[发明专利]一种具有梯度孔状结构的纤维素凝胶系材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有梯度孔状结构的纤维素凝胶系材料及其制备方法，该材料具有梯度孔状结构，其孔径大小和密度沿凝胶长度方向呈现梯度分布，孔径尺寸范围为2000nm～50nm；其力学性能、电性能等沿其凝胶长度方向也呈梯度分布。该纤维素凝胶系材料在日常用品、生物医药、组织工程材料、信息传递等方面具有广泛的应用价值。

技术领域

本发明涉及一类纤维素材料及其制备方法，尤其是具有梯度结构和性能的纤维素凝胶系材料的制备方法，属于功能材料制备技术领域。

背景技术

梯度功能材料，是基于一种全新的材料设计概念而开发的新型功能材料。由于材料构成要素(成分、结构等)在几何空间上连续的呈梯度变化，从而使得材料的性质和功能在几何空间上也呈梯度变化的一种新型复合材料。随着梯度功能材料的研究和开发，其应用也逐渐扩展到我们日常生活的方方面面，组成也日渐丰盈，应用前景十分广阔。特别地，为响应社会可持续发展，天然可降解再生材料逐渐被应用到梯度材料的制备中。申请号为201210575870.2，201310140975.X和201310140943.X的中国发明专利通过在复杂繁琐且苛刻的实验条件下，由微生物消耗糖源代谢形成纤维素微纤丝，然后通过氢键结合制备了具有上密下疏结构的一种细菌纤维素膜，其厚度最高只有15mm，其中大部分为疏松层。另外，这种细菌纤维素梯度材料的孔径尺寸较大(2000nm～8000nm)，比表面积较小；值得注意的是，这种细菌纤维素梯度材料不具有导电性能。目前为止，还未有以植物纤维素为原料采用绿色简易的方法制备梯度孔状结构材料的相关技术。

以绿色环保的离子液体(ILs)为溶剂，溶解天然高分子材料—纤维素，再生制备新材料既具有实用价值，同时对于缓解日益严重的能源危机及环境问题都具有重要意义，然而，在现有技术中，用以上两种组分为原料所制备的纤维素凝胶材料均具有均一的结构，不具有梯度材料所特有的结构和性能。

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，基于咪唑类离子液体能够快速高效溶解纤维素，以及自身优异的离子导电性及其与水分子任意比例互溶的特性，无需其他物质的添加和复杂化学反应，一次性得到一系列具有梯度孔状结构和性能的纤维素凝胶材料及成本低、工艺简单、绿色环保的制备方法。特别的，该凝胶系材料中的离子胶具有较为优异的导电能力，可拓宽其应用范围。而且，因该凝胶系材料具有较低的孔径、高的比表面积、优良的生物降解性、力学性能、导电性能、极低的热膨胀系数等优点，可最大程度模仿人类的皮肤及人体血管组织外疏内密的结构，进而在人工皮肤、人造血管支架等生物医药领域以及化妆品领域具有广泛应用；除此之外，得益于其超宽的孔径尺寸及其分布范围，这种凝胶系材料还可应用在污水处理、食品除浊、物料分离等领域，以及能量储存、信息传递器件的制备等领域。

发明内容

要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种具有梯度孔状结构和性能的纤维素凝胶系材料。

本发明的另一目的在于提供一种具有梯度孔状结构和性能的纤维素凝胶系材料的制备方法。

本发明的另一目的还在于提供利用咪唑类离子液体快速高效溶解纤维素的方法

本发明的另一目的还在于提供使用去离子水渗透扩散过程中，纤维素再生析出，得到纤维素离子胶的方法。

本发明的另一目的还在于提供一种绿色环保、简单易行、成本低廉的纤维素凝胶系材料的制备方法。

本发明的另一目的还在于提供一种快速的，可大规模生产制备纤维素凝胶系材料的制备方法。

技术方案