[发明专利]一种纤维素/SiO2

说明书

本发明涉及一种纤维素/SiO₂杂化气凝胶纤维及其制备方法，属于气凝胶纤维技术领域。本发明的纤维素/SiO₂杂化气凝胶纤维的制备方法，包括以下步骤：将纤维素和水玻璃进行湿法纺丝；所述纤维素和水玻璃的质量比为100:25～60；所述水玻璃为钠水玻璃和/或钾水玻璃；所述水玻璃的模数为1.5～3。本发明的纤维素/SiO₂杂化气凝胶纤维的制备方法，将纤维素和水玻璃按照质量比为100:25～60的比例进行湿法纺丝，不仅能够使制得纤维具有纤维素气凝胶的柔韧性和二氧化硅凝胶的低导热率，而且还能显著增强杂化气凝胶纤维的柔韧性、拉伸性，并显著增大断裂伸长率，提高杂化气凝胶纤维的可编织性。

技术领域

本发明涉及一种纤维素/SiO₂杂化气凝胶纤维及其制备方法，属于气凝胶纤维技术领域。

背景技术

气凝胶是一种具有三维纳米网络结构、高比表面积、低密度和高孔隙率的轻质多孔材料，这种独特结构使气凝胶成为目前报道的导热系数最低的固体材料，被广泛用作载人航天、航空、消防、建筑、化工等众多领域中高效隔热材料。基于航天服、消防服等特殊服饰对高性能隔热织物的需求，研究者们展开了气凝胶纤维的相关研究。

目前被开发的气凝胶纤维主要分为无机气凝胶纤维和有机气凝胶纤维，如石墨烯气凝胶纤维、二氧化硅气凝胶纤维、纤维素基气凝胶纤维和丝素蛋白基气凝胶纤维等。相比于无机气凝胶纤维，有机气凝胶纤维具有更佳的柔韧性，在高性能隔热柔性可穿戴等领域具有更大的应用前景。然而由于骨架强度不高，有机气凝胶纤维通常力学性能较差，严重限制了它的实际应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种纤维素/SiO₂杂化气凝胶纤维的制备方法，该方法制得的杂化气凝胶同时具有较高的柔韧性和拉伸断裂强度。

本发明还提供了一种采用上述制备方法制得的纤维素/SiO₂杂化气凝胶纤维。

为了实现以上目的，本发明的纤维素/SiO₂杂化气凝胶纤维的制备方法所采用的技术方案是：

一种纤维素/SiO₂杂化气凝胶纤维的制备方法，包括以下步骤：将纤维素和水玻璃进行湿法纺丝；所述纤维素和水玻璃的质量比为100:25～60；所述水玻璃为钠水玻璃和/或钾水玻璃；所述水玻璃的模数为1.5～3。

本发明的纤维素/SiO₂杂化气凝胶纤维的制备方法，将纤维素和水玻璃按照质量比为100:25～60的比例进行湿法纺丝，不仅能够使制得纤维具有纤维素气凝胶的柔韧性和二氧化硅凝胶的低导热率，而且还能显著增强杂化气凝胶纤维的柔韧性、拉伸性，并显著增大断裂伸长率，提高杂化气凝胶纤维的可编织性。采用本发明的制备方法制得的纤维素/SiO₂杂化气凝胶纤维的耐分解温度在280℃以上，断裂强度在24MPa以上，热导率在0.043W/mK以下，性能显著良好。

为了提高制得的杂化气凝胶纤维的耐热性，并进一步提高杂化气凝胶的力学性能，优选的，所述纤维素为细菌纤维素。细菌纤维素一般具有高纯度、聚合度和结晶度，具有较高的热分解温度和力学性能，能够使杂化气凝胶纤维可以适用于更高的温度。

优选的，所述细菌纤维素的粘均分子量为1×10⁵～3×10⁵g/mol。

为了进一步提高制得的杂化气凝胶纤维的柔韧性、拉伸性更好、断裂伸长率高，优选的，所述湿法纺丝是对含有所述纤维素和水玻璃的纺丝液进行湿法纺丝；所述纺丝液中水玻璃的质量分数为0.625～1.5％。

优选的，所述纺丝液是将纤维素纺丝溶液和水玻璃溶液进行混合得到。所述纤维素纺丝溶液中纤维素的质量分数为5％；所述水玻璃溶液的质量分数为1.25～3％。