本发明属于生物质利用，具体涉及一种麦秸秆发泡材料及其制备方法。
背景技术：
1、传统的有机泡沫材料，如聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等材料的合成原料大多来自石化资源，这些泡沫材料的大量使用加剧了此类不可再生资源的枯竭，并且其废弃物在自然环境中难以降解，严重污染环境。因此，开发可再生的原料制备可生物降解泡沫材料，具有重要的应用价值和研究意义。
2、随着该领域研究的不断发展，借鉴天然泡沫材料的结构，依靠可再生资源制备低密度、高力学性能的泡沫材料，可广泛应用于缓冲包装、隔热保温、环境保护和建筑装潢等领域。随着社会的进步和人们生活水平的提高，泡沫材料在家居、包装等方面的使用量越来越大，但石化资源有限，仅依靠石化资源已经远远不能满足社会对泡沫材料的需求。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种麦秸秆发泡材料及其制备方法。本发明提供的麦秸秆发泡材料无污染、可降解，同时具有优异的力学和弹性性能。
2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、本发明提供了一种麦秸秆发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
4、将麦秸秆粉与碱性溶液混合，进行碱处理，得到碱处理麦秸秆；
5、将所述碱处理麦秸秆、乙酸酐和4-二甲氨基吡啶溶液混合，进行第一改性反应，得到第一改性麦秸秆；
6、将所述碱处理麦秸秆、水、引发剂和丙烯酸钠溶液混合，进行第二改性反应，得到第二改性麦秸秆；
7、将改性麦秸秆、碳酸钙、聚乙烯醇水溶液、明胶水溶液混合，进行发泡，得到所述麦秸秆泡沫材料；
8、所述改性麦秸秆为第一改性麦秸秆和/或第二改性麦秸秆。
9、优选的，所述碱处理的温度为80～95℃，时间为1.5～2.5h。
10、优选的，所述第一改性反应的温度为90～100℃，时间为2～3h。
11、优选的，所述丙烯酸钠溶液由丙烯酸和氢氧化钠溶液配制得到，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为2～5％；所述丙烯酸和氢氧化钠溶液的体积比为(5～7)ml：(2～4)ml。
12、优选的，所述碱处理麦秸秆、水、引发剂和丙烯酸钠溶液的用量比为(0.5～2)g：(12～20)ml：(0.1～1)g：(8～10)ml。
13、优选的，所述第二改性反应的温度为50～80℃，时间为0.5～2h。
14、优选的，所述改性麦秸秆的质量为改性麦秸秆、聚乙烯醇水溶液、明胶水溶液和碳酸钙总质量的6～10％。
15、优选的，所述发泡在真空冷冻干燥的条件下进行；所述发泡的温度为-70～-60℃，压力为2～10pa，时间为14～18h。
16、优选的，完成所述发泡后，还包括将所得发泡材料进行植酸处理。
17、本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的麦秸秆发泡材料。
18、本发明提供了一种麦秸秆发泡材料的制备方法，包括以下步骤：将麦秸秆粉与碱性溶液混合，进行碱处理，得到碱处理麦秸秆；将所述碱处理麦秸秆、乙酸酐和4-二甲氨基吡啶溶液混合，进行第一改性反应，得到第一改性麦秸秆；将所述碱处理麦秸秆、水、引发剂和丙烯酸钠溶液混合，进行第二改性反应，得到第二改性麦秸秆；将改性麦秸秆、碳酸钙、聚乙烯醇水溶液、明胶水溶液混合，进行发泡，得到所述麦秸秆泡沫材料；所述改性麦秸秆为第一改性麦秸秆和/或第二改性麦秸秆。
19、本发明以麦秸秆为原料，水为发泡剂，聚乙烯醇为交联剂，明胶为交联剂和增塑剂，碳酸钙为增强剂和成核剂，经冷冻发泡工艺制备软质高回弹性麦秸秆泡沫材料。本发明制备得到的麦秸秆泡沫材料孔隙率为16.87～67.17％，压缩弹性模量最大为974.05kpa，进行单次形变量为60％压缩时，其弹性回复率为80.46～82.39％，进行10次形变量为50％的循环压缩，卸压后基本完全恢复原状，拉伸模量为0.3359～1.15mpa，断裂应变为54.64～90.48％，断裂应力为0.3～0.455mpa，表现出好的柔软性、高回弹性和力学性能。
20、本发明提供的麦秸秆发泡材料在拉伸测试和压缩测试条件下力学性能较好，同时具有传统的有机泡沫材料不可比拟的优点，如可再生和可生物降解，而且反应操作步骤简单可行，反应条件温和，设备要求低，生物安全且绿色环保，原料来源简单，成本低廉，低耗能，有助于生物质资源高效化利用，解决了过程耗时长、工艺复杂、制备过程反应参数和设备要求高的问题，可适用于工业化大规模推广，在缓冲、包装等领域具有实际应用价值。
21、在本发明中，通过碱处理能够去除硅质和蜡质这些杂质，使麦秸秆中部分原纤解旋，有利于提高纤维的弹性模量，可使秸秆纤维表面粗糙并且变得松散，增加纤维与基体浸润的有效接触面积，有利于增强界面的粘合，提高麦秸秆泡沫材料的力学性能。本发明通过第一改性反应可引入酯基；通过第二改性反应可引入烯基和羧基。
22、本发明通过第一改性反应和/或第二改性反应，赋予材料更好的生物相容性，交联时结合得更紧密，能够提高麦秸秆泡沫材料的力学性能，能够有效防止材料发生变性和霉变。
23、本发明通过改性反应，能够将一层酯化层覆盖在麦秸秆表面，麦秸秆纤维表面再次变得光滑，这是由于大量的ch3coo-基团接枝到麦秸秆纤维上而形成酯化层结构，包附在麦秸秆纤维表面，从而降低麦秸秆纤维的亲水性，改善与高分子聚合物的相容性和力学性质，接枝后麦秸秆的网络结构中含有大量的羧基和羟基活性基团，使交联作用增强，同时发生氢键作用，提高了泡沫网络内部交联度。
24、本发明以水为发泡剂(水来源于聚乙烯醇水溶液和明胶水溶液)，价格低廉且绿色环保。聚乙烯醇、明胶与改性麦秸秆形成交联网络和氢键作用，一方面，pva(聚乙烯醇)能通过氢键、分子链缠绕形成物理交联，改善机械性能，另一方面，麦秸秆纤维与聚乙烯醇键合作用起到了增强作用；明胶还可做增塑剂改善其柔性。
25、进一步的，冷冻干燥发泡是一种环境友好、制备通孔泡沫材料的成型方法。在真空冷冻干燥的条件下，物料内和表面之间压力差较大，因此在压力梯度的作用下，水分会移向表面，不会出现表面硬化的现象，且其内部形成多孔的海绵状。在冷冻干燥过程中，将悬浮液降低到冰点来冻结孔隙内的溶剂(常用水作溶剂)，此后压力降低到升华压力以下，孔隙内的溶剂直接升华形成泡沫。泡沫孔隙结构可通过改变溶剂比例、冻结温度来控制。此外，采用真空升华可降低毛细管力，防止内部孔隙结构坍塌，有利于形成二维或者三维孔隙结构的泡沫，二维或三维复合泡沫材料克服了传统层合复合材料层间性能弱的缺点，具有较好的力学性能和弹性。
26、进一步的，发泡后，本发明将所得发泡材料进行植酸处理，经过植酸处理可明显提高泡沫材料的耐水性，相对于未进行植酸处理的材料具有更好的防潮性。
1.一种麦秸秆发泡材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱处理的温度为80～95℃，时间为1.5～2.5h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一改性反应的温度为90～100℃，时间为2～3h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸钠溶液由丙烯酸和氢氧化钠溶液配制得到，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为2～5％；所述丙烯酸和氢氧化钠溶液的体积比为(5～7)ml：(2～4)ml。
5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述碱处理麦秸秆、水、引发剂和丙烯酸钠溶液的用量比为(0.5～2)g：(12～20)ml：(0.1～1)g：(8～10)ml。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二改性反应的温度为50～80℃，时间为0.5～2h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性麦秸秆的质量为改性麦秸秆、聚乙烯醇水溶液、明胶水溶液和碳酸钙总质量的6～10％。
8.根据权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述发泡在真空冷冻干燥的条件下进行；所述发泡的温度为-70～-60℃，压力为2～10pa，时间为14～18h。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，完成所述发泡后，还包括将所得发泡材料进行植酸处理。
10.权利要求1～9任意一项所述制备方法制备得到的麦秸秆发泡材料。
