本发明属于生物质再利用技术领域，具体涉及一种竹纳米木素防晒剂的制备方法及其应用。
背景技术：
竹材具有独特的生物学特性，生长迅速，可再生能力强，是一种可持续利用的绿色资源。我国是世界上竹资源最丰富的国家，竹材已成为被广泛应用的木质纤维原料。而木质素是地球上储存量仅次于纤维素的第二丰富的天然有机高分子化合物，广泛存在于竹材等木质纤维原料中。但由于木素结构组成十分复杂，不同种类的原料或者方式得到的木素，结构差异性大，很大程度上阻碍了木素基材料的大规模应用。
与此同时，随着石油化工原料供应的紧张，石油价格的上涨，也使得木素的利用显得更为重要。将木素制备为纳米材料，更大程度地发挥其纳米材料和生物质材料的优点，将其应用在医疗卫生，材料，催化等领域，都有很好的前景。而常规的木质素提取是通过强酸强碱来完成，通常伴随着反应条件强、工艺复杂、成本高、无法回收、对环境污染大等问题。
由于木质素是天然的富含芳香结构的高分子化合物，因此可以将木质素用作防晒剂。然而，使用传统工艺对竹进行加工获得的木质素，其颗粒度均匀性较差、颜色深，防晒效果差；且包含有强酸强碱等成分，无论是对人体还是对环境均具有十分强力的刺激性，从而大大限制了木质素在化工及工业方面的应用。
技术实现要素：
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种环保、节能、颗粒度均匀、防晒效果好、无刺激的竹纳米木素防晒剂的制备方法。
为达到上述目的，本发明是通过如下手段得以实现的：
本发明第一方面提供了一种竹纳米木素防晒剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将竹材加工成竹片或竹条，用蒸馏水清洗至无泥沙后在室温下风干；
（2）配置对甲基苯磺酸溶液，将竹片置于对甲基苯磺酸溶液中进行蒸煮；
（3）使用抽滤装置将蒸煮后的混合物经滤纸进行固液分离，收集滤液部分；
（4）加入去离子水将滤液稀释，去除沉淀，使溶于滤液中的木素颗粒进一步分离且均一化，得到黄色竹纳米木素溶液；
（5）将步骤（4）所获得的黄色木素溶液用去离子水交换润洗，直至溶液ph为6.5-7.0，获得浅色木素溶液；
（6）将步骤（5）所获得的浅色木素溶液在室温下气干，获得竹纳米木素防晒剂。
作为优选地，步骤（1）中所述竹片或竹条规格小于30×5×5mm。
作为优选地，步骤（2）中所述对甲基苯磺酸溶液的浓度为30-80%。
作为优选地，步骤（2）中所述蒸煮的温度为60-90℃，蒸煮时间为60-90分钟。
作为优选地，步骤（3）中所述滤纸的孔隙度为10-15μm。
作为优选地，步骤（4）中加入去离子水将滤液稀释至10%以下。
作为优选地，步骤（5）中所述交换润洗的次数至少为3次，每次间隔时间至少为2小时；
本发明第二方面提供了根据上述方法制备得到的竹纳米木素防晒剂。
本发明第三方面提供了根据上述方法制备得到的竹纳米木素防晒剂用于制备防晒产品的应用。
作为优选地，所述防晒产品包括防晒乳液、防晒清漆中的一种或多种。
本发明第四方面提供了一种竹纳米木素防晒乳液，包括根据上述方法制备得到的竹纳米木素防晒剂、乳液。
作为优选地，所述乳液为防晒指数为spf15的商用乳液。
作为优选地，所述竹纳米木素防晒剂用量为乳液质量的3-10%。
本发明第五方面提供了一种竹纳米木素防晒清漆，包括根据上述方法制备得到的竹纳米木素防晒剂、清漆。
作为优选地，所述竹纳米木素防晒剂用量为清漆质量的3-10%。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
（1）本发明使用具有强酸性但无氧化性的固体有机酸替代传统制备工艺中的强酸强碱进行竹纳米木素的制备，能在较低温度下完成酸解反应，反应后能基本全部完成回收。使用对甲基苯磺酸提取竹材木质素，再通过基础物理法制备竹纳米木质素，工艺简单，生产成本低，节能环保，产生的能耗与环境污染量较小。
（2）使用本发明制备方法获得的竹纳米木素防晒剂应用广泛，能够应用于防晒乳液、防晒清漆等不同领域，同时获得的木素颗粒度均匀性良好、颜色浅、防晒效果显著提高，能有效防止紫外线对皮肤或室外装饰材料的伤害，且对人体或环境刺激性明显降低，具有广阔的市场前景。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种竹纳米木素防晒剂，其制备方法包括如下步骤：
（1）将竹材加工成30×5×1mm的竹片，用蒸馏水清洗至无泥沙后在室温下风干；
（2）配置浓度为60%的对甲基苯磺酸溶液，将竹片置于对甲基苯磺酸溶液中于90℃蒸煮60分钟；
（3）使用抽滤装置将蒸煮后的混合物经10-15μm孔隙度滤纸进行固液分离，收集滤液部分；
（4）加入去离子水将滤液稀释至浓度为10%，搅拌，静置沉淀，得到黄色竹纳米木素溶液；
（5）将步骤（4）所获得的黄色木素溶液用去离子水交换润洗5次，每6小时换一次水，直至溶液ph为6.5，获得浅色木素溶液；
（6）将步骤（5）所获得的浅色木素溶液在室温下气干，获得竹纳米木素防晒剂。
实施例2
一种竹纳米木素防晒剂，其制备方法包括如下步骤：
（1）将竹材加工成30×5×5mm的竹片，用蒸馏水清洗至无泥沙后在室温下风干；
（2）配置浓度为75%的对甲基苯磺酸溶液，将竹片置于对甲基苯磺酸溶液中于90℃蒸煮70分钟；
（3）使用抽滤装置将蒸煮后的混合物经10-15μm孔隙度滤纸进行固液分离，收集滤液部分；
（4）加入去离子水将滤液稀释至浓度为10%，搅拌，静置沉淀，得到黄色竹纳米木素溶液；
（5）将步骤（4）所获得的黄色木素溶液用去离子水交换润洗5次，每6小时换一次水，直至溶液ph为6.5，获得浅色木素溶液；
（6）将步骤（5）所获得的浅色木素溶液在室温下气干，获得竹纳米木素防晒剂。
实施例3
一种竹纳米木素防晒剂，其制备方法包括如下步骤：
（1）将竹材加工成30×5×1mm的竹片，用蒸馏水清洗至无泥沙后在室温下风干；
（2）配置浓度为60%的对甲基苯磺酸溶液，将竹片置于对甲基苯磺酸溶液中于90℃蒸煮60分钟；
（3）使用抽滤装置将蒸煮后的混合物经10-15μm孔隙度滤纸进行固液分离，收集滤液部分；
（4）加入去离子水将滤液稀释至浓度为10%，搅拌，静置沉淀，得到黄色竹纳米木素溶液；
（5）将步骤（4）所获得的黄色木素溶液用去离子水交换润洗10次，每2小时换一次水，直至溶液ph为7.0，获得浅色木素溶液；
（6）将步骤（5）所获得的浅色木素溶液在室温下气干，获得竹纳米木素防晒剂。
实施例4
一种竹纳米木素防晒乳液，其制备方法包括如下步骤：
（1）分别取根据实施例1,2,3制备得到的竹纳米木素防晒剂；
（2）分别将竹纳米木素防晒剂加入至防晒指数为spf15的商用乳液中，添加量为5%；
（3）在1000rpm下机械搅拌2小时，使乳液与竹纳米木素防晒剂混合均匀，即得。
实施例5
一种竹纳米木素防晒清漆，其制备方法包括如下步骤：
（1）分别取根据实施例1,2,3制备得到的竹纳米木素防晒剂；
（2）分别将竹纳米木素防晒剂加入至清漆中，添加量为8%；
（3）在1000rpm下机械搅拌2小时，使乳液与竹纳米木素防晒剂混合均匀，即得。
验证例1
分别取2g根据实施例4制备得到的竹纳米木素防晒乳液和2g根据实施例5制备得到的竹纳米木素防晒清漆，滴落并均匀地涂抹在转质胶带的表面(transporetape,3mcompany,usa)，用于测定紫外透射率。扫描间隔为1nm，扫描区域为400-320nm(uva)和320-290nm(uvb)。
结果显示，根据实施例4制备获得的竹纳米木质素防晒乳液的防晒值spf分别为56.8，57.2和61.2，皆远大于原有乳液的防晒值，具备较强的抗紫外线防晒效果；根据实施例5制备获得的竹纳米木质素防晒清漆的防晒值spf分别为87.2，88.6和89.7，皆远大于原有清漆的防晒值，具备较强的抗紫外线防晒效果。且上述实例中，防晒效果随着工艺参数的调整会有变化，说明具体工艺参数也对防晒效果有影响。
以上具体实施方式部分对本发明所涉及的分析方法进行了具体的介绍。应当注意的是，上述介绍仅是为了帮助本领域技术人员更好地理解本发明的方法及思路，而不是对相关内容的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域技术人员还可以对本发明进行适当的调整或修改，上述调整和修改也应当属于本发明的保护范围。
1.一种竹纳米木素防晒剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将竹材加工成竹片或竹条，用蒸馏水清洗至无泥沙后在室温下风干；
（2）配置对甲基苯磺酸溶液，将竹片置于对甲基苯磺酸溶液中进行蒸煮；
（3）使用抽滤装置将蒸煮后的混合物经滤纸进行固液分离，收集滤液部分；
（4）加入去离子水将滤液稀释，去除沉淀，使溶于滤液中的木素颗粒进一步分离且均一化，得到黄色竹纳米木素溶液；
（5）将步骤（4）所获得的黄色木素溶液用去离子水交换润洗，直至溶液ph为6.5-7.0，获得浅色木素溶液；
（6）将步骤（5）所获得的浅色木素溶液在室温下气干，获得竹纳米木素防晒剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述对甲基苯磺酸溶液的浓度为30-80%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述滤纸的孔隙度为10-15μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）中所述交换润洗的次数至少为3次，每次间隔时间至少为2小时。
5.根据权利要求1-4任一项所述制备方法制备得到的竹纳米木素防晒剂。
6.根据权利要求1-4任一项所述制备方法制备得到的竹纳米木素防晒剂用于制备防晒产品的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述防晒产品包括防晒乳液、防晒清漆中的一种或多种。
8.一种竹纳米木素防晒乳液，其特征在于，包括根据权利要求1-4任一项所述方法制备得到的竹纳米木素防晒剂、乳液。
9.根据权利要求8所述的竹纳米木素防晒乳液，其特征在于，所述乳液为防晒指数为spf15的商用乳液。
10.一种竹纳米木素防晒清漆，其特征在于，包括根据权利要求1-4任一项所述方法制备得到的竹纳米木素防晒剂、清漆。
技术总结