CN109733016A - 一种高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料及其制备方法，包括以下步骤：将竹子截断并剖成竹片，煮炼变软，置于果胶酶和纤维素酶溶液中多次处理，快速冷冻，真空干燥，得到竹纤维多孔支撑材料；将铝箔作为接收器，将含明胶甲基丙烯酰胺的蚕丝蛋白改性纺丝液，经静电纺丝，制备得到基层，将竹纤维多孔支撑材料固定于基层表面作为静电纺丝的接收器，调节静电纺丝工艺继续静电纺丝，制备得到含三维蓬松中间层的纳米纤维膜，继续静电纺丝，制备得到含表层和三维蓬松中间层的纳米纤维膜；在紫外光照射下，将含表层和三维蓬松中间层的纳米纤维膜加热加压，制备得到高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料。

Description

一种高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料及其制 备方法

技术领域

本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料及其制备方法。

背景技术

竹资源是一种资源丰富的自然健康资源，因为竹资源的产量大，种植成活率高，生长周期短，易于繁衍，更新换代速度快，因此，随着科学进步和绿色消费意识的不断发展，将竹资源运用于纺织领域，不急可以缓解植物纤维原料的供需矛盾，还有利于赋予纺织品优良的性能和独特的产品风格。

目前，在纺织领域使用的竹资源有再生竹纤维和原生竹纤维，其中原生竹纤维是用物理、机械方法制备而成，竹原纤维是将天然的竹材锯成一定的长度，利用多种纯天然植物的浸出液，同事采用机械、物理的方法将主材中的木质素、多戊糖、竹粉、果胶等杂质去除后，制备得到对人体无害、无环境污染的洁白光亮、挺直滑爽、细度均匀、强度高、弹性偏小、吸水率大的纤维。中国专利CN100381620C公开的利用生物酶制取纺织用竹原纤维的方法，首先把竹子截断并剖成竹片，竹片放入开水中煮炼变软，取出压碎、锤成细丝，再放入压力锅中蒸煮，除去部分果胶、半纤维素、木质素；然后将预处理过的竹丝，浸入含有生物酶和纤维素酶的溶液中处理，让生物酶分解竹丝中的木质素、半纤维素、果胶，以获得竹子中的纤维素纤维，最后把酶分解后的竹纤维素纤维清洗、漂白、上油、柔软、开松即可供纺织用的竹原纤维，该方法不需要任何化学处理、操作简单、处理时间短、产品质量稳定的竹原纤维。中国专利CN101372763B公开的复合生物酶制备竹原纤维的方法，竹麻由鲜毛竹或鲜慈竹或鲜黄竹砍伐后用手工或机械方式按竹节截断，再将竹子的青蔑或/和黄蔑撕裂成竹麻，然后以竹麻为原料，经煮练，酸洗，离心脱水，机械轧压，水冲洗常规预处理工序除去部分木质素、半纤维素、果胶物质，然后将预处理后的竹麻在复合生物酶水溶液中处理，再在果胶酶溶液中处理后，经离心水洗、漂白、还原、脱水、软麻、焗油，梳理成条常规后处理制得竹原纤维；其中复合生物酶水溶液为漆酶，木聚糖酶，漆酶和木聚糖酶的混合物，漆酶和纤维素酶的混合物，木聚糖酶和纤维素酶的混合物，漆酶和木聚糖酶和纤维素酶的混合物。由上述现有技术可知，通过生物、物理或者化学技术对竹材进行整理可制备得到性能优异的竹原纤维，本发明以竹原纤维为原料，将竹子本身梯度结构运用于纺织品中，力求制备出轻质高强的竹原纤维纺织品。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种轻质高强的竹原纤维面料。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料，所述高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料包括基层、三维蓬松中间层和表层，所述基层和表层为含明胶甲基丙烯酰胺的蚕丝蛋白纳米纤维膜，所述三维蓬松中间层包括竹纤维多孔支撑材料和含明胶甲基丙烯酰胺的蚕丝蛋白纳米纤维。

作为上述技术方案的优选，所述高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料经三维静电纺丝技术制备而成。

本发明还提供上述所述的一种高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将竹子截断并剖成竹片，竹片放入水中煮炼变软，取出，置于果胶酶和纤维素酶溶液中多次处理，取出竹纤维膜，经快速冷冻，真空干燥，得到竹纤维多孔支撑材料；

(2)将蚕丝蛋白溶液中加入明胶甲基丙烯酰胺，搅拌均匀，得到蚕丝蛋白改性纺丝液；

(3)将铝箔作为接收器，将步骤(2)制备的蚕丝蛋白改性纺丝液，经静电纺丝，制备得到基层，将步骤(1)制备的竹纤维多孔支撑材料固定于基层表面作为静电纺丝的接收器，调节静电纺丝工艺继续静电纺丝，制备得到含三维蓬松中间层的纳米纤维膜，继续静电纺丝，制备得到含表层和三维蓬松中间层的纳米纤维膜；

(4)在紫外光照射下，将步骤(3)制备的含表层和三维蓬松中间层的纳米纤维膜加热加压，制备得到高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，果胶酶和纤维素酶溶液中果胶酶和纤维素酶的质量比为1：0.3-0.4，果胶酶和纤维素酶溶液的酶活力为30-40U/g。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，多次处理的次数为2-10次，处理的温度为37-42℃，处理的时间为15-30min。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，多次处理中包含超声辅助工艺。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，竹纤维多孔支撑材料的孔隙率为34-72％。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，蚕丝蛋白改性纺丝液中明胶甲基丙烯酰胺的含量为0.5-2wt％，蚕丝蛋白的含量为6-8wt％。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，静电纺丝的工艺为：在温度为20-25℃，湿度为40-50％，先在接收距离为15-20cm，电压为15-20kv下，静电纺丝30-45min，然后在接收距离为10-12cm，电压为15-20kv下，静电纺丝1-3h，最后在接收距离为15-20cm，电压为15-20kv下，静电纺丝3-6h。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，加热加压的温度为70-75℃，压力为0.5-2MPa。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明制备的高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料是一种三维蓬松面料，本发明制备的面料是根据竹子原始的结构，竹子由作为增强作用的纤维和作为基体的薄壁细胞构成，且纤维的密度从内到外逐渐变大，呈偏分布状态，因此具有以最小的体积具有最大化的抗弯强度的特性，因此本发明利用三维静电纺丝技术，通过调节静电纺丝的工艺，调节静电纺丝的竹纤维的直径，使纤维膜的直径呈小大小的分布，具有类似竹子结构的纤维分布。此外，本发明还对材料方面进行优选，本发明选用明胶甲基丙烯酰胺对蚕丝蛋白纺丝液进行改性，明胶甲基丙烯酰胺具有水凝胶的特定，在紫外光照射下可自组装，提高静电纺丝纳米纤维自身的强度，以及纳米纤维的之间的缠结牢度，且本发明选用竹纤维多孔支撑材料作为中间层的支架，使制备的面料具有优异的多层孔隙结构，使制备的面料的静态空气含量高，保暖性好。

(2)本发明制备的高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料含有竹纤维多孔支撑材料选用竹材为主要原料，选用生物酶多次处理，去除竹材中的果胶和半纤维素等材质，使竹纤维多孔支撑材料尽可能保留原有的特殊结构，继而提高面料的抗弯防风保暖性能。

具体实施方式

下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

(1)将竹子截断并剖成竹片，竹片放入水中煮炼变软，取出，置于质量比为1：0.3的果胶酶和纤维素酶溶液中，借助超声辅助工艺，在37℃下处理15min，重复2次，保证果胶酶和纤维素酶溶液的酶活力为30U/g，取出竹纤维膜，经快速冷冻，真空干燥，得到孔隙率为34％的竹纤维多孔支撑材料。

(2)将蚕丝蛋白溶液中加入明胶甲基丙烯酰胺，搅拌均匀，得到蚕丝蛋白改性纺丝液，其中蚕丝蛋白改性纺丝液中明胶甲基丙烯酰胺的含量为0.5wt％，蚕丝蛋白的含量为6wt％。

(3)将铝箔作为接收器，将蚕丝蛋白改性纺丝液，在温度为20℃，湿度为40％，先在接收距离为15cm，电压为15kv下，静电纺丝30min，制备得到基层，将竹纤维多孔支撑材料固定于基层表面作为静电纺丝的接收器，在接收距离为10cm，电压为15kv下，静电纺丝1h，制备得到含三维蓬松中间层的纳米纤维膜，在接收距离为15cm，电压为15kv下，静电纺丝3h，制备得到含表层和三维蓬松中间层的纳米纤维膜。

(4)在10W/cm2的紫外光照射下，将含表层和三维蓬松中间层的纳米纤维膜在70℃下，以0.5MPa的压力加热加压处理10s，制备得到高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料。

实施例2：

(1)将竹子截断并剖成竹片，竹片放入水中煮炼变软，取出，置于质量比为1：0.4的果胶酶和纤维素酶溶液中，借助超声辅助工艺，在42℃下处理30min，重复10次，保证果胶酶和纤维素酶溶液的酶活力为40U/g，取出竹纤维膜，经快速冷冻，真空干燥，得到孔隙率为72％的竹纤维多孔支撑材料。

(2)将蚕丝蛋白溶液中加入明胶甲基丙烯酰胺，搅拌均匀，得到蚕丝蛋白改性纺丝液，其中蚕丝蛋白改性纺丝液中明胶甲基丙烯酰胺的含量为2wt％，蚕丝蛋白的含量为8wt％。

(3)将铝箔作为接收器，将蚕丝蛋白改性纺丝液，在温度为25℃，湿度为50％，先在接收距离为20cm，电压为20kv下，静电纺丝45min，制备得到基层，将竹纤维多孔支撑材料固定于基层表面作为静电纺丝的接收器，在接收距离为12cm，电压为20kv下，静电纺丝3h，制备得到含三维蓬松中间层的纳米纤维膜，在接收距离为20cm，电压为20kv下，静电纺丝6h，制备得到含表层和三维蓬松中间层的纳米纤维膜。

(4)在10W/cm2的紫外光照射下，将含表层和三维蓬松中间层的纳米纤维膜在75℃下，以0.5-2MPa的压力加热加压处理30s，制备得到高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料。

实施例3：

(1)将竹子截断并剖成竹片，竹片放入水中煮炼变软，取出，置于质量比为1：0.35的果胶酶和纤维素酶溶液中，借助超声辅助工艺，在38℃下处理20min，重复5次，保证果胶酶和纤维素酶溶液的酶活力为35U/g，取出竹纤维膜，经快速冷冻，真空干燥，得到孔隙率为45％的竹纤维多孔支撑材料。

(2)将蚕丝蛋白溶液中加入明胶甲基丙烯酰胺，搅拌均匀，得到蚕丝蛋白改性纺丝液，其中蚕丝蛋白改性纺丝液中明胶甲基丙烯酰胺的含量为0.8wt％，蚕丝蛋白的含量为6.3wt％。

(3)将铝箔作为接收器，将蚕丝蛋白改性纺丝液，在温度为24℃，湿度为47％，先在接收距离为18cm，电压为19kv下，静电纺丝35min，制备得到基层，将竹纤维多孔支撑材料固定于基层表面作为静电纺丝的接收器，在接收距离为11cm，电压为17kv下，静电纺丝1.5h，制备得到含三维蓬松中间层的纳米纤维膜，在接收距离为16cm，电压为16kv下，静电纺丝4h，制备得到含表层和三维蓬松中间层的纳米纤维膜。

(4)在10W/cm2的紫外光照射下，将含表层和三维蓬松中间层的纳米纤维膜在72℃下，以1MPa的压力加热加压处理20s，制备得到高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料。

实施例4：

(1)将竹子截断并剖成竹片，竹片放入水中煮炼变软，取出，置于质量比为1：0.38的果胶酶和纤维素酶溶液中，借助超声辅助工艺，在40℃下处理25min，重复6次，保证果胶酶和纤维素酶溶液的酶活力为39U/g，取出竹纤维膜，经快速冷冻，真空干燥，得到孔隙率为60％的竹纤维多孔支撑材料。

(2)将蚕丝蛋白溶液中加入明胶甲基丙烯酰胺，搅拌均匀，得到蚕丝蛋白改性纺丝液，其中蚕丝蛋白改性纺丝液中明胶甲基丙烯酰胺的含量为1.8wt％，蚕丝蛋白的含量为7.5wt％。

(3)将铝箔作为接收器，将蚕丝蛋白改性纺丝液，在温度为24℃，湿度为47％，先在接收距离为16cm，电压为17kv下，静电纺丝40min，制备得到基层，将竹纤维多孔支撑材料固定于基层表面作为静电纺丝的接收器，在接收距离为11.5cm，电压为18kv下，静电纺丝2.5h，制备得到含三维蓬松中间层的纳米纤维膜，在接收距离为18cm，电压为19kv下，静电纺丝5.5h，制备得到含表层和三维蓬松中间层的纳米纤维膜。

(4)在10W/cm2的紫外光照射下，将含表层和三维蓬松中间层的纳米纤维膜在74℃下，以0.8MPa的压力加热加压处理25s，制备得到高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料。

实施例5：

(1)将竹子截断并剖成竹片，竹片放入水中煮炼变软，取出，置于质量比为1：0.3的果胶酶和纤维素酶溶液中，借助超声辅助工艺，在42℃下处理15min，重复10次，保证果胶酶和纤维素酶溶液的酶活力为30U/g，取出竹纤维膜，经快速冷冻，真空干燥，得到孔隙率为72％的竹纤维多孔支撑材料。

(2)将蚕丝蛋白溶液中加入明胶甲基丙烯酰胺，搅拌均匀，得到蚕丝蛋白改性纺丝液，其中蚕丝蛋白改性纺丝液中明胶甲基丙烯酰胺的含量为0.5wt％，蚕丝蛋白的含量为8wt％。

(3)将铝箔作为接收器，将蚕丝蛋白改性纺丝液，在温度为20℃，湿度为50％，先在接收距离为15cm，电压为20kv下，静电纺丝30min，制备得到基层，将竹纤维多孔支撑材料固定于基层表面作为静电纺丝的接收器，在接收距离为12cm，电压为15kv下，静电纺丝3h，制备得到含三维蓬松中间层的纳米纤维膜，在接收距离为15cm，电压为20kv下，静电纺丝3h，制备得到含表层和三维蓬松中间层的纳米纤维膜。

(4)在10W/cm2的紫外光照射下，将含表层和三维蓬松中间层的纳米纤维膜在75℃下，以0.5MPa的压力加热加压处理30s，制备得到高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料。

实施例6：

(1)将竹子截断并剖成竹片，竹片放入水中煮炼变软，取出，置于质量比为1：0.4的果胶酶和纤维素酶溶液中，借助超声辅助工艺，在37℃下处理30min，重复2次，保证果胶酶和纤维素酶溶液的酶活力为40U/g，取出竹纤维膜，经快速冷冻，真空干燥，得到孔隙率为34％的竹纤维多孔支撑材料。

(2)将蚕丝蛋白溶液中加入明胶甲基丙烯酰胺，搅拌均匀，得到蚕丝蛋白改性纺丝液，其中蚕丝蛋白改性纺丝液中明胶甲基丙烯酰胺的含量为2wt％，蚕丝蛋白的含量为6wt％。

(3)将铝箔作为接收器，将蚕丝蛋白改性纺丝液，在温度为25℃，湿度为40％，先在接收距离为20cm，电压为15kv下，静电纺丝45min，制备得到基层，将竹纤维多孔支撑材料固定于基层表面作为静电纺丝的接收器，在接收距离为10cm，电压为20kv下，静电纺丝1h，制备得到含三维蓬松中间层的纳米纤维膜，在接收距离为20cm，电压为15kv下，静电纺丝6h，制备得到含表层和三维蓬松中间层的纳米纤维膜。

(4)在10W/cm2的紫外光照射下，将含表层和三维蓬松中间层的纳米纤维膜在70℃下，以2MPa的压力加热加压处理10s，制备得到高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料。

经检测，实施例1-6制备的高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料的总厚度、三维蓬松中间层所占的比例，以及面料的断裂强度、保温系数的结果如下所示：

由上表可见，本发明制备的高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料机械强度好，还具有优异的保温性能，因此本发明制备的高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料可作为夹层用于制备保温防风服装，使用效果佳。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料，其特征在于：所述高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料包括基层、三维蓬松中间层和表层，所述基层和表层为含明胶甲基丙烯酰胺的蚕丝蛋白纳米纤维膜，所述三维蓬松中间层包括竹纤维多孔支撑材料和含明胶甲基丙烯酰胺的蚕丝蛋白纳米纤维。

2.根据权利要求1所述的一种高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料，其特征在于：所述高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料经三维静电纺丝技术制备而成。

3.权利要求1或者2所述的一种高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将竹子截断并剖成竹片，竹片放入水中煮炼变软，取出，置于果胶酶和纤维素酶溶液中多次处理，取出竹纤维膜，经快速冷冻，真空干燥，得到竹纤维多孔支撑材料；

(2)将蚕丝蛋白溶液中加入明胶甲基丙烯酰胺，搅拌均匀，得到蚕丝蛋白改性纺丝液；

(3)将铝箔作为接收器，将步骤(2)制备的蚕丝蛋白改性纺丝液，经静电纺丝，制备得到基层，将步骤(1)制备的竹纤维多孔支撑材料固定于基层表面作为静电纺丝的接收器，调节静电纺丝工艺继续静电纺丝，制备得到含三维蓬松中间层的纳米纤维膜，继续静电纺丝，制备得到含表层和三维蓬松中间层的纳米纤维膜；

(4)在紫外光照射下，将步骤(3)制备的含表层和三维蓬松中间层的纳米纤维膜加热加压，制备得到高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料。

4.根据权利要求3所述的一种高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，果胶酶和纤维素酶溶液中果胶酶和纤维素酶的质量比为1：0.3-0.4，果胶酶和纤维素酶溶液的酶活力为30-40U/g。

5.根据权利要求3所述的一种高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，多次处理的次数为2-10次，处理的温度为37-42℃，处理的时间为15-30min。

6.根据权利要求3所述的一种高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，多次处理中包含超声辅助工艺。

7.根据权利要求3所述的一种高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，竹纤维多孔支撑材料的孔隙率为34-72％。

8.根据权利要求3所述的一种高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，蚕丝蛋白改性纺丝液中明胶甲基丙烯酰胺的含量为0.5-2wt％，蚕丝蛋白的含量为6-8wt％。

9.根据权利要求3所述的一种高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，静电纺丝的工艺为：在温度为20-25℃，湿度为40-50％，先在接收距离为15-20cm，电压为15-20kv下，静电纺丝30-45min，然后在接收距离为10-12cm，电压为15-20kv下，静电纺丝1-3h，最后在接收距离为15-20cm，电压为15-20kv下，静电纺丝3-6h。

10.根据权利要求3所述的一种高强抗风保温的竹纤维基多孔蓬松纳米纤维面料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，加热加压的温度为70-75℃，压力为0.5-2MPa。