡沫塑料具有重要意义。

大豆油来源丰富、价格低廉等特点，以其为原料制备可生物降解的高分子材料正日益引起人们的重视。环氧大豆油丙烯酸酯(AESO)是一种天然大豆油的衍生物，具有价格低廉、疏水成膜性能良好、环境友好等许多优良性能，在涂料、生物降解泡沫及复合材料等领域显示了极大的发展潜力。

目前，利用环氧大豆油丙烯酸酯发泡制备高分子泡沫塑料的报道很多，例如将AESO和稀释剂苯乙烯共聚并发泡形成泡沫塑料(中国塑料，2006，20(5))、将马来酸酐-丙烯酸改性环氧大豆油树脂与苯乙烯通过自由基共聚合制备环境友好型泡沫塑料等(高分子学报，2014(4):540-550)。然而，采用微粒乳化法制备大豆油基发泡液，然后进行发泡制备纳米纤维素增强大豆油基泡沫塑料尚未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米纤维素增强大豆油基泡沫塑料的制备方法，该方法采用添加纳米纤维素的工艺有助于发泡并增强泡沫稳定性，可以使泡沫塑料的力学性能进一步的提高，而且得到的泡沫塑料兼具纳米纤维素的优良特性和AESO疏水反应性能。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

本发明一种纳米纤维素增强大豆油基泡沫塑料的制备方法，包括如下操作步骤：

(1)水相制备：将纳米纤维素加入到去离子水中，采用高速分散机于8000rpm转速下分散5min，配制成质量浓度为0.5％～4％的纳米纤维素悬浮液；向该纳米纤维素悬浮液中加入碳酸氢钠粉末至其质量浓度为1％～10％，室温下磁力搅拌1h，混合均匀，制备得到水相；

(2)油相制备：将环氧大豆油丙烯酸酯、氨基硅烷和过氧化苯甲酰按质量比为：环氧大豆油丙烯酸酯AESO:氨基硅烷:过氧化苯甲酰＝1:0.1～0.5:0.004～0.01，室温下磁力搅拌10min，制备得到油相；

(3)大豆油基发泡液的制备：将步骤(2)的油相与步骤(1)的水相按质量比为：油相:水相＝1:1～5:1混合，并于室温下采用高速乳化机进行搅拌混合，搅拌速率为5000r/min～15000r/min，搅拌时间为5min～10min，制备得到大豆油基发泡液；

(4)将步骤(3)制得的大豆油基发泡液倒入模具中，于80～110℃下加热30～60min即可发泡并固化形成泡沫塑料。

步骤(1)中，所述纳米纤维素由漂白针叶木纤维、漂白阔叶木纤维、漂白蔗渣纤维、漂白竹纤维或棉纤维采用机械研磨法、高压均质法或化学氧化法制备得到直径2-20nm、长度0.1-100μm的纳米纤维素。

步骤(2)中，所述氨基硅烷包括氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明制备工艺简单、环保、低成本且实用性强，添加纳米纤维素的工艺有助于发泡并增强泡沫稳定性，可以使泡沫塑料的力学性能进一步的提高，并有利于降低成本、提高泡沫生物降解性。

2)本发明方法得到的纳米纤维素增强大豆油基泡沫塑料，兼具纳米纤维素的优良特性和AESO疏水反应性能，可以在较温和的条件下发泡固化形成泡沫塑料，所制得的大豆油基泡沫塑料综合性能优异，可以应用于缓冲包装材料以及隔热隔音材料等领域。

附图说明

图1为实施例1制备得到的纳米纤维素增强大豆油基泡沫塑料的SEM显微镜图。

具体实施方式

以下实例是用来更好的说明本发明，但本发明的保护范围不限于以下实例：

实施例1

以漂白蔗渣纤维为原料采用机械研磨法制备直径2～20nm、长度0.1～100μm的纳米纤维素；将纳米纤维素加入到去离子水中，采用高速分散机于8000rpm转速下分散5min，配制成质量浓度为3％的纳米纤维素悬浮液；向该纳米纤维素悬浮液中加入碳酸氢钠粉末至其质量浓度为5％，室温下磁力搅拌1h，混合均匀，制备得到水相；将环氧大豆油丙烯酸酯AESO、氨基硅烷和过氧化苯甲酰按质量比为：环氧大豆油丙烯酸酯AESO：氨丙基三甲氧基硅烷：过氧化苯甲酰＝1：0.2：0.004的进行混合，室温下磁力搅拌10min，制备得到油相；将油相和水相按照质量比为1:1进行混合，于室温下采用高速乳化机进行搅拌混合，搅拌速率为8000r/min，搅拌时间为8min，制备得到大豆油基发泡液；将大豆油基发泡液倒入模具中，于90℃下加热40min即可发泡并固化形成泡沫塑料。

本实例制备得到的纳米纤维素增强大豆油基泡沫塑料的密度为0.12g/cm³，压缩强度为574kPa，土埋90天后失重率为20.5％。

实施例2

以棉短绒微晶纤维为原料采用高压均质法制备直径2～20nm、长度0.1～1μm的纳米纤维素；将纳米纤维素加入到去离子水中，采用高速分散机于8000rpm转速下分散5min，配制成质量浓度为0.5％的纳米纤维素悬浮液；向该纳米纤维素悬浮液中加入碳酸氢钠粉末至其质量浓度为10％，室温下磁力搅拌1h，混合均匀，制备得到水相；将环氧大豆油丙烯酸酯AESO、氨基硅烷和过氧化苯甲酰按质量比为：环氧大豆油丙烯酸酯AESO：氨丙基三乙氧基硅烷：过氧化苯甲酰＝1：0.1：0.01的进行混合，室温下磁力搅拌10min，制备得到油相；将油相和水相按照质量比为2:1进行混合，于室温下采用高速乳化机进行搅拌混合，搅拌速率为5000r/min，搅拌时间为10min，制备得到大豆油基发泡液；将大豆油基发泡液倒入模具中，于110℃下加热30min即可发泡并固化形成泡沫塑料。

本实例制备得到的纳米纤维素增强大豆油基泡沫塑料的密度为0.19g/cm³，压缩强度为1074kPa，土埋90天后失重率为19.9％。

实施例3

以漂白阔叶木纤维为原料采用化学氧化法制备直径2～20nm、长度0.1～100μm的纳米纤维素；将纳米纤维素加入到去离子水中，采用高速分散机于8000rpm转速下分散5min，配制成质量浓度为1.5％的纳米纤维素悬浮液；向该纳米纤维素悬浮液中加入碳酸氢钠粉末至其质量浓度为1％，室温下磁力搅拌1h，混合均匀，制备得到水相；将环氧大豆油丙烯酸酯AESO、氨基硅烷和过氧化苯甲酰按质量比为：环氧大豆油丙烯酸酯AESO：氨丙基三甲氧基硅烷：过氧化苯甲酰＝1：0.3：0.008的进行混合，室温下磁力搅拌10min，制备得到油相；将油相和水相按照质量比为5:1进行混合，于室温下采用高速乳化机进行搅拌混合，搅拌速率为10000r/min，搅拌时间为5min，制备得到大豆油基发泡液；将大豆油基发泡液倒入模具中，于80℃下加热60min即可发泡并固化形成泡沫塑料。

本实例制备得到的纳米纤维素增强大豆油基泡沫塑料的密度为0.33g/cm³，压缩强度为1943kPa，土埋90天后失重率为17.6％。

实施例4

以漂白针叶木纤维为原料采用机械研磨法制备直径2～20nm、长度0.1～100μm的纳米纤维素；将纳米纤维素加入到去离子水中，采用高速分散机于8000rpm转速下分散5min，配制成质量浓度为4％的纳米纤维素悬浮液；向该纳米纤维素悬浮液中加入碳酸氢钠粉末至其质量浓度为5％，室温下磁力搅拌1h，混合均匀，制备得到水相；将环氧大豆油丙烯酸酯AESO、氨基硅烷和过氧化苯甲酰按质量比为：环氧大豆油丙烯酸酯AESO：氨丙基三乙氧基硅烷：过氧化苯甲酰＝1：0.5：0.01的进行混合，室温下磁力搅拌10min，制备得到油相；将油相和水相按照质量比为3:1进行混合，于室温下采用高速乳化机进行搅拌混合，搅拌速率为15000r/min，搅拌时间为5min，制备得到大豆油基发泡液；将大豆油基发泡液倒入模具中，于100℃下加热30min即可发泡并固化形成泡沫塑料。

本实例制备得到的纳米纤维素增强大豆油基泡沫塑料的密度为0.25g/cm³，压缩强度为1336kPa，土埋90天后失重率为11.8％。