CN109880181A - 一种防霉疏水型海绵及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防霉疏水型海绵及其制备方法，采用疏水改性的纳米纤维素作为机体材料，为绿色环保可降解材料，具有良好的生物相容性，所制备的海绵具有良好的疏水和防水性能，能够在海绵吸水后实现快速干燥，防止海绵吸吸水后长期处于潮湿环境而吸附空细菌等微生物产生霉变；采用天然生物防霉剂，避免了化学药剂的使用，其毒性更低，防霉效果更好。
Description
技术领域
本发明属于海绵制品技术领域，具体涉及一种防霉疏水型海绵及其制备方法。
背景技术
海绵是一种极为常见的多孔材料，具有良好的吸水性，部分具有良好的弹性、变形恢复性等等性能，能够用于清洁物品或用于生产一些舒适柔软的座垫。
人造海绵作为一种日常生活用品,已经存在了几十年的历史。现在市场上销售的海绵类用品,主要由聚氨酯和聚苯乙烯制备而成,不但其生产过程会污染环境,而且废弃后的海绵很难降解。人造海绵的原料主要来源于石油,随着石油资源的不断减少,原料来源也将是一个严重的问题。进入二十一世纪后,人们对环保有了进一步的认识,势必要有一种新的环保型海绵将其替代。
目前来说，市场上海绵的生成成本与海绵密度呈正相关，密度越高成本也越高，但低密度海绵的物理性能往往不如高密度海绵，特别是在作为座垫等方面的使用，因而寻求一种低密度却有良好力学性能能够符合国际上座垫海绵所需力学性能标准的低密度高弹性海绵是一大发展方向。同时目前海绵的制备过程中产生的污染较大，海绵多为人造高聚物难以降解，发泡剂在发泡过程中对人造成危害、对环境造成污染，也是一个亟待解决的问题。
发明内容
为解决目前海绵的制备过程中存在的问题，本发明提供了一种环境友好且具备优良力学性能的防霉疏水型海绵。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种防霉疏水型海绵，所述防霉疏水型海绵的制备原料包括以下重量份数的物质：疏水改性的纳米纤维素60～70份，防霉剂1～10重量份，改性剂3～7重量份，瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵10～20份，发泡剂1～5份，甘油2.5～4.5重量份和硼酸1.1～2.5重量份。
作为优选，所述防霉疏水型海绵的制备原料包括以下重量份数的物质：纳米纤维素65～70份，防霉剂3～8重量份，改性剂4～5重量份，瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵15～20份，发泡剂3～5份，甘油2.5～4.5重量份和硼酸1.1～2.5重量份。
作为优选，所述的防霉剂为天然植物防霉剂。
作为优选，所述防霉剂由以下重量配比的原料组成：五倍子提取物2～30份、大蒜精油2～5份、茶树精油3～15份、益母草提取物15～30份和抗氧剂 1～3份。
作为优选，所述改性剂为聚乙烯醇和/或聚乙二醇；
作为优选，所述的发泡剂为液态二氧化碳与液态氮气的混合物。
作为优选，所述的疏水改性纳米纤维素为有机硅烷改性的纳米纤维素，所述的有机硅烷化制剂选自六甲基二硅氮烷、丁基三甲基硅烷、十二烷基三甲基硅烷、四甲基硅烷和四丁基硅烷中的一种或多种；所述的纳米纤维素选自纤维素纳米晶体、纤维素纳米纤维、纳米竹纤维中的一种或多种。
所述防霉疏水型海绵的制备方法包括以下制备步骤：
1）称取一定量的纳米纤维素，加入到反应器中，氮气置换反应器内空气三次，然后抽真空控制反应器压力在20～30kpa，然后通入有机硅烷蒸汽，加热至50～100℃，反应2～5小时，即得疏水改性的纳米纤维素；
2）将步骤1）所得的疏水改性的纳米纤维素加入到氢氧化钠/硫脲溶液中，充分搅拌溶解的溶液A；
3）将步骤2）得到的溶液A稀释至质量分数为5～10%的溶液B，将瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵粉末用去离子水配制成质量分数为3～5%的水溶液，将所述水溶液与溶液B按一定比例混合，加入防霉剂、硼酸与甘油，搅拌1～2小时，得到混合液；
4）向步骤3）得到的混合液中加入的发泡剂，搅拌发泡2～3小时，得到发泡液；
5）将步骤4）得到的发泡液导入模具中直接进行冷冻干燥，经冷冻干燥10～20小时后得到所述防霉疏水型海绵。
作为优选，步骤1）所述的有机硅烷化制剂选自六甲基二硅氮烷、丁基三甲基硅烷、十二烷基三甲基硅烷、四甲基硅烷和四丁基硅烷中的一种或多种。
作为优选，步骤5）所述冷冻干燥温度为-20～-25℃。
本发明中采用疏水改性的纳米纤维素作为基体材料，所制备的海绵具有良好的疏水和防水性能，能够在海绵吸水后实现快速干燥，防止海绵吸吸水后长期处于潮湿环境而吸附空细菌等微生物产生霉变，且采用本发明的疏水改性纳米纤维素不会影响海绵的力学性能，所得海绵在弹性模量和压缩永久变形值两方面具有极优秀的表现。
甘油和硼酸的加入能够进一步提升海绵的吸水性、保水率和柔软性指标，这是由于甘油分子能够分散并嵌入纳米纤维素与瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵混合体系的大分子之间，削弱分子氢键，对混合体系中的大分子结构具有一定的调节作用，且甘油分子嵌入后可以增长纳米纤维素大分子链的相对长度，形成丝状组织，于硼酸加入混合体系后会与瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵、甘油的活性羟基的产生配位，进一步提高海绵的柔软性。
本发明和现有技术相比，本发明的有益效果：
1)本发明采用疏水改性的纳米纤维素作为机体材料，为绿色环保可降解材料，具有良好的生物相容性，所制备的海绵具有良好的疏水和防水性能，能够在海绵吸水后实现快速干燥，防止海绵吸吸水后长期处于潮湿环境而吸附空细菌等微生物产生霉变；
2)采用天然生物防霉剂，避免了化学药剂的使用，由于化学药剂都具有䘺的毒性，在使用中异对人体造成危害，本发明的天然生物防霉剂毒性低，防霉效果好。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
【实施例1】
1）称取30g纳米纤维素，加入到反应器中，氮气置换反应器内空气三次，然后抽真空控制反应器压力在25kpa，然后通入六甲基二硅氮烷蒸汽200mL，加热至100℃，反应5小时，即得疏水改性的纳米纤维素；
2）将70g步骤1）所得的疏水纳米纤维加入到含5g硫脲的10L浓度为10%的氢氧化钠溶液中，充分搅拌溶解的溶液A；
3）将步骤2）得到的溶液A稀释至质量分数为10%的溶液B，将15g瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵粉末用去离子水配制成质量分数为5%的水溶液，将所述水溶液与溶液B按一定比例混合，加入8g防霉剂、4g硼酸与6g甘油，搅拌2小时，得到混合液；所述防霉剂由以下重量配比的原料组成：五倍子提取物5份、大蒜精油5份、茶树精油15份、益母草提取物30份和抗氧剂2份。
4）向步骤3）得到的混合液中加入5g发泡剂，搅拌发泡2小时，得到发泡液，所述的发泡剂为液态二氧化碳与液态氮气的混合物；
5）将步骤4）得到的发泡液导入模具中，在-20～-25℃下直接进行冷冻干燥10小时后，得到所述防霉疏水型海绵。
对所制备的防霉疏水性海绵性能进行检测，其中抗霉菌性能按检测标准B/T2591-2003达到I级，吸水性≤200%，拉伸弹性模量≥18Mpa，断裂伸长率大于等于300%。
【实施例2】
1）称取30g纳米纤维素，加入到反应器中，氮气置换反应器内空气三次，然后抽真空控制反应器压力在25kpa，然后通入丁基三甲基硅烷蒸汽200mL，加热至100℃，反应5小时，即得疏水改性的纳米纤维素；
2）将65g步骤1）所得的疏水纳米纤维加入到含5g硫脲的10L浓度为10%的氢氧化钠溶液中，充分搅拌溶解的溶液A；
3）将步骤2）得到的溶液A稀释至质量分数为6 %的溶液B，将15g瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵粉末用去离子水配制成质量分数为3～5%的水溶液，将所述水溶液与溶液B按一定比例混合，加入6g防霉剂、3硼酸与6g甘油，搅拌2小时，得到混合液；所述防霉剂由以下重量配比的原料组成：五倍子提取物14份、大蒜精油4份、茶树精油12份、益母草提取物20份和抗氧剂2份。
4）向步骤3）得到的混合液中加入4g发泡剂，搅拌发泡3小时，得到发泡液，所述的发泡剂为液态二氧化碳与液态氮气的混合物；
5）将步骤4）得到的发泡液导入模具中，在-20～-25℃下直接进行冷冻干燥20小时后，得到所述防霉疏水型海绵。
对所制备的防霉疏水性海绵性能进行检测，其中抗霉菌性能按检测标准B/T2591-2003达到I级，吸水性≤200%，拉伸弹性模量≥18Mpa，断裂伸长率大于等于300%。
【实施例3】
1）称取30g纳米纤维素，加入到反应器中，氮气置换反应器内空气三次，然后抽真空控制反应器压力在25kpa，然后通入四丁基硅烷蒸汽200mL，加热至100℃，反应5小时，即得疏水改性的纳米纤维素；
2）将70g步骤1）得到的疏水纳米纤维加入到含5g硫脲的10L浓度为10%的氢氧化钠溶液中，充分搅拌溶解的溶液A；充分搅拌溶解的溶液A；
3）将步骤2）得到的溶液A稀释至质量分数为10%的溶液B，将20g瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵粉末用去离子水配制成质量分数为5%的水溶液，将所述水溶液与溶液B按一定比例混合，加入3g防霉剂、3g硼酸与6g甘油，搅拌1小时，得到混合液；所述防霉剂由以下重量配比的原料组成：五倍子提取物15份、大蒜精油5份、茶树精油6份、益母草提取物20份和抗氧剂2份。
4）向步骤3）得到的混合液中加入3g发泡剂，搅拌发泡2小时，得到发泡液，所述的发泡剂为液态二氧化碳与液态氮气的混合物；
5）将步骤4）得到的发泡液导入模具中，在-20～-25℃下直接进行冷冻干燥10小时后，得到所述防霉疏水型海绵。
对所制备的防霉疏水性海绵性能进行检测，其中抗霉菌性能按检测标准B/T2591-2003达到I级，吸水性≤200%，拉伸弹性模量≥18Mpa，断裂伸长率大于等于300%。
【实施例4】
1）称取30g纳米纤维素，加入到反应器中，氮气置换反应器内空气三次，然后抽真空控制反应器压力在25kpa，然后通入六甲基二硅氮烷蒸汽200mL，加热至100℃，反应5小时，即得疏水改性的纳米纤维素；
2）将65g步骤1）得到的疏水纳米纤维加入到含5g硫脲的10L浓度为10%的氢氧化钠溶液中，充分搅拌溶解的溶液A；充分搅拌溶解的溶液A；
3）将步骤2）得到的溶液A稀释至质量分数为5%的溶液B，将20g瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵粉末用去离子水配制成质量分数为3%的水溶液，将所述水溶液与溶液B按一定比例混合，加入5g防霉剂、3g硼酸与5g甘油，搅拌2小时，得到混合液；所述防霉剂由以下重量配比的原料组成：五倍子提取物15份、大蒜精油5份、茶树精油6份、益母草提取物20份和抗氧剂2份。
4）向步骤3）得到的混合液中加入4g发泡剂，搅拌发泡1小时，得到发泡液，所述的发泡剂为液态二氧化碳与液态氮气的混合物；
5）将步骤4）得到的发泡液导入模具中，在-20～-25℃下直接进行冷冻干燥20小时后，得到所述防霉疏水型海绵。
对所制备的防霉疏水性海绵性能进行检测，其中抗霉菌性能按检测标准B/T2591-2003达到I级，吸水性≤200%，拉伸弹性模量≥18Mpa，断裂伸长率大于等于300%。
上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。
Claims (10)
1.一种防霉疏水型海绵，其特征在于：
所述防霉疏水型海绵的制备原料包括以下重量份数的物质：疏水改性的纳米纤维素60～70份，防霉剂1～10重量份，改性剂3～7重量份，瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵10～20份，发泡剂1～5份，甘油2.5～4.5重量份和硼酸1.1～2.5重量份。
2.根据权利要求1所述的防霉疏水型海绵，其特征在于：所述防霉疏水型海绵的制备原料包括以下重量份数的物质：纳米纤维素65～70份，防霉剂3～8重量份，改性剂4～5重量份，瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵15～20份，发泡剂3～5份，甘油2.5～4.5重量份和硼酸1.1～2.5重量份。
3.根据权利要求1所述的防霉疏水型海绵，其特征在于，所述的防霉剂为天然植物防霉剂。
4.根据权利要求3所述的防霉疏水型海绵，其特征在于，所述防霉剂由以下重量配比的原料组成：五倍子提取物2～30份、大蒜精油2～5份、茶树精油3～15份、益母草提取物15～30份和抗氧剂 1～3份。
5.根据权利要求4所述的防霉疏水型海绵，其特征在于，所述改性剂为聚乙烯醇和/或聚乙二醇。
6.根据权利要求1所述的防霉疏水型海绵，其特征在于，所述的发泡剂为液态二氧化碳与液态氮气的混合物。
7.根据权利要求1所述的防霉疏水型海绵，其特征在于，所述的疏水改性纳米纤维素为有机硅烷改性的纳米纤维素，所述的有机硅烷化制剂选自六甲基二硅氮烷、丁基三甲基硅烷、十二烷基三甲基硅烷、四甲基硅烷和四丁基硅烷中的一种或多种；所述的纳米纤维素选自纤维素纳米晶体、纤维素纳米纤维、纳米竹纤维中的一种或多种。
8.根据权利要求1-7任一项所述的防霉疏水型海绵的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
1）称取一定量的纳米纤维素，加入到反应器中，氮气置换反应器内空气三次，然后抽真空控制反应器压力在20～30kpa，然后通入有机硅烷蒸汽，加热至50～100℃，反应2～5小时，即得疏水改性的纳米纤维素；
2）将步骤1）所得的疏水改性的纳米纤维素加入到氢氧化钠/硫脲溶液中，充分搅拌溶解的溶液A；
3）将步骤2）得到的溶液A稀释至质量分数为5～10%的溶液B，将瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵粉末用去离子水配制成质量分数为3～5%的水溶液，将所述水溶液与溶液B按一定比例混合，加入防霉剂、硼酸与甘油，搅拌1～2小时，得到混合液；
4）向步骤3）得到的混合液中加入的发泡剂，搅拌发泡2～3小时，得到发泡液；
5）将步骤4）得到的发泡液导入模具中直接进行冷冻干燥，经冷冻干燥10～20小时后得到所述防霉疏水型海绵。
9.根据权利要求8所述的防霉疏水型海绵的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的有机硅烷化制剂选自六甲基二硅氮烷、丁基三甲基硅烷、十二烷基三甲基硅烷、四甲基硅烷和四丁基硅烷中的一种或多种。
10.根据权利要求8所述的防霉疏水型海绵的制备方法，其特征在于：步骤5）所述冷冻干燥温度为-20～-25℃。
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