[发明专利]一种竹材纤维素气凝胶保温材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种竹材纤维素气凝胶保温材料及其制备方法和应用，其制备方法包括，将竹加工废弃物经漂白处理脱除木质素制得综纤维素，将所述综纤维素配置成悬浮液后超声破碎，再依次经过预冷冻和真空冷冻干燥处理。本发明所提供的竹材纤维素气凝胶保温材料的制备方法包含一个化学处理步骤、一个超声处理步骤和一个冷冻处理步骤，能大大减少化学药剂的使用，绿色环保；其制备工艺简单，能耗低，制备时间短，原料来源广泛且价格低廉，成本低，实际应用前景广阔；所制得的竹材纤维素气凝胶保温材料既有一定强度，又有良好的保温效果，能有效提高竹加工废弃物的利用率和产业附加值，拓展了竹加工废弃物再利用的途径，理论意义重大。

技术领域

本发明属于建筑保温材料技术领域，具体涉及一种竹材纤维素气凝胶保温材料及其制备方法和应用。

背景技术

保温材料是减少建筑能耗和温室气体排放的重要手段，随着全球变暖问题的日益严重，保温材料的应用显得愈发重要。传统保温材料包括聚苯乙烯、聚氨酯、软木、矿物棉、三聚氰胺等。

传统保温材料因成本低和制备工艺简单而被大量使用，但是传统保温材料的厚度较厚，大大增加了建筑结构的复杂性，且环境友好性差，废弃物容易造成环境污染，此外，其保温效果也往往不尽如人意。

针对上述问题，制备绿色、轻质和高效的保温材料至关重要。

现有技术中，大量涉及烟杆、秸秆、棉花秆、亚麻和竹木工业加工剩余物等40余种的农林废弃物及其加工剩余物通常通过燃烧和填埋等方式处理，不但造成能量转化率低下，同时也造成了环境污染；这些农林废弃物中包含大量的天然植物纤维，是制备纤维素基保温材料的可靠来源，因此，亟需研究开发一种利用农林废弃物制备保温材料的方法，以解决上述问题。

公开号为CN 108557802 A的中国发明专利申请公开了一种利用农业废弃物制备纤维素碳气凝胶的方法，该方法原料来源广泛，通过天然纤维素自组装特性构筑了三维空间结构，重新构筑了相互连接的不同尺寸的孔道；该气凝胶具有优良的稳定性，有助于摆脱当前生物质资源利用率低的困境。然而，该方法制备工艺复杂，耗时长，且需要漂白和强碱处理等工艺，化学试剂的排放对环境污染大，实际推广难度较大。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种竹材纤维素气凝胶保温材料及其制备方法和应用。

本发明采用如下技术方案：

一种竹材纤维素气凝胶保温材料的制备方法，包括，将竹加工废弃物经漂白处理脱除木质素制得综纤维素，将所述综纤维素配置成悬浮液后超声破碎，再依次经过预冷冻和真空冷冻干燥处理。

具体地，在上述技术方案中，漂白处理是为了脱除竹加工废弃物中的木质素，便于后续超声破碎，仅一步化学处理有利于降低处理成本，提高原材料利用率，减少环境污染；超声破碎处理是为了增加所制备气凝胶保温材料的比表面积，也是制备轻质、低密度、高孔隙率气凝胶保温材料的必要条件，此外，由于竹材中两种主要组成单元细胞壁结构的差异性，薄壁细胞疏松的结构易于解离为微纳米级纤维，而竹纤维密实的细胞壁结构使其仅解离为单根纤维，这有利于制备具有一定强度的气凝胶保温材料，是其他破碎方法无法达到的；冷冻干燥是为了将样品中的固态溶剂升华去除，减小表面张力，保护所制备的气凝胶完整的孔隙结构。

在上述技术方案中，将竹加工废弃物加入到漂白剂溶液中，调节其pH值为3.5-5进行所述漂白处理。

进一步地，在上述技术方案中，所述漂白剂溶液为浓度为0.8-1.5wt％的亚氯酸钠溶液。

进一步地，在上述技术方案中，所述漂白处理的处理温度和处理时间分别为70-80℃和5-7.5h。