本發(fā)明涉及復(fù)合氣凝膠纖維，尤其涉及一種絲素/纖維素復(fù)合氣凝膠纖維及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：：1、保暖隔熱材料一直是紡織領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)材料，且有著廣泛的應(yīng)用場景和巨大的市場需求。天然的保暖隔熱紡織品主要基于禽類絨毛發(fā)展而來，因其具有輕質(zhì)，保暖和環(huán)保的優(yōu)點而廣受青睞。然而，天然絨毛有限的產(chǎn)量，致使其價格高昂。簡單的增加禽類養(yǎng)殖的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，既損害了動物權(quán)益，造成巨大環(huán)境負擔(dān)，同時也無法滿足快速增長的保暖隔熱紡織品的需求。氣凝膠纖維是一種有效保溫隔熱材料，其由相互連接的三維固體網(wǎng)絡(luò)和大量充滿空氣的孔隙組成的纖維形式的材料，通過鎖住低熱傳導(dǎo)性的空氣的流動，繼而實現(xiàn)保溫隔熱的功能，高隔熱性能、高舒適性、高強度高韌性的氣凝膠纖維一直是紡織領(lǐng)域的迫切需求，另外適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的氣凝膠纖維技術(shù)也是一個急待解決的問題。2、現(xiàn)有技術(shù)中，在名稱為biomimetic,knittable?aerogel?fiber?for?thermalinsulation?textile的論文中通過低溫冷凍環(huán)冷凍冰模板法制備高保溫性能的片層狀氣凝膠，干燥后的氣凝膠纖維再通過pu溶液在外層包覆一層pu皮層，制備出皮芯結(jié)構(gòu)封裝的氣凝膠纖維，這種仿北極熊毛氣凝膠纖維兼具優(yōu)異的力學(xué)性能和媲美羽絨的保溫性能，該制備方法獲得冷凍的水凝膠纖維后仍需要收集冷凍干燥，再去涂敷pu皮層，該過程耗能耗時，難以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；另外，表面皮層的pu雖提供高的力學(xué)性能，但其高毒性，無法生物降解對環(huán)境有巨大潛在危害。3、有鑒于此，有必要設(shè)計一種改進的絲素/纖維素復(fù)合氣凝膠纖維及其制備方法和應(yīng)用，以解決上述問題。技術(shù)實現(xiàn)思路1、本發(fā)明的目的在于提供一種絲素/纖維素復(fù)合氣凝膠纖維及其制備方法和應(yīng)用。2、為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種絲素/纖維素復(fù)合氣凝膠纖維的制備方法，包括如下步驟：3、s1、將芯層絲素蛋白紡絲液和皮層纖維素紡絲液通過同軸紡絲頭擠入凝固浴制得水凝膠纖維；4、s2、使步驟s1制得的所述水凝膠纖維通過低溫冷凍模塊，得到冷凍的水凝膠纖維；5、s3、使步驟s2得到的所述冷凍的水凝膠纖維通過醇類溶劑，得到有機濕凝膠纖維；對所述有機濕凝膠纖維進行干燥處理，制得所述絲素/纖維素復(fù)合氣凝膠纖維。6、優(yōu)選地，在步驟s2中，低溫冷凍模塊的溫度為-30～-120℃，所述低溫冷凍模塊中冷凍區(qū)的長度為0.01-2m，所述水凝膠纖維通過所述冷凍區(qū)的速度為0.02-6m/min。7、優(yōu)選地，在步驟s3中，所述干燥處理采用常壓干燥模塊進行，其溫度為80-100℃，所述干燥模塊的干燥區(qū)長度為0.3-2m，所述有機濕凝膠纖維在所述干燥區(qū)的傳輸速度為0.02-6m/min。8、優(yōu)選地，在步驟s1中，同軸紡絲過程中皮層紡絲液與芯層紡絲液的流速比為1：1至5：1，芯層針頭規(guī)格為10-22g，皮層針頭規(guī)格為18-30g。9、優(yōu)選地，在步驟s1中，絲素蛋白紡絲液的質(zhì)量百分比為8-20wt％。10、優(yōu)選地，在步驟s1中，纖維素紡絲液的質(zhì)量百分比為4-11wt％。11、優(yōu)選地，在步驟s1中，紡絲過程中紡絲液的流速為1-50ml/min。12、優(yōu)選地，在步驟s3中，醇類溶劑為甲醇，乙醇，叔丁醇中的一種。13、采用本發(fā)明提出的所述制備方法制得的絲素/纖維素復(fù)合氣凝膠纖維，包括：14、芯層，其為片層結(jié)構(gòu)的絲素蛋白氣凝膠；15、皮層，所述皮層為纖維素包裹芯層的致密結(jié)構(gòu)，其截面直徑為250-1000μm。16、特別地，本發(fā)明提出的絲素/纖維素復(fù)合氣凝膠纖維能夠用于制備保溫性織物。17、本發(fā)明的有益效果是：18、1、本發(fā)明提供的絲素/纖維素復(fù)合氣凝膠纖維的制備方法，其通過先制備以絲素蛋白為芯層，以纖維素為皮層的皮芯結(jié)構(gòu)水凝膠纖維，再利用低溫冷凍模塊對其進行冷凍處理，接著將其中的水溶劑置換為醇類溶劑，最后經(jīng)常壓干燥處理，即制得具有高強度、高韌性、保溫性優(yōu)異的絲素/纖維素復(fù)合氣凝膠纖維。19、2、本發(fā)明提供的制備方法，通過在特定條件下對水凝膠纖維進行冷凍處理，可利用冷凍模塊和纖維的溫度差，及冷凍時間的控制，使得冰晶在芯層的絲素蛋白水溶液中定向生長并起模板作用擠壓絲素蛋白分子構(gòu)成片層結(jié)構(gòu)，且確保纖維在通過冷凍模塊前完全冷凍，冷凍后的氣凝膠纖維再通過醇類溶劑時，更利于醇類溶劑滲透至纖維內(nèi)部，將纖維中的水冰晶迅速置換為低沸點的醇類溶劑，同時誘導(dǎo)絲素蛋白分子構(gòu)成β折疊結(jié)構(gòu)，固化形成的片層結(jié)構(gòu)；通過利用干燥模塊對濕凝膠進行常壓干燥處理，可對凝膠的干燥過程進行精準調(diào)控，以得到所需結(jié)構(gòu)的氣凝膠纖維，同時，干燥處理過程和前述低溫冷凍為常壓下可實施的連續(xù)化過程，利于實現(xiàn)氣凝膠纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。技術(shù)特征：1.一種絲素/纖維素復(fù)合氣凝膠纖維的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟s2中，低溫冷凍模塊的溫度為-30～-120℃，所述低溫冷凍模塊中冷凍區(qū)的長度為0.01-2m，所述水凝膠纖維通過所述冷凍區(qū)的速度為0.02-6m/min。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟s3中，所述干燥處理采用常壓干燥模塊進行，其溫度為80-100℃，所述干燥模塊的干燥區(qū)長度為0.3-2m，所述有機濕凝膠纖維在所述干燥區(qū)的傳輸速度為0.02-6m/min。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟s1中，同軸紡絲過程中皮層紡絲液與芯層紡絲液的流速比為1：1至5：1，芯層針頭規(guī)格為10-22g，皮層針頭規(guī)格為18-30g。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟s1中，絲素蛋白紡絲液的質(zhì)量百分比為8-20wt％。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟s1中，纖維素紡絲液的質(zhì)量百分比為4-11wt％。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟s1中，紡絲過程中紡絲液的流速為1-50ml/min。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟s3中，醇類溶劑為甲醇，乙醇，叔丁醇中的一種。9.一種采用權(quán)利要求1-8中任一項所述的制備方法制得的絲素/纖維素復(fù)合氣凝膠纖維，其特征在于，包括：10.一種權(quán)利要求9所述的纖維素復(fù)合氣凝膠纖維在制備保溫性織物中的應(yīng)用。技術(shù)總結(jié)本發(fā)明提供了一種絲素/纖維素復(fù)合氣凝膠纖維及其制備方法和應(yīng)用，涉及復(fù)合氣凝膠纖維
技術(shù)領(lǐng)域：
：。該方法通過先制備以絲素蛋白為芯層，以纖維素為皮層的皮芯結(jié)構(gòu)水凝膠纖維，再利用低溫冷凍模塊對其進行冷凍處理，接著將其中的水溶劑置換為醇類溶劑，最后經(jīng)常壓干燥處理，即制得具有高強度、高韌性、保溫性優(yōu)異的絲素/纖維素復(fù)合氣凝膠纖維。上述過程中，通過對冷凍處理和常壓干燥處理的工藝參數(shù)進行精準控制，可對復(fù)合氣凝膠纖維進行調(diào)控，利于得到性能優(yōu)異的纖維材料；同時，干燥處理過程和低溫冷凍為常壓下可實施的連續(xù)化過程，利于實現(xiàn)氣凝膠纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。技術(shù)研發(fā)人員：王金鳳,周美伶,劉清濤,曾貝妮,張守偉受保護的技術(shù)使用者：武漢紡織大學(xué)技術(shù)研發(fā)日：技術(shù)公布日：2025/8/21