[发明专利]一种纤维素纤维/SiO2

说明书

本发明涉及一种纤维素纤维/SiO₂复合气凝胶材料及其制备和应用，以有机硅氧烷为前驱体，以纤维素纤维为骨架，通过溶胶‑凝胶法及一步热反应法在纤维素纤维表面原位生长硅凝胶制备出复合湿凝胶纤维，经溶剂置换后通过常温常压干燥制得。该复合气凝胶具备良好的保温性能、力学性能满足服用要求，表面疏水、透湿透气，较之于传统的保温材料受潮湿影响小，适用于各类低温防寒保暖衣物用。

技术领域

本发明属于防寒衣物用气凝胶材料及其制备和应用领域，特别涉及一种纤维素纤维/SiO₂复合气凝胶材料及其制备和应用。

背景技术

随着人们生活水平的逐步提高，对防寒保暖衣物提出了新的要求，除了具有基本的保温性能，还追求其轻薄和舒适。从天然棉花、羽绒、多孔的合成纤维棉、到新雪丽(Thinsulate^TM， 3M)，新型纺织用保温材料不断出现。2008年，美国阿斯彭公司与加拿大高尔夫球装备商21 元素公司合作，共同研发了一种名为“零夹层”的服用气凝胶，用这种材料制作的厚度仅0.3 厘米的防风衣穿起来和4厘米厚的羽绒服一样暖和。虽然，该产品曾因透气性差、隔热性能太好、出现过热被抱怨过，但服用气凝胶的出现，为服用保温材料开辟了一个新的方向。

气凝胶是一种多孔三维网络结构的纳米材料，其孔隙率高达80％以上，空隙中充满空气。这种结构决定了气凝胶具有高比表面积(200-1000m²/g)，低密度(0.003-0.35g/cm³)，低热导率(0.012–0.045W/mK)等特点，使其在轻质保温材料领域具有天然的优势。然而，普通的气凝胶脆性大、力学强度小，很难用于服用方面，只有通过与纤维复合才能赋予其服用所需的强度和韧性。

已有的纤维/SiO₂复合气凝胶专利大多以玻璃纤维等无机纤维为骨架，这类材料的耐高温性能比较好，但都不适合低温防寒服用。虽然美国Aspen Systems,Inc.已有服用气凝胶，但其以聚酯纤维做骨架，采用成本较高的超临界干燥技术制备。CN107051339A使用的纤维为聚丙烯腈、芳纶或丙纶中的一种，且纤维用量仅为气凝胶质量的1.5％，仅提高了气凝胶的可压缩性，但难以满足服用材料的抗撕裂要求等。CN101948296A虽提及纤维素纤维，但其以SiO₂水溶胶为原料，需对气凝胶表面做疏水处理，同时也要采用超临界干燥技术干燥，技术路线相对较长，生产成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纤维素纤维/SiO₂复合气凝胶材料及其制备和应用，克服现有气凝胶不能满足服用材料的抗撕裂要求、需要气凝胶表面做疏水处理、且技术路线先对较长，生产成本较高的缺陷，该该材料除具备良好的保温性能外，其力学性能满足服用要求，透湿透气、表面疏水，较之于传统的保温材料受潮湿影响小，适用于各类低温防寒保暖衣物用，且该制备方法工艺简单、安全、成本较低、易于规模化生产。

本发明的一种纤维素纤维/SiO₂复合气凝胶材料，所述材料以纤维素纤维为骨架，有机硅氧烷为前驱体形成的SiO₂气凝胶负载在纤维素纤维的表面和纤维空隙中。

优选，所述纤维素纤维为骨架，SiO₂气凝胶是以有机硅烷为前驱体，以水为溶剂，通过溶胶- 凝胶法在纤维素纤维的表面和纤维的空隙中原位形成的。

所述SiO₂气凝胶为疏水SiO₂气凝胶。

所述复合气凝胶材料中，SiO₂气凝胶的负载量为30～80％，纤维素纤维含量70～20％。

本发明的一种所述纤维素纤维/SiO₂复合气凝胶材料的制备方法，包括：

将纤维素纤维浸入有机硅氧烷水溶胶中，然后密闭条件下反应，得到纤维复合湿凝胶，溶剂置换、干燥，即得纤维素纤维/SiO₂复合气凝胶材料。