一种废旧织物纤维气凝胶的制备方法

技术领域

本发明涉及废旧织物再次利用和高分子材料气凝胶技术领域，具体涉及一种废旧织物纤维制备气凝胶的方法。

背景技术

随着国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，衣物使用周期越来越短，越来越多的废旧衣物会在两到三年甚至更短的时间内被淘汰，但是其中大部分没有被很好的回收利用。中国纺织工业联合会数据显示，目前我国每年产生2500多万吨废旧纺织品，综合利用率仅为15％左右，大量的废旧纺织品以及废旧衣物被当作垃圾直接掩埋或者焚烧。这一现状一方面对环境造成污染，另一方面也给资源带来了极大浪费。而每使用1千克废旧纺织物，就可以降低3.6千克的二氧化碳排放量，节约6000升水，减少使用0.3千克化肥和0.2千克的农药。由此可见，每年废旧纺织品的数量是如此庞大，有效回收利用，对缓解能源和纺织原材料危机、美化环境具有十分重要的作用。

为了更好地利用废旧织物，本发明将利用绿色可降解的聚乙烯醇(PVA)材料将废旧织物制备为气凝胶。本发明制备的气凝胶是一种具备三维网络骨架构造的纳米多孔材料，具有优异的物理和化学功能，如高比表面积、高孔隙率、低密度、低热导性等。可以用于吸附材料、环境净化、储能、传感器材料、催化、汽车制造、航天器、电子设备、服装、隔热保温、隔音等领域。将废旧纺织品制备为气凝胶，是一种全新的方式二次利用废旧织物的方式，大幅度提升了废旧织物的使用价值，减少了废旧织物的污染。

发明内容

本发明针对目前废旧织物没有很好的回收利用的问题，提供的一种将废旧织物制备为气凝胶的方法。

本发明采用聚乙烯醇(简称PVA)作为气凝胶复合基体，PVA中含有大量的羟基可以与废旧织物纤维中的羟基、羰基、氨基等基团形成氢键。通过PVA与废旧织物纤维的氢键可以将纤维链接起来，形成三维立体网状结构。PVA是一种可溶于水的可降解高分子材料，以水作为溶剂，可将PVA与废旧织物的混合物制备为水凝胶，经低温冷冻、冷冻干燥的工艺将水凝胶制备为气凝胶。

为了实现本发明的目的采用步骤如下：

将废旧衣物破碎，清洗，消毒得到废旧织物纤维。将清理好废旧织物纤维浸入氢氧化钠溶液中进行表面处理。将前处理好的废旧织物纤维、聚乙烯醇(PVA)、戊二醛(GA)加入到适量的水中，经超声、加热反应得到混合物水凝胶。混合物水凝胶通过低温冷冻，冷冻干燥的工艺制备为气凝胶。

所述的废旧织物为棉花、麻、羊毛、涤纶、腈纶等常见的纤维制备的纺织物破碎后所得，破碎后纤维长度为2～20mm。

所述的氢氧化钠溶液浓度为20～100g/L。

所述的氢氧化钠溶液进行前处理，反应温度为60～100℃，反应时间为1～4小时。

所述的聚乙烯醇(PVA)的分子量为10000～50000。

所述的废旧织物纤维、PVA、戊二醛(GA)和水的添加量如下：废旧织物纤维：1～10份，PVA：1～10份，GA：0.05～0.5份，水：80～98份。

所述的低温冷冻条件为-18℃到-50℃，时间为8～24小时。

所述的冻干条件为-50℃到-70℃，时间为12～72小时。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:

(1)利用废旧织物作为原料，既实现废物利用，节约材料，降低生产成本，又减少了废旧织物和废旧纸浆对环境的污染，经济和社会效益巨大。

(2)使用环境友好型材料PVA作为气凝胶复合基体，PVA可以溶于水，可以生物降解。PVA含有大量羟基可以与废旧织物上的羟基、羰基、氨基等基团形成很强的氢键。通过氢键可以使PVA与废旧织织物纤维形成三维立体网状结构，并使其具有一定力学机械性能，可以根据需要制备为不同的形状。

(3)本发明中使用的PVA是一种绿色可降解高分子材料，溶剂选用的是水，处理废旧纤维用的氢氧化钠溶剂可以重复使用，整个制备过程环保无危害。

(4)本发明制备的废旧织物纤维中具有大量的羟基，一种很好的亲水材料。

(5)本发明制备的废旧织物织物气凝胶，具有孔隙率高，吸水、吸油率高，隔热可达到常用的天然织物水平，可用于隔热保温材料。声音阻隔良好，可用于隔音材料。

(6)本发明制备不需要对废旧织物进行筛选处理，不同材质的废旧织物经清理消毒后直接可用。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体，进一步阐明本发明。

以下结合具体实施例来对本发明作进一步说明，但本发明所要求保护的范围并不局限于实施例所表述的范围。

实施例1：

将已经破碎、清洗、消毒好的废旧织物纤维，剪到2～20mm长。取废旧织物，置于20g/L氢氧化钠溶液，100℃水浴加热，并用机械搅拌器搅拌4h。用蒸馏水清洗至中性后进行干燥，取1g处理好的织物、50mg GA、10mL 10％PVA(1799型)水溶液加入到79mL的蒸馏水中，搅拌制备为水凝胶，将水凝胶在80℃条件下超声反应30min。反应完成后取出，倒入模具中，-20℃冷冻后24h，-60℃冷冻干燥48h，得到废旧织物气凝胶。

实施例2：

将已经破碎、清洗、消毒好的废旧织物纤维，剪到2～20mm长。取废旧织物，置于40g/L氢氧化钠溶液，80℃加热，并用机械搅拌器搅拌2h。用蒸馏水清洗至中性后进行干燥，取2g处理好的织物、50mg GA、20mL 10％PVA(1788型)水溶液加入到78mL的蒸馏水中，搅拌制备为水凝胶，将水凝胶在80℃条件下超声反应30min。反应完成后取出，倒入模具中，-30℃冷冻后24h，-70℃冷冻干燥48h，得到废旧织物气凝胶。

实施例3：

将已经破碎、清洗、消毒好的废旧织物纤维，剪到2～20mm长。取废旧织物，置于60g/L氢氧化钠溶液，80℃加热，并用机械搅拌器搅拌1h。用蒸馏水清洗至中性后进行干燥，取4g处理好的织物、50mg GA、20mL 10％PVA(1799型)水溶液加入到76mL的蒸馏水中，搅拌制备为水凝胶，将水凝胶在80℃条件下超声反应30min。反应完成后取出，倒入模具中，-40℃冷冻后24h，-60℃冷冻干燥60h，得到废旧织物气凝胶。

实施例4：

将已经破碎、清洗、消毒好的废旧织物纤维，剪到2～20mm长。取废旧织物，置于40g/L氢氧化钠溶液，80℃加热，并用机械搅拌器搅拌2h。用蒸馏水清洗至中性后进行干燥，取8g处理好的织物、50mg GA、20mL 20％PVA(1799型)水溶液加入到52mL的蒸馏水中，搅拌制备为水凝胶，将水凝胶在80℃条件下超声反应30min。反应完成后取出，倒入模具中，-40℃冷冻后24h，-60℃冷冻干燥60h，得到废旧织物气凝胶。

实施例5

将已经破碎、清洗、消毒好的废旧织物纤维，剪到2～20mm长。取废旧织物，置于80g/L氢氧化钠溶液，80℃加热，并用机械搅拌器搅拌1h。用蒸馏水清洗至中性后进行干燥，取10g处理好的织物、50mg GA、25mL 20％PVA(1778型)水溶液加入到65mL的蒸馏水中，搅拌制备为水凝胶，将水凝胶在80℃条件下超声反应30min。反应完成后取出，倒入模具中，-40℃冷冻后24h，-60℃冷冻干燥60h，得到废旧织物气凝胶。

实施例6

将已经破碎、清洗、消毒好的废旧织物纤维，剪到2～20mm长。取废旧织物，置于40g/L氢氧化钠溶液，80℃加热，并用机械搅拌器搅拌3h。用蒸馏水清洗至中性后进行干燥，取2g处理好的织物、50mg GA、20mL 20％PVA(1799型)水溶液加入到76mL的蒸馏水中，搅拌制备为水凝胶，将水凝胶在80℃条件下超声反应30min。反应完成后取出，倒入模具中，-40℃冷冻后24h，-60℃冷冻干燥60h，得到废旧织物气凝胶。

本发明提供的各实施例性能测试如下表所示：

由上表可知，废旧织物纤维气凝胶的密度很低，气孔率很高，吸油率和水都比较高，吸水甚至可达到21.3g/g。此外，导热系数也较低与常见的泡沫和皮毛的导热系数(0.02-0.55)相接近，满足常见的隔热保温需求。此外，废旧织物气凝胶抗压强度也随着PVA的增加而增大，使其可以保持一定的形状。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。