本發(fā)明涉及泡沫材料制備，特別是涉及一種紙漿泡沫緩沖材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在邁向綠色低碳的時代進程中，開發(fā)高性能生物質(zhì)基泡沫材料替代傳統(tǒng)石油基泡沫材料(聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫和聚乙烯泡沫等)已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點，來源廣泛和可再生的纖維素是理想替代材料，具有重要的開發(fā)和應(yīng)用潛力。而高性能纖維素基泡沫的構(gòu)筑常伴隨化學改性和接枝等處理方式以實現(xiàn)交聯(lián)，以促進三維結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，但化學合成試劑的引入通常會降低材料的環(huán)境效益。此外，纖維素泡沫通常需要通過冷凍干燥和超臨界干燥以克服水的毛細管壓力以實現(xiàn)均勻成型，極大增強了制備過程的復(fù)雜性，面臨著規(guī)?；a(chǎn)的挑戰(zhàn)。因此，通過簡單和快捷的常溫常壓干燥方式實現(xiàn)高性能纖維素基泡沫的構(gòu)筑具有重要的研究意義。

2、目前，已有很多科研工作者致力于纖維素泡沫材料的開發(fā)與研究。例如，專利cn116903921a公開了一種紙漿泡沫材料的制備方法，以紙漿纖維為主體，結(jié)合通過明膠、氫氧化鈉、聚乙烯醇和經(jīng)過煅燒、真空均質(zhì)和低溫低壓處理的海泡石配置的處理液作為功能組分，實現(xiàn)紙基泡沫材料的制備和成型；專利cn103131038a公開了一種木質(zhì)纖維素泡沫的制備方法，將木質(zhì)纖維素通過破碎、研磨分散和冷凍干燥處理實現(xiàn)木質(zhì)纖維素泡沫材料的構(gòu)筑；cn109161057a公開了一種纖維素泡沫的制備方法，以漿粕、舊棉和芒硝為原料，經(jīng)過堿化、磺化、溶解、混合、注模、加熱、清洗、靜脫和漂洗的工藝步驟，實現(xiàn)纖維素基泡沫材料的制備。盡管纖維素泡沫材料的制備和加工方法在不斷開發(fā)，但是上述專利依舊存在一下問題:(1)纖維素泡沫材料的制備過程伴隨大量化學合成試劑的使用，存在潛在污染且難完全降解；(2)制備過程復(fù)雜；(3)缺乏耐水性和防火性能，功能單一；(4)機械性能差；(5)引入高表面能的阻燃劑后難以在常溫常壓下成型。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種紙漿泡沫緩沖材料及其制備方法和應(yīng)用，紙漿泡沫緩沖材料的表觀密度為0.08～0.15g/cm3，壓縮模量為0.20～1.50mpa，極限氧指數(shù)(loi)為25-33％，垂直燃燒性能達到ul-94v0級別，疏水角為130-142°，具有優(yōu)異的綜合性能，可應(yīng)用于快遞包裝、冷鏈運輸和建筑家具等場景。以紙漿纖維為主體，納米纖維素作為疏水蠟質(zhì)材料的乳化劑以實現(xiàn)納米纖維素/蠟質(zhì)乳液的制備，通過乳液與紙漿纖維的物理復(fù)合過程實現(xiàn)紙漿纖維的疏水改性與界面增強，并通過固化的蠟質(zhì)包覆層高效地負載綠色阻燃劑以賦予泡沫材料阻燃性能，從而實現(xiàn)高性能紙漿泡沫緩沖材料的制備。針對背景中，纖維素基泡沫緩沖材料的制備過程存在化學污染、泡沫難完全降解、制備過程復(fù)雜、功能單一、機械強度差和常溫常壓干燥難以成型的問題提出了解決方案。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種紙漿泡沫緩沖材料的制備方法，包括以下步驟：

4、1)將蠟質(zhì)與納米纖維素溶液混合、分散，得到納米纖維素/蠟質(zhì)乳液；

5、2)將紙漿纖維與阻燃劑溶液混合、攪拌，得到紙漿/阻燃劑混合物；

6、3)將所述步驟1)得到的納米纖維素/蠟質(zhì)乳液與步驟2)得到的紙漿/阻燃劑混合物混合，除去液相，得到紙漿濕漿；

7、4)將所述步驟3)得到的紙漿濕漿干燥，得到紙漿泡沫緩沖材料。

8、優(yōu)選的，所述步驟1)蠟質(zhì)包括棕櫚蠟、石蠟、蜂蠟、米糠蠟和松香中的一種或幾種；

9、所述納米纖維素溶液中的納米纖維素包括纖維素納米纖維、纖維素納米晶和纖維素微米纖維中的一種或幾種。

10、優(yōu)選的，所述步驟1)納米纖維素/蠟質(zhì)乳液中蠟質(zhì)的質(zhì)量百分含量為0.2～0.6％，納米纖維素的質(zhì)量百分含量為0.6～1.8％；

11、所述分散的條件包括：轉(zhuǎn)速為5000～8000rpm，時間為3～8min。

12、優(yōu)選的，所述步驟2)紙漿/阻燃劑混合物中紙漿纖維的質(zhì)量百分含量為1～10％，阻燃劑的質(zhì)量百分含量為0.25～0.75％；

13、所述攪拌的條件包括：轉(zhuǎn)速為600～1200rpm，時間為5～10min。

14、優(yōu)選的，所述步驟2)紙漿纖維包括竹漿纖維、棉桿皮漿纖維、云杉漿纖維、馬尾松漿纖維、紅松漿纖維、落葉松漿纖維和冷杉漿纖維中的一種或多種；

15、所述阻燃劑包括磷酸、植酸、聚磷酸銨、硼酸和硼酸鹽中的一種或多種。

16、優(yōu)選的，所述步驟3)混合的條件包括：將所述納米纖維素/蠟質(zhì)乳液傾倒到紙漿/阻燃劑混合物中，傾倒速度為20～50ml/s；

17、所述納米纖維素/蠟質(zhì)乳液與紙漿/阻燃劑混合物的體積比為1:2；

18、所述混合的轉(zhuǎn)速為600～1200rpm。

19、優(yōu)選的，所述步驟3)除去液相的方式包括：將混合后得到的混合物置于圓柱狀多孔模具中至無液滴滴落；所述圓柱狀多孔模具的底部和側(cè)壁開孔，孔隙目數(shù)為100目，單孔間隔＜0.5mm。

20、優(yōu)選的，所述步驟4)干燥的條件包括：溫度為50～80℃，時間為8～16h。

21、本發(fā)明還提供了一種上述技術(shù)方案所述制備方法制備得到的紙漿泡沫緩沖材料，所述紙漿泡沫緩沖材料的表觀密度為0.08～0.15g/cm3，壓縮模量為0.20～1.50mpa，極限氧指數(shù)為25～33％，垂直燃燒性能達到ul-94v0級別，疏水角為130～142°。

22、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述的紙漿泡沫緩沖材料在提高泡沫緩沖材料強度、阻燃性能和防水性能中的應(yīng)用。

23、在本發(fā)明中，紙漿纖維作為常見的、來源廣泛的纖維素集合體，具有可生物降解和可再生的特點；納米纖維素具有尺寸小、長徑比大、強度高和氫鍵豐度的特點，且具有鮮明的棒狀或絲狀的形態(tài)結(jié)構(gòu)，可作為主體材料的增強組分和油蠟材料的乳化劑；通過選用和對比多種蠟質(zhì)的疏水性能以及對泡沫材料的輔助成型效果，系統(tǒng)地控制泡沫的形態(tài)結(jié)構(gòu)和防水能力；同時，通過紙漿纖維表層固化的蠟質(zhì)包覆層，可實現(xiàn)對多種綠色阻燃劑的高效負載以獲得優(yōu)異的阻燃性能。綜上所述，本發(fā)明針對現(xiàn)存問題，通過簡單、快捷的多級界面工程設(shè)計策略和全物理復(fù)合過程，可實現(xiàn)高強度、阻燃、常溫常壓干燥成型和防水的高性能紙漿泡沫緩沖材料的常溫常壓制備和結(jié)構(gòu)性能調(diào)控，優(yōu)異的綜合性能、可模塑加工性和可循環(huán)加工性使紙漿泡沫材料具有規(guī)模化生產(chǎn)的前景。

24、具有高表面能阻燃劑的引入會增加泡沫材料在常溫常壓干燥過程中受到的液相的高毛細管壓力的影響，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)收縮。納米纖維素/蠟質(zhì)乳液復(fù)合并固著于紙漿纖維表面，可降低紙漿纖維的表面能，同時能夠封裝并固定住阻燃劑，避免高表面能阻燃劑的引入對泡沫材料成型的干擾，從而實現(xiàn)常溫常壓干燥均勻成型。

25、本發(fā)明的有益效果：

26、本發(fā)明的制備過程中不涉及化學合成試劑的使用和化學交聯(lián)過程，無對環(huán)境污染，且紙漿泡沫材料可完全降解；通過納米纖維素實現(xiàn)疏水蠟質(zhì)的乳化以實現(xiàn)纖維納米纖維/蠟質(zhì)乳液的制備，可與紙漿纖維均勻地復(fù)合，從而實現(xiàn)紙漿纖維的疏水改性和界面增強，使泡沫的疏水角可達到142°，泡沫的壓縮強度達到1.50mpa；同時，固化的蠟質(zhì)包覆層可實現(xiàn)綠色阻燃劑的高效負載，使泡沫的極限氧指數(shù)(loi)可達到33％，垂直燃燒性能達到ul-94v0級別；泡沫材料通過各組分的物理相互作用實現(xiàn)復(fù)合，制備過程簡單、快捷、可模塑加工且可循環(huán)制備；綜上所述，泡沫具有優(yōu)異的綜合性能，可應(yīng)用于快遞包裝、冷鏈運輸和建筑家具等場景。