[发明专利]一种新型再生纤维素纤维‑气凝胶的复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种新型再生纤维素纤维-气凝胶的复合材料及其制备方法。

背景技术：

气凝胶，又称为固态烟、冻烟，是目前已知的最轻的固体材料，它是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成的微纳米多孔网络固态非晶物质，即用气体代替凝胶中的液体而不改变凝胶本身三维网状的微观结构，具有纳米级多孔结构和高孔隙等特点。

气凝胶根据成分分为三类：无机气凝胶、有机气凝胶和复合气凝胶三类，这三种气凝胶都具有大比表面积、低密度、低热导率、低折射率、低介电常数等特性，在隔热、隔音、储氢、催化等众多领域都有巨大的应用价值，但是由于气凝胶的高孔隙率使其骨架强度低、韧性差、结构不稳定，而且其超临界干燥等较高的制备成本限制了气凝胶的实际应用，因此需要改善气凝胶力学性能，降低生产成本。

目前以纤维为增强体制备气凝胶复合材料是改善气凝胶力学性能的有效方法，中国专利CN 101661839(公开日2010.3.3)公开了金属纤维-纳米碳纤维-碳气凝胶复合材料和制备方法及用途，金属纤维的结合点烧结在一起形成三维网状结构，纳米碳纤维生长于金属纤维上，碳气凝胶涂覆与纳米纤维上，制得的材料可以用作电极材料，该材料基本采用碳材料作为原料制备，成本较高，制备工艺较为复杂，使用范围较为有限。

本发明采用再生纤维素纤维与纤维素基气凝胶作为主要原料制备复合材料，以纤维素为基础制备的气凝胶材料还具备绿色可再生的特点，而且来源广泛、可生物降解、生物相容性优异的特点，再生纤维素纤维也具备绿色环保生态等优点，将两者结合制备的复合材料既能改善气凝胶的力学性能，又能降低生产成本，还绿色环保。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种新型再生纤维素纤维-气凝胶的复合材料及其制备方法，采用再生纤维素和纤维素基气凝胶作为原料制备复合材料，制备的复合材料的原料均一，都为纤维素，具备绿色环保可再生的特点，而且来源广泛，成本较低。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种新型再生纤维素纤维-气凝胶的复合材料，其特征在于，所述复合材料包括再生纤维素纤维和气凝胶，所述气凝胶为纤维基气凝胶，所述再生纤维素纤维为骨架，所述纤维基气凝胶吸附于再生纤维素纤维表面。

优选地，所述再生纤维素纤维-气凝胶的复合材料可以用于保温、隔热、隔音和吸油领域。

本发明还提供一种新型再生纤维素纤维-气凝胶的复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)按重量份计，将5-17份的纤维素加入80-100份的离子液体中，加热搅拌至纤维素完全溶解，得到纤维素混合溶液；

(2)在模具中，将再生纤维素纤维铺成规则或者不规则形状，加入步骤(1)制备的纤维素混合溶液，至溶液覆盖所有再生纤维素纤维的表面，得到初级复合材料模板；

(3)将步骤(2)制备的初级复合材料模板置于零下环境下冷冻干燥，然后将离子液体置换出来，最后再经冷冻干燥处理得到再生纤维素纤维-气凝胶的复合材料。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，纤维素为生产加工的再生物或者剩余物。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，加热温度为70-75℃，搅拌时间为2-6h。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，规则形状为若干层正交或者斜交的纤维层，不规则形状为1-10cm厚的无纺布形态。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，初级复合材料模板中再生纤维素纤维的直径为5-7μm，再生纤维素纤维所占的质量分数为50-75％。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，零下环境的温度为-4℃--20℃。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，冷冻干燥的时间为2-4h。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，再生纤维素纤维-气凝胶的复合材料的孔隙大小为微纳米级，孔隙率为12-23％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用再生纤维素纤维作为复合材料的骨架，机械强度较好，具有优良的生物活性、生物降解性和生物相容性，吸湿和保湿性能佳，绿色环保，纤维素基气凝胶是采用纤维素作为原料制备，除具备传统气凝胶的有点外，还具有绿色环保，可生物降解的功效，因此将两者材料相结合制备的复合材料，不仅能提高复合材料的力学性能，生物活性和相容性好，可绿色降解，对环境无压力，而且纤维素的来源丰富，成本较低，可以降低复合材料的生产成本，提高其经济价值，扩大其使用范围。