本發(fā)明涉及生物質(zhì)新材料，特別是涉及一種再生纖維素纖維及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、再生纖維素纖維作為一種源自天然纖維素資源(如木材、竹子、棉短絨等)的纖維材料，因其良好的可再生性、生物降解性和吸濕透氣性，在紡織行業(yè)受到廣泛關(guān)注。然而，傳統(tǒng)工藝制備的再生纖維素纖維，如粘膠纖維、莫代爾纖維、萊賽爾纖維等多為實(shí)心結(jié)構(gòu)，其保暖性能主要依賴于增加纖維織物的厚度，這一策略在追求高效保暖效果的同時(shí)，不可避免地犧牲了纖維的輕盈性和透氣性，從而限制了其在高端保暖服飾領(lǐng)域的進(jìn)一步拓展與應(yīng)用。

2、有研究人員作了在再生纖維素纖維中構(gòu)建中空結(jié)構(gòu)的探索，中空結(jié)構(gòu)的引入不僅能減少纖維的熱傳導(dǎo)，提高保暖性能，還能增加纖維的蓬松度和回彈性，提升穿著的舒適度，實(shí)現(xiàn)了保溫與輕量化的完美結(jié)合。然而，中空纖維的制備技術(shù)大都聚焦于合成纖維領(lǐng)域，如聚酯、尼龍等，針對(duì)再生纖維素纖維進(jìn)行中空化改造的技術(shù)發(fā)展尚屬初級(jí)階段，尚面臨以下技術(shù)瓶頸與諸多技術(shù)問題：一方面是制備工藝復(fù)雜，當(dāng)前所采用的制備方法往往涉及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)與精細(xì)的工藝控制(同軸紡絲、微流控技術(shù)等)，這導(dǎo)致了中空纖維生產(chǎn)成本高昂，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化；另一方面，在紡絲過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)纖維局部孔徑過大甚至破裂坍塌的現(xiàn)象，導(dǎo)致了再生纖維素纖維的中空度和力學(xué)性能較差，也即現(xiàn)有技術(shù)在纖維中引入中空結(jié)構(gòu)往往伴隨著纖維強(qiáng)度的犧牲；而且，現(xiàn)有技術(shù)中制備的中空纖維多呈現(xiàn)“內(nèi)空外實(shí)”的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致纖維保溫性、透氣性與吸濕性難以同步提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種再生纖維素纖維及其制備方法和應(yīng)用，所要解決的技術(shù)問題是如何提供一種再生纖維素纖維及其制備方法和應(yīng)用，使再生纖維素纖維具有內(nèi)部中空大孔與外層納米級(jí)小孔的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅顯著提升了纖維的保暖性能，還兼顧了良好的透氣性和吸濕性，滿足了現(xiàn)代紡織材料對(duì)保暖、輕盈、舒適及環(huán)保的綜合要求；且力學(xué)性能優(yōu)異，制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉，從而更加適于實(shí)用。

2、本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種再生纖維素纖維的制備方法，其包括以下步驟：

3、s1將纖維素原料溶解在溶劑中，得到纖維素溶液；

4、s2向纖維素溶液中加入造孔劑、分散劑和交聯(lián)劑，混合，真空脫泡，得到紡絲原液；

5、s3紡絲原液噴絲，形成原液細(xì)流；使原液細(xì)流依次通過第一凝固浴、第二凝固浴和第三凝固浴，得到初生纖維素纖維；所述第一凝固浴的凝固液為酸性溶液，其使纖維內(nèi)部形成中空的結(jié)構(gòu)；在所述第二凝固浴中使纖維外層形成納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)；在所述第三凝固浴中，通過溶劑交換置換由第一凝固浴引入纖維中的酸以及由第二凝固浴引入纖維中的溶劑，同時(shí)使纖維凝膠化，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；

6、s4初生纖維素纖維經(jīng)牽伸、干燥、卷曲、纏繞，得到再生纖維素纖維。

7、本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。

8、優(yōu)選的，前述的制備方法，其中所述纖維素原料選自針葉木溶解漿、闊葉木溶解漿、精制棉、麥草溶解漿、蘆葦溶解漿、秸稈溶解漿、竹子溶解漿、微晶纖維素和納米纖維素中的至少一種；所述纖維素溶液中纖維素的質(zhì)量濃度為6～12％。

9、優(yōu)選的，前述的制備方法，其中步驟s1中所述溶劑選自naoh/cs2、n-甲基嗎啉-n-氧化物水溶液、licl/n,n-二甲基乙酰胺、堿/尿素或硫脲水溶液、季銨/磷鹽水溶液、離子液體和低共熔溶劑中的至少一種。

10、優(yōu)選的，前述的制備方法，其中所述造孔劑選自碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈣、聚乙烯醇和偶氮二甲酰胺的至少一種；所述分散劑選自油酸鈉、羧酸鹽、硫酸酯鹽、磺酸鹽、季胺鹽和吡啶鎓鹽中的至少一種；所述交聯(lián)劑選自聚乙二醇、聚乙二醇二縮水甘油醚、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、環(huán)氧氯丙烷、異氰酸酯和鉻酸鈉中的至少一種；以纖維素原料的質(zhì)量為100％計(jì)，所述造孔劑的添加量為1～50％，分散劑的添加量為0.1～20％，交聯(lián)劑的添加量為0.1～15％。

11、優(yōu)選的，前述的制備方法，其中所述酸性溶液選自鹽酸、硫酸、磷酸、甲酸、乙酸、丙酸、乳酸、丙酮酸、巰基乙酸、3-巰基丙酸、甲氧基乙酸、乙氧基乙酸、2-氯丙酸和丙烯酸中的至少一種；所述酸性溶液的質(zhì)量濃度為0.5～18％；所述第一凝固浴的長(zhǎng)度為1～2m，所述原液細(xì)流在第一凝固浴中的停留時(shí)間為5～10min。

12、優(yōu)選的，前述的制備方法，其中所述第二凝固浴的凝固液選自水、甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、叔丁醇、丙酮、乙醚、四氫呋喃、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲基乙基酮、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、二氯甲烷、四氯化碳、環(huán)己烷、正己烷、石油醚、二氧六環(huán)、吡啶、乙腈、氯仿、乙二醇、硝基甲烷、甲酸甲酯和苯胺中的至少一種；所述第二凝固浴的長(zhǎng)度為2～4m，所述原液細(xì)流在第二凝固浴中的停留時(shí)間為20～30min。

13、優(yōu)選的，前述的制備方法，其中所述第三凝固浴的凝固液選自水、甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、叔丁醇、丙酮、乙二醇、二氧六環(huán)、二甲基甲酰胺和二甲基亞砜中的一種或兩種；兩種凝固液混合時(shí)的體積比為1:1～20；所述第三凝固浴的長(zhǎng)度為2～4m，所述原液細(xì)流在第三凝固浴中的停留時(shí)間為15～20min。

14、本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種再生纖維素纖維，其包括：

15、纖維本體，所述纖維本體具有空心結(jié)構(gòu)；所述纖維本體的壁層為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

16、本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。

17、優(yōu)選的，前述的再生纖維素纖維，其比表面積＞160m2/g，中空度≥80％，密度≤0.26g/cm2，導(dǎo)熱系數(shù)≤0.023w/m·k，干拉伸強(qiáng)度≥2.07cn/dtex，干斷裂伸長(zhǎng)率為9.6～25.8％。

18、優(yōu)選的，前述的再生纖維素纖維，其是由前述的再生纖維素纖維的制備方法制備的。

19、本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種前述的再生纖維素纖維在保溫隔熱技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

20、借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出的一種再生纖維素纖維及其制備方法和應(yīng)用至少具有下列優(yōu)點(diǎn)：

21、本發(fā)明提出的再生纖維素纖維及其制備方法，其通過向纖維素溶液中添加造孔劑、分散劑和交聯(lián)劑，并通過三級(jí)凝固浴的工藝精準(zhǔn)構(gòu)建了纖維的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，得到內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，外層為三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的再生纖維素纖維。具體的，本發(fā)明技術(shù)方案中通過在纖維素溶液中添加造孔劑，并在第一凝固浴中使用酸性溶液作為凝固液，使造孔劑與酸性溶液發(fā)生反應(yīng)而使纖維內(nèi)部發(fā)泡，在纖維內(nèi)部形成中空的大孔結(jié)構(gòu)；這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效地減少了纖維的熱傳導(dǎo)面積，降低了熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)的效率；同時(shí)，本發(fā)明技術(shù)方案中通過第二凝固浴和第三凝固浴的工藝控制，使纖維的壁層形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；具體為：在第二凝固浴中，通過控制凝固液的極性和分子尺寸，精準(zhǔn)調(diào)控纖維外層的納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)；一般的，極性較大的溶劑分子，如甲醇等，其與纖維網(wǎng)絡(luò)之間的相互作用較強(qiáng)，這種強(qiáng)相互作用有助于溶劑更好地滲透到纖維內(nèi)部，有助于形成均勻的孔隙結(jié)構(gòu)，同時(shí)分子尺寸較小的溶劑可以使纖維形成更多的微孔；而極性較小的溶劑分子，如正己烷等，其與纖維素分子之間的相互作用較弱，使得正己烷難以快速滲透到纖維素網(wǎng)絡(luò)中，形成不均勻的孔隙結(jié)構(gòu)，同時(shí)分子尺寸較大的溶劑導(dǎo)致纖維形成較大的孔徑；因此，可以根據(jù)產(chǎn)品預(yù)期設(shè)計(jì)選擇適宜的第二凝固浴的凝固液精準(zhǔn)調(diào)控纖維壁層的孔隙結(jié)構(gòu)；然后，在第三凝固浴中，一方面通過溶劑交換將由第一凝固浴引入纖維中的酸以及由第二凝固浴引入纖維中的溶劑置換掉，同時(shí)使再生纖維素纖維分子鏈進(jìn)一步形成分子間和分子內(nèi)氫鍵，從而凝膠化為穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確保其在后續(xù)工段中纖維孔道不坍塌。本發(fā)明通過采用多級(jí)凝固浴再生技術(shù)，在纖維外層形成了納米級(jí)的微孔，進(jìn)一步增強(qiáng)了纖維的隔熱效果，通過散射和反射紅外輻射，減少了熱量的輻射散失，形成了雙重保溫機(jī)制，具有良好的保溫效果。

22、本發(fā)明提出的再生纖維素纖維及其制備方法，所得到的再生纖維素纖維兼具內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)與外部納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得纖維在保暖的同時(shí)，仍然保持良好的透氣性和吸濕性，避免了傳統(tǒng)保暖材料帶來的悶熱感，提升了穿著的舒適度，使纖維材料更加適應(yīng)人體對(duì)熱濕舒適性的需求。相比傳統(tǒng)實(shí)心纖維材料，在相同保暖效果下具有更低的重量，實(shí)現(xiàn)了保暖與輕量化的完美結(jié)合。這對(duì)于戶外運(yùn)動(dòng)裝備、冬季服裝等領(lǐng)域尤為重要。

23、本發(fā)明提出的再生纖維素纖維及其制備方法和應(yīng)用，其通過向纖維素溶液中添加分散劑制備紡絲液，能夠確保纖維素溶液中各組分在分散液中的均勻分布，有效地預(yù)防了纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)在成型過程中的塌陷現(xiàn)象，從而顯著提高了纖維的中空度；同時(shí)，向纖維素溶液中添加交聯(lián)劑制備紡絲液，進(jìn)一步強(qiáng)化了纖維內(nèi)部的分子間結(jié)合力，提升了纖維的整體強(qiáng)度及其耐用性，使得纖維在多種應(yīng)用環(huán)境下都能保持卓越的力學(xué)性能。

24、本發(fā)明提出的再生纖維素纖維及其制備方法，其利用纖維素為原料，通過溶解和紡絲的再生工藝制備再生纖維素纖維，原料來源廣泛且可再生，減少了對(duì)自然資源的依賴；同時(shí)，在制備過程中使用的溶劑均可通過適當(dāng)處理實(shí)現(xiàn)回收利用或無害化處理，降低了對(duì)環(huán)境的污染，符合綠色生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的理念。

25、本發(fā)明提出的再生纖維素纖維的制備方法工藝流程簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，可連續(xù)化制備，通過調(diào)整紡絲原液中造孔劑的種類、濃度以及凝固浴的條件等參數(shù)，可以精確控制中空結(jié)構(gòu)和納米級(jí)微孔的形成，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維保溫性能的定制化設(shè)計(jì)，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，有利于降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

26、上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。