本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种纳米纤维素晶须改性的竹原纤维及其制备方法。
背景技术：
竹子本身具有抗虫抗菌的作用，因此竹子在生长的过程中不需要施加化肥和农药，因此，由竹子作为原材料加工的竹原纤维属于一种天然环保的绿色可降解纤维，对环境无负担，。竹原纤维的横截面为不规则的腰圆形，有空腔，表面具有很多的沟槽、裂纹和横节，因此竹原纤维具有良好的透气性、透湿性和染色性等，在纺织服装和复合材料等领域都有很好的应用。
因此，基于竹原纤维的制备方法的研究较多。中国专利CN 101629322B公开的一种将原竹加工成可纺织型竹原纤维的制备方法，将竹子经脉冲电极处理、高温高压蒸煮处理和微生物菌分解将一根细竹片分解成多根竹原纤维，然后经梳理得到竹原纤维。中国专利CN 101538743B公开的溶剂法生物制备竹原纤维，将1,4-丁二醇水溶液作为有机溶剂，对准拍进行浸泡，加热取出竹丝的木质素、半纤维素和其他杂质，再经敲打、离心、漂白、柔软和发酵得到竹原纤维。中国专利CN 101372763B公开的额复合生物酶制备竹原纤维的方法，以竹骂作为原料将漆酶、木聚糖酶或者其混合物作为复合生物酶对预处理的竹麻进行浸渍处理，然后在用果胶酶进行处理，再经常规后处理制备竹原纤维。中国专利CN 102140699B公开的一种竹材气爆炼制制备生态材料及其能源化的方法，将竹材资源作为原料，竹材经气爆处理后得到水洗液和纤维料，水洗液发酵制备形成生物能源，长纤维制备竹原纤维，短纤维用于制备木塑材料、微晶纤维素、溶解浆、液化聚醚多元醇等生态材料。由上述现有技术可知，可以通过溶剂法、物理法和生物法制备竹原纤维，但是单一的制备方法制备的竹原纤维其性能和效率不能两全，而且多余的竹原短纤维其功能并未运用于制备竹原纤维中，虽然也有研究对其水洗液和竹原短纤维进行运用，但是多用于制备其他物质，对竹原纤维本身的性能改善方面的运用并不多见。
纳米纤维素晶须使纤维素在纳米领域的用于，纳米纤维素晶须的长度为10-1000nm，横截面尺寸为5-20nm，具有较长的长径比，且结晶度高、强度大、具有特殊的光学特性、生物相容性和生物可降解性能，纳米纤维素晶须引起特有的光学性能、流变性能和机械性能，在复合材料领域也有应用。因此，本发明的申请人充分利用多种制备方法，力求高效高利用率的制备出高性能的竹原纤维。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种纳米纤维素晶须改性的竹原纤维及其制备方法，采用竹子作为原料，将酶解、碱解、气爆处理相结合得到竹原长纤维和竹原短纤维，将竹原短纤维经溶剂提取和超声粉碎制成纤维素晶须，对竹原长纤维形成的初纺纤维进行改性整理，得到纳米纤维素晶须改性的竹原纤维。本发明综合利用多种处理手法，充分利用竹纤维原料，制备的竹原纤维纤度细，柔软，透气透湿，机械强度好，还具有拒水、抗菌、抗紫外等功效。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种纳米纤维素晶须改性的竹原纤维，所述纳米纤维素晶须改性的竹原纤维包括竹原长纤维和纤维素晶须，所述纤维素晶须由竹原短纤维经溶剂提取和超声粉碎处理得到，所述竹原长纤维和竹原短纤维由竹片经酶解、碱解和气爆处理得到。
作为上述技术方案的优选，所述纳米纤维素晶须改性的竹原纤维的原料为竹子。
本发明还提供一种纳米纤维素晶须改性的竹原纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将新鲜的竹子切断切片形成竹片，将竹片浸渍于含纤维素酶的碱液中，煮沸处理，取出，碾压，甩干，得到预处理的竹纤维；
(2)将步骤(1)制备的预处理的竹纤维束置于蒸汽爆破处理装置中，进行气爆处理，取出，水洗，过滤得到竹纤维束，经梳理得到竹原长纤维和竹原短纤维；
(3)将步骤(2)制备的竹原短纤维置于乙酸溶液中，超声粉碎形成纤维素晶须溶液；
(4)将步骤(2)制备的竹原长纤维梳理加捻形成初纺纤维，再浸渍于步骤(3)制备的纤维素晶须溶液中，滴加氨水，取出，真空干燥形成纳米纤维素晶须改性的竹原纤维。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，竹片的长度为3-5cm，厚度为2-3mm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，含纤维素酶的碱液中纤维素酶的质量分数为3-5％，碱液的pH值为8.5-9。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，煮沸处理的时间为20-30min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，气爆处理的压力为2-3MPa，时间为5-10min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，竹原长纤维的长度大于5cm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，纤维素晶须溶液中纤维素晶须的粒径为20-30nm，纤维素晶须的质量分数为0.5-3％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，初纺纤维中竹原长纤维的根数为3-8根，捻数为2-3捻/cm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的纳米纤维素晶须改性的竹原纤维采用的原料为竹子，综合利用竹子的原料，将竹原长纤维制备形成可纺织的竹原纤维，将竹原短纤维制备形成纤维素晶须，并用纤维素晶须对可纺织的竹原纤维进行改性整理，得到纳米纤维素晶须改性的竹原纤维。因此本发明制备方法充分利用了竹子资源，提高竹子的综合经济价值，减少了资源的浪费。
(2)本发明制备的纳米纤维素晶须改性的竹原纤维先用纤维素酶和碱液对竹片进行整理，使竹片变软，竹片中的半纤维素、木质素、高聚糖、蛋白质和果胶等与纤维素分离，而且纤维素酶还可以对纤维素进行水解活化，更有利于碱液的渗透，碱液和纤维素酶相辅相成，综合对竹片进行开松分解，然后，再对预处理的竹纤维进行气爆处理，对初步开松的竹片进行爆破，使竹片中的纤维素充分的分离开来，将纤维素酶、碱液和气爆处理相结合，能在较短时间内实现高效的分离，工作效率大大提高，而且对竹原纤维本身的性能影响不大。
(3)本发明制备的纳米纤维素晶须改性的竹原纤维采用结晶度高、取向度高和大分子排列规整的竹原长纤维作为主要原料，经合并加捻形成初纺纤维，制备的初纺纤维具有纤细柔软、透气透湿，再利用竹原短纤维制备的纤维素晶须进行改性，赋予竹原纤维纳米材料的特性，提高竹原纤维的稳定性、拒水性能和机械强度，而且不影响竹原纤维绿色环保可降解性。
(4)本发明的制备方法简单高效，综合利用多种处理方法，充分利用竹子资源，制备得到高性能的竹原纤维，绿色环保，可降解。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将新鲜的竹子切断切片形成长度为3cm，厚度为2mm的竹片，以浴比1:30，将竹片浸渍于质量分数为3％纤维素酶的碱液中，碱液的pH值为8.5，煮沸处理20min，取出，碾压3min，甩干，得到预处理的竹纤维。
(2)将预处理的竹纤维束置于蒸汽爆破处理装置中，在2MPa压力下气爆处理5min，取出，水洗，过滤得到竹纤维束，经梳理，长度大于5cm为竹原长纤维，其余为竹原短纤维。
(3)以物料比为1g:8ml，将竹原短纤维置于乙酸溶液中，取出充分水洗取出乙酸，然后加入去离子水溶液，超声粉碎10min，形成质量分数为0.5％的粒径为20nm的纤维素晶须溶液。
(4)将3根的竹原长纤维梳理合并，加捻2捻/cm形成初纺纤维，以浴比1:20，再浸渍于纤维素晶须溶液中，滴加氨水至pH值为7.5，浸渍15min后取出，真空干燥形成纳米纤维素晶须改性的竹原纤维。
实施例2：
(1)将新鲜的竹子切断切片形成长度为5cm，厚度为3mm的竹片，以浴比1:40，将竹片浸渍于质量分数为5％纤维素酶的碱液中，碱液的pH值为9，煮沸处理30min，取出，碾压5min，甩干，得到预处理的竹纤维。
(2)将预处理的竹纤维束置于蒸汽爆破处理装置中，在3MPa压力下气爆处理10min，取出，水洗，过滤得到竹纤维束，经梳理，长度大于5cm为竹原长纤维，其余为竹原短纤维。
(3)以物料比为1g:10ml，将竹原短纤维置于乙酸溶液中，取出充分水洗取出乙酸，然后加入去离子水溶液，超声粉碎10min，形成质量分数为3％的粒径为30nm的纤维素晶须溶液。
(4)将8根的竹原长纤维梳理合并，加捻3捻/cm形成初纺纤维，以浴比1:20，再浸渍于纤维素晶须溶液中，滴加氨水至pH值为8.5，浸渍25min后取出，真空干燥形成纳米纤维素晶须改性的竹原纤维。
实施例3：
(1)将新鲜的竹子切断切片形成长度为4cm，厚度为2.5mm的竹片，以浴比1:35，将竹片浸渍于质量分数为4％纤维素酶的碱液中，碱液的pH值为8.7，煮沸处理25min，取出，碾压4min，甩干，得到预处理的竹纤维。
(2)将预处理的竹纤维束置于蒸汽爆破处理装置中，在2.2MPa压力下气爆处理6min，取出，水洗，过滤得到竹纤维束，经梳理，长度大于5cm为竹原长纤维，其余为竹原短纤维。
(3)以物料比为1g:9ml，将竹原短纤维置于乙酸溶液中，取出充分水洗取出乙酸，然后加入去离子水溶液，超声粉碎10min，形成质量分数为1％的粒径为25nm的纤维素晶须溶液。
(4)将5根的竹原长纤维梳理合并，加捻2.5捻/cm形成初纺纤维，以浴比1:20，再浸渍于纤维素晶须溶液中，滴加氨水至pH值为8，浸渍20min后取出，真空干燥形成纳米纤维素晶须改性的竹原纤维。
实施例4：
(1)将新鲜的竹子切断切片形成长度为5cm，厚度为2mm的竹片，以浴比1:30，将竹片浸渍于质量分数为3.5％纤维素酶的碱液中，碱液的pH值为8.8，煮沸处理27min，取出，碾压3min，甩干，得到预处理的竹纤维。
(2)将预处理的竹纤维束置于蒸汽爆破处理装置中，在3MPa压力下气爆处理7min，取出，水洗，过滤得到竹纤维束，经梳理，长度大于5cm为竹原长纤维，其余为竹原短纤维。
(3)以物料比为1g:9ml，将竹原短纤维置于乙酸溶液中，取出充分水洗取出乙酸，然后加入去离子水溶液，超声粉碎10min，形成质量分数为1.5％的粒径为27nm的纤维素晶须溶液。
(4)将5根的竹原长纤维梳理合并，加捻2.6捻/cm形成初纺纤维，以浴比1:20，再浸渍于纤维素晶须溶液中，滴加氨水至pH值为8.2，浸渍18min后取出，真空干燥形成纳米纤维素晶须改性的竹原纤维。
实施例5：
(1)将新鲜的竹子切断切片形成长度为3cm，厚度为3mm的竹片，以浴比1:40，将竹片浸渍于质量分数为5％纤维素酶的碱液中，碱液的pH值为8.9，煮沸处理30min，取出，碾压4.5min，甩干，得到预处理的竹纤维。
(2)将预处理的竹纤维束置于蒸汽爆破处理装置中，在2.8MPa压力下气爆处理9min，取出，水洗，过滤得到竹纤维束，经梳理，长度大于5cm为竹原长纤维，其余为竹原短纤维。
(3)以物料比为1g:10ml，将竹原短纤维置于乙酸溶液中，取出充分水洗取出乙酸，然后加入去离子水溶液，超声粉碎10min，形成质量分数为2.5％的粒径为30nm的纤维素晶须溶液。
(4)将7根的竹原长纤维梳理合并，加捻2.8捻/cm形成初纺纤维，以浴比1:20，再浸渍于纤维素晶须溶液中，滴加氨水至pH值为8.0，浸渍20min后取出，真空干燥形成纳米纤维素晶须改性的竹原纤维。
实施例6：
(1)将新鲜的竹子切断切片形成长度为5cm，厚度为2.8mm的竹片，以浴比1:40，将竹片浸渍于质量分数为4.5％纤维素酶的碱液中，碱液的pH值为9，煮沸处理20min，取出，碾压4.5min，甩干，得到预处理的竹纤维。
(2)将预处理的竹纤维束置于蒸汽爆破处理装置中，在3MPa压力下气爆处理7min，取出，水洗，过滤得到竹纤维束，经梳理，长度大于5cm为竹原长纤维，其余为竹原短纤维。
(3)以物料比为1g:10ml，将竹原短纤维置于乙酸溶液中，取出充分水洗取出乙酸，然后加入去离子水溶液，超声粉碎10min，形成质量分数为1.5％的粒径为30nm的纤维素晶须溶液。
(4)将7根的竹原长纤维梳理合并，加捻2捻/cm形成初纺纤维，以浴比1:20，再浸渍于纤维素晶须溶液中，滴加氨水至pH值为8.5，浸渍20min后取出，真空干燥形成纳米纤维素晶须改性的竹原纤维。
经检测，实施例1-6制备的纳米纤维素晶须改性的竹原纤维的纤维素含量、直径、机械强度、抗菌性、疏水性和可降解性的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的纳米纤维素晶须改性的竹原纤维的纤维素含量高，直径小，机械强度好，还具有抗菌、疏水和可降解的性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。