CN108587086B - 一种应用香蕉纳米纤维制备发泡材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发泡材料加工技术领域，特别涉及一种应用香蕉纳米纤维制备发泡材料的制备方法，本申请的发泡材料制备方法包括制备香蕉纤维、制备香蕉纳米纤维和制备发泡材料几个步骤，制备香蕉纤维时，香蕉纤维经过膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶处理、酶失活处理、脱水、给油、烘干对香蕉粗麻结合进行预处理，有效去除了香蕉粗麻中的胶质、木质素、半纤维素，起到除杂、提高纤维含量，从而提高发泡材料的相容性；本申请使用香蕉纤维加工纳米纤维与马铃薯淀粉、聚乳酸、硅酸钠来制备发泡材料能有效提高了发泡材料的发泡效率，提高发泡材料的品质。

Description

一种应用香蕉纳米纤维制备发泡材料的制备方法
【技术领域】
本发明涉及发泡材料加工技术领域，特别涉及一种应用香蕉纳米纤维制备发泡材料的制备方法。
【背景技术】
发泡材料具有轻质、耐热、价格低廉等优点，在工业、农业、包装业、交通运输业等得到广泛应用，我国发泡材料主要集中在聚苯乙烯发泡材料、聚丙烯发泡材料、聚氨酯发泡材料和聚乙烯发泡材料。传统的发泡材料在环境中不易降解，对环境造成一定污染。由于传统发泡塑料垃圾引起的“白色污染”问题越来越受到世界各国的关注，许多国家已经立法禁止生产难于降解的泡沫塑料产品。目前，也有一些植物纤维类发泡材料的研究，植物纤维发泡材料是以淀粉和植物纤维(废旧报纸、麦秆和其他植物纤维等)以及添加助剂，通过发泡工艺制作而成的。该产品的主要原料是淀粉和植物纤维，不会对环境造成污染，因而有效解决了经济增长与资源短缺、环境污染之间的矛盾。
但是，植物纤维类原料是一种通过纤维表面的氢键连接而形成的内部交联结构，纤维分子之间存在较大的空隙，不利于发泡过程中气体的保存；且纤维类大分子其长短和大小都不均匀、杂质较多，像废纸类纤维中含有造纸过程中加入的化学药品和印刷过程中残留在纤维表面的油墨；而且，由于植物类纤维是亲水性物质，且吸湿性较大的技术缺陷。目前，国内关于植物纤维制备发泡材料的报道，主要为秸秆、废纸等纤维粒径较大的纤维材料，并没有关于香蕉纤维应用于发泡材料的报道，而香蕉杆、茎、叶中含有丰富的纤维成分，如果能加以利用生产发泡材料，将能进一步提高发泡材料的发泡性能，香蕉中除了含有丰富的纤维素外，还含有大量的胶质、木质素，胶质和木质素虽然能提高发泡材料的耐热性能，但是，木质素和胶质会存在相分离现象，其生物相容性较低，容易使发泡材料存在相分离的现象，因此，如何对香蕉纤维进行预处理，提高发泡材料的相容性，是利用香蕉纤维生产发泡材料需要解决的技术问题。
【发明内容】
鉴于上述内容，有必要生产一种高发泡性能的纳米纤维发泡材料，进一步提高香蕉废料的利用领域、利用价值，提高香蕉废料的产品附加值。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种应用香蕉纳米纤维制备发泡材料的制备方法，所述方法包括制备香蕉纤维、制备香蕉纳米纤维和制备发泡材料：
(一)制备香蕉纤维：
(1)原料预处理：取香蕉皮、叶或茎杆切割成段后再破片撕开成片状，片状厚度为0.5mm-2mm、进行压榨、刮杂、干燥得到粗麻；
(2)脱胶处理：将步骤(1)的粗麻依次通过膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶处理、酶失活处理、脱水、给油、烘干得到粗纤维；
所述膨化处理的处理方法为：将粗麻与质量浓度为2g/L-4g/L的氢氧化钠溶液混合按照固液质量比为1:17-22进行混合，然后迅速加热到95℃-100℃，恒温熬煮20min-30min后，将氢氧化钠溶液排干，将粗麻捞出，放入压力条件为7MPa-8MPa，温度为90℃-95℃的热水中恒温保持10min-15min后再将热水排干，将粗麻放入压力条件为2MPa-3MPa，温度为0℃-5℃的冷水中，恒温保持10min-15min，再经过过滤、晾干，完成膨化处理过程；
所述氧化处理的处理方法为：将膨化处理后的粗麻与氧化剂溶液按照固液质量比为1:20-25进行混合，然后迅速加热到95℃-100℃，恒温熬煮15min-20min后，将氧化剂溶液排干，并将粗麻放入温度为90℃-95℃的热水中，恒温保持5min-10min后，再将粗麻放入温度为0℃-5℃的冷水中，恒温保持5min-10min，再经过过滤、晾干，完成氧化处理过程；
所述酸处理的处理方法为：将氧化处理后的粗麻与质量浓度为1g/L-3g/L的硫酸溶液按照固液质量比为1:15-20进行混合，然后迅速加热到95℃-100℃，恒温熬煮15min-20min，将粗麻捞出，放入温度为90℃-95℃的热水中冲洗5min，再放入0℃-5℃的冷水中冲洗10min，再经过晾干，完成酸处理过程；
所述生物酶处理的处理方法为：将酸处理后的粗麻与生物酶溶液按照固液质量比为1:18-23进行混合，在温度为30℃-40℃的条件下恒温保持20min-25min，将粗麻捞出放入温度为0℃-5℃的冷水中冲洗10min；完成生物酶处理过程；
所述酶失活处理的处理方法为：将生物酶处理后的粗麻放入85℃-90℃的热水中，恒温熬煮30min-35min；完成酶失活处理过程；
所述脱水的处理方法为：将酶失活处理后的粗麻放入真空度为0.01MPa-0.1MPa的真空硅藻土压滤机中进行真空压滤，完成脱水处理过程；
所述给油的处理方法为：将脱水处理后的粗麻均匀的喷涂一层茶籽油，完成给油处理过程；
所述烘干的处理方法为：将给油处理后的粗麻放入温度为50℃-60℃的热风烘干机红感到粗麻含水率为3％-5％得到香蕉纤维；
(二)制备香蕉纳米纤维：
(3)将步骤(2)得到的粗纤维与纤维素二元体系混合得到香蕉纤维溶解液；再将聚乳酸羟基乙酸粉末制成纺丝液；将香蕉纤维溶解液、芦荟提取物、壳聚糖与纺丝液按照质量比为2-4:1-3:1-3:1混合，然后利用超声去除气泡，再经过静电纺丝工艺处理得到香蕉纳米纤维；
(三)制备发泡材料：
(4)香蕉纳米纤维预处理：取步骤(3)的香蕉纳米纤维与质量浓度为1g/L-3g/L的氢氧化钠溶液按照质量比为1:16-20进行混合，搅拌均匀，在-2～0℃的冰水中浸泡2h-4h，再加热到90℃-95℃，恒温浸泡3h-5h后过滤取滤渣并用清水洗涤呈中性，然后将滤渣放入50℃-55℃的真空干燥箱中干燥至水分为5％，完成预处理过程；
(5)制备发泡材料：将步骤(1)预处理的香蕉纳米纤维、聚乳酸、马铃薯淀粉和硅酸钠按照质量比为1:10-15:3-5:1-3混合，然后在40-50℃的条件下进行磁力搅拌3h-5h得到混合液，将混合液放入密炼机中蜜炼除去混合液中气体，将去除气体后的混合液热压成膜，将膜材料在温度为30℃-40℃、压力为15Mpa-30Mpa条件下用二氧化碳平衡，然后泄压、发泡、成型得到所述发泡材料。
进一步的，所述步骤(2)氧化剂溶液由双氧水、甲基橙、杨柳提取物和水按照质量比为3-5:1-3:6-9:30-35混合制得。
进一步的，所述步骤(2)生物酶溶液由果胶酶、半纤维素酶、木质素降解酶、芦荟甙和水按照质量比为2-4:2-4:1-3:5-9:30-35混合制得。
进一步的，所述步骤(3)纤维素二元体系包括氯化锂/二甲基乙酰胺体系或氨/硫氰酸铵体系。
进一步的，所述氯化锂/二甲基乙酰胺体系由氯化锂、二甲基乙酰胺和水按照质量比为4-6:1:10-15混合制得。
进一步的，所述氨/硫氰酸铵体系硫氰酸铵、氨和水按照质量比为65-75:25-30:1混合制得。
进一步的，所述步骤(3)纺丝液的配置方法为：将四氢呋喃与二甲基甲酰胺按照体积比为3-4:1混合，得到混合溶剂；再将聚乳酸羟基乙酸粉末与混合溶剂按照质量比为1:10-15的比例混合，然后在1℃-4℃的条件下静置过夜制得。
进一步的，所述步骤(3)静电纺丝工艺的工艺条件为：正电压为10kV-20kV，负电压为1kV-3kV，推进流速为1-1.5mL/h，接收距离为15-25cm所述静电纺丝工艺的工艺条件为：正电压为10kV-20kV，负电压为1kV-3kV，推进流速为1-1.5mL/h，接收距离为15-25cm。
进一步的，所述步骤(5)密炼机的蜜炼温度为160℃-170℃，蜜炼时间为6min-10min；热压温度为160℃-170℃，热压压强为17Mpa-20Mpa；二氧化碳平衡过程的二氧化碳流速为1-2mL/h。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明的香蕉纳米纤维加工时经过膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶处理、酶失活处理、脱水、给油、烘干对香蕉粗麻结合进行预处理，上述处理方式均能有效去除香蕉粗麻中的胶质、除杂从而提高纤维的含量，膨化处理通过高温碱液对粗麻进行浸泡，能有效减弱胶质间的作用力、溶解木质素，再通过先升温加压然后快速减压对粗麻进行膨化，更加速了胶质间的氢键断裂，使胶质大分子被打散，进一步让胶质与纤维、木质素相互分离，为下一步分解胶质做准备；粗麻虽然经过了膨化处理，但是其中的胶质和木质素成分还不能被溶解、分离，还需要进行进一步处理，氧化处理通过将膨化处理后的粗麻与氧化剂(双氧水、甲基橙、杨柳提取物和水配置而成)能有效去除胶质间的感应力，更有效的溶解了胶质和木质素，双氧水含有强氧化性，但是使用过量会破坏纤维素的结构，发明人研究发现，当双氧水与甲基橙、杨柳提取物按照一定量进行配比时，能有效提高对胶质和木质素的分解能力，同时还能有效保持纤维素的强度；经过膨化、氧化处理后，本申请的纤维还不能达到生产纳米纤维的要求，还需要经过硫酸溶液进行酸处理，酸处理加热后迅速冷却，能有效提高纤维韧性，方便在后期生产纳米纤维的时候对提升纳米纤维的细度；然而，虽然经过了膨化、氧化、酸处理，但仍然会有部分膨化后分解为小分子的胶质、木质素、半纤维素附着在纤维素上，为了进一步提纯香蕉纤维的纤维含量，本申请还针对胶质成分特性配置相应的生物酶溶液(果胶酶、半纤维素酶、木质素降解酶、芦荟甙和水)对胶质、木质素、半纤维素进行特异性分解，有效去除杂质，提高纤维含量，为下一步生产纳米纤维做准备；经过膨化、氧化、酸化、生物酶进行预处理后，香蕉纤维的纤维素含量就相对较纯了，此时再给香蕉纤维利用茶籽油进行喷涂，能有效保护纤维成分，同时还能提高纤维不饱和酸含量，提高香蕉纤维纺丝液的电解能力，保证能够生产出更细的纳米香蕉纤维；本申请还使用了静电纺丝工艺制备纳米香蕉纤维，该工艺能有效提高纳米香蕉纤维的产出率，能有效去除杂质，生产出细度更细致的纳米香蕉纤维，因此，使用本申请的方法生产纳米香蕉纤维，能有效提高香蕉纤维的细度，除去杂质，进而提高香蕉纳米纤维的品质。
2、本申请使用香蕉纳米纤维来制备发泡材料，香蕉纤维加工到纳米级后，分子间的感应力变小，不会破坏发泡材料的泡孔，但是由于香蕉纳米纤维粒径过小，使用常规的胶黏剂会导致纤维粒子与胶黏剂的缠结作用减弱，不利于气体的保存，因此，本申请还添加了马铃薯淀粉，马铃薯淀粉分子粒径大，而且具有粘性，可将香蕉纳米纤维牢牢吸附在淀粉内部，但是淀粉粘性还是不足以支撑发泡材料的泡孔，申请人经过研究发现，添加聚乳酸粉末不仅能有效提高发泡原料的分子粒径，使发泡基料胶黏性更强利于发泡，且其分子量大能有效提高发泡材料的力学特性，提高抗压、抗弯曲能力，由于聚乳酸粉末分子结构较大，如果要能成功发泡需要添加一定量的发泡剂，因此，申请人添加了硅酸钠，能有效提高发泡效率，同时，还不会破坏发泡材料的泡孔形状，发泡材料的泡孔越大、材质将越轻便，更方便应用。
【具体实施方式】
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1：
一种应用香蕉纳米纤维制备发泡材料的制备方法，所述方法包括制备香蕉纤维、制备香蕉纳米纤维和制备发泡材料：
(一)制备香蕉纤维：
(1)原料预处理：取香蕉皮、叶或茎杆切割成段后再破片撕开成片状，片状厚度为0.5mm、进行压榨、刮杂、干燥得到粗麻；
(2)脱胶处理：将步骤(1)的粗麻依次通过膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶处理、酶失活处理、脱水、给油、烘干得到粗纤维；
所述膨化处理的处理方法为：将粗麻与质量浓度为2g/L的氢氧化钠溶液混合按照固液质量比为1:17进行混合，然后迅速加热到95℃，恒温熬煮20min后，将氢氧化钠溶液排干，将粗麻捞出，放入压力条件为7MPa，温度为90℃的热水中恒温保持10min后再将热水排干，将粗麻放入压力条件为2MPa，温度为0℃的冷水中，恒温保持10min，再经过过滤、晾干，完成膨化处理过程；
所述氧化处理的处理方法为：将膨化处理后的粗麻与氧化剂溶液按照固液质量比为1:20进行混合，然后迅速加热到95℃，恒温熬煮15min后，将氧化剂溶液排干，并将粗麻放入温度为90℃的热水中，恒温保持5min后，再将粗麻放入温度为0℃的冷水中，恒温保持5min，再经过过滤、晾干，完成氧化处理过程；
所述酸处理的处理方法为：将氧化处理后的粗麻与质量浓度为1g/L的硫酸溶液按照固液质量比为1:15进行混合，然后迅速加热到95℃，恒温熬煮15min，将粗麻捞出，放入温度为90℃的热水中冲洗5min，再放入0℃的冷水中冲洗10min，再经过晾干，完成酸处理过程；
所述生物酶处理的处理方法为：将酸处理后的粗麻与生物酶溶液按照固液质量比为1:18-23进行混合，在温度为30℃的条件下恒温保持20min，将粗麻捞出放入温度为0℃的冷水中冲洗10min；完成生物酶处理过程；
所述酶失活处理的处理方法为：将生物酶处理后的粗麻放入85℃的热水中，恒温熬煮30min；完成酶失活处理过程；
所述脱水的处理方法为：将酶失活处理后的粗麻放入真空度为0.01MPa的真空硅藻土压滤机中进行真空压滤，完成脱水处理过程；
所述给油的处理方法为：将脱水处理后的粗麻均匀的喷涂一层茶籽油，完成给油处理过程；
所述烘干的处理方法为：将给油处理后的粗麻放入温度为50℃的热风烘干机红感到粗麻含水率为3％得到粗纤维；
(二)制备香蕉纳米纤维：
(3)制备纳米纤维：将步骤(2)得到的粗纤维与纤维素二元体系混合得到香蕉纤维溶解液；再将聚乳酸羟基乙酸粉末制成纺丝液；将香蕉纤维溶解液、芦荟提取物、壳聚糖与纺丝液按照质量比为2:1:1：1混合，然后利用超声去除气泡，再经过静电纺丝工艺处理得到香蕉纳米纤维，其中，静电纺丝工艺处理的工艺条件为：正电压为10kV，负电压为1kV，推进流速为1mL/h，接收距离为15cm；
(三)制备发泡材料：
(4)香蕉纳米纤维预处理：取步骤(3)的香蕉纳米纤维与质量浓度为1g/L的氢氧化钠溶液按照质量比为1:16进行混合，搅拌均匀，在-2℃的冰水中浸泡2h，再加热到90℃，恒温浸泡3h后过滤取滤渣并用清水洗涤呈中性，然后将滤渣放入50℃的真空干燥箱中干燥至水分为5％，完成预处理过程；
(5)制备发泡材料：将步骤(1)预处理的香蕉纳米纤维、聚乳酸、马铃薯淀粉和硅酸钠按照质量比为1:10:3:1混合，然后在40℃的条件下进行磁力搅拌3h得到混合液，将混合液放入密炼机中蜜炼除去混合液中气体，其中，密炼机的蜜炼温度为160℃，蜜炼时间为6min；蜜炼除气体后的混合液在温度为160℃，压强为17Mpa的条件下热压成膜，然后将膜材料在温度为30℃、压力为15Mpa条件下用二氧化碳平衡，二氧化碳的流速为1mL/h，最后经泄压、发泡、成型得到所述发泡材料。
其中，上述氧化剂溶液由双氧水、甲基橙、杨柳提取物和水按照质量比为3:1:6:30混合制得。
氧化剂溶液中，杨柳提取物的提取方法为：将杨柳皮晒干后粉碎至300目，然后与体积百分数为75％的乙醇溶液按照固液比为1:5进行混合，然后放入超声提取器中，在400w功率下进行间隔超声提取，间隔提取的方式为“超声提取2min-停机10s-超声提取2min”提取的总时长为2h；超声提取后将混合物放入回流提取器中在150℃下进行恒温提取，提取时间为12h，之后取提取液进行旋转蒸发浓缩，直至含水率为5％得到杨柳提取物，提取物中杨柳甙的含量为98.09mg/g；水杨酸钠含量为146.09mg/g。
其中，上述生物酶溶液由果胶酶、半纤维素酶、木质素降解酶、芦荟甙和水按照质量比为2:2:1:5:30混合制得。
生物酶溶液中，果胶酶的酶活力为1000U/g：半纤维素酶的酶活力为800U/g、木质素降解酶的酶活力为1200U/g。
其中，上述纤维素二元体系为氯化锂/二甲基乙酰胺体系或氨/硫氰酸铵体系。
其中，上述氯化锂/二甲基乙酰胺体系由氯化锂、二甲基乙酰胺和水按照质量比为4:1:10混合制得。
其中，上述纺丝液的配置方法为：将四氢呋喃与二甲基甲酰胺按照体积比为3:1混合，得到混合溶剂；再将聚乳酸羟基乙酸粉末与混合溶剂按照质量比为1:10的比例混合，然后在1℃的条件下静置过夜制得。
实施例2：
一种应用香蕉纳米纤维制备发泡材料的制备方法，所述方法包括制备香蕉纤维、制备香蕉纳米纤维和制备发泡材料：
(一)制备香蕉纤维：
(1)原料预处理：取香蕉皮、叶或茎杆切割成段后再破片撕开成片状，片状厚度为2mm、进行压榨、刮杂、干燥得到粗麻；
(2)脱胶处理：将步骤(1)的粗麻依次通过膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶处理、酶失活处理、脱水、给油、烘干得到粗纤维；
所述膨化处理的处理方法为：将粗麻与质量浓度为4g/L的氢氧化钠溶液混合按照固液质量比为1:22进行混合，然后迅速加热到100℃，恒温熬煮30min后，将氢氧化钠溶液排干，将粗麻捞出，放入压力条件为8MPa，温度为95℃的热水中恒温保持15min后再将热水排干，将粗麻放入压力条件为3MPa，温度为5℃的冷水中，恒温保持15min，再经过过滤、晾干，完成膨化处理过程；
所述氧化处理的处理方法为：将膨化处理后的粗麻与氧化剂溶液按照固液质量比为1:25进行混合，然后迅速加热到100℃，恒温熬煮20min后，将氧化剂溶液排干，并将粗麻放入温度为95℃的热水中，恒温保持10min后，再将粗麻放入温度为5℃的冷水中，恒温保持10min，再经过过滤、晾干，完成氧化处理过程；
所述酸处理的处理方法为：将氧化处理后的粗麻与质量浓度为3g/L的硫酸溶液按照固液质量比为1:20进行混合，然后迅速加热到100℃，恒温熬煮20min，将粗麻捞出，放入温度为95℃的热水中冲洗5min，再放入5℃的冷水中冲洗10min，再经过晾干，完成酸处理过程；
所述生物酶处理的处理方法为：将酸处理后的粗麻与生物酶溶液按照固液质量比为1:23进行混合，在温度为40℃的条件下恒温保持25min，将粗麻捞出放入温度为5℃的冷水中冲洗10min；完成生物酶处理过程；
所述酶失活处理的处理方法为：将生物酶处理后的粗麻放入90℃的热水中，恒温熬煮35min；完成酶失活处理过程；
所述脱水的处理方法为：将酶失活处理后的粗麻放入真空度为0.1MPa的真空硅藻土压滤机中进行真空压滤，完成脱水处理过程；
所述给油的处理方法为：将脱水处理后的粗麻均匀的喷涂一层茶籽油，完成给油处理过程；
所述烘干的处理方法为：将给油处理后的粗麻放入温度为60℃的热风烘干机红感到粗麻含水率为5％得到粗纤维；
(二)制备香蕉纳米纤维：
(3)制备纳米纤维：将步骤(2)得到的粗纤维与纤维素二元体系混合得到香蕉纤维溶解液；再将聚乳酸羟基乙酸粉末制成纺丝液；将香蕉纤维溶解液、芦荟提取物、壳聚糖与纺丝液按照质量比为4:3:3:1混合，然后利用超声去除气泡，再经过静电纺丝工艺处理得到香蕉纳米纤维，其中，静电纺丝工艺处理的工艺条件为：正电压为20kV，负电压为3kV，推进流速为1.5mL/h，接收距离为25cm。
(三)制备发泡材料：
(4)香蕉纳米纤维预处理：取步骤(3)的香蕉纳米纤维与质量浓度为3g/L的氢氧化钠溶液按照质量比为1:20进行混合，搅拌均匀，在0℃的冰水中浸泡4h，再加热到95℃，恒温浸泡5h后过滤取滤渣并用清水洗涤呈中性，然后将滤渣放入55℃的真空干燥箱中干燥至水分为5％，完成预处理过程；
(5)制备发泡材料：将步骤(1)预处理的香蕉纳米纤维、聚乳酸、马铃薯淀粉和硅酸钠按照质量比为1:15:5:3混合，然后在50℃的条件下进行磁力搅拌5h得到混合液，将混合液放入密炼机中蜜炼除去混合液中气体，其中，密炼机的蜜炼温度为170℃，蜜炼时间为10min；蜜炼除气体后的混合液在温度为170℃，压强为20Mpa的条件下热压成膜，然后将膜材料在温度为40℃、压力为30Mpa条件下用二氧化碳平衡，二氧化碳的流速为2mL/h，最后经泄压、发泡、成型得到所述发泡材料。
其中，上述氧化剂溶液由双氧水、甲基橙、杨柳提取物和水按照质量比为5:3:9:35混合制得。
氧化剂溶液中，杨柳提取物的提取方法与实施例1完全一致。
其中，上述生物酶溶液由果胶酶、半纤维素酶、木质素降解酶、芦荟甙和水按照质量比为4:4:3:9:35混合制得。
生物酶溶液中，果胶酶的酶活力为1500U/g：半纤维素酶的酶活力为1200U/g、木质素降解酶的酶活力为1000U/g。
其中，上述纤维素二元体系为氯化锂/二甲基乙酰胺体系。
其中，上述氯化锂/二甲基乙酰胺体系由氯化锂、二甲基乙酰胺和水按照质量比为6:1:15混合制得。
其中，上述纺丝液的配置方法为：将四氢呋喃与二甲基甲酰胺按照体积比为4:1混合，得到混合溶剂；再将聚乳酸羟基乙酸粉末与混合溶剂按照质量比为1:15的比例混合，然后在4℃的条件下静置过夜制得。
实施例3：
一种应用香蕉纳米纤维制备发泡材料的制备方法，所述方法包括制备香蕉纤维、制备香蕉纳米纤维和制备发泡材料：
(一)制备香蕉纤维：
(1)原料预处理：取香蕉皮、叶或茎杆切割成段后再破片撕开成片状，片状厚度为1mm、进行压榨、刮杂、干燥得到粗麻；
(2)脱胶处理：将步骤(1)的粗麻依次通过膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶处理、酶失活处理、脱水、给油、烘干得到粗纤维；
所述膨化处理的处理方法为：将粗麻与质量浓度为3g/L的氢氧化钠溶液混合按照固液质量比为1:20进行混合，然后迅速加热到98℃，恒温熬煮25min后，将氢氧化钠溶液排干，将粗麻捞出，放入压力条件为7.5MPa，温度为92℃的热水中恒温保持12min后再将热水排干，将粗麻放入压力条件为2.5MPa，温度为2℃的冷水中，恒温保持12min，再经过过滤、晾干，完成膨化处理过程；
所述氧化处理的处理方法为：将膨化处理后的粗麻与氧化剂溶液按照固液质量比为1:22进行混合，然后迅速加热到98℃，恒温熬煮17min后，将氧化剂溶液排干，并将粗麻放入温度为92℃的热水中，恒温保持7min后，再将粗麻放入温度为2℃的冷水中，恒温保持7min，再经过过滤、晾干，完成氧化处理过程；
所述酸处理的处理方法为：将氧化处理后的粗麻与质量浓度为2g/L的硫酸溶液按照固液质量比为1:17进行混合，然后迅速加热到98℃，恒温熬煮18min，将粗麻捞出，放入温度为92℃的热水中冲洗5min，再放入2℃的冷水中冲洗10min，再经过晾干，完成酸处理过程；
所述生物酶处理的处理方法为：将酸处理后的粗麻与生物酶溶液按照固液质量比为1:20进行混合，在温度为35℃的条件下恒温保持22min，将粗麻捞出放入温度为3℃的冷水中冲洗10min；完成生物酶处理过程；
所述酶失活处理的处理方法为：将生物酶处理后的粗麻放入87℃的热水中，恒温熬煮32min；完成酶失活处理过程；
所述脱水的处理方法为：将酶失活处理后的粗麻放入真空度为0.08MPa的真空硅藻土压滤机中进行真空压滤，完成脱水处理过程；
所述给油的处理方法为：将脱水处理后的粗麻均匀的喷涂一层茶籽油，完成给油处理过程；
所述烘干的处理方法为：将给油处理后的粗麻放入温度为55℃的热风烘干机红感到粗麻含水率为4％得到粗纤维；
(二)制备香蕉纳米纤维：
(3)制备纳米纤维：将步骤(2)得到的粗纤维与纤维素二元体系混合得到香蕉纤维溶解液；再将聚乳酸羟基乙酸粉末制成纺丝液；将香蕉纤维溶解液、芦荟提取物、壳聚糖与纺丝液按照质量比为3:2:2：1混合，然后利用超声去除气泡，再经过静电纺丝工艺处理得到香蕉纳米纤维，其中，静电纺丝工艺处理的工艺条件为：正电压为15kV，负电压为2kV，推进流速为1.2mL/h，接收距离为20cm。
(三)制备发泡材料：
(4)香蕉纳米纤维预处理：取步骤(3)的香蕉纳米纤维与质量浓度为2g/L的氢氧化钠溶液按照质量比为1:18进行混合，搅拌均匀，在-1℃的冰水中浸泡3h，再加热到92℃，恒温浸泡4h后过滤取滤渣并用清水洗涤呈中性，然后将滤渣放入52℃的真空干燥箱中干燥至水分为5％，完成预处理过程；
(5)制备发泡材料：将步骤(1)预处理的香蕉纳米纤维、聚乳酸、马铃薯淀粉和硅酸钠按照质量比为1:12:4:2混合，然后在45℃的条件下进行磁力搅拌4h得到混合液，将混合液放入密炼机中蜜炼除去混合液中气体，其中，密炼机的蜜炼温度为165℃，蜜炼时间为8min；蜜炼除气体后的混合液在温度为165℃，压强为19Mpa的条件下热压成膜，然后将膜材料在温度为35℃、压力为25Mpa条件下用二氧化碳平衡，二氧化碳的流速为1.5mL/h，最后经泄压、发泡、成型得到所述发泡材料。
其中，上述氧化剂溶液由双氧水、甲基橙、杨柳提取物和水按照质量比为4:2:7:33混合制得。
氧化剂溶液中，杨柳提取物的提取方法与实施例1完全一致。
其中，上述生物酶溶液由果胶酶、半纤维素酶、木质素降解酶、芦荟甙和水按照质量比为3:3:2:7:32混合制得。
生物酶溶液中，果胶酶的酶活力为1200U/g：半纤维素酶的酶活力为900U/g、木质素降解酶的酶活力为1300U/g。
其中，上述纤维素二元体系为氯化锂/二甲基乙酰胺体系。
其中，上述氯化锂/二甲基乙酰胺体系由氯化锂、二甲基乙酰胺和水按照质量比为5:1:13混合制得。
其中，上述纺丝液的配置方法为：将四氢呋喃与二甲基甲酰胺按照体积比为3.5:1混合，得到混合溶剂；再将聚乳酸羟基乙酸粉末与混合溶剂按照质量比为1:12的比例混合，然后在3℃的条件下静置过夜制得。
实施例4：
本实施例的其它制备方法与实施例1完全相同，但是纤维素二元体系使用氨/硫氰酸铵体系。其中，上述氨/硫氰酸铵体系硫氰酸铵、氨和水按照质量比为65:25:1混合制得。
实施例5：
本实施例的其它制备方法与实施例2完全相同，但是纤维素二元体系使用氨/硫氰酸铵体系。其中，上述氨/硫氰酸铵体系硫氰酸铵、氨和水按照质量比为75:30:1混合制得。
实施例6：
本实施例的其它制备方法与实施例3完全相同，但是纤维素二元体系使用氨/硫氰酸铵体系。其中，上述氨/硫氰酸铵体系硫氰酸铵、氨和水按照质量比为70:28:1混合制得。
对照组1：
本对照组在制备香蕉纤维过程不使用膨化处理对香蕉粗麻进行预处理，其它参数、方法与实施例1完全一致。
对照组2：
本对照组在制备香蕉纤维过程不使用氧化处理对香蕉粗麻进行预处理，其它参数、方法与实施例1完全一致。
对照组3：
本对照组在制备香蕉纤维过程不使用酸处理对香蕉粗麻进行预处理，其它参数、方法与实施例1完全一致。
对照组4：
本对照组在制备香蕉纤维过程不使用生物酶处理对香蕉粗麻进行预处理，其它参数、方法与实施例1完全一致。
对照组5：
本对照组在制备香蕉纤维过程不使用茶籽油对香蕉纤维进行预处理，其它参数、方法与实施例1完全一致。
对照组6：
制备发泡材料不使用香蕉纳米纤维，而是使用香蕉的粗纤维进行预处理后直接与聚乳酸、马铃薯淀粉和硅酸钠混合制备发泡材料，其它参数、方法与实施例1完全一致。
对照组7：
制备发泡材料时不将香蕉纳米纤维进行预处理，即，将步骤(3)制得的纳米纤维直接与聚乳酸、马铃薯淀粉和硅酸钠混合制备发泡材料，其它参数、方法与实施例1完全一致。
对照组8：
将预处理后的香蕉纳米纤维、聚乳酸、马铃薯淀粉和硅酸钠混合制备发泡材料，其它参数、方法与实施例1完全一致。
对照组9：
将预处理后的香蕉纳米纤维、马铃薯淀粉和硅酸钠混合制备发泡材料，其它参数、方法与实施例1完全一致。
对照组10：
将预处理后的香蕉纳米纤维、聚乳酸和硅酸钠混合制备发泡材料，其它参数、方法与实施例1完全一致。
对照组11：
将预处理后的香蕉纳米纤维、聚乳酸和马铃薯淀粉混合制备发泡材料，其它参数、方法与实施例1完全一致。
对照组12:
将聚乳酸、马铃薯淀粉和硅酸钠混合制备发泡材料，其它参数、方法与实施例1完全一致。
测试试验1：
香蕉纤维预处理后，测试本申请的实施例1-6和对照组1-5的脂蜡质、半纤维素、果胶、水溶物、木质素、纤维素和含胶率成分含量，结果如表1所示：
表1 单位：％
Figure BDA0001557881770000141
Figure BDA0001557881770000151
由上表可知，实施例1-6与对照组1-5进行预处理后，香蕉茎、杆、叶经过预处理后，实施例1-6与对照组1-5的脂蜡质、半纤维素、果胶、水溶物、木质素、纤维素和含胶率含量基本一致。
测试试验2：
测试实施例1-6和对照组1-5的香蕉纳米纤维的残胶率、残余木质素、细度、强力，测试结果如表2所示：
表2
组别 残胶率(％) 残余木质素(％) 平均长度(μm) 平均直径(nm) 强力(cN)
实施例1 0.23 0.98 465 68 58.36
实施例2 0.21 0.94 451 69 56.21
实施例3 0.27 0.96 463 61 57.26
实施例4 0.22 0.91 478 59 56.09
实施例5 0.24 0.97 471 64 57.08
实施例6 0.26 0.99 469 65 56.97
对照组1 0.56 2.01 264 231 26.31
对照组2 0.61 2.03 263 232 23.54
对照组3 0.63 2.61 271 236 26.35
对照组4 0.64 2.74 273 237 23.15
对照组5 0.26 1.06 105 361 16.35
由上表可知，实施例1-6的残胶率含量、残余木质素含量均低于对照组1-4，与对照组5相当；说明本申请的膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶这几个步骤进行脱胶处理，能有效降低纤维的残胶率和残余木质素含量，而茶籽油的给油处理并不会影响香蕉纤维的残胶率和残余木质素含量；实施例1-6的平均长度、长于对照组1-4，更长于对照组5，说明本申请的膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶这几个步骤进行脱胶处理能有效提高纳米纤维的长度、茶籽油的给油更利于生产出更长的纳米纤维；实施例1-6的平均直径、小于对照组1-4，更小于对照组5，说明本申请的膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶这几个步骤进行脱胶处理能有效降低纳米纤维的直径，茶籽油的给油更利于生产出更细直径的纳米纤维，能提高纳米纤维的细度；实施例1-6的强力高于对照组1-4，更高于对照组5，说明本申请的膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶这几个步骤进行脱胶处理能有效提高纳米纤维的强力、茶籽油的给油更利于生产出具有更高强度的纳米纤维。
测试试验3：
测试实施例1-6和对照组1-11发泡材料的泡孔平均直径、电镜下观察泡孔形状、发泡性能(包括表观密度和泡孔密度)和力学性能(包括冲击强度、弯曲强度和压缩膜量)，具体见表3：
表3
Figure BDA0001557881770000161
Figure BDA0001557881770000171
由上表可知，实施例1-6的泡孔平均直径大于对照组1-5且都为球状，说明本申请对香蕉纤维的膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶脱胶能使发泡材料的泡孔更大，发泡效果更好；而对照组6的泡孔平均直径小于实施例1-6，且泡孔形状为菱形，说明，使用香蕉纳米纤维制备发泡材料比使用香蕉粗纤维制备发泡材料发泡效果更好，更细密；对照组7的泡孔平均直径小于实施例1-6，但泡孔形状为球形，说明，香蕉纳米纤维不经过预处理不会影响泡孔质量，但会影响发泡的膨胀效果；对照组8-12的泡孔平均直径明显小于实施例1-6，泡孔为菱形、椭圆、长条不规则形状，说明本申请制备发泡材料的原料：香蕉纳米纤维、聚乳酸、马铃薯淀粉和硅酸钠这几个原料在制备发泡材料中缺一原料都会影响发泡材料的发泡率、泡孔质量；而实施例1-6的表观密度小于对照组1-12、实施例1-6的泡孔密度大于对照组1-12说明本申请的发泡薄膜制备方法比对照组1-12更轻质、泡孔密度更紧凑，表明实施例1-6的发泡效率比对照组1-12更好；实施例1-6的冲击强度、弯曲强度和压缩膜量均大于对照组1-12，说明实施例1-6的力学性能比对照组1-12更好。
综上所述，使用本发明生产的香蕉纳米纤维制备发泡材料，能明显提高发泡材料的发泡效率，提高泡孔质量，使发泡材料更轻质、抗冲击性、弯曲强度、压缩膜量更强。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种应用香蕉纳米纤维制备发泡材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括制备香蕉纤维、制备香蕉纳米纤维和制备发泡材料：
(一)制备香蕉纤维：
(1)原料预处理：取香蕉皮、叶或茎杆切割成段后再破片撕开成片状，片状厚度为0.5mm-2mm、进行压榨、刮杂、干燥得到粗麻；
(2)脱胶处理：将步骤(1)的粗麻依次通过膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶处理、酶失活处理、脱水、给油、烘干得到粗纤维；
所述膨化处理的处理方法为：将粗麻与质量浓度为2g/L-4g/L的氢氧化钠溶液混合按照固液质量比为1:17-22进行混合，然后迅速加热到95℃-100℃，恒温熬煮20min-30min后，将氢氧化钠溶液排干，将粗麻捞出，放入压力条件为7MPa-8MPa，温度为90℃-95℃的热水中恒温保持10min-15min后再将热水排干，将粗麻放入压力条件为2MPa-3MPa，温度为0℃-5℃的冷水中，恒温保持10min-15min，再经过过滤、晾干，完成膨化处理过程；
所述氧化处理的处理方法为：将膨化处理后的粗麻与氧化剂溶液按照固液质量比为1:20-25进行混合，然后迅速加热到95℃-100℃，恒温熬煮15min-20min后，将氧化剂溶液排干，并将粗麻放入温度为90℃-95℃的热水中，恒温保持5min-10min后，再将粗麻放入温度为0℃-5℃的冷水中，恒温保持5min-10min，再经过过滤、晾干，完成氧化处理过程；
所述酸处理的处理方法为：将氧化处理后的粗麻与质量浓度为1g/L-3g/L的硫酸溶液按照固液质量比为1:15-20进行混合，然后迅速加热到95℃-100℃，恒温熬煮15min-20min，将粗麻捞出，放入温度为90℃-95℃的热水中冲洗5min，再放入0℃-5℃的冷水中冲洗10min，再经过晾干，完成酸处理过程；
所述生物酶处理的处理方法为：将酸处理后的粗麻与生物酶溶液按照固液质量比为1:18-23进行混合，在温度为30℃-40℃的条件下恒温保持20min-25min，将粗麻捞出放入温度为0℃-5℃的冷水中冲洗10min；完成生物酶处理过程；
所述酶失活处理的处理方法为：将生物酶处理后的粗麻放入85℃-90℃的热水中，恒温熬煮30min-35min；完成酶失活处理过程；
所述脱水的处理方法为：将酶失活处理后的粗麻放入真空度为0.01MPa-0.1MPa的真空硅藻土压滤机中进行真空压滤，完成脱水处理过程；
所述给油的处理方法为：将脱水处理后的粗麻均匀的喷涂一层茶籽油，完成给油处理过程；
所述烘干的处理方法为：将给油处理后的粗麻放入温度为50℃-60℃的热风烘干机烘干 到粗麻含水率为3％-5％得到香蕉纤维；
(二)制备香蕉纳米纤维：
(3)将步骤(2)得到的粗纤维与纤维素二元体系混合得到香蕉纤维溶解液；再将聚乳酸羟基乙酸粉末制成纺丝液；将香蕉纤维溶解液、芦荟提取物、壳聚糖与纺丝液按照质量比为2-4:1-3:1-3:1混合，然后利用超声去除气泡，再经过静电纺丝工艺处理得到香蕉纳米纤维；
(三)制备发泡材料：
(4)香蕉纳米纤维预处理：取步骤(3)的香蕉纳米纤维与质量浓度为1g/L-3g/L的氢氧化钠溶液按照质量比为1:16-20进行混合，搅拌均匀，在-2～0℃的冰水中浸泡2h-4h，再加热到90℃-95℃，恒温浸泡3h-5h后过滤取滤渣并用清水洗涤呈中性，然后将滤渣放入50℃-55℃的真空干燥箱中干燥至水分为5％，完成预处理过程；
(5)制备发泡材料：将步骤(1)预处理的香蕉纳米纤维、聚乳酸、马铃薯淀粉和硅酸钠按照质量比为1:10-15:3-5:1-3混合，然后在40-50℃的条件下进行磁力搅拌3h-5h得到混合液，将混合液放入密炼机中密 炼除去混合液中气体，将去除气体后的混合液热压成膜，将膜材料在温度为30℃-40℃、压力为15MP a-30MP a条件下用二氧化碳平衡，然后泄压、发泡、成型得到所述发泡材料；
所述步骤(2)氧化剂溶液由双氧水、甲基橙、杨柳提取物和水按照质量比为3-5:1-3:6-9:30-35混合制得；
所述步骤(3)纤维素二元体系包括氯化锂/二甲基乙酰胺体系或氨/硫氰酸铵体系。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)生物酶溶液由果胶酶、半纤维素酶、木质素降解酶、芦荟甙和水按照质量比为2-4:2-4:1-3:5-9:30-35混合制得。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氯化锂/二甲基乙酰胺体系由氯化锂、二甲基乙酰胺和水按照质量比为4-6:1:10-15混合制得。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氨/硫氰酸铵体系硫氰酸铵、氨和水按照质量比为65-75:25-30:1混合制得。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)纺丝液的配置方法为：将四氢呋喃与二甲基甲酰胺按照体积比为3-4:1混合，得到混合溶剂；再将聚乳酸羟基乙酸粉末与混合溶剂按照质量比为1:10-15的比例混合，然后在1℃-4℃的条件下静置过夜制得。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)静电纺丝工艺的工艺条件为：正电压为10kV-20kV，负电压为1kV-3kV，推进流速为1-1.5mL/h，接收距离为15-25cm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)密炼机的密 炼温度为160℃-170℃，密 炼时间为6min-10min；热压温度为160℃-170℃，热压压强为17MP a-20MPa；二氧化碳平衡过程的二氧化碳流速为1-2mL/h。
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