[发明专利]一种纳米纤维多层结构板材及其制备方法

说明书

本发明提供了一种纳米纤维素多层结构板材，由纳米纤维素水凝胶制备得到，所述纳米纤维素多层结构板材为层状结构，层与层之间通过纳米纤维素的化学键交联和物理缠绕实现紧密贴合；为了提高纳米纤维素多层结构板材的功能性，本申请还提供了一种纳米纤维素多层结构板材；本申请还提供了纳米纤维素多层结构板材的制备方法。本申请所述纳米纤维素多层结构板材具有极低热膨胀率、高强度、高韧性以及高抗冲击性能等特点，此外，所述纳米纤维素多层结构板材具有绿色环保、可降解等特点。

技术领域

本发明涉及新材料研究技术领域，尤其涉及一种纳米纤维素多层结构板材及其制备方法。

背景技术

纳米纤维素是一种力学性能优异的天然材料，它是一种由植物中分离得到或细菌发酵产生的高度结晶化的纤维素的纳米纤维；高结晶度使得纳米纤维素具有高强度和高模量的力学特点，另外，高结晶度使得纳米纤维素具有极低的热膨胀率。目前的结构材料块材中，难以将高强度、高韧性、抗冲击以及低热膨胀率等性能集成到同一个材料。

对于构建强度和韧性兼备的材料，仿生科学认为微米级或纳米级的层状结构是十分重要的。根据对某些海洋生物外壳的研究，纳米线组装形成的层状结构对提高材料的韧性和抗冲击性有很大的作用。基于以上仿生结构设计新材料，具有重要意义。鉴于此，提供一种具有仿生层状结构的块材具有重要的现实意义。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种纳米纤维多层结构板材及其制备方法，本申请制备的纳米纤维多层结构板材具有低热膨胀率、高强度和高抗冲击性能。

有鉴于此，本申请提供了一种纳米纤维素多层结构板材，由纳米纤维素水凝胶制备得到，所述纳米纤维素多层结构板材为层状结构，层与层之间通过纳米纤维素的化学键交联和物理缠绕实现紧密贴合。

本申请还提供了一种纳米纤维素多层结构板材，由纳米纤维素复合材料水凝胶制备得到，所述纳米纤维素复合材料水凝胶由纳米纤维素和功能材料复合而成，所述纳米纤维素多层结构板材为层状结构，层与层之间通过纳米纤维素化学键交联和物理缠绕实现紧密贴合，每层掺杂有所述功能材料。

优选的，所述纳米纤维素多层结构板材的层数大于20层。

优选的，所述化学键为氢键、离子键和共价键。

优选的，所述纳米纤维素的直径小于150nm，所述纳米纤维素多层结构板材的孔隙率小于45％。

本申请还提供了一种纳米纤维素多层结构板材的制备方法，包括以下步骤：

A)将水凝胶进行处理，得到初处理水凝胶；所述处理的方式为预处理和交联处理中的一种或两种；

B)将初处理水凝胶层层堆叠，压缩后得到纳米纤维素多层结构板材；

所述水凝胶为纳米纤维素水凝胶或纳米纤维素水凝胶复合材料。

优选的，所述预处理为物理预处理和化学预处理中的一种或多种；

所述物理预处理是将水凝胶直接浸泡于溶液中的处理方式，

所述化学预处理是将水凝胶的纳米纤维素进行表面化学改性的处理方式。

优选的，所述预处理的溶液的浓度为0.01mol/L～10mol/L。

优选的，所述交联处理的方式为离子键交联或小分子交联；

所述离子键交联具体为：

将水凝胶浸泡于金属离子溶液；

所述小分子交联具体为：

将水凝胶浸泡于小分子交联剂溶液中；