一种蓬松隔热保温气凝胶纤维及制备方法与流程

本发明属于纤维，具体涉及一种蓬松隔热保温气凝胶纤维及制备方法。

背景技术：

1、气凝胶是一类由凝胶衍生出来的多孔材料，具有高比表面积、高孔隙率、低密度、低热导率等特点，在生物、医学、建筑等领域有着巨大的应用前景。随着人们的深入研究，气凝胶逐渐应用于纤维纺丝领域，将气凝胶加入到纤维、面料中，可赋予纤维轻质保暖的效果。在对于气凝胶方面的研究中，sio2气凝胶是纺织领域研究的主流方向，sio2气凝胶应用范围广，但缺点是sio2气凝胶较脆，在实际的生产过程中容易产生碎片、粉末等。

2、应用sio2气凝胶的纺织品可纺性、可塑性较低，以无纺三明治夹心材料为例，无纺三明治夹心材料指的是夹层为无纺布基材、芯层为气凝胶的三层结构填充式面料，无纺布基材通常限制为涤纶或者丙纶。无纺三明治夹心材料虽然保暖，但鲜少用于面料织造，且由于基材的原因无法染色。并且，无纺三明治夹心材料表面回潮较低，容易产生静电，对人体造成伤害，如刺激人体皮肤,使皮肤水分减少,可能导致皮肤出现干燥、起屑、刺痒等症状。由无纺三明治夹心材料做成的纺织品克重高，且厚重，单层就达到0.3cm以上，穿着于身舒适度较低，限制了其在纺织领域的发展。

3、为了使sio2气凝胶更多应用于纺织行业，研究人员又将突破点放在了气凝胶纤维上。市面上常见的含有sio2气凝胶的纤维多以直接将sio2气凝胶粉体与聚合物切片或者纺丝原液共混制成纤维，如专利号“cn202211310230.9”名称为“一种石墨烯气凝胶纤维及其制备方法”中，将涤纶切片进行研磨粉碎，然后将粉体与石墨烯材料、气凝胶玻璃微珠材料、改性剂混合后，通过挤出造粒，得到复合母粒，再进行熔融纺丝，但sio2气凝胶脆性较大，多孔结构易碎，在纺丝过程中出现sio2气凝胶孔隙坍塌的现象，导致多孔结构在纤维中分布不均匀，影响纤维的性能。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种蓬松隔热保温气凝胶纤维及制备方法，实现避免纤维中的气凝胶破碎影响纤维性能、提高气凝胶纤维吸湿性、染色性的发明目的。

2、为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、本发明的目的之一在于提供一种蓬松隔热保温气凝胶纤维，所述气凝胶纤维为双层结构，其中内层为含有sio2气凝胶和纤维素气凝胶的气凝胶复合纤维，外层为蛋白膜。

4、本发明的目的之二在于提供一种蓬松隔热保温气凝胶纤维的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

5、s1、将植物粉体、硅源助剂加入到纤维原料中搅拌30～40min，得共混纤维原料；

6、s2、共混纤维原料经喷丝孔挤出后经过牵伸得到初生纤维；

7、s3、将初生纤维浸入分散液中，经静置、超低温处理、洗脱后得气凝胶复合纤维，再浸入到含有蛋白质的果酸助剂中反应，水洗后采用预干燥、再烘干的处理方法，制成具有双层结构的蓬松隔热保温气凝胶纤维。

8、优选的，所述s1中的植物粉体为亚麻、针叶、甘蔗、棉花、海藻、桑黄、玉米中的一种或多种粉体，粒径为300nm～2μm。

9、优选的，所述s1中硅源助剂为硅酸钠、四氯化硅、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯中的一种或多种。

10、优选的，所述s1中纤维原料的纤维为涤纶、再生纤维素纤维、聚氨酯、腈纶、锦纶、丙纶的一种或多种。

11、优选的，所述搅拌的速率为500～800r/min。

12、优选的，所述s1中植物粉体的加入量为纤维原料有效成分的0.3～10wt％。

13、优选的，所述s1中硅源助剂的加入量为纤维原料有效成分的1～5wt％。

14、所述纤维素纤维原料的有效成分指的是纤维素纤维纺丝原液中的甲种纤维素。

15、优选的，所述s3中分散液的溶质为碳酸氢钠、一水合氨、二甲胺、三乙胺、苯胺、吡啶中的一种或多种，溶剂为水。

16、优选的，所述s3中分散液的浓度为0.5～2wt％。

17、优选的，所述s3中静置的时间为3～5min。

18、优选的，所述s3中超低温处理的温度为-196℃，时间为1～10s。

19、优选的，所述s3中洗脱采用有机溶剂，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇和丙酮的一种或多种。

20、优选的，所述s3中含有蛋白质的果酸助剂包括蛋白质、果酸和水；所述蛋白质为大豆分离蛋白、小麦蛋白、豌豆蛋白、玉米蛋白、角蛋白中的一种或多种；所述果酸为柠檬酸、苹果酸、单宁酸、鞣酸中的一种或多种。

21、进一步地，所述含有蛋白质的果酸助剂中，蛋白质占10～15wt％，果酸占2～4wt％，其余为水。

22、优选的，所述s3中气凝胶复合纤维浸入到含有蛋白质的果酸助剂中反应的反应时间为4～5h，反应温度为30～35℃。

23、优选的，所述s3中预干燥的温度为60～90℃，时间为50～60min。

24、优选的，所述s3中烘干温度为120～150℃，时间为90～120min。

25、由于采用了上述技术方案，本发明达到的技术效果是：

26、1、本发明制备的蓬松隔热保温气凝胶纤维细度为0.5～9dtex，密度为0.7～1.0g/cm3，蓬松度>5cm，制成面料后单层的厚度低于0.02cm，穿着于身时更加轻质舒适。

27、2、本发明制备的蓬松隔热保温气凝胶纤维热传导系数为0.008～0.02w/m·k(按照gb/t 35762-2017测定)，而普通腈纶的热传导系数为0.032w/m·k，普通涤纶的热传导系数为0.07w/m·k，中空涤纶的热传导系数为0.04w/m·k，因此隔热保温性能比普通纤维更好；纤维吸湿性良好，回潮率大于2％；速干性能优异，蒸发速率大于0.2g/h(按照gb/t21655.1—2008测定)，纤维轻质保暖的同时又吸湿速干。

28、3、本发明制备的蓬松隔热保温气凝胶纤维具有远红外升温性能，其中远红外发射率大于0.88，远红外辐照温升大于3℃(按照gb/t 30127-2013测定)；染色性能良好，染色均匀度均不低于4级。

29、4、本发明中将植物粉体、硅源助剂加入到纤维原料中共混再经过喷丝孔制成初生纤维，植物粉体和硅源助剂分布于初生纤维内部，再经浸入分散液、超低温处理等步骤，在初生纤维内部均匀生成纤维素气凝胶和sio2气凝胶，得到气凝胶复合纤维，避免了直接将纤维素气凝胶和sio2气凝胶与纤维原料共混挤出、牵伸制成纤维的过程中对气凝胶的结构造成一定破坏，避免破碎的气凝胶结构对纤维的性能造成不良影响。

30、5、将气凝胶复合纤维浸入到含有蛋白质的果酸助剂中，蛋白质和果酸发生交联反应，在气凝胶复合纤维表面形成一层蛋白膜，得到内层为气凝胶复合纤维、外层为蛋白膜的双层结构，蛋白膜的生成使纤维更加亲肤，同时提高纤维的吸湿性和染色效果。

31、6、s3中采用预干燥后再烘干的处理方法，蛋白膜进一步在气凝胶复合纤维表面凝固，避免蛋白膜受高温不均匀急剧收缩产生气泡、细纹等对纤维的外观造成影响。