【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种细菌纤维素结构材料的生产方法及所得产品，还涉及该细菌纤维素结构材料作为绿色可降解新材料的用途，属于绿色新材料加工应用。
技术介绍
1、自20世纪初以来，塑料因其成本低和实用性在人类社会中发挥着越来越大的作用。全球塑料年产量约4亿吨，然而，塑料很难自然降解（需要几百年），并且在降解过程和日常使用过程中都会释放出微塑料，这将进一步对人类健康构成严重威胁。塑料废物累积的环境成本正日益成为不可逆转的全球灾难。因此，如何建造同时具有良好的机械性能、高热稳定性和生物降解性的材料仍然是一个巨大的挑战。
2、细菌纤维素是由良好排列的三维纳米纤维组成的原纤维网络，具有优异的生物相容性。细菌纤维素与植物纤维素具有相同的分子结构，然而，植物纤维素中存在纤维素以外的杂质，通常需要用高污染化学品纯化，且生产植物纤维素通常涉及砍伐森林以及对切割木材进行化学密集、耗能和耗时的处理。细菌纤维素以纯净形式生产，不含木质素、半纤维素等其它化合物，纯度远高于植物纤维素，细菌纤维素由直径为20～100ｎｍ的超细纤维组成，比植物纤维素纤维细约100倍。与植物纤维素相比，细菌纤维素具有更大的孔隙率、更优的机械性能、更高的结晶度和更强的保水性，有望成为一种新型的工业材料。
3、随着研究的深入，近年来人们对细菌纤维素及其相关材料制品的结构、性质及生物合成机制有了较为清晰的了解，细菌纤维素已经应用到生物材料等诸多领域。原始细菌纤维素凝胶含水量高达99%，还具有高持水性，可以直接应用。目前，细菌纤维素材料的开发和应用研究主要集中在细菌纤维
4、目前细菌纤维素的脱水加工过程中主要采用自然干燥、冷冻干燥、离心干燥、微波干燥、双滚干燥等得到纯细菌纤维素材料。其中杨晨等通过研究细菌纤维素凝胶的不同脱水过程对其结构性能的影响及再吸水动力学，发现细菌纤维素凝胶在脱水及吸水过程中，不同脱水方式得到的样品的浸润性：冷冻干燥>离心干燥>自然干燥>微波干燥>双滚干燥。吸水性也依次减弱。再吸水溶胀过程遵循fickian扩散定律，即细菌纤维素凝胶的三维网络结构保持越好，吸水越强。雷婷等首次在恒温、恒压和湿度一定的条件下，用液态簧振动力学谱方法研究细菌纤维素凝胶脱水过程，发现随含水量的减少细菌纤维素凝胶至少存在类体水态（bulk-like water state）、微孔受限水态（pore confined water state）、键合水态（bound water state）三个状态。其中以第一种状态为主，其他两态依次过渡，此为揭示生物质脱水理论研究提供了基础。施小宁等研究瓜尔胶基多孔复合高吸水凝胶的不同脱水方式对其溶胀性能的影响时发现甲醇脱水对复合凝胶溶胀性能影响最强，其次到乙醇，丙酮脱水影响最小。在冷冻条件下，甲醇脱水复合凝胶初始溶胀速率常数会增大。凝胶溶胀性能的干燥方式可以通过增强冷冻－甲醇脱水能力来提高。目前，国内外关于细菌纤维素凝胶脱水技术已有多种方式，但大多数为物理脱水机制，脱水时间长，能耗大，所得产品机械性能差。利用碱缩原理脱水制备细菌纤维素结构材料还未见相关报道。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种细菌纤维素结构材料的生产方法及所得产品，细菌纤维素凝胶经漂洗、除杂、浸碱、脱水、脱碱、压平、干燥得到细菌纤维素结构材料产品。本专利技术工艺简单、绿色环保、节能、成本低，通过浸碱和脱水工艺的结合，利用碱缩原理实现了细菌纤维素凝胶立体收缩，实现了由细菌纤维素凝胶到细菌纤维素结构材料的转化，同时达到脱水的目的，最终得到高纯度和较强的机械性能的细菌纤维素结构材料。该材料可以作为绿色可降解高性能纤维素，也可代替部分塑料应用于化工、材料、机械、医疗、餐饮等行业。
2、本专利技术具体技术方案如下：
3、一种细菌纤维素结构材料的生产方法，该方法将细菌纤维素凝胶依次进行漂洗、除杂、浸碱、脱水、脱碱、压平、干燥处理，得到细菌纤维素结构材料。
4、进一步的，本专利技术以细菌纤维素凝胶或压缩细菌纤维素凝胶为原料，细菌纤维素凝胶或压缩细菌纤维素凝胶漂洗除杂后的含水量大于等于98wt%。
5、进一步的，漂洗是将细菌纤维素凝胶用水进行清洗，除去表面杂物、污物。如果是压缩细菌纤维素凝胶需要先复水，然后再进行漂洗。
6、进一步的，除杂是将漂洗后的细菌纤维素凝胶进行碱煮，以进一步去除细菌纤维素中的杂质。除杂的具体操作为：将漂洗后的细菌纤维素凝胶浸入碱液中，使细菌纤维素凝胶的含碱量为1-2wt%，然后将细菌纤维素加热至100℃处理30-90min。所用的碱可以为氢氧化钠、氢氧化钾或其混合物，优选氢氧化钠。细菌纤维素凝胶在碱液中的浸润时间一般为2-24h，碱浓度过低不利于除去细菌纤维素凝胶中残留的菌体和蛋白质等杂物。将碱煮后的细菌纤维素凝胶取出用纯水洗涤，反复洗涤至中性。
7、进一步的，浸碱是将除杂后的细菌纤维素凝胶浸入碱液中，使细菌纤维素凝胶中的碱含量为2-15wt%，例如2wt%、4wt%、6wt%、8wt%、10wt%、13wt%、15wt%。所使用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾或其混合物，优选氢氧化钠。细菌纤维素凝胶在碱液中的浸润时间一般为4-24h。碱的浓度过低，后续脱水时间较长，碱的浓度过高会破坏细菌纤维素凝胶的结构，还会引起纤维素降解，对最终细菌纤维素结构材料的结构和机械性能造成影响。
8、进一步的，脱水是指将浸碱后得到的含碱细菌纤维素凝胶浸入脱水剂中进行脱水处理，至细菌纤维素凝胶不收缩为止。所述脱水剂与水混溶，且碱在脱水剂中不溶、难溶或微溶，脱水剂与水混溶可以吸附细菌纤维素凝胶中的自由水，加快凝胶脱水；由于碱在脱水剂和水的混合溶液中溶解度较小，导致碱溶液中碱部分析出，并附着在细菌纤维素上引起细菌纤维素的碱缩，从而引起细菌纤维素凝胶体积进行立体收缩，从而进一步脱水。
9、进一步的，脱水剂为二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、丙酮、乙腈、二氧六环、n-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃和乙二胺等中的至少一种，优选为二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺和n,n-二甲基乙酰胺中的至少一种。
10、进一步的，脱水剂的用量约为含碱细菌纤维素凝胶的2-10倍，例如2倍、4倍、5倍、7倍、10倍。脱水剂用量过低，不利于细菌纤维素纤维脱水，且脱水时间较长，且脱水不完全；用量过大脱水剂回收再利用的成本会增加。
11、进一步的，脱碱是将脱水后的细菌纤维素样品进行挤压，使残留在碱缩脱水后的细菌纤维素样品中的碱和脱水剂排出，回收本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种细菌纤维素结构材料的生产方法，其特征是：将细菌纤维素凝胶依次进行漂洗、除杂、浸碱、脱水、脱碱、压平、干燥处理，得细菌纤维素结构材料。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征是： 细菌纤维素凝胶的含水量大于等于98wt%。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征是：漂洗是将细菌纤维素凝胶用水进行清洗，除去表面杂物; 除杂是将漂洗后的细菌纤维素凝胶浸入碱液中，得含碱为1-2wt%细菌纤维素凝胶，然后将细菌纤维素加热至100℃处理30-90min，然后水洗至中性。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征是：浸碱是将除杂后的细菌纤维素浸入碱液中，得含碱量为2-15wt%细菌纤维素凝胶体系。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征是：脱水是指将浸碱后的细菌纤维素凝胶浸入脱水剂中进行碱缩脱水处理，至细菌纤维素凝胶不收缩为止，所述脱水剂与水混溶、且碱在脱水剂中不溶、难溶或微溶。
6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征是：含碱细菌纤维素凝胶与脱水剂的质量比为1:2-10。
7.根据权利要求5或6所述的生产方
8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征是：脱碱是将脱水后的细菌纤维素样品进行挤压使残留在碱缩脱水后的细菌纤维素样品中的碱和脱水剂排出，然后使用稀酸和水洗涤至中性；压平是将脱碱后洗涤至中性的细菌纤维素样品放入压平机中反复压平，直至细菌纤维素样品无明显弯曲、无水滴产生。
9.按照权利要求1-8中任一项所述的细菌纤维素结构材料的生产方法制得的细菌纤维素结构材料。
10.权利要求9所述的细菌纤维素结构材料作为高性能纤维素材料或塑料替代品的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种细菌纤维素结构材料的生产方法，其特征是：将细菌纤维素凝胶依次进行漂洗、除杂、浸碱、脱水、脱碱、压平、干燥处理，得细菌纤维素结构材料。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征是： 细菌纤维素凝胶的含水量大于等于98wt%。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征是：漂洗是将细菌纤维素凝胶用水进行清洗，除去表面杂物; 除杂是将漂洗后的细菌纤维素凝胶浸入碱液中，得含碱为1-2wt%细菌纤维素凝胶，然后将细菌纤维素加热至100℃处理30-90min，然后水洗至中性。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征是：浸碱是将除杂后的细菌纤维素浸入碱液中，得含碱量为2-15wt%细菌纤维素凝胶体系。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征是：脱水是指将浸碱后的细菌纤维素凝胶浸入脱水剂中进行碱缩脱水处理，至细菌纤维素凝胶不收缩为止，所述脱水剂与水混溶、且碱在脱水剂中不溶、难溶或微溶。
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