一种纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于复合纤维领域，公开了一种纤维素‑二硫化钼气凝胶复合纤维及其制备方法和应用。本发明专利技术以纤维素为基材，先将纤维素进行溶解制得纤维素溶解液，然后将二硫化钼和纤维素溶解液进行混合，再采用湿法纺丝技术将二硫化钼和纤维素溶解液的混合溶液在凝固浴中纺丝、再生制得纤维素‑二硫化钼水凝胶复合纤维，最后将纤维素‑二硫化钼水凝胶复合纤维进行脱水干燥制得纤维素‑二硫化钼气凝胶复合纤维。采用本方法制备的纤维素‑二硫化钼气凝胶复合纤维具有优异的多孔结构、较高的比表面积、较高的力学性能、良好的可加工性、优秀的隔热性能以及阻燃性能，具备广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维及其制备方法和应用
本专利技术属于复合纤维领域，具体涉及一种纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维及其制备方法和应用。
技术介绍
气凝胶，又称为干凝胶。当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，这即为气凝胶。气凝胶是具有三维网络结构的多孔固体材料，具备大比表面积、高孔隙率以及低导热系数等优异性能，在保温、能源、吸附、催化等方面具有广泛应用。目前，气凝胶主要分为无机气凝胶和有机气凝胶两大类，相比于无机气凝胶，具备良好力学性能和柔韧性的有机气凝胶更是备受各国研究者的关注。纤维素作为自然界中最为丰富的生物质资源，具备廉价、可再生、易降解等优势，是开发有机气凝胶的理想材料。目前基于纤维素及其改性已经开发出多种应用的纤维素基气凝胶，如：隔热气凝胶、催化气凝胶、吸附气凝胶等。虽然近年来纤维素基气凝胶展现出了良好而广泛的应用前景，但是在某些方面依然还存在一定的缺陷。首先，现有已经开发出来的纤维素基气凝胶材料多数是块状或者片状，由于此类纤维素基气凝胶受到其本身形状的限制，在成型、干燥和洗涤方面带来许多的不便；其次，纤维素是一种易燃物质，因此由纤维素为基材制备的气凝胶材料也具备这种易燃性，这也会限制纤维素基气凝胶的使用环境；最后，由于纤维素气凝胶是一种柔性的材料，因此在力学性能上仍然存在一定的缺陷。虽然近年来随着纳米科技的发展，各国的研究者采用纳米纤维素对纤维素气凝胶的力学性能进行了增强，然而由于纳米纤维素制备的复杂性以及价格的高昂使得其应用前景不被看好。目前关于一种纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维及其制备方法尚未见报道。
技术实现思路
为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维的制备方法，该方法具有原料来源广泛、价格成本低、制备简单和绿色污染的特点。本专利技术的另一目的在于提供由上述方法制备得到的纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维，本专利技术所述纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维具有优异的多孔结构、较高的比表面积、较高的力学性能、良好的可加工性、优秀的隔热性能以及阻燃性能。本专利技术的再一目的在于提供上述纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维的应用。本专利技术目的通过以下技术方案实现。一种纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维的制备方法，包括如下步骤：将纤维素溶液和1T金属相二硫化钼水溶液混合，然后将所得混合液置于湿法纺丝装置中，经凝固浴再生，最后经洗涤、干燥即得纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维。优选的，所述的纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维的制备方法，具体包括如下步骤：(1)采用氢氧化钠/尿素/水溶液体系将纤维素进行溶解，制得纤维素溶解液；(2)将三氧化钼、硫代乙酰胺和尿素溶于水中混合均匀得到混合溶液，随后将所得混合溶液置于高压反应釜中反应，反应结束后将所得反应产物洗涤至中性，制得1T金属相二硫化钼，最后将1T金属相二硫化钼在水中超声振荡分散，制得1T金属相二硫化钼水溶液；(3)将步骤(1)中的纤维素溶解液和步骤(2)中的1T金属相二硫化钼水溶液均匀混合，通过湿法纺丝装置将二者的混合液进行纺丝，随后在凝固浴中再生，洗涤、干燥制得纤维素-二硫化钼水凝胶复合纤维；步骤(1)中所述的氢氧化钠/尿素/水溶液体系是氢氧化钠(质量分数7％)、尿素(质量分数12％)和水(质量分数81％)的混合溶液；步骤(1)中所述的纤维素为竹浆纤维素、蔗渣浆纤维素、棉纤维素、禾本科浆纤维素、针叶木浆纤维素或阔叶木浆纤维素中的至少一种。步骤(1)中所述的溶解是指在-12～-20℃溶解10～60min；步骤(1)中所述的纤维素的用量满足所得纤维素溶解液中纤维素的质量浓度为0.5％～4％；步骤(2)中所述的三氧化钼、硫代乙酰胺和尿素质量比为1.2：1.2：(10～12)，优选为1:1:9,1.2:1.2:10,1.5:1.5:15；步骤(2)中所述的水为反应介质，因此可不用限定其用量。步骤(2)中所述的置于高压反应釜中反应是指在180～220℃反应18～24h；步骤(2)中所述的超声震荡幅度20％～80％，震荡时间10～60min；步骤(2)中所述的1T金属相二硫化钼水溶液中1T金属相二硫化钼的质量分数为1～10％。步骤(3)中所述的纤维素溶解液和1T金属相二硫化钼水溶液的体积比为5～20:1；步骤(3)中所述的凝固浴为等体积的质量分数为10％～50％的硫酸和质量分数为10％～50％的硫酸钠的混合溶液；步骤(3)中所述的再生的时间为5～30min；步骤(3)中所述的洗涤是指用水洗涤至滤液为中性；所述的干燥是指冷冻干燥或超临界干燥。一种由上述方法制备得到的纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维。上述的纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维在隔热材料、保温材料、吸附材料、纺织工业中的应用。本专利技术的机理为：纤维材料作为天然或者人工合成的一种丝状物质，用途广泛，所以本专利技术方法具有原料来源广泛、价格成本低、制备简单和绿色无污染的优点。本专利技术方法中，采用成熟的湿法纺丝技术，将纤维素气凝胶制备成丝状的纤维，可以很好的成型；同时，由于凝胶尺寸的减小可以很好的进行干燥，另外，纤维状的纤维素气凝胶也可织成细线、线头和麻绳，再进行加工利用；此外，采用高熔点(1185℃)的1T金属相的二硫化钼作为复合材料，可以解决纤维素气凝胶易燃的缺点，并提高气凝胶的力学性能。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：(1)本专利技术所用纤维素作为自然界中最为丰富的生物质资源，具备廉价、可再生、易降解等优势，所以采用本专利技术制备的气凝胶具备原料来源广泛、价格成本低、制备简单和绿色污染的优点。(2)本专利技术采用成熟的湿法纺丝技术，制得纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维为直径尺寸小的丝状的纤维，具备很好的成型效果。(3)本专利技术制备的纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维具有良好的多孔结构和较高的比表面积。(4)本专利技术制得的纤维状的纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维也可织成细线、线头和麻绳，再进行加工利用。(5)本专利技术不需要将纤维素进行纳米化，采用亲水性的1T金属相二硫化钼与纤维素进行复合制得的纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维，亲水性的1T金属相二硫化钼可以和纤维素形成牢固的结合，增强了气凝胶纤维的力学性能。附图说明图1为湿法纺织技术装置示意图，其中，图中1为0.1兆帕氮气；2为自旋涂料灌；3为过滤装置；4为齿轮泵；5为喷丝头；6为纤维导向辊；7为纤维；8为凝固浴；9为卷线装置。图2为实施例5制备的纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维径向横切面扫描电镜图。具体实施方式下面结合具体实施例和附图进一步详细说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的简单修改或替换，均属于本专利技术的范围；若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本专利技术所用试剂和材料均为市场购买。实施例中所用静电纺丝装置的示意图如图1所示，其中1为0.1兆帕氮气；2为自旋涂料灌；3为过滤装置；4为齿轮泵；5为喷丝头；6为纤维导向辊；7为纤维；8为凝固浴；9为卷线装置。实施例1(1)在-12℃的温度下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维素‑二硫化钼气凝胶复合纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将纤维素溶液和1T金属相二硫化钼水溶液混合，然后将所得混合液置于湿法纺丝装置中，经凝固浴再生，最后经洗涤、干燥即得纤维素‑二硫化钼气凝胶复合纤维。

【技术特征摘要】
1.一种纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将纤维素溶液和1T金属相二硫化钼水溶液混合，然后将所得混合液置于湿法纺丝装置中，经凝固浴再生，最后经洗涤、干燥即得纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维。2.根据权利要求1所述的纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维的制备方法，其特征在于具体包括如下步骤：(1)采用氢氧化钠/尿素/水溶液体系将纤维素进行溶解，制得纤维素溶解液；(2)将三氧化钼、硫代乙酰胺和尿素溶于水中混合均匀得到混合溶液，随后将所得混合溶液置于高压反应釜中反应，反应结束后将所得反应产物洗涤至中性，制得1T金属相二硫化钼，最后将1T金属相二硫化钼在水中超声振荡分散，制得1T金属相二硫化钼水溶液；(3)将步骤(1)中的纤维素溶解液和步骤(2)中的1T金属相二硫化钼水溶液均匀混合，通过湿法纺丝装置将二者的混合液进行纺丝，随后在凝固浴中再生，洗涤、干燥制得纤维素-二硫化钼水凝胶复合纤维。3.根据权利要求2所述的纤维素-二硫化钼气凝胶复合纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的氢氧化钠/尿素/水溶液体系是氢氧化钠、尿素和水的质量分数分别为7％、12％和81％的混合溶液；步骤(1)中所述的纤维素为竹浆纤维素、蔗渣浆纤维素、棉纤维素、禾本科浆纤维素、针叶木浆纤维素或阔叶木浆纤维素中的至少一种；步骤(1)中所述的溶解是指在-12～-20℃溶解10～60min；步骤(1)中所述的纤维素的用量满足所得纤维素溶解液中纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁海松，张存智，梁肇峰，沈林，陈贵娴，王莎麟，魏晓婷，万江云，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44