本發(fā)明屬于紡織材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米纖維素晶須改性的竹原纖維及其制備方法。

背景技術(shù)：

竹子本身具有抗蟲抗菌的作用，因此竹子在生長的過程中不需要施加化肥和農(nóng)藥，因此，由竹子作為原材料加工的竹原纖維屬于一種天然環(huán)保的綠色可降解纖維，對環(huán)境無負(fù)擔(dān)，。竹原纖維的橫截面為不規(guī)則的腰圓形，有空腔，表面具有很多的溝槽、裂紋和橫節(jié)，因此竹原纖維具有良好的透氣性、透濕性和染色性等，在紡織服裝和復(fù)合材料等領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用。

因此，基于竹原纖維的制備方法的研究較多。中國專利CN 101629322B公開的一種將原竹加工成可紡織型竹原纖維的制備方法，將竹子經(jīng)脈沖電極處理、高溫高壓蒸煮處理和微生物菌分解將一根細(xì)竹片分解成多根竹原纖維，然后經(jīng)梳理得到竹原纖維。中國專利CN 101538743B公開的溶劑法生物制備竹原纖維，將1,4-丁二醇水溶液作為有機溶劑，對準(zhǔn)拍進(jìn)行浸泡，加熱取出竹絲的木質(zhì)素、半纖維素和其他雜質(zhì)，再經(jīng)敲打、離心、漂白、柔軟和發(fā)酵得到竹原纖維。中國專利CN 101372763B公開的額復(fù)合生物酶制備竹原纖維的方法，以竹罵作為原料將漆酶、木聚糖酶或者其混合物作為復(fù)合生物酶對預(yù)處理的竹麻進(jìn)行浸漬處理，然后在用果膠酶進(jìn)行處理，再經(jīng)常規(guī)后處理制備竹原纖維。中國專利CN 102140699B公開的一種竹材氣爆煉制制備生態(tài)材料及其能源化的方法，將竹材資源作為原料，竹材經(jīng)氣爆處理后得到水洗液和纖維料，水洗液發(fā)酵制備形成生物能源，長纖維制備竹原纖維，短纖維用于制備木塑材料、微晶纖維素、溶解漿、液化聚醚多元醇等生態(tài)材料。由上述現(xiàn)有技術(shù)可知，可以通過溶劑法、物理法和生物法制備竹原纖維，但是單一的制備方法制備的竹原纖維其性能和效率不能兩全，而且多余的竹原短纖維其功能并未運用于制備竹原纖維中，雖然也有研究對其水洗液和竹原短纖維進(jìn)行運用，但是多用于制備其他物質(zhì)，對竹原纖維本身的性能改善方面的運用并不多見。

納米纖維素晶須使纖維素在納米領(lǐng)域的用于，納米纖維素晶須的長度為10-1000nm，橫截面尺寸為5-20nm，具有較長的長徑比，且結(jié)晶度高、強度大、具有特殊的光學(xué)特性、生物相容性和生物可降解性能，納米纖維素晶須引起特有的光學(xué)性能、流變性能和機械性能，在復(fù)合材料領(lǐng)域也有應(yīng)用。因此，本發(fā)明的申請人充分利用多種制備方法，力求高效高利用率的制備出高性能的竹原纖維。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種納米纖維素晶須改性的竹原纖維及其制備方法，采用竹子作為原料，將酶解、堿解、氣爆處理相結(jié)合得到竹原長纖維和竹原短纖維，將竹原短纖維經(jīng)溶劑提取和超聲粉碎制成纖維素晶須，對竹原長纖維形成的初紡纖維進(jìn)行改性整理，得到納米纖維素晶須改性的竹原纖維。本發(fā)明綜合利用多種處理手法，充分利用竹纖維原料，制備的竹原纖維纖度細(xì)，柔軟，透氣透濕，機械強度好，還具有拒水、抗菌、抗紫外等功效。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種納米纖維素晶須改性的竹原纖維，所述納米纖維素晶須改性的竹原纖維包括竹原長纖維和纖維素晶須，所述纖維素晶須由竹原短纖維經(jīng)溶劑提取和超聲粉碎處理得到，所述竹原長纖維和竹原短纖維由竹片經(jīng)酶解、堿解和氣爆處理得到。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述納米纖維素晶須改性的竹原纖維的原料為竹子。

本發(fā)明還提供一種納米纖維素晶須改性的竹原纖維的制備方法，包括以下步驟：

(1)將新鮮的竹子切斷切片形成竹片，將竹片浸漬于含纖維素酶的堿液中，煮沸處理，取出，碾壓，甩干，得到預(yù)處理的竹纖維；

(2)將步驟(1)制備的預(yù)處理的竹纖維束置于蒸汽爆破處理裝置中，進(jìn)行氣爆處理，取出，水洗，過濾得到竹纖維束，經(jīng)梳理得到竹原長纖維和竹原短纖維；

(3)將步驟(2)制備的竹原短纖維置于乙酸溶液中，超聲粉碎形成纖維素晶須溶液；

(4)將步驟(2)制備的竹原長纖維梳理加捻形成初紡纖維，再浸漬于步驟(3)制備的纖維素晶須溶液中，滴加氨水，取出，真空干燥形成納米纖維素晶須改性的竹原纖維。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，竹片的長度為3-5cm，厚度為2-3mm。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，含纖維素酶的堿液中纖維素酶的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3-5％，堿液的pH值為8.5-9。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，煮沸處理的時間為20-30min。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，氣爆處理的壓力為2-3MPa，時間為5-10min。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，竹原長纖維的長度大于5cm。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，纖維素晶須溶液中纖維素晶須的粒徑為20-30nm，纖維素晶須的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5-3％。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(4)中，初紡纖維中竹原長纖維的根數(shù)為3-8根，捻數(shù)為2-3捻/cm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明制備的納米纖維素晶須改性的竹原纖維采用的原料為竹子，綜合利用竹子的原料，將竹原長纖維制備形成可紡織的竹原纖維，將竹原短纖維制備形成纖維素晶須，并用纖維素晶須對可紡織的竹原纖維進(jìn)行改性整理，得到納米纖維素晶須改性的竹原纖維。因此本發(fā)明制備方法充分利用了竹子資源，提高竹子的綜合經(jīng)濟價值，減少了資源的浪費。

(2)本發(fā)明制備的納米纖維素晶須改性的竹原纖維先用纖維素酶和堿液對竹片進(jìn)行整理，使竹片變軟，竹片中的半纖維素、木質(zhì)素、高聚糖、蛋白質(zhì)和果膠等與纖維素分離，而且纖維素酶還可以對纖維素進(jìn)行水解活化，更有利于堿液的滲透，堿液和纖維素酶相輔相成，綜合對竹片進(jìn)行開松分解，然后，再對預(yù)處理的竹纖維進(jìn)行氣爆處理，對初步開松的竹片進(jìn)行爆破，使竹片中的纖維素充分的分離開來，將纖維素酶、堿液和氣爆處理相結(jié)合，能在較短時間內(nèi)實現(xiàn)高效的分離，工作效率大大提高，而且對竹原纖維本身的性能影響不大。

(3)本發(fā)明制備的納米纖維素晶須改性的竹原纖維采用結(jié)晶度高、取向度高和大分子排列規(guī)整的竹原長纖維作為主要原料，經(jīng)合并加捻形成初紡纖維，制備的初紡纖維具有纖細(xì)柔軟、透氣透濕，再利用竹原短纖維制備的纖維素晶須進(jìn)行改性，賦予竹原纖維納米材料的特性，提高竹原纖維的穩(wěn)定性、拒水性能和機械強度，而且不影響竹原纖維綠色環(huán)?？山到庑浴?/p>

(4)本發(fā)明的制備方法簡單高效，綜合利用多種處理方法，充分利用竹子資源，制備得到高性能的竹原纖維，綠色環(huán)保，可降解。

具體實施方式

下面將結(jié)合具體實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。

實施例1：

(1)將新鮮的竹子切斷切片形成長度為3cm，厚度為2mm的竹片，以浴比1:30，將竹片浸漬于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％纖維素酶的堿液中，堿液的pH值為8.5，煮沸處理20min，取出，碾壓3min，甩干，得到預(yù)處理的竹纖維。

(2)將預(yù)處理的竹纖維束置于蒸汽爆破處理裝置中，在2MPa壓力下氣爆處理5min，取出，水洗，過濾得到竹纖維束，經(jīng)梳理，長度大于5cm為竹原長纖維，其余為竹原短纖維。

(3)以物料比為1g:8ml，將竹原短纖維置于乙酸溶液中，取出充分水洗取出乙酸，然后加入去離子水溶液，超聲粉碎10min，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％的粒徑為20nm的纖維素晶須溶液。

(4)將3根的竹原長纖維梳理合并，加捻2捻/cm形成初紡纖維，以浴比1:20，再浸漬于纖維素晶須溶液中，滴加氨水至pH值為7.5，浸漬15min后取出，真空干燥形成納米纖維素晶須改性的竹原纖維。

實施例2：

(1)將新鮮的竹子切斷切片形成長度為5cm，厚度為3mm的竹片，以浴比1:40，將竹片浸漬于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％纖維素酶的堿液中，堿液的pH值為9，煮沸處理30min，取出，碾壓5min，甩干，得到預(yù)處理的竹纖維。

(2)將預(yù)處理的竹纖維束置于蒸汽爆破處理裝置中，在3MPa壓力下氣爆處理10min，取出，水洗，過濾得到竹纖維束，經(jīng)梳理，長度大于5cm為竹原長纖維，其余為竹原短纖維。

(3)以物料比為1g:10ml，將竹原短纖維置于乙酸溶液中，取出充分水洗取出乙酸，然后加入去離子水溶液，超聲粉碎10min，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％的粒徑為30nm的纖維素晶須溶液。

(4)將8根的竹原長纖維梳理合并，加捻3捻/cm形成初紡纖維，以浴比1:20，再浸漬于纖維素晶須溶液中，滴加氨水至pH值為8.5，浸漬25min后取出，真空干燥形成納米纖維素晶須改性的竹原纖維。

實施例3：

(1)將新鮮的竹子切斷切片形成長度為4cm，厚度為2.5mm的竹片，以浴比1:35，將竹片浸漬于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％纖維素酶的堿液中，堿液的pH值為8.7，煮沸處理25min，取出，碾壓4min，甩干，得到預(yù)處理的竹纖維。

(2)將預(yù)處理的竹纖維束置于蒸汽爆破處理裝置中，在2.2MPa壓力下氣爆處理6min，取出，水洗，過濾得到竹纖維束，經(jīng)梳理，長度大于5cm為竹原長纖維，其余為竹原短纖維。

(3)以物料比為1g:9ml，將竹原短纖維置于乙酸溶液中，取出充分水洗取出乙酸，然后加入去離子水溶液，超聲粉碎10min，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的粒徑為25nm的纖維素晶須溶液。

(4)將5根的竹原長纖維梳理合并，加捻2.5捻/cm形成初紡纖維，以浴比1:20，再浸漬于纖維素晶須溶液中，滴加氨水至pH值為8，浸漬20min后取出，真空干燥形成納米纖維素晶須改性的竹原纖維。

實施例4：

(1)將新鮮的竹子切斷切片形成長度為5cm，厚度為2mm的竹片，以浴比1:30，將竹片浸漬于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5％纖維素酶的堿液中，堿液的pH值為8.8，煮沸處理27min，取出，碾壓3min，甩干，得到預(yù)處理的竹纖維。

(2)將預(yù)處理的竹纖維束置于蒸汽爆破處理裝置中，在3MPa壓力下氣爆處理7min，取出，水洗，過濾得到竹纖維束，經(jīng)梳理，長度大于5cm為竹原長纖維，其余為竹原短纖維。

(3)以物料比為1g:9ml，將竹原短纖維置于乙酸溶液中，取出充分水洗取出乙酸，然后加入去離子水溶液，超聲粉碎10min，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5％的粒徑為27nm的纖維素晶須溶液。

(4)將5根的竹原長纖維梳理合并，加捻2.6捻/cm形成初紡纖維，以浴比1:20，再浸漬于纖維素晶須溶液中，滴加氨水至pH值為8.2，浸漬18min后取出，真空干燥形成納米纖維素晶須改性的竹原纖維。

實施例5：

(1)將新鮮的竹子切斷切片形成長度為3cm，厚度為3mm的竹片，以浴比1:40，將竹片浸漬于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％纖維素酶的堿液中，堿液的pH值為8.9，煮沸處理30min，取出，碾壓4.5min，甩干，得到預(yù)處理的竹纖維。

(2)將預(yù)處理的竹纖維束置于蒸汽爆破處理裝置中，在2.8MPa壓力下氣爆處理9min，取出，水洗，過濾得到竹纖維束，經(jīng)梳理，長度大于5cm為竹原長纖維，其余為竹原短纖維。

(3)以物料比為1g:10ml，將竹原短纖維置于乙酸溶液中，取出充分水洗取出乙酸，然后加入去離子水溶液，超聲粉碎10min，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5％的粒徑為30nm的纖維素晶須溶液。

(4)將7根的竹原長纖維梳理合并，加捻2.8捻/cm形成初紡纖維，以浴比1:20，再浸漬于纖維素晶須溶液中，滴加氨水至pH值為8.0，浸漬20min后取出，真空干燥形成納米纖維素晶須改性的竹原纖維。

實施例6：

(1)將新鮮的竹子切斷切片形成長度為5cm，厚度為2.8mm的竹片，以浴比1:40，將竹片浸漬于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.5％纖維素酶的堿液中，堿液的pH值為9，煮沸處理20min，取出，碾壓4.5min，甩干，得到預(yù)處理的竹纖維。

(2)將預(yù)處理的竹纖維束置于蒸汽爆破處理裝置中，在3MPa壓力下氣爆處理7min，取出，水洗，過濾得到竹纖維束，經(jīng)梳理，長度大于5cm為竹原長纖維，其余為竹原短纖維。

(3)以物料比為1g:10ml，將竹原短纖維置于乙酸溶液中，取出充分水洗取出乙酸，然后加入去離子水溶液，超聲粉碎10min，形成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5％的粒徑為30nm的纖維素晶須溶液。

(4)將7根的竹原長纖維梳理合并，加捻2捻/cm形成初紡纖維，以浴比1:20，再浸漬于纖維素晶須溶液中，滴加氨水至pH值為8.5，浸漬20min后取出，真空干燥形成納米纖維素晶須改性的竹原纖維。

經(jīng)檢測，實施例1-6制備的納米纖維素晶須改性的竹原纖維的纖維素含量、直徑、機械強度、抗菌性、疏水性和可降解性的結(jié)果如下所示：

由上表可見，本發(fā)明制備的納米纖維素晶須改性的竹原纖維的纖維素含量高，直徑小，機械強度好，還具有抗菌、疏水和可降解的性能。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。