一種功能性再生纖維素纖維及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種再生纖維素纖維，尤其涉及一種功能性再生纖維素纖維及其制備 工藝和應用。
【背景技術】
[0002] 再生纖維素纖維是指用天然聚合物為原料、經化學方法制成的、與原聚合物在化 學組成上基本相同的化學纖維。同時又可用纖維素為原料制成的、結構為纖維素II的再生 纖維。
[0003] 再生纖維素纖維的發展總體上可以分為三個階段，形成了三代產品。第一代是20 世紀初為解決棉花短缺而面世的普通粘膠纖維。第二代是20世紀50年代開始實現工業化 生產的高濕模量粘膠纖維，其主要產品包括日本研發的虎木棉（后命名為Polynosic)和美 國研發的變化型高濕模量纖維HWM以及蘭精公司80年代后期采用新工藝生產的Modal纖 維。60年代后期開始，由于合纖生產技術的迅速發展，原料來源充足和成本低廉，合成纖維 極大地沖擊了再生纖維素纖維的市場地位。許多研究機構和企業更多地關注了新合纖的開 發和應用。第三代產品是以20世紀90年代推出的短纖Tencel (天絲）、長絲Newcell為代 表。受健康環保意識、崇尚自然等因素的影響，人們對再生纖維素纖維有了新的認識，新一 代再生纖維素纖維的理化性能也有了充分的改進，因此，再生纖維素纖維的應用重新出現 了迅猛的增長。
[0004] 在眾多再生纖維素纖維中，粘膠纖維是目前通常用作紡織纖維較多的一類，它是 以天然纖維素為原料，經堿化、老化、磺化等工序制成可溶性纖維素黃原酸酯，再溶于稀堿 液制成粘膠，經濕法紡絲而制成其中粘膠纖維主要是以棉短絨、玉米芯、木材或竹材等天然 纖維素為原料，經過蒸煮、漂白等一系列處理過程而制成纖維素純度很高的溶解漿漿柏，再 經浸漬、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、混合、過濾、脫泡、過濾、紡絲、后處理、干燥、打包等工 段制備而成的。
[0005] 由于耕地的減少和石油資源的日益枯竭，天然纖維、合成纖維的產量將會受到越 來越多的制約，人們在重視紡織品消費過程中環保性能的同時，對再生纖維素纖維的價值 也進行了重新認識和發掘，尤其是近些年具有不同功能的再生纖維素纖維，即功能性再生 纖維素纖維，進一步的拓展了再生纖維素纖維在紡織品應用中的廣度和深度，使得再生纖 維素纖維的應用獲得了一個空前的發展機遇。
[0006] 因而，如何開發一種具有多功能性的再生纖維素纖維，也成為了目前紡織品領域 內所廣泛關注的焦點和亟待解決的問題。

【發明內容】

[0007] 有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種功能性再生纖維素纖維及其制 備工藝和應用，本發明的提供的功能性再生纖維素纖維，即功能性粘膠纖維，不僅具有較好 的遠紅外性能，而且還能夠產生較高的抗菌抑菌性能。
[0008] 本發明提供了 一種功能性再生纖維素纖維，包括石墨烯結構以及非碳非氧非氫元 素；
[0009] 所述非碳非氧非氫元素包括Fe、Si和A1元素；
[0010] 所述Fe、Si和A1元素占所述再生纖維素纖維的0· 018wt%~0· 8wt%。
[0011] 優選的，所述石墨稀結構厚度為小于等于100納米。
[0012] 優選的，所述石墨烯結構為具有層數為1~10層碳的六元環蜂窩狀片層結構中的 一種或多種的組合。
[0013] 優選的，所述非碳非氧非氫元素還包括？、0&、似、附、]?11、1(、]\%、0、5和(：〇中的一 種或多種；
[0014] 所述Fe、Si和A1元素占所述再生纖維素纖維的0· lwt%~0· 7wt%。
[0015] 優選的，所述含有石墨烯結構和非碳非氧非氫元素的物質通過含有碳納米結構的 復合物的形式引入。
[0016] 優選的，所述碳納米結構的復合物的質量占所述再生纖維素纖維質量的 0. lwt % ~10wt %。
[0017] 優選的，所述含有碳納米結構的復合物中，所述含有碳元素的物質的含量大于等 于 80wt%。
[0018] 優選的，所述含有碳納米結構的復合物中，所述Fe、Si和A1元素的含量為 0· 5wt% ~6wt% 〇
[0019] 優選的，含有碳納米結構的復合物中含有石墨稀結構和無定形碳；
[0020] 所述非碳非氧非氫元素以單質、氧化物和碳化物中的任意一種或幾種的組合的形 式吸附在碳納米結構的表面或內部。
[0021] 優選的，所述含有碳納米結構的復合物按以下方法進行制備，具體步驟包括：
[0022] (1)在催化劑的作用下，將生物質碳源進行催化處理，得到前驅體；
[0023] (2)在保護性氣體的條件下，將所述前驅體在140°C~180°C保溫1. 5h~2. 5h，得 到第一中間體；
[0024] (3)在保護性氣體的條件下，將所述第一中間體升溫至350°C~450°C保溫3h~ 4h，得到第二中間體；
[0025] (4)在保護性氣體的條件下，將所述第二中間體升溫至1KKTC~1300°C保溫2h~ 4h，得到第三中間體；
[0026] (5)將所述第三中間體依次堿洗、酸洗、水洗，得到復合物；
[0027] 所述步驟⑶和（4)中的升溫速率為14°C /min~18°C /min。
[0028] 優選的，所述生物質碳源為木質纖維素、纖維素和木質素中的一種或多種。
[0029] 本發明提供了一種功能性再生纖維素纖維的制備方法，包括如下步驟：漿柏浸漬、 壓榨、粉碎、老化、黃化、溶解、熟成、過濾和脫泡步驟；
[0030] 所述石墨烯結構以及非碳非氧非氫元素在黃化步驟之后的步驟中引入。
[0031] 本發明提供了一種功能性再生纖維素纖維的方法，包括如下步驟：用ΝΜΜ0溶液溶 解纖維素漿柏，引入含有石墨烯結構以及非碳非氧非氫元素的物質，得到紡絲原液，使用該 紡絲原液制備再生纖維素纖維。
[0032] 本發明提供了一種制品，含有上述任意一項技術方案所述的功能性再生纖維素纖 維，或上述任意一項技術方案所述的制備方法制備的再生纖維素纖維；
[0033] 所述物品包括民用服裝、家紡織物、紫外防護織物或工業用特種防護服。
[0034] 所述家紡織物包括毛巾、浴巾、床單、被罩。
[0035] 本發明提供了一種功能性再生纖維素纖維，其特征在于，包括石墨烯結構以及非 碳非氧非氫元素；所述非碳非氧非氫元素包括Fe、Si和A1元素；所述Fe、Si和A1元素占 所述再生纖維素纖維的〇. 〇18wt%~0. 8wt%。與現有技術相比，本發明提供的功能性再 生纖維素纖維，在傳統的再生纖維素纖維中引入含有石墨烯結構和非碳非氧非氫元素的物 質，通過石墨烯結構，Fe、Si和A1元素的搭配組合，使得本發明提供的再生纖維素纖維具有 遠紅外性能和抗菌抑菌多種性能，并通過控制特定的加入比例，能夠具有較高的遠紅外效 果和抑菌效果。實驗結果表明，本發明提供的再生纖維素纖維的遠紅外性能最高能夠達到 0. 93 ;抑菌性能最高能夠達到99%。
【附圖說明】
[0036] 圖1為粘膠纖維的長絲工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0037] 為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是 應當理解，這些描述只是為了進一步說明本發明的特征和優點，而不是對發明權利要求的 限制。
[0038] 本發明所有原料，對其來源沒有特別限制，在市場上購買的或按照本領域技術人 員熟知的常規方法制備的即可。
[0039] 本發明所有原料，對其純度沒有特別限制，本發明優選采用分析純。
[0040] 本發明提供了一種功能性再生纖維素纖維，其特征在于，包括石墨烯結構以及非 碳非氧非氫元素；所述非碳非氧非氫元素包括Fe、Si和A1元素；所述Fe、Si和A1元素占 所述再生纖維素纖維的0. 〇18wt%~0. 8wt%。本發明所述Fe、Si和A1元素優選占所述再 生纖維素纖維的〇. 〇18wt%~0. 8wt%，更優選為0. lwt%~0. 7wt%，更優選為0. 2wt%~ 0· 7wt %，最優選為 0· 3wt % ~0· 5wt %，可以為 0· 05wt %、0· lwt %、0· 2wt %、0· 3wt %、 0. 45wt%、0. 7wt%、0. 72wt%、0. 78wt%等。本發明上述非碳非氧非氫元素占所述再生纖維 素纖維的質量分數，是指所述非碳非氧非氫元素在所述再生纖維素纖維中的含量，即元素 在混合物中的含量。
[0041] 本發明對所述石墨烯結構沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的定義即可，本 發明所述石墨烯結構是指含有單層石墨烯結構或多層石墨烯結構的多種結構的組合，更優 選為單層石墨烯與不同層數的石墨烯之間的組合；本發明所述石墨烯結構更優選為具有層 數為1~10層碳的六元環蜂窩狀片層結構中的任意一種或多種的組合，更優選為單層、雙 層或3~10層結構的中的任意一種或多種的組合。通常的，層數多于10層，厚度在100nm 以內碳的六元環蜂窩狀片層結構，稱為石墨烯納米片層，以生物質為碳源制備的層數多于 10層，厚度在l〇〇nm以內碳的六元環蜂窩狀片層結構，稱為生物質石墨稀納米片層；層數為 1~10層碳的六元環蜂窩狀片層結構，稱為石墨烯，以生物質為碳源制備的層數為1~10 層碳的六元環蜂窩狀片層結構，稱為生物質石墨烯。
[0042] 本發明所述石墨烯結構在微觀表象上優選