一种纳米纤维素气凝胶复合织物的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米纤维素气凝胶复合织物的制备方法，首先将CNF加入去离子液体中，制成CNF悬浊液，添加硅烷偶联剂对CNF进行改性，制备水凝胶；然后将织物除杂，烘干浸泡去离子水；通过滴管吸取水凝胶滴加于织物表面，使水凝胶充分覆盖织物，可通过控制添加水凝胶的体积实现复合织物厚度的可控性；将模具经液氮快速冷冻，然后真空干燥，取出后经烘箱烘燥。将织物从模具中取下，即得纳米纤维素气凝胶复合织物。本发明专利技术所制备的纳米纤维素气凝胶复合织物轻薄柔软，表面平整光滑，与皮肤接触也能保持较好的疏水性、隔热性、力学压缩性能，在纺织品保温隔热领域拥有广泛应用前景。保温隔热领域拥有广泛应用前景。保温隔热领域拥有广泛应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米纤维素气凝胶复合织物的制备方法


[0001]本专利技术涉及纺织材料
，尤其是涉及一种纳米纤维素气凝胶复合织物的制备方法。

技术介绍

[0002]气凝胶是在保持凝胶三维网络结构不变的条件下，将其中的液体溶剂除去而形成的一种高度多孔材料，气凝胶内大量纳米尺寸的开孔结构赋予了材料超高孔隙率( 80%~99. 8% ) 、高比表面积( 100~1600 m
2 /g) 、超低密度( 0.004~0.500 g /cm
3 ) 和超低导热系数（0.013W/m
·
K）等特性，是保温隔热效果最好的固态材料，被称为超级保温材料。近年来，气候变化异常，冬季室外温度寒冷，且随着社会的快速发展，人们接触的行业和领域不断扩大，例如，海上、极地等极低温环境下的设备操作，生物医学领域低温实验，对织物的保温性能要求越来越高，气凝胶隔热复合织物的研究成为一种必然趋势。
[0003]目前，SiO2气凝胶复合织物的研究较为广泛。陈国等人的CN103397516A号专利公布了一种二氧化硅气凝胶复合织物、制备方法及军用帐篷布，将由高强度合成纤维制成的布浸渍在二氧化硅溶胶中，待布面完全浸渍后，将浸渍有二氧化硅溶胶的高强度合成纤维制成的布密封，并进行凝胶老化，最后进行超临界干燥，得到二氧化硅气凝胶复合织物，其优异的保温性能、防爆性能可用于军用帐篷。刘鹏的CN104233787A号专利专利技术了一种纳米二氧化硅改性复合织物的制备方法，将基底织物浸渍在二氧化硅胶体微粒悬浮液，并进行凝胶老化和超临界干燥，得到二氧化硅改性复合织物。陈建宏等人的CN109403022A号专利专利技术了具有亲水性或疏水性的气凝胶/非织物复合材料的制备方法及其产品，通过添加烷氧化硅类化合物、硅胶类化合物等试剂，形成硅胶－硅气凝胶－硅烷偶合剂气凝胶溶胶溶液，将其浸泡非织物，经凝胶化、干燥过程，得到具有柔软性的疏水性SiO2气凝胶/非织物复合防火隔热材料。SiO2气凝胶本身强度较差、易碎，且与织物基本没有结合力，通过常规方法制备的SiO2气凝胶复合织物表面SiO2易脱落，影响其隔热保温性能。
[0004]纳米纤维素气凝胶可克服SiO2气凝胶这一缺点，具有韧性好、易加工等特性，有望取代SiO2气凝胶。张俊平等人的CN105566673A号专利中，将纤维素分散于水中，经过预处理，加入改性剂得到改性纤维素悬浮液，然后分散在有机溶剂中，经成型、烘干和热处理得到多功能弹性气凝胶。纳米纤维素气凝胶是以纳米纤维素为原料的第三代气凝胶复合材料，兼具传统的气凝胶和天然高分子材料的诸多优点，具有低导热系数、高吸声量、低介电常数、良好生物相容性、可降解性等多种特性，在资源短缺和环境污染问题亟待解决的今天，拥有广阔的应用前景。
[0005]隔热复合织物除了具备优异的隔热性能外，还要求具有一定的柔软性和亲肤性。研究发现，人即使在静止的状态下也会通过皮肤向外蒸发水分，而纳米纤维素气凝胶具有良好的亲水性，当与皮肤接触时，会吸收水分而造成气凝胶内部结构的破坏，直接影响其隔热性、机械压缩等性能，从而限制了气凝胶材料的使用范围。CNF表面的存在大量羟基，使其能够与聚合物发生接枝共聚反应，也可通过酯化、烷基化、酰胺化等反应引入各种功能基团
对CNF进行改性，制备性能优异的气凝胶材料。硅烷化改性现广泛应用于CNF的表面改性修饰，甲基三甲氧基硅烷（MTMS）是一种常见的硅烷偶联剂，其在酸性介质和特定温度下可以与羟基发生交联反应，从而实现改性，改善纳米纤维素气凝胶的疏水性、隔热性等性能。郜梦茜等利用MTMS对纤维素纳米纤丝气凝胶进行改性，制备的气凝胶接触角可达130
°
，吸油量达到其本身质量的18倍；王世贤利用MTMS对纳米纤维素气凝胶进行改性，气凝胶压缩强度达到7.25 KPa，导热系数低至0.0386 W/M
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K，并成为疏水性材料。陈晓星的CN110467421A号专利专利技术了一种功能性纤维素气凝胶复合材料及其制备方法，通过纳米纤维素气凝胶和无机气凝胶相互渗透，通过有机－无机杂化处理，大大增强了纳米纤维素气凝胶的压缩性能和疏水性，但已有成果所制备的纳米纤维素气凝胶柔软性和平整性不佳。
[0006]鉴于前人的研究成果，现有技术中并无纳米纤维素气凝胶隔热复合织物的制备方法专利，因此本专利基于纳米纤维素气凝胶表面的众多羟基能够与聚合物发生接枝共聚反应，对其进行疏水性改性，并将改性后的气凝胶与织物复合，保持一定柔软性和平整性，制备了纳米纤维素气凝胶隔热复合织物。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种纳米纤维素气凝胶，该材料具有优良的疏水性和隔热性和压缩力学性能。
[0008]本专利技术另一目的是提供上述纳米纤维素气凝胶隔热复合织物的制备方法，该方法借助CNF气凝胶表面的众多羟基，将棉织物通过氢键与气凝胶结合形成耐低温复合织物。
[0009]为解决以上的技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种纳米纤维素气凝胶，采用纤维素纳米纤维溶于去离子水，机械搅拌形成水凝胶，加入硅烷偶联剂类化合物，恒温磁力搅拌均匀，实现CNF表面改性修饰，溶液经低温快速冷冻，再经真空干燥，得到CNF气凝胶，最后烘箱烘燥。
[0010]优选的，按质量份数计，所述CNF：去离子水：硅烷偶联剂的质量比为1:50~300:0.2~5。
[0011]优选的，硅烷偶联剂能与CNF表面羟基发生交联反应，引入疏水基团，减少亲水羟基的数量。
[0012]优选的，所述恒温磁力搅拌，温度为20℃~30℃，转速为1000~1500 r/min，时间为3~5 h。
[0013]优选的，所述低温快速冷冻温度为-200~-150℃，冷冻时间为10~40min。
[0014]优选的，所述真空干燥是将材料放于冷冻干燥机，冷胼温度低于-40℃，真空度低于15 Pa，冷冻干燥时间为24~72 h。
[0015]上述方法制备的纳米纤维素气凝胶具有优异的疏水性、隔热性、压缩力学性能。
[0016]本专利技术还提供上述纳米纤维素气凝胶复合织物的制备方法，一种纳米纤维素气凝胶复合织物，所述纳米纤维素气凝胶为改性CNF气凝胶，所述织物为含棉织物，所述CNF气凝胶附着于织物表面或者浸透于织物内部。其包括步骤：（1）水凝胶制备：按重量份计，将1份的CNF加入50~300份的去离子液体中，机械搅拌至CNF完全溶解，得到CNF悬浊液，调节溶液的pH为2~4，加入0.2~5份的硅烷偶联剂，置于20~30℃的水浴锅中磁力搅拌3~5 h，转速为1000-1500 r/min，得到水凝胶。
[0017]（2）将固定织物的模具放于培养皿中，用滴管吸收步骤（1）中的水凝胶，并滴加于织物表面，手动摇匀至水凝胶覆盖织物表面，静置10 min，制备示意图如图1所示。.（3）将步骤（2）所得模具经-200~-150℃快速冷冻10~40min，真空冷冻干燥12~36 h，取出后经烘箱60~100℃烘燥30~60 min。将织物从模具中取下，即得纳米纤维素气凝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米纤维素气凝胶隔热复合织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）采用纤维素纳米纤维溶于去离子水，机械搅拌形成悬浊液，加入硅烷偶联剂使其在酸性条件下水解，恒温磁力搅拌均匀，得到水凝胶；（2）将固定织物的模具放于培养皿中，用滴管吸收步骤（1）中的水凝胶，并滴加于织物表面，手动摇匀至水凝胶覆盖织物表面，静置10 min；（3）将步骤（2）所得模具进行快速冷冻，真空干燥12~36 h，取出后经烘箱60-100℃烘燥30~60 min，将织物从模具中取下，即得纳米纤维素气凝胶复合织物。2.根据权利要求1所述的一种纳米纤维素气凝胶隔热复合织物的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，CNF：去离子水：硅烷偶联剂的质量比为1:50~300:0.2~5。3.根据权利要求1所述的一种纳米纤维素气凝胶隔热复合织物的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，酸性水解是加入酸性物质，调整反应体系的pH为2~4。4.根据权利要求1所述的一种纳米纤维素气凝胶隔热复合织物的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，恒温磁力搅拌，温度为20℃~30℃，转速为1000~1500 r/min，时间为3~5 h。5.根据权利要求1所述的一种纳米纤维素气凝胶隔热复合织...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏兆鹏，郝梦楠，李菁，王瑞，熊维成，王振国，陈孝储，史娜，林彦琛，代二庆，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：