[发明专利]一种取向螺旋结构的细菌纤维素材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种取向螺旋结构的细菌纤维素材料的制备方法，包括以下步骤：将水凝胶在沿x方向和y方向形成的平面的任一方向上湿态拉伸，得到初处理水凝胶；所述水凝胶为细菌纤维素水凝胶和细菌纤维素复合材料水凝胶中的一种或两种；将所述初处理水凝胶依次层层堆叠，且相邻初处理水凝胶的拉伸方向呈一定角度，压缩后得到取向螺旋结构的细菌纤维素材料。本申请的制备方法得到了一种具有极低热膨胀率、轻质高强、高抗冲击的取向螺旋结构的细菌纤维素材料。

技术领域

本发明涉及新材料研究技术领域，尤其涉及一种取向螺旋结构的细菌纤维素材料及其制备方法。

背景技术

细菌纤维素是由葡萄糖分子以β-1，4糖苷键聚合而成的没有分支的高分子，这些线性葡萄糖链通过分子内和分子间氢键形成网状结构；因此在由葡萄糖形成纤维的过程中，这些分子发生了特征性的聚合和结晶，并形成了细菌纤维素超细的结构，从而造就了细菌纤维素良好的机械性能。因此，利用细菌纤维素制备新型的生物界材料具有重要的意义

生物界材料是由性能并不突出的简单组元在相对温和的条件下组装而成，但其表现出优异的综合力学性能和功能特性，这主要得益于生物材料跨越不同尺度的复杂而巧妙的组织结构，特别是由此带来的独特的变形与断裂机制和强韧化机理。自然界中很多生物通过取向螺旋结构，来构筑高强高韧材料，例如亚马逊河的大马哈鱼的鱼皮为一维纳米纤维通过取向螺旋结构构筑而成，强度高韧性好，以此抵御食人鱼的攻击捕食。因此，借鉴生物界材料增强机理和机制，开发制备新材料至关重要。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种取向螺旋结构的细菌纤维素材料的制备方法，本申请制备的取向螺旋结构的细菌纤维素材料具有低热膨胀率、力学各向异性和高抗冲击性能。

有鉴于此，本申请提供了一种取向螺旋结构的细菌纤维素材料的制备方法，包括以下步骤：

将水凝胶在沿x方向和y方向形成的平面的任一方向上湿态拉伸，得到初处理水凝胶；所述水凝胶为细菌纤维素水凝胶和细菌纤维素复合材料水凝胶中的一种或两种；

将所述初处理水凝胶依次层层堆叠，且相邻初处理水凝胶的拉伸方向呈一定角度，压缩后得到取向螺旋结构的细菌纤维素材料。

优选的，所述湿态拉伸的程度为所述水凝胶初始长度的1％～50％。

优选的，所述湿态拉伸的程度为所述水凝胶初始长度的10％～30％。

优选的，所述相邻初处理水凝胶的角度为0°～180°。

优选的，所述相邻初处理水凝胶的角度为10°～80°。

优选的，所述堆叠的层数为20～3000层。

优选的，所述压缩的温度为10～200℃，所述压缩的时间为1～800MPa。

优选的，所述细菌纤维素复合材料水凝胶为高分子和纳米材料中的一种或多种与细菌纤维素形成的水凝胶。

本申请还提供了一种取向螺旋结构的细菌纤维素材料，包括交叠放置的若干水凝胶层，所述水凝胶层由细菌纤维素水凝胶和细菌纤维素复合材料水凝胶中的一种或两种经过拉伸后压缩得到，所述拉伸的方向为水凝胶的x方向和y方向形成的平面的任一方向，且相邻的水凝胶层的拉伸方向呈一定的角度。

优选的，所述水凝胶层的层数为20～3000层。