本發(fā)明涉及纖維材料制備領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于纖維素納米晶的彩色纖維的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對纖維的需求量越來越大，對其具備的功能要求也越來越高。目前市場上的纖維功能比較單一，而為了得到不同顏色的面料，通常需要對纖維進(jìn)行染色處理，眾所周知，染色的染料是化工材料，本身具有一定的腐蝕性，容易對纖維及人體造成危害，相當(dāng)不環(huán)保。為了開發(fā)彩色纖維，研究者進(jìn)行了各式各樣的研究，如中國專利201510617958.x公開了一種天然改良彩色混紡纖維，其利用各種天然纖維混紡制成，雖然就有一定的彩色效果，但是其成本較高。

另外，還有學(xué)者利用聚苯乙烯等體系制備具有特征光學(xué)特性的纖維材料(angewandtechemieinternationaledition,2015,54(12):3630-3634，acsappliedmaterials&interfaces,2015,7(25):14064-14071.)。這種纖維由于自身的特殊結(jié)構(gòu)而具有特征的顏色。該發(fā)現(xiàn)也啟發(fā)了學(xué)者對無染料的特殊光學(xué)纖維的研究。

cnc(纖維素納米晶)，其自身具有光子晶體結(jié)構(gòu)，很有潛力成為一種具有特殊光學(xué)特性的纖維材料。但目前研究cnc和不同聚合物的復(fù)合纖維材料的相關(guān)文獻(xiàn)中加入的cnc含量較低，而且注重于利用cnc改善聚合物基纖維的力學(xué)性質(zhì)，卻對纖維的光學(xué)性質(zhì)很少涉及(biomacromolecules,2014,15(10):3827-3835，rscadvances,2014,4(58):30784-30789.)。如何發(fā)揮cnc自身手性向列液晶結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，制備具有特殊光學(xué)性質(zhì)的cnc基復(fù)合纖維材料，成為學(xué)者們研究的方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于纖維素納米晶的彩色纖維的制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種基于纖維素納米晶的彩色纖維的制備方法，包括以下步驟：

(1)利用酸水解的方法從植物原料中提取cnc溶液；

(2)取cnc溶液，攪拌，蒸發(fā)濃縮，配成紡絲前液；

(3)將步驟(2)的紡絲前液置于有機(jī)介質(zhì)中進(jìn)行濕法紡絲，即得到目的產(chǎn)物彩色纖維。

作為優(yōu)選的實(shí)施方案，步驟(1)中酸水解的所用的酸為硫酸，其步驟具體為：

取植物原料加入質(zhì)量比1:1的濃硫酸和去離子水的混合溶液中，加熱水解，再加去離子水稀釋，靜置，離心，透析，超聲，即得到cnc溶液。

更優(yōu)選的，加熱水解的工藝條件為：在65℃下水解1.5h。

作為優(yōu)選的實(shí)施方案，步驟(1)中所述的植物原料為棉或麻。

作為優(yōu)選的實(shí)施方案，步驟(2)中cnc溶液配成紡絲前液前，還加入聚合物溶液混合。

作為上述優(yōu)選的實(shí)施方案的更優(yōu)選，步驟(2)中所述的聚合物溶液為聚乙烯醇溶液(pva溶液)，其濃度為1wt％。

作為上述更優(yōu)選的實(shí)施方案的進(jìn)一步優(yōu)選，步驟(2)中聚合物溶液與cnc溶液的添加量滿足：聚合物溶質(zhì)與cnc的質(zhì)量比為0.01～1:1。

作為優(yōu)選的實(shí)施方案，步驟(3)中所述的有機(jī)介質(zhì)為乙醇，甲醇或丙酮。

作為優(yōu)選的實(shí)施方案，步驟(3)中濕法紡絲的速度為0.1～1mm/min。

作為優(yōu)選的實(shí)施方案，步驟(2)中蒸發(fā)濃縮的工藝條件為：在60℃恒溫遠(yuǎn)紅外烘箱中蒸發(fā)濃縮5～20h。

本發(fā)明以天然的植物纖維素為原料，通過酸水解的方法合成cnc溶液，該溶液在蒸發(fā)濃縮過程中自組裝形成手性向列液晶結(jié)構(gòu)，當(dāng)入射光與手性向列液晶結(jié)構(gòu)的螺距滿足特定關(guān)系時(λmax＝navgpslnθ)，表觀就會呈現(xiàn)五彩斑斕的顏色。然后，將純cnc溶液或其與聚合物溶液(聚乙烯醇溶液)的混合液，蒸發(fā)濃縮，配成紡絲前液，利用濕法紡絲的方法，制備純cnc纖維和具有高含量cnc的復(fù)合纖維。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的彩色纖維中cnc的含量很高，可以很好的發(fā)揮cnc對纖維光學(xué)特性的提升作用，通過以cnc溶液為原料，加入不同含量的聚合物，可以實(shí)現(xiàn)對復(fù)合纖維光學(xué)性質(zhì)的調(diào)控。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1得到的純cnc纖維的掃描電鏡照片；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1得到的純cnc無紡布的掃描電鏡照片；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1得到的純cnc纖維的偏光顯微鏡照片；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1得到的純cnc無紡布的偏光顯微鏡照片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

以下各實(shí)施例中，蒸發(fā)濃縮的工藝條件為：在60℃恒溫遠(yuǎn)紅外烘箱中蒸發(fā)濃縮5～20h，使得濃縮后的紡絲前驅(qū)液的濃度為濃縮前的5-15倍。

實(shí)施例1

步驟一，利用酸水解的方法從植物原料中提取cnc溶液。將一定質(zhì)量的植物原料加入到1:1的濃硫酸和去離子水的混合溶液中，65℃加熱水解1.5h，停止加熱后加入去離子水稀釋，靜置一夜，去除上清液，離心清洗，透析，超聲，得到cnc溶液。

步驟二，取步驟一制得的cnc溶液，蒸發(fā)濃縮，得到紡絲前驅(qū)液；

步驟三，將步驟二制得的紡絲前驅(qū)液在0.5mm/min的速度下進(jìn)行濕法紡絲，紡絲凝固液為乙醇。

得到的纖維在偏光顯微鏡下呈現(xiàn)藍(lán)紫色，如圖3所示。將得到的纖維進(jìn)行檢測，其掃描電鏡照片如圖1所示，從圖1中可以看出，利用濕法紡絲制備的cnc基纖維，其形貌呈現(xiàn)雙軸螺旋結(jié)構(gòu)。再將所制得的纖維織成無紡布，其掃描電鏡照片和偏光顯微鏡照片分別如圖2和圖4所示，可知，無紡布中的纖維仍舊保持纖維單絲的形貌，無紡布在偏光顯微鏡下也呈現(xiàn)藍(lán)紫色。

實(shí)施例2

具體方法和步驟同實(shí)施例1，不同的是：步驟二中，取pva溶液與步驟一制得的cnc溶液以溶質(zhì)質(zhì)量比1：9混合，攪拌，蒸發(fā)濃縮。得到的纖維在偏光顯微鏡下呈現(xiàn)藍(lán)色。

實(shí)施例3

具體方法和步驟同實(shí)施例2，不同的是：步驟二中，取pva溶液與步驟一制得的cnc溶液以溶質(zhì)質(zhì)量比2：8混合，攪拌，蒸發(fā)濃縮。得到的纖維在偏光顯微鏡下呈現(xiàn)藍(lán)綠色。

實(shí)施例4

具體方法和步驟同實(shí)施例2，不同的是：步驟二中，取濃度為1wt％的pva溶液與步驟一制得的cnc溶液以溶質(zhì)質(zhì)量比3：7混合，攪拌，蒸發(fā)濃縮。得到的纖維在偏光顯微鏡下呈現(xiàn)藍(lán)黃色。

實(shí)施例5

具體方法和步驟同實(shí)施例2，不同的是：步驟二中，取濃度為1wt％的pva溶液與步驟一制得的cnc溶液以溶質(zhì)質(zhì)量比4：6混合，攪拌，蒸發(fā)濃縮。得到的纖維在偏光顯微鏡下呈現(xiàn)橙黃色。

實(shí)施例6

具體方法和步驟同實(shí)施例2，不同的是：步驟二中，取濃度為1wt％的pva溶液與步驟一制得的cnc溶液以溶質(zhì)質(zhì)量比1：1混合，攪拌，蒸發(fā)濃縮。得到的纖維在偏光顯微鏡下呈現(xiàn)橙白色。

實(shí)施例7

具體方法和步驟同實(shí)施例2，不同的是：步驟二中，取濃度為1wt％的pva溶液與步驟一制得的cnc溶液以溶質(zhì)質(zhì)量比0.01：1混合，攪拌，蒸發(fā)濃縮。

上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。