本发明涉及青桐纤维，具体涉及一种青桐纤维的绿色制备方法及其高值化应用。
背景技术：
1、当前，以聚酯、聚酰胺和聚氨酯纤维为代表的合成纤维具有力学性能优异、产量高、稳定性好和耐磨等优点，已被广泛用于功能纺织品、复合材料、医疗健康等领域。然而，这些合成纤维需要高能耗且高成本的复杂制造工艺。此外，这类纤维材料在产品生命周期结束时不可生物降解且难以回收，不具备可持续性。因此，大力推进天然纤维材料的研发，使其作为一种绿色的结构复合材料具有重要的意义。
2、青桐系梧桐科、梧桐属，民间叫“九层皮”，多年生落叶乔木，宜于繁殖，适应性强，长势较快，五年长成，在黔东南州剑河县发现野生青桐树较多，资源丰富，但利用率低。通过砍伐青桐枝干，机械剥离，可获得青桐韧皮。青桐韧皮主体成分是纤维素纤维，具有力学强度高、不易腐烂等优点，长期以来被用作天然绳索捆绑物品。目前，对青桐的研究主要集中在播种育苗和成分分析等方面，但对其韧皮纤维绿色制造和高值化应用却鲜有报道。因此，通过绿色的方法制备青桐韧纤维不仅将拓宽纺织纤维来源，而且还可将其加工制备成环境友好型功能材料，具有较高的产业价值，符合可持续发展战略。
3、根据文献报道，除纤维素之外，青桐韧皮含有半纤维素、木质素、果胶、脂蜡质、水溶物以及灰分等胶质成分。因此，青桐韧皮的脱胶处理对其纤维的制造和后续的加工应用至关重要。2013年，课题组首次报道了采用酸碱配合其他助剂的化学方法对青桐韧皮进行脱胶处理（李长龙，刘琼，孙瑞霞，王宗乾*.青桐韧皮化学脱胶与纤维性能分析[j].纺织学报,2013,34(12):8-11.），但具有流程长、耗能高、污染环境等问题。因此迫切需要探索和开发一种绿色、高效、短流程的新型脱胶工艺。低共熔溶剂（简称为des）是一种快速兴起的，可替代传统有机溶剂和离子液体的新型绿色溶剂，于2003年由abbott首次提出。des通常是由一定物质的量比的氢键受体和氢键供体组合而成的双组分或多组分溶剂体系，具有低熔点、低成本、可生物降解、结构可设计、溶解性能好等独特的物理化学性质，以及毒性低和可回收等优点，基于上述特性，des在生物质纤维预处理和转化领域具有广阔的应用前景。然而，尚未见采用des对青桐韧皮进行脱胶处理，并制造青桐韧皮纤维及其在功能材料领域高值化利用的报道。
4、本领域技术人员亟待开发一种青桐纤维的绿色制备方法及其高值化应用，满足现有的应用需求和性能要求。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种青桐纤维的绿色制备方法及其高值化应用。
2、一种青桐纤维的绿色制备方法，包括以下步骤：
3、（1）青桐韧皮的前处理：采用清水对青桐韧皮进行冲洗，去除表面的污染，再将青桐韧皮放入清水中浸泡24～48h后放入烘箱中干燥处理，所述干燥处理温度50～60℃，干燥处理时间2～3h，得到前处理后的青桐韧皮；
4、（2）氯化胆碱类des的制备：取氯化胆碱作为des的氢键受体，并与氢键供体按照1:1～2的摩尔比混合，在80～100℃的进行加热，直至形成澄清透明的低共熔溶剂；
5、（3）将步骤（1）得到的前处理后的青桐韧皮按一定质量比加入上一步得到的低共熔溶剂中，在140～160℃的条件下脱胶处理1～2h后，再使用去离子水对低共熔溶剂脱胶处理的青桐纤维进行充分洗涤，洗涤方式优选为抽滤洗涤，洗涤至滤液的导电率达≤20μs/cm，即得青桐纤维。
6、上述方法得到的青桐纤维在气凝胶领域中的应用。
7、进一步的，所述步骤（3）中前处理后的青桐韧皮与des的质量比为1:20～100。
8、进一步的，所述步骤（2）氢键供体选自尿素、乳酸、乙二醇中的至少一种。
9、采用上述方法制备的青桐纤维来制备纤维素微纳米纤维气凝胶的方法，包括以下步骤：将青桐纤维加入去离子水中，青桐纤维与去离子水的质量比为1:100～200，采用高速剪切机对青桐纤维进行机械降解，将其解构成纤维素微纳米纤维（简称cmnf）；高速剪切机转速为5000～10000rpm，时间为10～15min；机械降解后，即得cmnf分散液；调整上述cmnf分散液的浓度为5～6mg/ml，并向其中加入交联剂，分散液中交联剂的质量是cmnf质量的5%～8%；将前驱体分散液放置在-60℃冷阱中冷冻10～15h，随后转移至真空冷冻干燥机中进行干燥处理，所述干燥处理温度为-60℃，干燥时间为48～72h，冷冻干燥后再放入真空烘箱中于100～120℃下加热3～5h完成交联，即得cmnf气凝胶。
10、进一步的，所述交联剂为聚酰胺环氧氯丙烷树脂，所述高速剪切机为用破壁机或高速分散机中的其中一种。优选为，奥克斯家用破壁机或艾卡高速分散机。
11、上述cmnf气凝胶的回收方法，它是上述制备得到的使用后的cmnf气凝胶与去离子水混合，高速机械搅拌作用下，重新形成均匀的cmnf分散液，再通过冷冻干燥重新制得回收cmnf气凝胶产品，其中机械搅拌采用家用破壁机或高速分散机中的其中一种，转速为5000～10000rpm，搅拌时间为3～5min。
12、上述cmnf的降解方法，是取上述制备得到的cmnf胶进行生物降解处理，所述生物降解处理方式为择土壤直接掩埋法。
13、本发明的有益效果：
14、本发明公开的一种青桐纤维的绿色制备方法，提供了一种基于des一步脱胶工艺制备青桐韧皮纤维的方法，使用不同的氯化胆碱类des对青桐韧皮进行脱胶处理，其中des中的氯离子与碳水化合物和木质素中的羟基之间形成氢键竞争，从而破坏了木质素-碳水化合物复合物之间的化学键，削弱了青桐韧皮纤维中强氢键相互作用。此外，从des氢键供体分离出的质子（h+）能够催化胶质成分中木质素和半纤维素的醚键和酯键的裂解，使得木质素和半纤维素被分解成小分子，易于溶解于溶剂。因此，氯化胆碱类des可有效去除青桐纤维表面的胶质成分，具有流程短、高效节能、纤维制成率高等优点。此外，本发明利用的氯化胆碱类des属于绿色溶剂，具有成本低廉、易于制备和可回收利用的优势，并且无毒无害、可生物降解，相比传统化学脱胶所有的强酸和强碱等，在des一步法脱胶过程无污染、零排放。
15、des脱胶后的青桐纤维主要是纤维素，具有微纤维、纳米纤维和分级级的纤维素链组成多尺度层级结构。需要说明的是，在青桐韧皮脱胶的过程中，des能够渗透到青桐纤维的无定型区域中，溶胀纤维并削弱纤维素微纳米纤维之间的氢键和疏水相互作用。因此，本发明另一个目的在于，进一步利用简单机械处理将des脱胶处理的青桐纤维机械降解成纤维素微纳米纤维（简称cmnf），并通过冷冻干燥等工艺制备cmnf气凝胶等功能材料，以实现其高值化应用。本发明制备的cmnf气凝胶属于生物质气凝胶，不仅具有可生物降解和可回收等优势，而且相比传统再生纤维素气凝胶，还展现出优良的力学弹性，在保温隔热和环境修复中具有广阔的应用前景。
1.一种青桐纤维的绿色制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种青桐纤维的绿色制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中前处理后的青桐韧皮与低共熔溶剂的质量比为1:20～100。
3.根据权利要求1所述的一种青桐纤维的绿色制备方法，其特征在于，所述步骤（2）氢键供体选自尿素、乳酸、乙二醇中的至少一种。
4.根据权利要求1～3任一项所述制备方法得到的青桐纤维在气凝胶领域中的应用。
5.采用权利要求1所述方法制备的青桐纤维制备纤维素微纳米纤维气凝胶的方法，其特征在于，包括以下步骤：将青桐纤维加入去离子水中，青桐纤维与去离子水的质量比为1:100～200，采用高速剪切机对青桐纤维进行机械降解，将其解构成纤维素微纳米纤维；高速剪切机转速为5000～10000rpm，时间为10～15min；机械降解后，即得纤维素微纳米纤维分散液；调整上述纤维素微纳米纤维分散液的浓度为5～6mg/ml，并向其中加入交联剂，分散液中交联剂的质量是纤维素微纳米纤维质量的5%～8%；将前驱体分散液放置在-60℃冷阱中冷冻10～15h，随后转移至真空冷冻干燥机中进行干燥处理，所述干燥处理温度为-60℃，干燥时间为48～72h，冷冻干燥后再放入真空烘箱中于100～120℃下加热3～5h完成交联，即得纤维素微纳米纤维气凝胶。
6.根据权利要求4所述的制备纤维素微纳米纤维气凝胶的方法，其特征在于，所述交联剂为聚酰胺环氧氯丙烷树脂，所述高速剪切机为家用破壁机或高速分散机中的其中一种。
7.由权利要求5～6中任一项所述的制备方法制备的纤维素微纳米纤维气凝胶。
8.一种纤维素微纳米纤维气凝胶的回收方法，其特征在于，它是取使用后的权利要求7所述的纤维素微纳米纤维气凝胶与去离子水混合，高速机械搅拌作用下，重新形成均匀的纤维素微纳米纤维气凝胶分散液，再通过冷冻干燥重新制得回收纤维素微纳米纤维气凝胶产品，其中机械搅拌采用家用破壁机或高速分散机中的其中一种，转速为5000～10000rpm，搅拌时间为3～5min。
9.一种纤维素微纳米纤维气凝胶的降解方法，其特征在于，它是取权利要求7所述的纤维素微纳米纤维气凝胶进行生物降解处理，所述生物降解处理为土壤直接掩埋法。
