[发明专利]一种具有取向螺旋结构的纳米纤维素板材及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有取向螺旋结构的纳米纤维素板材，由交叠放置的若干纳米纤维素膜经过压缩得到；所述纳米纤维素膜中的纳米纤维素取向排列；相邻的纳米纤维素膜中的纳米纤维素呈一定角度。本申请还提供了所述纳米纤维素板材的制备方法。本发明提供的纳米纤维素板材在微观上具有层状、取向螺旋结构，宏观上具有低热膨胀率、轻质高强和高抗冲击性的性能。

技术领域

本发明涉及新材料开发技术领域，尤其涉及一种具有取向螺旋结构的纳米纤维素板材及其制备方法。

背景技术

纤维素是自然界的丰富可再生产物之一，可来源于植物、动物，以及细菌合成，纳米纤维素已经广泛应用于诸多行业，如造纸，力学增强，制备高性能力学材料等。纳米纤维素具有很多优异的特点，例如轻质、高杨氏模量、高聚合度、高结晶度以及高比表面积大等优势，这使其在诸多领域都有很好的应用。现在的环保意识逐渐增强，与其他纳米材料相比纳米纤维素生物具有相容性好、可生物降解、可再生以及反应活性高等优势，使纳米纤维素的利用研究越来越多。

自然界有众多拥有优异力学性能的无机矿化和无机/有机复合天然结构纳米材料。自然界高强材料中，有许多取向、螺旋结构的例子。在长期的进化和生存竞争中，自然界生物表界面形成了优异的取向结构来执行传播、攀爬、移动与粘附等诸多行为。螺旋结构是大自然中最重要的也是最显著的结构之一，目前已经涌现出了一大批具有独特的螺旋几何形状的材料，它们丰富的物理化学性能使得他们有着广泛的用途。但是，对这种带有螺旋结构材料在微观和纳米尺度的构造的研究仍然面临着挑战。因此，基于以上仿生结构设计新材料，具有重要意义。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种具有取向螺旋结构的纳米纤维素复合板材及其制备方法，该纳米纤维素复合板材具有低热膨胀率、轻质高强和高抗冲击性的优点。

有鉴于此，本申请提供了一种具有取向螺旋结构的纳米纤维素板材，由交叠放置的若干纳米纤维素膜经过压缩得到；所述纳米纤维素膜中的纳米纤维素取向排列；

相邻的纳米纤维素膜中的纳米纤维素呈一定角度。

优选的，所述纳米纤维素膜中还包括纳米材料。

优选的，所述一定角度为大于0°小于180°。

优选的，所述纳米纤维素膜的层数为20～20000层。

优选的，所述纳米材料选自硅酸钙纳米线、碳化硅纳米线、羟基磷灰石纳米线、海泡石纳米带、氧化石墨、纳米粘土片、氮化硼纳米片、二硫化钼纳米盘和氢氧化镍纳米盘中的一种或多种。

本申请还提供了一种具有取向螺旋结构的纳米纤维素板材的制备方法，包括以下步骤：

A)将纳米纤维素浆料制成薄膜，得到纳米纤维素膜，所述纳米纤维素膜中的纳米纤维素在膜中取向排列；

B)将多片纳米纤维素膜堆叠，相邻纳米纤维素膜中的纳米纤维素呈一定角度；

C)将步骤B)得到的纳米纤维素膜压缩，得到纳米纤维素板材。

优选的，所述纳米纤维素浆料中还包括纳米材料。

优选的，所述纳米材料选自硅酸钙纳米线、碳化硅纳米线、羟基磷灰石纳米线、海泡石纳米带、氧化石墨、纳米粘土片、氮化硼纳米片、二硫化钼纳米盘和氢氧化镍纳米盘中的一种或多种。

优选的，所述将纳米纤维素浆料制成薄膜的方法具体为：

将纳米纤维素浆料采用沿单一方向涂刷取向、微流取向、旋转滚筒取向或电场诱导取向的方法进行纳米纤维素取向，得到纳米纤维素膜。

优选的，所述压缩的温度为0～200℃，压力为1～800MPa。