一种海绵制品及其制备方法与流程

本发明涉及海绵制品，尤其涉及一种海绵制品及其制备方法。

背景技术：

1、海绵是一种非常常见且常用的，用于起到清洁作用的制品。其大多用于厨器具清洁或者人体清洁。这两种用途对于海绵具有显著不同的要求。如厨器具清洁通常对于海绵的耐用性要求更高，要求具有更高的硬度和海绵密度从而提高清洁效果，而对于人体清洁，则在亲和性和柔软度上具有更高的需求。

2、因而，就目前而言大多将清洁用的海绵制品分为合成海绵和天然海绵。合成海绵具有成本低、性价比高、耐用性通常更强且硬度相对较高等特点，用于厨器具的清洁使用，而天然海绵具有更高的对人体亲和性，且更加柔软、不易导致人体表皮损伤或导致产生过敏，常用于人体清洁使用。但随着对天然海绵的开发以及人们对清洁海绵的安全性的需求增加，现在也有愈来愈多的天然海绵用作厨器具的清洁。

3、但是，现有的厨器具清洁天然海绵多数为木浆海绵或竹纤维海绵，其加工过程中为解决木浆海绵易霉变和竹纤维海绵耐磨性差、使用寿命较短的缺陷，以及木浆纤维和竹纤维难以有效通过自身构建具有丰富孔道结构的海绵体的问题，大多采用了大量的助剂和调整剂，以通过助剂、调整剂等辅助发泡构建海绵体，采用了大量的胶黏剂，实际安全性和柔软度均较为有限，且保水性也相对较差，容易失水干化，对于水分和洗涤剂的吸附和分散能力不足，实际清洁效果也相对较为有限。因而，针对天然纤维海绵，目前还亟待优化提升其性能。而就目前工艺而言，还有部分工艺是对植物纤维进行改性处理，使其具备合成纤维的耐用性，但其也仅仅增强了耐用性，却难以有效保留原本天然纤维柔软且高亲和性等优点。

技术实现思路

1、为解决现有的合成纤维海绵制品性能耐用性和清洁能力较优，但亲安全性和柔软性较差，而天然纤维海绵制品虽然具有良好的安全性和柔软性，但清洁能力有限，以及现有的改性天然纤维海绵制品也存在诸多不足的问题，本发明提供了一种海绵制品及其制备方法。

2、本发明的主要目的在于：

3、一、以天然植物纤维作为原料直接构建具有类合成纤维海绵的轻量高结构密度海绵制品；

4、二、海绵制品能够保持天然纤维海绵的安全性和柔软性优点，同时具备良好的耐用性和清洁能力；

5、三、制备方法简洁高效，适用于工业化批量生产。

6、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

7、一种海绵制品的制备方法，

8、所述方法包括：

9、1）将植物纤维加入至过氧化氢水溶液中充分溶胀后抽滤分离液体得到预处理纤维；

10、2）将预处理纤维分散至水中，加入丙烯酸单体搅拌反应至形成絮状物后快速加入碱液调节ph值至6～8并加入水进行体积膨胀为凝胶海绵体；

11、3）将凝胶海绵体置于甲醇中进行置换浸洗，最后进行热干燥固型，得到固型预制海绵体；

12、4）将固型预制海绵体置于过量水中超声浸洗至海绵体软化后过滤并干燥得到海绵制品。

13、作为优选，

14、步骤1）所述植物纤维为目数≥80 目的木纤维粉和/或竹纤维粉；

15、步骤1）所述过氧化氢水溶液浓度为25～35 wt%；

16、步骤1）所述植物纤维与过氧化氢水溶液的用量质量比为1：（2.75～3.25）。

17、作为优选，

18、步骤1）所述充分溶胀是在20～25 ℃条件下溶胀浸渍30～60 min。

19、作为优选，

20、步骤2）所述将预处理纤维分散至水中时，预处理纤维和水的用量质量比为1：（1.2～1.8）；

21、步骤2）所述丙烯酸单体用量为（0.8～1.2）g/g预处理纤维。

22、作为优选，

23、步骤2）所述搅拌反应过程控制反应温度为45～55 ℃；

24、步骤2）所述搅拌反应时长为210～270 min。

25、作为优选，

26、步骤2）所述碱液为浓度18～22 wt%的氢氧化钠水溶液；

27、步骤2）所述加入水进行体积膨胀过程水的用量为（20～30） ml/g预处理纤维。

28、作为优选，

29、步骤3）所述热干燥固型是置于60～70 ℃条件下处理2～3 h。

30、作为优选，

31、步骤4）过量水是3～5 倍固型预制海绵体体积的水。

32、一种海绵制品。

33、对于本发明技术方案而言，最为核心的技术在于以丙烯酸单体与植物纤维的结合，以类似对植物纤维改性的方式实现海绵制品的制备。但所不同的是，本发明仅适用了极少种类的物料，大大减少了如发泡剂、引发剂等助剂和调整剂的引入，提高了海绵制品的安全性和环保性，同时很大程度保留了植物纤维原先的结构特点，使得植物纤维保持良好的柔韧性和纤维表面的多孔特点，以提升海绵制品的清洁效果。

34、而对此，本发明首先要对植物纤维进行有效的预处理，本发明预处理主要是通过过量的过氧化氢水溶液在室温条件下对其进行处理。

35、在该处理过程中，实际过氧化氢起到了一定引发剂的作用，其能够使得植物纤维粉溶胀展开形成丝状纤维，同时借助过氧化氢的强氧化性使得预处理体系中产生大量的自由基ro·，由此能够使得预处理后的植物纤维具备较强的反应活性能够与丙烯酸实现接枝。这也是相对较为常见的丙烯酸纤维素的合成过程所用的预处理方式，但对于本发明而言，不同于常见的丙烯酸纤维素合成过程需采用至少50～80 ℃的预处理，本发明需要控制预处理温度严格在较低的20～25 ℃范围内进行，因为采用低温配合过量的过氧化氢水溶液，能够大大提高植物纤维的反应活性，但又能够避免产生过多的自由基激发丙烯酸单体的长链聚合。丙烯酸单体的长链聚合形成高聚合度和高交联度的聚丙烯酸聚合物并不利于本发明海绵制品的制备。

36、这便涉及到本发明的第二个重要技术点，即丙烯酸聚合过程的控制。要控制聚合过程以及聚合产物（及其衍生物，如聚丙烯酸树脂和聚丙烯酸钠等）的性能，本发明首先在众多的丙烯酸单体中仅能够直接使用丙烯酸进行自由基聚合，这是因为其他的丙烯酸单体如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或月桂酯等常见的丙烯酸单体均会导致聚合物的性能发生改变，而本发明则需要严格控制丙烯酸聚合物的交联度和聚合物，这些常见的单体并不利于该过程的控制。

37、在本发明预处理纤维和丙烯酸的反应过程中，实际丙烯酸起到了“胶黏剂”的作用链接经过活化、具有极强反应活性的植物纤维，使得其能够形成交联的絮状物同时尽可能地保留原植物纤维的微观结构，使其保持良好的对人体亲和性以及柔韧性，而与此同时，预处理后预处理纤维也同时作为“引发剂”，其能够促进其自身与丙烯酸的接枝反应进行交联构建海绵泡沫结构的基础，同时有能够激发丙烯酸进行共聚形成具有吸水性的聚合物，形成互穿网络、由内至外产生支撑作用将植物纤维向外展开形成具有一定硬度的凝胶海绵体。

38、而后续的处理过程，则是本发明的另一重要技术核心。在研发过程中，技术人员发现在一定的条件下，凝胶海绵体中所形成的聚丙烯酸纤维是聚合度和交联度均非常低的聚合物，而所形成的这种特殊的聚丙烯酸纤维是能够通过“水洗”进行去除的，但在去除前，其能够起到良好的互穿支撑作用同时能够克服天然纤维海绵在初次干燥固化过程中产生的热收缩问题。因为无论是木纤维海绵还是竹纤维海绵，甚至于更加高段的细菌纤维素海绵，其在初次热干燥过程中均会产生不可逆的体积收缩，干燥前后的厚度变化率甚至可以高达约51～79 %，这主要是因为植物纤维素的分子结构中含有大量的羟基，这些羟基在湿润状态下会与水分子形成氢键，使纤维具有一定的膨胀性，但在热干燥过程中，水分被移除，纤维素分子链之间的氢键重新排列，导致分子链变得更加紧密和有序，这种结构的变化是不可逆的，从而导致了纤维海绵的收缩。因而天然纤维海绵或泡沫体均需要采用成本高昂的冷冻干燥方式进行初次干燥固型，但这很显然并不适用于清洁海绵的制造。

39、但在本发明技术方案中，植物纤维与丙烯酸构成的植物纤维-丙烯酸纤维素网络与聚丙烯酸纤维网络形成互穿支撑，在热干燥过程中能够抑制纤维素分子链的收窄收缩，并且聚丙烯酸纤维表面也含有丰富的羧羟基，其通过氢键作用也能够有效稳定纤维素分子链的排列，而在初次热干燥后植物纤维素趋于稳定，则能够有效地保持海绵制品的轻柔性状。

40、因而，本发明需要确保在步骤2）过程中能够以发生植物纤维与丙烯酸接枝、以及丙烯酸短链聚合两种形式的主要反应过程，因而在该过程中除了需要控制前述的植物纤维预处理过程，还需注意反应温度，本发明采用了较低的反应温度也是为了尽可能地抑制丙烯酸的长链聚合。

41、在完成凝胶海绵体的初次热干燥固型后，本发明则进一步采用过量的水进行超声浸溶，以实现对低聚合度、低交联度的丙烯酸聚合物的“溶解”，使其转变成低粘度的胶态甚至于近乎完全溶解，实现与海绵制品的分离，从而实现目标海绵制品的制备。

42、本发明的有益效果是：

43、本发明通过极少的原料助剂配合即能够实现类天然纤维海绵的制备，并且使其具备天然海绵的高亲和性和高柔软度特点，同时增强了其耐用性和清洁力，制备过程简洁高效，制备过程更加绿色安全。