本發(fā)明屬于生物質(zhì)泡沫材料領(lǐng)域，具體涉及的是一種納米纖維素(NFC)增強(qiáng)的紙漿泡沫材料及其制備方法，
背景技術(shù)：
紙漿(pulp)是造紙工業(yè)的產(chǎn)品，是以植物纖維為原料，經(jīng)不同加工方法制得的纖維狀物質(zhì)，是一種可再生的材料。NFC是以紙漿為原料經(jīng)過化學(xué)或機(jī)械處理得到的納米級(jí)的纖維素材料，具有很高的長(zhǎng)徑比和機(jī)械強(qiáng)度，是一種新型的生物質(zhì)納米材料。紙漿泡沫原料來(lái)源豐富，制備過程環(huán)境友好，而且可以降解，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。
目前，國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究有：中國(guó)專利CN 105885097 A公布了一種硬質(zhì)交聯(lián)防火保溫納米纖維素泡沫；中國(guó)專利CN 102875836 B公布了一種形態(tài)密度可控的纖維素泡沫材料制備方法及其產(chǎn)品；中國(guó)專利CN 103131038 B公布了一種木質(zhì)纖維素泡沫材料的制備方法。
目前，紙漿泡沫材料的制備方法大多采用冷凍干燥，但是成本高，從而導(dǎo)致紙漿泡沫材料的應(yīng)用受到較大的限制。另外，紙漿泡沫材料存在壓縮強(qiáng)度小的問題，所以需要增強(qiáng)其壓縮強(qiáng)度來(lái)拓展應(yīng)用空間。添加少量的NFC可增強(qiáng)紙漿泡沫的壓縮強(qiáng)度，該技術(shù)成本相對(duì)較低。
公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種NFC增強(qiáng)的紙漿泡沫材料及其制備方法，該NFC增強(qiáng)的紙漿泡沫材料綠色環(huán)保，原料為可再生資源，而且可降解。利用本方法制備NFC增強(qiáng)的紙漿泡沫材料較未添加NFC的紙漿泡沫材料的壓縮強(qiáng)度明顯增加，而且過程環(huán)境友好。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種納米纖維素增強(qiáng)的紙漿泡沫材料，按重量份比包括以下組分：紙漿0.5-2.5份、NFC 0.005-0.040份、表面活性劑0.005-0.125份、陽(yáng)離子聚丙烯酰胺0.0005-0.0125份和水97.4-99.5份。
作為優(yōu)選，所述的紙漿為漂白的木漿、草漿、麻漿、葦漿、蔗漿和竹漿中的任一種。
作為優(yōu)選，所述表面活性劑為吐溫80或十二烷基硫酸鈉。
本發(fā)明還提供了所述的納米纖維素增強(qiáng)的紙漿泡沫材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)取0.005-0.040份NFC加入10份水中，利用高剪切均質(zhì)機(jī)均勻分散，得到NFC水溶液；
(2)按重量份比稱取0.5-2.5份紙漿和余量的水，機(jī)械攪拌均勻分散，得到紙漿水溶液；
(3)將步驟(1)中得到的NFC水溶液倒入步驟(2)得到的紙漿水溶液中進(jìn)行攪拌，攪拌速度為500-5000r/min，攪拌時(shí)間0.5-2.0h；
(4)添加表面活性劑，通過機(jī)械攪拌發(fā)泡，得到紙漿發(fā)泡溶液；
(5)取0.0005-0.0125份陽(yáng)離子聚丙烯酰胺添加到步驟(4)得到的紙漿發(fā)泡溶液中；
(6)繼續(xù)攪拌0.5-2.0h，攪拌速度為1000-5000r/min，待攪拌停止后，靜置2-5min，過濾2-5min，倒入模具，置于烘箱中干燥，即得到NFC增強(qiáng)的紙漿泡沫材料。
作為優(yōu)選，步驟(1)中高剪切均質(zhì)機(jī)的轉(zhuǎn)速為8000-15000r/min，分散時(shí)間為2-10min。
作為優(yōu)選，步驟(2)中機(jī)械攪拌的轉(zhuǎn)速為500-5000r/min，攪拌時(shí)間0.5-2.0h。
作為優(yōu)選，步驟(4)中機(jī)械攪拌發(fā)泡的攪拌速度為1000-5000r/min，發(fā)泡時(shí)間為0.5-5.0h。
作為優(yōu)選，步驟(6)中烘箱的溫度為50-100℃，干燥時(shí)間為7-20h。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
本發(fā)明的NFC增強(qiáng)的紙漿泡沫材料低密度、高孔隙率、綠色可降解、壓縮強(qiáng)度較高；制備方法原料來(lái)源豐富、操作簡(jiǎn)單易行、成本低，制備工藝綠色環(huán)保。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。在不背離本發(fā)明精神和本質(zhì)的情況下，對(duì)本發(fā)明方法、步驟或條件所作的修改或替換，均屬于本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例中涉及到原料的簡(jiǎn)稱如下：納米纖維素(NFC)。
實(shí)施例1：
一種納米纖維素增強(qiáng)的紙漿泡沫材料，按重量份比包括以下組分：紙漿0.5份、NFC 0.005份、表面活性劑0.005份、陽(yáng)離子聚丙烯酰胺0.0005份和水97.4份；所述的紙漿為漂白的木漿；所述表面活性劑為吐溫80。
所述的納米纖維素增強(qiáng)的紙漿泡沫材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)取NFC加入10份水中，利用高剪切均質(zhì)機(jī)均勻分散，得到NFC水溶液；高剪切均質(zhì)機(jī)的轉(zhuǎn)速為8000r/min，分散時(shí)間為2min；
(2)按重量份比稱取紙漿和余量的水，機(jī)械攪拌均勻分散，得到紙漿水溶液；機(jī)械攪拌的轉(zhuǎn)速為500r/min，攪拌時(shí)間0.5h；
(3)將步驟(1)中得到的NFC水溶液倒入步驟(2)得到的紙漿水溶液中進(jìn)行攪拌，攪拌速度為500r/min，攪拌時(shí)間0.5h；
(4)添加表面活性劑，通過機(jī)械攪拌發(fā)泡，得到紙漿發(fā)泡溶液；機(jī)械攪拌發(fā)泡的攪拌速度為1000r/min，發(fā)泡時(shí)間為0.5h；
(5)取0.0005份陽(yáng)離子聚丙烯酰胺添加到步驟(4)得到的紙漿發(fā)泡溶液中；
(6)繼續(xù)攪拌0.5h，攪拌速度為1000r/min，待攪拌停止后，靜置2min，過濾2min，倒入模具，置于烘箱中干燥，即得到NFC增強(qiáng)的紙漿泡沫材料；烘箱的溫度為50℃，干燥時(shí)間為7h。
實(shí)施例2：
一種納米纖維素增強(qiáng)的紙漿泡沫材料，按重量份比包括以下組分：紙漿2.5份、NFC 0.040份、表面活性劑0.125份、陽(yáng)離子聚丙烯酰胺0.0125份和水99.5份；所述的紙漿為漂白的草漿；所述表面活性劑為十二烷基硫酸鈉。
所述的納米纖維素增強(qiáng)的紙漿泡沫材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)取NFC加入10份水中，利用高剪切均質(zhì)機(jī)均勻分散，得到NFC水溶液；高剪切均質(zhì)機(jī)的轉(zhuǎn)速為15000r/min，分散時(shí)間為10min；
(2)按重量份比稱取紙漿和余量的水，機(jī)械攪拌均勻分散，得到紙漿水溶液；機(jī)械攪拌的轉(zhuǎn)速為5000r/min，攪拌時(shí)間2.0h；
(3)將步驟(1)中得到的NFC水溶液倒入步驟(2)得到的紙漿水溶液中進(jìn)行攪拌，攪拌速度為5000r/min，攪拌時(shí)間2.0h；
(4)添加表面活性劑，通過機(jī)械攪拌發(fā)泡，得到紙漿發(fā)泡溶液；機(jī)械攪拌發(fā)泡的攪拌速度為5000r/min，發(fā)泡時(shí)間為5.0h；
(5)取0.0125份陽(yáng)離子聚丙烯酰胺添加到步驟(4)得到的紙漿發(fā)泡溶液中；
(6)繼續(xù)攪拌2.0h，攪拌速度為5000r/min，待攪拌停止后，靜置5min，過濾5min，倒入模具，置于烘箱中干燥，即得到NFC增強(qiáng)的紙漿泡沫材料；烘箱的溫度為100℃，干燥時(shí)間為20h。
實(shí)施例3：
一種納米纖維素增強(qiáng)的紙漿泡沫材料，按重量份比包括以下組分：紙漿1.0份、NFC 0.020份、表面活性劑0.05份、陽(yáng)離子聚丙烯酰胺0.005份和水98份；所述的紙漿為漂白的竹漿；所述表面活性劑為吐溫80。
所述的納米纖維素增強(qiáng)的紙漿泡沫材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)取NFC加入10份水中，利用高剪切均質(zhì)機(jī)均勻分散，得到NFC水溶液；高剪切均質(zhì)機(jī)的轉(zhuǎn)速為10000r/min，分散時(shí)間為5min；
(2)按重量份比稱取紙漿和余量的水，機(jī)械攪拌均勻分散，得到紙漿水溶液；機(jī)械攪拌的轉(zhuǎn)速為3000r/min，攪拌時(shí)間1.0h；
(3)將步驟(1)中得到的NFC水溶液倒入步驟(2)得到的紙漿水溶液中進(jìn)行攪拌，攪拌速度為2000r/min，攪拌時(shí)間1.0h；
(4)添加表面活性劑，通過機(jī)械攪拌發(fā)泡，得到紙漿發(fā)泡溶液；機(jī)械攪拌發(fā)泡的攪拌速度為3000r/min，發(fā)泡時(shí)間為2.0h；
(5)取0.005份陽(yáng)離子聚丙烯酰胺添加到步驟(4)得到的紙漿發(fā)泡溶液中；
(6)繼續(xù)攪拌1.0h，攪拌速度為2000r/min，待攪拌停止后，靜置4min，過濾3min，倒入模具，置于烘箱中干燥，即得到NFC增強(qiáng)的紙漿泡沫材料；烘箱的溫度為70℃，干燥時(shí)間為12h。
將實(shí)施例1-3得到的納米纖維素增強(qiáng)的紙漿泡沫材料進(jìn)行理化性能測(cè)定，各理化指標(biāo)見表1。
表1本發(fā)明的納米纖維素增強(qiáng)的紙漿泡沫材料的理化指標(biāo)
注：對(duì)照是未加入NFC的紙漿泡沫材料，其它條件均相同。
由表1可知，本發(fā)明的納米纖維素增強(qiáng)的紙漿泡沫材料的壓縮強(qiáng)度均在12kPa以上，明顯優(yōu)于對(duì)照，是一種性能良好、較為理想的紙漿泡沫材料。
前述對(duì)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述并非想將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進(jìn)行很多改變和變化。對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實(shí)施方案以及各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書及其等同形式所限定。