香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠及其制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠，同時(shí)涉及香蕉纖維素微晶/聚乳酸 氣凝膠的制備方法，還涉及香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠的用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣凝膠是高度多孔的納米結(jié)構(gòu)材料，因其具有低密度、高孔隙率和高比表面積等 優(yōu)點(diǎn)，在催化劑吸附劑和彈性導(dǎo)體等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。氣凝膠的傳統(tǒng)制備原料多為硅 和金屬氧化物，這些氣凝膠材料的一個(gè)共同缺點(diǎn)是材質(zhì)較脆，一定程度上限制了氣凝膠的 應(yīng)用。為了制備輕質(zhì)高強(qiáng)的氣凝膠，選用植物纖維素作為原料。
[0003] 纖維素氣凝膠作為新生的第三代材料，超越了硅氣凝膠和聚合物基氣凝膠，在具 備傳統(tǒng)氣凝膠特性的同時(shí)融入了自身的優(yōu)異性能，如良好的生物相容性和可降解性，在制 藥業(yè)、化妝品等方面具有很大的應(yīng)用前景，是一個(gè)不斷發(fā)展的生物類聚合物材料。
[0004] 聚乳酸（PLA)是其中一類重要的可降解脂肪族聚酯，乳酸是可以由農(nóng)作物（如玉 米、土豆、蔗糖等）發(fā)酵生產(chǎn)，也可以由微生物分解，是一種可再生的資源。聚乳酸是以乳酸 為原料，采用直接縮聚或開(kāi)環(huán)聚合制備，其降解的最終產(chǎn)物是乳酸，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染， PLA具有優(yōu)良力學(xué)性能、加工性能、生物降解性能和生物相容性。因此，PLA不僅目前在生物 醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，在涂料、塑料、紡織等領(lǐng)域也都有巨大的潛在市場(chǎng)。
[0005] 天然纖維的資源豐富；價(jià)格低廉；其密度比無(wú)機(jī)纖維?。欢Ａ亢屠鞆?qiáng)度與無(wú) 機(jī)纖維相近；植物纖維復(fù)合材料加工時(shí)耗能少，對(duì)加工設(shè)備的損耗小；有利于節(jié)約能源。它 最突出的優(yōu)點(diǎn)是具有可再生性，這是其它任何材料所無(wú)法比擬的。香蕉是廣西區(qū)內(nèi)大規(guī)模 種植的經(jīng)濟(jì)作物，全區(qū)香蕉種植面積約6. 24萬(wàn)公頃，年產(chǎn)量107. 34萬(wàn)噸，約占中國(guó)總產(chǎn)量 的1/5。長(zhǎng)期以來(lái)人們只食香蕉果肉，香蕉莖葉等則隨意丟棄或堆放，既浪費(fèi)資源又污染環(huán) 境。實(shí)際上，香蕉除果肉外，其皮和莖葉也含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，在開(kāi)發(fā)新型飼料、制藥、造 紙及復(fù)合材料等領(lǐng)域都有著巨大的應(yīng)用潛力。香蕉纖維蘊(yùn)藏于香蕉樹(shù)的韌皮內(nèi)，屬韌皮纖 維類。其主要成分為纖維素，半纖維素，木質(zhì)素，灰份，脂蠟質(zhì)和果膠等物質(zhì)。以前由于人們 缺乏對(duì)這種纖維的提取技術(shù)及其用途的了解，因而這些樹(shù)葉被作為農(nóng)業(yè)垃圾丟棄，造成環(huán) 境污染和資源的極大浪費(fèi)。
[0006] 纖維素微晶，具有非常獨(dú)特的特點(diǎn)物化性質(zhì)，如可壓性、吸水性和流動(dòng)性等。這些 特點(diǎn)使得微晶成為一種極具應(yīng)用前景的天然高分子功能材料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥衛(wèi)生、日用 精細(xì)化工、食品輕工業(yè)等領(lǐng)域。纖維素微晶能與羥基相關(guān)的衍生物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)如交聯(lián)、酯 化、接枝共聚等化學(xué)反應(yīng)。
[0007] 纖維素微晶還具有高吸濕性、可濕潤(rùn)能力差、與聚合物基體相容性較好等優(yōu)點(diǎn)。通 常用主結(jié)晶度、聚合度、粒度、容重、比表值等來(lái)表明纖維素微晶性質(zhì)的物化指標(biāo)。香蕉纖維 作為物產(chǎn)豐富的可再生資源材料，因而對(duì)其研究開(kāi)發(fā)已成為當(dāng)前的熱點(diǎn)。
[0008] 到目前為止，在國(guó)內(nèi)外有關(guān)香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠復(fù)合材料的研究未見(jiàn) 公開(kāi)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題和/或缺陷，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu) 點(diǎn)。
[0010] 本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠的制備方法，本 發(fā)明利用聚乳酸作為增強(qiáng)相、制備香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠復(fù)合材料，解決了目前 香蕉莖葉污染環(huán)境的問(wèn)題。
[0011] 本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠，該香蕉纖維素 微晶/聚乳酸氣凝膠具有可生物降解性和良好的吸油性能。
[0012] 本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠用于吸油的用途。
[0013] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0014] -種香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠的制備方法，包括如下步驟：
[0015] 步驟一、制備香蕉纖維素微晶水凝膠：按照質(zhì)量比1:20取香蕉纖維素微晶和離子 液體，并將所述香蕉纖維素微晶和離子液體混勻，之后于IOO tC恒溫和氮?dú)獗Ｗo(hù)下回流冷凝 3小時(shí)，然后加入質(zhì)量為所述香蕉纖維素微晶質(zhì)量1. 5倍的醋酸酐進(jìn)行改性，再然后繼續(xù)在 氮?dú)獗Ｗo(hù)下于溫度90°C下持續(xù)攪拌3小時(shí)，以得到香蕉纖維素微晶水溶膠；以及，
[0016] 步驟二、制備香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠：首先按照質(zhì)量體積比1. 8:10取聚 乳酸和二氯甲烷，并使聚乳酸溶于二氯甲烷中，之后將所述步驟一中得到的香蕉纖維素微 晶水溶膠置于所述溶解有聚乳酸的二氯甲烷中，混勻后，得到香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣 凝膠粗產(chǎn)品。
[0017] 優(yōu)選的是，所述的香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠的制備方法中，在所述步驟二 之后還包括：
[0018] 步驟三：使用無(wú)水乙醇溶液浸泡所述步驟二中得到的香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣 凝膠粗產(chǎn)品5至6次，其中，每次持續(xù)6h，所述香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠粗產(chǎn)品與每 次使用的無(wú)水乙醇溶液的質(zhì)量體積比為I :20-1 :30,之后采用丙酮溶液浸泡所述香蕉纖維 素微晶/聚乳酸氣凝膠粗產(chǎn)品。
[0019] 較優(yōu)選的是，所述的香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠的制備方法中，在所述步驟 三之后還包括：
[0020] 步驟四、將經(jīng)過(guò)步驟三處理過(guò)的香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠置于液氮中冷凍 30min，之后冷凍干燥3小時(shí)，得到香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠成品。
[0021] 優(yōu)選的是，所述的香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠的制備方法中，所述步驟一中， 制得所述香蕉纖維素微晶的具體過(guò)程包括：
[0022] I. 1取去蠟質(zhì)香蕉纖維，按照質(zhì)量體積比1:25-1:35與質(zhì)量體積濃度0. lmol/L的 NaOH乙醇水溶液于45°C恒溫下攪拌處理3h，以得到粗產(chǎn)物一；
[0023] 1. 2將步驟I. 1得到的粗產(chǎn)物一按照質(zhì)量體積比1:15-1:25與質(zhì)量體積百分比 10% NaOH-I % NaB4O7 · IOH2O溶液于常溫?cái)嚢杼幚?5h，以得到粗產(chǎn)品二；
[0024] 1. 3將步驟1. 2中得到的粗產(chǎn)品二按照質(zhì)量體積比1:20-1:30置于CH3COOH-HNo3 混合液中，于120°C恒溫下攪拌處理15min，得到香蕉纖維素微晶，其中CH3COOH-HNo3混合液 由體積比為10:1的CH 3COOH和HNO3組成。
[0025] 較優(yōu)選的是，所述的香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠的制備方法中，所述步驟I. I 中，得到所述去蠟質(zhì)香蕉纖維的具體方法包括：
[0026] I. I. 1取香蕉原纖維剪碎成4-5mm的小段，置于甲苯乙醇混合液中并回流冷凝煮 沸3h，之后分離取下層沉淀物得到香蕉原纖維小段；
[0027] I. 1. 2重復(fù)步驟I. I. 1數(shù)次處理香蕉原纖維小段；
[0028] I. 1. 3經(jīng)步驟I. 1. 2處理后的香蕉原纖維于溫度60°C下干燥8h，得到所述去蠟質(zhì) 纖維。
[0029] 較優(yōu)選的是，所述的香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠的制備方法中，所述甲苯乙 醇溶液由體積比為2:1的甲苯和乙醇溶液制成，所述香蕉原纖維與所述甲苯乙醇溶液的質(zhì) 量體積比為8:150。
[0030] 較優(yōu)選的是，所述的香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠的制備方法中，所述步驟I. 1 中，所述NaOH乙醇水溶液中乙醇和水的體積比為1:1。
[0031] 較優(yōu)選的是，所述的香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠的制備方法中，所述步驟一 中，所述離子液體為1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽。
[0032] -種香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠，所述香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠由任 一所述的方法制得。
[0033] 香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠用于吸油的用途。
[0034] 本發(fā)明至少包括以下有益效果：
[0035] 本發(fā)明以香蕉纖維和聚乳酸為原料制備可降解香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠 復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)了香蕉莖葉原料的綜合利用，有效地處理了農(nóng)業(yè)廢棄物。本課題的研究為廣 西香蕉廢棄物的開(kāi)發(fā)利用開(kāi)辟了一條新途徑，可填補(bǔ)廣西的空白，對(duì)農(nóng)民的增收及廣西經(jīng) 濟(jì)的發(fā)展具有重要的意義。
[0036] 目前沒(méi)有人研究過(guò)香蕉纖維素微晶，把聚乳酸作為增強(qiáng)相制備纖維素微晶氣凝膠 也未見(jiàn)報(bào)道，本發(fā)明制備香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠復(fù)合材料，所制備的產(chǎn)品屬于介 孔材料，呈白色多孔狀固體，制備出來(lái)的香蕉纖維素微晶/聚乳酸氣凝膠具有可生物降解 性，良好的吸油性能。
[0037] 本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本 發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 圖Ia為本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例中香蕉纖維素微晶與離子液體聚合成水凝膠過(guò)程 中反