一種LiCl/DMSO溶解的木質纖維素制備木質纖維凝膠材料的方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于木質纖維素基復合材料領域，主要涉及一種LiCl/DMSO溶解的木質纖維素制備木質纖維凝膠材料的方法。
【背景技術】
[0002]凝膠材料(水凝膠和氣凝膠)是一種納米網絡結構充滿著液體或氣體(通常是水或空氣)的高度多孔材料。氣凝膠材料的分散介質是氣體，其作為凝膠網絡骨架的固體相，以及網絡的空隙結構均為納米級別，這種連續三維納米網絡結構使其具有獨特的性能，如高孔隙率、高比表面積、低熱傳導系數、低介電常數、低光折射率、低聲速等。最新研究表明，基于纖維素水凝膠材料包括純纖維素、纖維素復合和纖維素混合凝膠等都有許多良好的性能，如親水性、生物降解性、生物相容性、透明度高、成本低、無毒等。纖維素水凝膠在組織工程、可控輸送系統、血液凈化、傳感器、農業、以及水凈化等領域具有廣泛的應用前景。
[0003]隨著石油資源的快速消失和石化產品消耗引起的環境污染，開始使全世界開始關注可再生的木質生物質資源作為能取代石油化工資源的替代資源。木質纖維素生物質資源包括木材廢料、造紙殘渣、農作物非食用部分、資源作物等。木質纖維素是地球上含量最豐富的生物質，廣泛地存在于木本、草本植物中。其主要成分為纖維素、半纖維素和木質素等高分子，纖維素被半纖維素包裹著，外層再由木質素緊密包埋，相互結合成為堅固的細胞壁。其中纖維素約為35-50%、半纖維素為20-35%，木質素約為5-30%。
[0004]纖維素凝膠材料一般可由纖維素溶解后再生獲得，多數纖維素溶液，比如纖維素硫氰酸鈣水溶液、纖維素氯化鋰/ 二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)溶液、纖維素氫氧化鈉水溶液及4-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)溶液等都能形成半透明凝膠。許多研究者對纖維素凝膠材料做了大量的研究，如纖維素來源、溶劑、再生、干燥方式等對纖維素凝膠制備的影響，已經取得了較大的進展。然而，目前所報導的纖維素凝膠材料均基于純纖維素組分，關于不分離木質纖維原料各組分狀態下制備凝膠材料的應用研究尚未深入開展。
【發明內容】
[0005]為了克服【背景技術】的不足，本發明提供了一種LiCl/DMSO溶解的木質纖維素制備木質纖維凝膠材料的方法。主要解決了現有方法制備纖維素凝膠材料均基于純纖維素組分的局限。
[0006]本發明所采用的技術方案是:一種LiCl/DMSO溶解的木質纖維素制備木質纖維凝膠材料的方法，包括以下步驟:
[0007](I)取一定量的木質纖維素原料，采用微型植物粉碎機粉碎成粉末；
[0008](2)篩選一定量的均勻的木質纖維素粉末，浸入乙二胺(EDA)溶液在室溫下磁力攪拌24h后過濾并冷凍干燥，得到乙二胺處理后的木質纖維素；
[0009](3)取一定量的粉碎均勻的木質纖維素原料經過乙二胺(EDA)預處理后溶于LiCl/DMSO溶液中，室溫下磁力攪拌24h，然后置于60°C恒溫磁力攪拌器上繼續攪拌2h，并得到均一的粘桐溶液；
[0010](4)待LiCl/DMSO溶解的木質纖維素溶液冷卻至室溫后真空脫泡，脫泡完全后倒入模具中，并浸入無水乙醇中凝膠化；
[0011](5)更換無水乙醇洗滌木質纖維素水凝膠，直至AgNO3檢驗無Cl—存在，再用叔丁醇(TBA)置換出凝膠中的水或無水乙醇；
[0012](6)對木質纖維素凝膠材料冷凍干燥，揮發無水乙醇，得到木質纖維素氣凝膠材料。
[0013]本發明專利提供的方法工藝中，步驟(I)中所述的木質纖維素原料包含有大豆秸桿粉、大豆秸桿、木粉、草粉、木漿、草漿等一切含有纖維素和木質素的生物質原料。
[0014]本發明專利提供的方法工藝中，步驟(2)中所述的粉碎均勻的木質纖維素原料粉末為40-80目。
[0015]本發明專利提供的方法工藝中，步驟(3)中所述的均一的粘稠溶液為木質纖維素粉末-乙二胺復合物。
[0016]本發明專利提供的方法工藝中，步驟(4)中所述的LiCl/DMSO溶液濃度為8%。
[0017]本發明與現有技術不同之處在于，本發明取得了如下技術效果:取一定量的乙二胺預處理的大豆秸桿粉復合物溶于8%LiCl/DMSO溶液中，室溫下磁力攪拌24h，然后置于60°C恒溫磁力攪拌器上繼續攪拌2h，并得到均一的粘稠溶液。待溶液冷卻至室溫后真空脫泡，脫泡完全后倒入模具中，并浸入無水乙醇中凝膠化，更換無水乙醇洗滌水凝膠，直至AgNO3檢驗無Cl—存在，再用叔丁醇置換出凝膠中的水或無水乙醇，最后冷凍干燥，得到木質纖維素氣凝膠材料。
[0018]本發明具有以下優點:
[0019]1、由于本發明使用的木質纖維素原料屬環保型綠色材料，安全無毒且可完全降解，既不會對制備的木質纖維素凝膠產生毒性，也不會對設備產生腐蝕、給環境帶來污染，還可降低成本。
[0020]2、由于本發明使用的核心冷凍設備簡單常見，不需要添加貴重設備，因此可低成本地實現綠色制備工藝。
[0021]3、本發明所制備的木質纖維素氣凝膠具有綠色無毒的優勢，形態好，材料輕，孔隙均勻且具有一定的力學強度。
[0022]4、本發明提供的制備木質纖維凝膠材料的方法工藝簡單，工藝容易控制且生產成本低。
[0023]5、本發明制備的木質纖維素氣凝膠材料用途廣泛，可用于隔聲、隔熱、吸油和負載納米粒子等特殊需求，屬于高附加值產品。制備方法可高效利用低質生物質資源，拓寬低質生物質的用途，提高其使用價值，為高效利用低質生物質資源提供新的思路和途徑。
[0024]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
【附圖說明】
[0025]圖1不同木質纖維濃度凝膠表面及斷面掃描電鏡照片，Stem-1%表示木質纖維素含量為1%，Stem_2%表不木質纖維素含量為2%，Stem_3%表不木質纖維素含量為3%
[0026]圖2不同脫木質素程度木質纖維凝膠掃描電鏡照片，Stem-Oh表示木質纖維素原料未脫木質素的凝膠材料，Stem-0.5h表示木質纖維素原料脫木質素0.5h的凝膠材料，Stem-1h表示木質纖維素原料脫木質素Ih的凝膠材料，Stem-2h表示木質纖維素原料脫木質素2h的凝膠材料
[0027]圖3不同脫木質素程度木質纖維凝膠在不同溫度下的平衡溶脹率，Stem-Oh表示木質纖維素原料未脫木質素的凝膠材料，Stem-0.5h表示木質纖維素原料脫木質素0.5h的凝膠材料，Stem-1h表示木質纖維素原料脫木質素Ih的凝膠材料，Stem_2h表示木質纖維素原料脫木質素2h的凝膠材料
[0028]圖4不同濃度木質纖維素凝膠材料在不同溫度下的平衡溶脹率，Stem-lh-1%表示木質纖維素含量為1%的凝膠材料在不同溫度下的平衡溶脹率，Stem-lh-2%表示木質纖維素