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(duì)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(jī)溶劑，對(duì)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(duì)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(yùn)用于制備竹原纖維中，雖然也有研究對(duì)其水洗液和竹原短纖維進(jìn)行運(yùn)用，但是多用于制備其他物質(zhì)，對(duì)竹原纖維本身的性能改善方面的運(yùn)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(qiáng)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(jī)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(qǐng)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(shí)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(duì)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(jī)械強(qiáng)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(shí)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(shí)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(duì)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(jì)價(jià)值，減少了資源的浪費(fèi)。
(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(duì)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(duì)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(duì)竹片進(jìn)行開松分解，然后，再對(duì)預(yù)處理的竹纖維進(jìn)行氣爆處理，對(duì)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(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效的分離，工作效率大大提高，而且對(duì)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(jī)械強(qiáng)度，而且不影響竹原纖維綠色環(huán)保可降解性。
(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(shí)施方式
下面將結(jié)合具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(cè)，實(shí)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(jī)械強(qiáng)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(jī)械強(qiáng)度好，還具有抗菌、疏水和可降解的性能。
上述實(shí)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(duì)上述實(shí)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(shí)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。