[发明专利]一种基于纳米纤维素的复合板材及其制备方法

说明书

本发明提供了基于纳米纤维素的复合板材的制备方法，包括以下步骤：A)将纳米纤维素与高分子材料混合，得到初始混合物；B)将所述初始混合物进行压缩，得到基于纳米纤维素的复合板材。本申请还提供了上述制备方法制备的基于纳米纤维素的复合板材。本申请提供的复合板材中通过加入纳米纤维素和高分子材料，两者相互作用，可得到一种具有低热膨胀率、轻质高强的复合板材。

技术领域

本发明涉及新材料开发技术领域，尤其涉及一种基于纳米纤维素的复合板材及其制备方法。

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低的热膨胀率。纳米纤维素根据形态特征，还包括纳米晶体纤维素(NCC)、细菌纳米纤维素(BNC)和纤维素纳米纤维(CNF)。

在植物的细胞壁内，纤维素纳米纤维是由许多纤维素链通过分子间和分子内氢键结合而成。纤维素纳米纤维一般是纤维直径小于100nm的超细纤维素纤维，其是将纤维素进行纳米化处理后，得到的纳米级的天然纤维。纤维素纳米纤维的强度约为2～3GPa，是钢铁的5倍，但是其质量只有钢铁的1/5，因此，纤维素纳米纤维“轻盈、强韧、环保”的特点，作为一种梦幻般的新材料受到了人们的关注。

目前的结构材料块材中，难以将高强度、高韧性、抗冲击、低热膨胀率等性能集成到同一个材料。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种具有低热膨胀率、高强度和高韧性的基于纳米纤维素的复合板材的制备方法。

有鉴于此，本申请提供了一种基于纳米纤维素的复合板材的制备方法，包括以下步骤：

A)将纳米纤维素与高分子材料混合，得到初始混合物；

B)将所述初始混合物进行压缩，得到基于纳米纤维素的复合板材。

优选的，所述高分子材料选自海藻酸钠、壳聚糖、聚乙烯醇、PVA、羧甲基纤维素和聚丙烯酸中的一种或多种。

优选的，所述初始混合物的状态为溶液、溶胶、凝胶、乳液和浊液中的一种。

优选的，所述压缩在模具中进行，所述压缩的温度为0～200℃，所述压缩的压力为1～800MPa。

优选的，所述高分子材料的质量为所述纳米纤维素的20～95％。

本申请还提供了一种基于纳米纤维素的复合板材，由纳米纤维素与高分子材料制备得到；

所述纳米纤维素与所述纳米纤维素之间、所述纳米纤维素与所述高分子材料之间形成氢键。

优选的，所述纳米纤维素选自细菌纤维素和木质纳米纤维素中的一种或多种，所述高分子材料选自海藻酸钠、壳聚糖、聚乙烯醇和聚丙烯酸中的一种或多种。

优选的，所述高分子材料的质量为所述纳米纤维素的20～95％。

本申请提供了一种基于纳米纤维素的复合板材的制备方法，其首先将纳米纤维素与高分子材料混合，以得到初始混合物，再将初始混合物进行压缩，由此得到了基于纳米纤维素的复合板材；本申请制备的基于纳米纤维素的复合板材可使纳米纤维素之间形成强氢键，形成一维增强网络，纳米纤维素与高分子之间也形成氢键等作用，进一步提高了复合板材的强度、韧性等力学性能；同时，由于纳米纤维素高结晶度使得复合板材具有低热膨胀率。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的基于纳米纤维素的复合板材的照片；

图2为本发明实施例1制备的基于纳米纤维素的复合板材的微观照片；

图3为本发明实施例1制备的基于纳米纤维素的复合板材的弯曲应力-应变曲线图。