本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及一種纖維素基泡沫及其制備方法，特別涉及一種無(wú)遷移抗菌纖維素基泡沫及其制備方法。

背景技術(shù)：

多孔泡沫材料是由大量氣體微孔分散于固體塑料中而形成的一類高分子材料，具有質(zhì)輕、隔熱、吸音、減震、耐潮、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，用途很廣。目前，傳統(tǒng)泡沫材料的基本組分為合成塑料，本身難以降解，導(dǎo)致白色污染，嚴(yán)重破壞了人類的生存環(huán)境，因此為了克服這種缺點(diǎn)，開發(fā)和應(yīng)用可再生、可降解的天然生物質(zhì)基泡沫材料將在很大程度上降低環(huán)境污染程度，減少對(duì)石化資源的依賴。纖維素主要來源于綠色植物的細(xì)胞中，是自然界中分布最廣、儲(chǔ)量最豐富且可再生的天然高分子物質(zhì)，以其作為基材制備泡沫材料，即可以保留泡沫材料的優(yōu)良性能，又減少對(duì)石化資源的依賴及對(duì)環(huán)境的污染。目前，已有報(bào)道將部分植物纖維(<10wt％)與合成塑料復(fù)合制備環(huán)保泡沫塑料，但是由于植物纖維含量低，泡沫并不能完全降解。李堅(jiān)等人將木質(zhì)纖維素機(jī)械粉碎后分散在水中，然后對(duì)木質(zhì)纖維素水分散液進(jìn)行冷凍干燥處理制備木質(zhì)纖維素泡沫材料，這種方法只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行小試實(shí)驗(yàn)，而很難在工業(yè)上進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)。纖維素基泡沫材料可用作包裝材料、水處理過濾材料等，在這些場(chǎng)合中，材料需要經(jīng)常與人體表面接觸，或者長(zhǎng)期在水中浸泡，容易引起微生物滋生，影響泡沫材料的使用效果與使用壽命。但是，纖維素基泡沫材料本身不具備抗菌、防霉作用，為拓寬纖維素基泡沫的應(yīng)用領(lǐng)域，將抗菌劑引入到其中，使其具備無(wú)遷移、長(zhǎng)效的抗菌、防霉作用，對(duì)于發(fā)展綠色化學(xué)、促進(jìn)節(jié)能減排和實(shí)現(xiàn)社會(huì)健康、穩(wěn)定的可持續(xù)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。

目前，傳統(tǒng)的抗菌材料的制備主要是在材料中加入特定的有機(jī)小分子或無(wú)機(jī)鹽抗菌劑(以銀系抗菌劑為主)進(jìn)行簡(jiǎn)單物理共混，二者之間主要以弱的鍵合或物理吸附的形式連接，小分子抗菌劑極易遷移到基材表面而流失，導(dǎo)致抗菌性能下降且容易對(duì)環(huán)境造成污染。

抗菌劑根據(jù)其化學(xué)組成的不同，可分為無(wú)機(jī)抗菌劑、有機(jī)抗菌劑、天然抗菌劑和高分子抗菌劑等。無(wú)機(jī)抗菌劑有金屬離子型和氧化物兩大類，優(yōu)點(diǎn)是安全性和耐熱性好，缺點(diǎn)是價(jià)格高、抗菌效率慢。有機(jī)抗菌劑含有季銨鹽類、季磷鹽類、胍類、有機(jī)酸類、苯丙咪唑、酚類、異噻唑啉酮等，優(yōu)點(diǎn)是殺菌速度快、抗菌范圍廣，缺點(diǎn)是耐熱性差、易滲出。天然抗菌劑有殼聚糖、天然萃取物等，優(yōu)點(diǎn)是安全性高、生物相容性好，缺點(diǎn)是抗菌效果和穩(wěn)定性不高。通過反應(yīng)擠出將胍鹽抗菌劑鍵合到淀粉大分子上，得到具有廣譜高效、持久且無(wú)毒的高分子抗菌劑，然后將其應(yīng)用在其他材料中即可解決抗菌效果持久性及生物相容性的問題。

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)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問題，發(fā)明一種主要利用可完全生物降解的材料纖維素作為泡沫的基材，通過與表面活性劑和抗菌劑快速攪拌結(jié)合，同時(shí)與快速吸入的空氣混合，最后以常壓的非限制性方式干燥，制備低密度無(wú)遷移抗菌纖維素基泡沫，克服了傳統(tǒng)泡沫塑料難以降低、造成環(huán)境污染的缺點(diǎn)；得到一種全降解泡沫材料的制備方法，也賦予了泡沫材料廣譜高效且持久的抗菌效果。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種無(wú)遷移抗菌纖維素基泡沫，按照重量份數(shù)比包含以下組份原料：水95～99份、纖維素1～5份、濕強(qiáng)劑0.1～0.3份、表面活性劑0.1～0.5份、交聯(lián)劑0.01～0.2份和抗菌劑0.03～0.2份。

其中，所述的纖維素為植物纖維素，即為木纖維、棉纖維或蔗渣纖維重的一種。

其中，所述的濕強(qiáng)劑為聚酰胺環(huán)氧氯丙烷(pae)、陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺(cpam)或聚乙酰亞胺(pei)中的一種。

其中，所述的表面活性劑為烯烴磺酸鈉(aos)、十二烷基苯磺酸鈉(abs)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽(aes)或脂肪酸甲酯磺酸鹽(mes)中的一種。

其中，所述的交聯(lián)劑為乙二醇二甲基丙烯酸酯(egdma)、過氧化二異丙苯(dcp)、二乙烯基苯(dvb)或n,n-亞甲基雙丙烯酰胺(mba)中的至少一種。

其中，所述的抗菌劑為抗菌熱塑性淀粉顆粒、胍鹽聚合物大單體、季銨鹽聚合物、殼聚糖或季鏻鹽聚合物中的一種。

一種如上所述的無(wú)遷移抗菌纖維素基泡沫的制備方法，包含以下操作步驟：

(1)按照重量份數(shù)比稱取以下組份：水95～99份、纖維素1～5份、濕強(qiáng)劑0.1～0.3份、表面活性劑0.1～0.5份、交聯(lián)劑0.01～0.2份和抗菌劑0.03～0.2份，然后將稱取所得纖維素和水混合，疏解，直到纖維素均勻分散在水中；

(2)在步驟(1)中疏解后所得物質(zhì)中加入步驟(1)中稱取所得濕強(qiáng)劑、表面活性劑、交聯(lián)劑和抗菌劑，混合攪拌，過濾除去大部分的水分和水沫，得到的濕纖維素泡沫于室溫到溫度為60℃之間干燥8～48h，即得白色泡沫狀固體的無(wú)遷移抗菌纖維素基泡沫產(chǎn)品。

其中，步驟(1)中所述的疏解為在2000～5000r/min轉(zhuǎn)速下疏解20～120min。

其中，步驟(2)中所述的混合攪拌為在1000～3000r/min轉(zhuǎn)速下攪拌10～60min。

其中，步驟(2)中所述的過濾為在5～20kpa的壓力下抽濾。

按照上述方法制備的纖維素基泡沫可直接應(yīng)用在水凈化處理、食品包裝材料、隔熱保溫材料、減震材料等領(lǐng)域。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1)本發(fā)明制備的纖維素基泡沫具有無(wú)遷移抗菌性，克服了物理法添加小分子抗菌劑造成抗菌劑遷移、外滲的缺點(diǎn)，使材料具有長(zhǎng)效、廣譜高效的抗菌效果；此外，本發(fā)明制備的纖維素基泡沫還具有耐霉性、耐水性、耐污性、耐溶劑性和存貯穩(wěn)定性等；

2)本發(fā)明的無(wú)遷移抗菌纖維素基泡沫的孔徑、密度、力學(xué)性能和抗菌性能可控，可根據(jù)應(yīng)用需要，通過改變纖維素類型和長(zhǎng)度比例、表面活性劑種類和用量、空氣含量、抗菌劑種類和用量對(duì)纖維素基泡沫的孔徑、密度、力學(xué)性能和抗菌性能進(jìn)行調(diào)控，以獲得適合不同場(chǎng)合應(yīng)用需要的無(wú)遷移抗菌纖維素基泡沫；

3)本發(fā)明的無(wú)遷移抗菌纖維素基泡沫制備工藝簡(jiǎn)單、環(huán)保，無(wú)需添加額外設(shè)備，利用標(biāo)準(zhǔn)的造紙基礎(chǔ)設(shè)施即能生產(chǎn)，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明制備所得無(wú)遷移抗菌纖維素基泡沫產(chǎn)品實(shí)物照片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受具體實(shí)施方式的限制。

實(shí)施例1

(1)以g為單位稱取以下組分：水1800g、200g固含量為10wt％的漂白桉木纖維漿(其內(nèi)含有20g木纖維素)、2g濕強(qiáng)劑cpam、2g表面活性劑aos、0.2g交聯(lián)劑mba和2g抗菌劑抗菌熱塑性淀粉顆粒，然后將漂白桉木纖維漿和水混合后置于紙漿纖維疏解機(jī)中，于2000r/min轉(zhuǎn)速下疏解20min，直到桉木纖維均勻地分散在水中；

(2)將步驟(1)稱取所得濕強(qiáng)劑、表面活性劑、交聯(lián)劑和抗菌劑加入到步驟(1)中疏解后所得物質(zhì)中，并用機(jī)械攪拌器于1000r/min轉(zhuǎn)速下混合攪拌30min，然后迅速倒入到鋪有濾紙的布氏漏斗中，于5kpa的壓力下抽濾除去大部分的水分和水沫，得到的濕纖維素泡沫于室溫下干燥48h，所得白色泡沫狀固體即為無(wú)遷移抗菌纖維素基泡沫產(chǎn)品。

實(shí)施例2

(1)以g為單位稱取以下組分：水1800g、200g固含量為12wt％的漂白蔗渣纖維漿(其內(nèi)含有24g木纖維素)、2.4g濕強(qiáng)劑pae、2.5g表面活性劑abs、0.3g交聯(lián)劑egdma和0.6g胍鹽聚合物大單體，然后將漂白蔗渣纖維漿和水混合后置于紙漿纖維疏解機(jī)中，于4000r/min轉(zhuǎn)速下疏解40min，直到蔗渣纖維均勻地分散在水中；

(2)將步驟(1)稱取所得濕強(qiáng)劑、表面活性劑、交聯(lián)劑和抗菌劑加入到步驟(1)中疏解后所得物質(zhì)中，并用機(jī)械攪拌器于2000r/min轉(zhuǎn)速下混合攪拌10min，然后迅速倒入到鋪有濾紙的布氏漏斗中，于10kpa的壓力下抽濾除去大部分的水分和水沫，得到的濕纖維素泡沫于40℃下干燥24h，所得白色泡沫狀固體即為無(wú)遷移抗菌纖維素基泡沫產(chǎn)品。

實(shí)施例3

(1)以g為單位稱取以下組分：水1700g、300g固含量為16wt％的劍麻纖維漿(其內(nèi)含有48g木纖維素)、2.4g濕強(qiáng)劑pei、2.5g表面活性劑aes、0.3g交聯(lián)劑dcp和2.5g季銨鹽聚合物，然后將劍麻纖維漿和水混合后置于紙漿纖維疏解機(jī)中，于5000r/min轉(zhuǎn)速下疏解50min，直到劍麻纖維均勻地分散在水中；

(2)將步驟(1)稱取所得濕強(qiáng)劑、表面活性劑、交聯(lián)劑和抗菌劑加入到步驟(1)中疏解后所得物質(zhì)中，并用機(jī)械攪拌器于2000r/min轉(zhuǎn)速下混合攪拌25min，然后迅速倒入到鋪有濾紙的布氏漏斗中，于10kpa的壓力下抽濾除去大部分的水分和水沫，得到的濕纖維素泡沫于40℃下干燥24h，所得土黃色泡沫狀固體即為無(wú)遷移抗菌纖維素基泡沫產(chǎn)品。

實(shí)施例4

(1)以g為單位稱取以下組分：水1600g、400g固含量為20wt％的棉纖維漿(其內(nèi)含有80g木纖維素)、5g濕強(qiáng)劑cpam、8g表面活性劑mes、3g交聯(lián)劑dvb和3g殼聚糖，然后將棉纖維漿和水混合后置于紙漿纖維疏解機(jī)中，于3000r/min轉(zhuǎn)速下疏解120min，直到棉纖維均勻地分散在水中；

(2)將步驟(1)稱取所得濕強(qiáng)劑、表面活性劑、交聯(lián)劑和抗菌劑加入到步驟(1)中疏解后所得物質(zhì)中，并用機(jī)械攪拌器于2500r/min轉(zhuǎn)速下混合攪拌60min，然后迅速倒入到鋪有濾紙的布氏漏斗中，于15kpa的壓力下抽濾除去大部分的水分和水沫，得到的濕纖維素泡沫于60℃下干燥8h，所得白色泡沫狀固體即為無(wú)遷移抗菌纖維素基泡沫產(chǎn)品。

實(shí)施例5

(1)以g為單位稱取以下組分：水1500g、500g固含量為20wt％的漂白云杉松木纖維漿(其內(nèi)含有100g木纖維素)、6g濕強(qiáng)劑cpam、10g表面活性劑aos、4g交聯(lián)劑mba和4g鏻鹽聚合物，然后將漂白云杉松木纖維漿和水混合后置于紙漿纖維疏解機(jī)中，于5000r/min轉(zhuǎn)速下疏解100min，直到云杉松木纖維均勻地分散在水中；

(2)將步驟(1)稱取所得濕強(qiáng)劑、表面活性劑、交聯(lián)劑和抗菌劑加入到步驟(1)中疏解后所得物質(zhì)中，并用機(jī)械攪拌器于3000r/min轉(zhuǎn)速下混合攪拌40min，然后迅速倒入到鋪有濾紙的布氏漏斗中，于20kpa的壓力下抽濾除去大部分的水分和水沫，得到的濕纖維素泡沫于50℃下干燥16h，所得白色泡沫狀固體即為無(wú)遷移抗菌纖維素基泡沫產(chǎn)品。

本發(fā)明制備的無(wú)遷移抗菌纖維素基泡沫的性能測(cè)試方法：

1)密度：使用固體密度計(jì)測(cè)試；

2)濕強(qiáng)度：按照gb/t465.2-2008；

3)濾水速度：按照gb/t1914-2007；

4)最大孔徑和平均孔徑：按照gb/t2679.14-1996；

5)抗菌性能：按照gb/t20944-2008，受試細(xì)菌為大腸桿菌和金黃葡萄球菌；

6)耐霉菌性能：按照gb/t1741-2007，受試菌種為黑曲霉和黃曲霉；

7)耐水性(水靜態(tài)接觸角測(cè)試)：使用接觸角測(cè)試儀測(cè)試。

首先對(duì)纖維素基泡沫產(chǎn)品進(jìn)行抗菌性能檢測(cè)，測(cè)試完成后，對(duì)泡沫產(chǎn)品進(jìn)行24h反復(fù)超聲振蕩清洗后再進(jìn)行抗菌性能測(cè)試；同時(shí)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行抗霉性能測(cè)試。

上述實(shí)施例1～5制備的無(wú)遷移抗菌纖維素基泡沫的性能優(yōu)良，具體參見如下表1：

表1五個(gè)實(shí)施例制得的無(wú)遷移抗菌纖維素基泡沫性能

由表1中實(shí)施例1～5制備的無(wú)遷移抗菌纖維素基泡沫性能分析結(jié)果：

1)產(chǎn)品性能測(cè)試結(jié)果表明，纖維素泡沫材料可以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)紙張一半的濕強(qiáng)度，但是密度卻不到標(biāo)準(zhǔn)紙張的10％，可以降低生產(chǎn)成本。而且，沒有使用額外的化學(xué)添加劑來提高產(chǎn)品的強(qiáng)度，僅通過改變纖維素原料、表面活性劑、空氣含量(通過纖維素疏解速度和抽濾壓力控制)來提高泡沫材料的性能。此外，產(chǎn)品的濾水速度很快，適合工業(yè)水凈化設(shè)備濾芯的應(yīng)用。

2)抗菌檢測(cè)結(jié)果表明，產(chǎn)品對(duì)大腸桿菌和金黃葡萄球菌表現(xiàn)出良好的、長(zhǎng)效的抗菌性能。

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。