一种基于湿法纺丝制备壳聚糖/二氧化硅改性纤维的方法

本发明涉及一种基于湿法纺丝制备壳聚糖/二氧化硅改性纤维的方法。

背景技术：

1、壳聚糖(chitosan)，又名：脱乙酰甲壳质、可溶性甲壳素、聚氨基葡萄糖，化学名称为：β-(1，4)-2-氨基-2-脱氧-d-葡聚糖，是由甲壳质经脱乙酰作用，脱去c2上的乙酰基而得到。壳聚糖呈白色或灰白色，略有珍珠光泽，半透明无定形固体，约在185℃分解，不溶于水和稀碱溶液，可溶于稀有机酸和部分无机酸(盐酸)，但不溶于稀硫酸、稀硝酸、稀磷酸、草酸等。研究发现，壳聚糖具有抗酸、抗溃疡，促进伤口愈合等性质；作为各种剂型的辅料，壳聚糖既可用作片剂崩解剂、黏合剂，也可制成颗粒剂、眼用膜剂等。

2、现有基于壳聚糖/二氧化硅纤维形成的辐射冷却结构虽然拥有较高的太阳光反射率和较优异的红外发射率，但壳聚糖本身的疏水特性在一定程度上会影响纤维的拉伸压缩性能，同时在体系中加入的二氧化硅微球会使纤维进一步丧失部分织物特性，例如舒适度、柔韧性等，因此使形成的辐射冷却结构存在机械强度不足的问题。

技术实现思路

1、发明目的：本发明目的旨在提供一种基于湿法纺丝制备壳聚糖/二氧化硅改性纤维的方法，该方法制得的改性纤维具有良好的柔韧性、机械强度、水蒸发速率、太阳光波段的反射率和红外发射率，因此使基于该改性纤维形成的辐射冷却结构具有良好的辐射制冷性能。

2、技术方案：本发明所述的基于湿法纺丝制备壳聚糖/二氧化硅改性纤维的方法，包括如下步骤：

3、(1)将壳聚糖加入到乙酸水溶液中，搅拌分散得到壳聚糖-乙酸溶液，再向其中加入有机溶剂和甘油得到壳聚糖前驱体溶液；

4、(2)将二氧化硅粉末加入到乙酸水溶液中，超声混合后得到二氧化硅-乙酸溶液，向壳聚糖前驱体溶液中滴加二氧化硅-乙酸溶液和增塑剂溶液，得到壳聚糖/增塑剂/二氧化硅前驱体溶液；

5、(3)将硫酸钠和氢氧化钠加入到去离子水中，搅拌分散得到凝固浴；

6、(4)将壳聚糖/增塑剂/二氧化硅前驱体溶液通过注射泵挤出至凝固浴中，在凝固浴中凝固为壳聚糖/二氧化硅改性纤维。

7、其中，步骤(1)中，壳聚糖脱乙酰度为70～90％，优选为80～90％。

8、其中，步骤(1)中，乙酸水溶液中，乙酸与水的体积比为1：49。

9、其中，步骤(1)中，有机溶剂为乙醇、甲醇、乙酸、二氯甲烷或二甲基亚砜中的至少一种，优选为甲醇，甘油与有机溶剂的体积比为1：33.375。

10、其中，步骤(2)中，增塑剂溶液为丝素蛋白溶液或聚乙烯醇水溶液。

11、其中，丝素蛋白溶液采用如下方法配制而成：先将蚕茧进行脱胶处理，之后放入溴化锂溶液中进行溶解，最后经透析得到丝素蛋白溶液。

12、其中，聚乙烯醇水溶液采用如下方法配制而成：将聚乙烯醇粉末倒入纯水中溶胀，之后不断搅拌并且加热，完全溶解后得到聚乙烯醇水溶液。

13、其中，步骤(2)中，二氧化硅粉末的粒径为2～6μm。

14、其中，步骤(2)中，壳聚糖与二氧化硅的加入质量比为12～14:1。

15、其中，步骤(3)中，凝固浴中，硫酸钠的质量分数为2～3％，氢氧化钠的质量分数为0.3～0.4％。

16、上述方法制备获得的壳聚糖/二氧化硅改性纤维。本发明制得的壳聚糖/丝素蛋白/二氧化硅纤维在太阳光谱的可见光(vis)和近红外(nir)范围(波长，λ≈0.3-2.5μm)中具有较高的反射率，反射率为88.2％，同时，在中红外(mir)光谱(λ≈8-13μm)中具有较高的发射率，发射率为97.3％，以最大限度地降低热负荷。

17、有益效果：相比于现有技术，本发明具有如下显著的优点：本发明方法制得的改性纤维具有良好的柔韧性、机械强度、水蒸气透过率、太阳光波段的反射率和红外发射率，相较于壳聚糖/二氧化硅纤维，加入丝素蛋白之后，纤维的拉伸形变量由原本的34.1％增加到了62.5％，柔韧性得到了大幅增加，太阳光波段的反射率和红外发射率也分别增加了5.9％和1.7％，水蒸气透过率相较于壳聚糖/二氧化硅纤维也从原本的0.21g cm-2h-1增加到了0.23g cm-2h-1，因此使基于该改性纤维形成的辐射冷却结构具有良好的辐射制冷性能。

技术特征：

1.一种基于湿法纺丝制备壳聚糖/二氧化硅改性纤维的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于湿法纺丝制备壳聚糖/二氧化硅改性纤维的方法，其特征在于：步骤(1)中，乙酸水溶液中，乙酸与水的体积比为1：49～50。

3.根据权利要求1所述的基于湿法纺丝制备壳聚糖/二氧化硅改性纤维的方法，其特征在于：步骤(1)中，有机溶剂为乙醇、甲醇、乙酸、二氯甲烷或二甲基亚砜中的至少一种；甘油与有机溶剂的体积比为1：33.375～34。

4.根据权利要求1所述的基于湿法纺丝制备壳聚糖/二氧化硅改性纤维的方法，其特征在于：步骤(2)中，增塑剂溶液为丝素蛋白溶液或聚乙烯醇水溶液。

5.根据权利要求4所述的基于湿法纺丝制备壳聚糖/二氧化硅改性纤维的方法，其特征在于：丝素蛋白溶液采用如下方法配制而成：先将蚕茧进行脱胶处理，之后放入溴化锂溶液中进行溶解，最后经透析得到丝素蛋白溶液。

6.根据权利要求4所述的基于湿法纺丝制备壳聚糖/二氧化硅改性纤维的方法，其特征在于：聚乙烯醇水溶液采用如下方法配制而成：将聚乙烯醇粉末倒入纯水中溶胀，之后不断搅拌并且加热，完全溶解后得到聚乙烯醇水溶液。

7.根据权利要求1所述的基于湿法纺丝制备壳聚糖/二氧化硅改性纤维的方法，其特征在于：步骤(2)中，二氧化硅粉末的粒径为2～6μm。

8.根据权利要求1所述的基于湿法纺丝制备壳聚糖/二氧化硅改性纤维的方法，其特征在于：步骤(2)中，壳聚糖与二氧化硅的加入质量比为12～14:1。

9.根据权利要求1所述的基于湿法纺丝制备壳聚糖/二氧化硅改性纤维的方法，其特征在于：步骤(4)中，凝固浴中，硫酸钠的质量分数为2～3％，氢氧化钠的质量分数为0.3～0.4％。

10.根据权利要求1所述的基于湿法纺丝制备壳聚糖/二氧化硅改性纤维的方法，其特征在于：步骤(4)中，壳聚糖/二氧化硅改性纤维为壳聚糖/丝素蛋白/二氧化硅纤维或壳聚糖/二氧化硅/聚乙烯醇纤维。

技术总结本发明公开了一种基于湿法纺丝制备壳聚糖/二氧化硅改性纤维的方法，包括如下步骤：(1)将壳聚糖加入到乙酸水溶液中，搅拌分散得到壳聚糖‑乙酸溶液，再向其中加入有机溶剂和甘油得到壳聚糖前驱体溶液；(2)将二氧化硅粉末加入到乙酸水溶液中，超声混合后得到二氧化硅‑乙酸溶液，向壳聚糖前驱体溶液中滴加二氧化硅‑乙酸溶液和增塑剂溶液，得到壳聚糖/增塑剂/二氧化硅前驱体溶液；(3)将硫酸钠和氢氧化钠加入到去离子水中，搅拌分散得到凝固浴；(4)将壳聚糖/增塑剂/二氧化硅前驱体溶液通过注射泵挤出至凝固浴中，在凝固浴中凝固为壳聚糖/二氧化硅改性纤维。技术研发人员：施明扬,陈呈,代洪亮,贾小钰,佴成,封文辉,崔钧婷,刘兰,马群侠,王新刚受保护的技术使用者：江苏科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5