CN103613776A - 一种细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的方法及制得的材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涉及一种细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的方法及制得的材料，⑴将玻璃纤维丝平铺在电场发生装置中；⑵将含有细菌纤维素生产菌株的发酵培养基倒入电场发生装置中；⑶培养发酵；⑷培养结束获得复合材料，复合材料经后处理后脱水干燥。本发明工艺简单，玻璃纤维的复合，大大提高了材料的机械性能，另弱直流电场可使细菌纤维束发生定向排列，使材料性能产生方向性差异，此发明扩大了细菌纤维素的应用领域，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属复合材料技术领域，涉及由细菌纤维素和玻璃纤维复合而成的复合材料，尤其是一种细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的方法及制得的材料。
背景技术
玻璃纤维（glass fibre，GF）是一种性能优异的无机非金属材料，绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械性能高。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝等工艺制造而成的，其单丝的直径为几个微米到二十几个微米，相当于一根头发丝的1/20-1/5。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，其表面富含O-离子，能与细菌纤维素中的H+产生氢键作用力。
细菌纤维素（Bacterial Cellulose,BC）是指由醋酸菌属（Acetobacter）、土壤杆菌属（Agrobacterium）、根瘤菌属（Rhizobium）和八叠球菌属（Sarcina）等微生物合成的，为与植物纤维区别，命名为“微生物纤维素”或者“细菌纤维素”。
Zheng等将G.xylinus置于电场中培养，在电场条件下培养细菌纤维素，菌体本身带负电荷，在电场中，产生定向运动。当电流达到一定强度时，菌体产生的细菌纤维束有了较强的方向性。表现为纤维素膜中的纤维束更加粗，且平行于电场线方向排列，得到的这种材料在平行电场线方向的拉伸试验中，最大力达12.5N，大于无电流添加的9.8N，然而垂直于电场线方向的机械性能较差，只有8.1N，原因在于，垂直电场线方向的纤维束减少，相互平行的纤维束间的氢键作用不能抵抗强大的外力。
关于BC复合材料的研究中，多将BC打碎成浆，再与其他材料混合进行复合，这种二次加工过程，工艺复杂且耗能高。为了补足上述材料的缺点，并为纤维纺织奠定基础，本发明采用了自然复合细菌纤维素/玻璃纤维的制备方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的方法及制得的材料，本方法将玻璃纤维定向排列，有效改善其机械性能，在应用于纺织方面有很好的前景。
本发明是通过以下具体的技术方案来实现发明目的：
一种细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的方法，步骤如下：
⑴将玻璃纤维丝平铺在培养装置中；
⑵将含有细菌纤维素生产菌株的发酵培养基倒入培养装置中；
⑶培养发酵，培养结束获得复合材料，复合材料经后处理后脱水干燥。
而且，所述复合材料后处理过程为：取出后于0.1-0.3mol/L氢氧化钠溶液中浸泡，去除培养基成分和菌体，至乳白色，再用清水洗至中性，热干或冷冻干燥处理。
一种弱直流电场作用下细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的方法，步骤如下：
⑴将玻璃纤维丝平铺在电场发生装置中；
⑵将含有细菌纤维素生产菌株的发酵培养基倒入电场发生装置中；
⑶培养发酵；
⑷培养结束获得复合材料，复合材料经后处理后脱水干燥。
而且，所述玻璃纤维采用任意不同的排布方向。
而且，开启电流前，先静置培养1-2d。
而且，电场强度为1-20v。
而且，所述复合材料后处理过程为：取出后于0.1-0.3mol/L氢氧化钠溶液中浸泡，去除培养基成分和菌体，至乳白色，再用清水洗至中性，热干或冷冻干燥处理。
而且，所述电场发生装置中发酵培养基的液面达到玻璃纤维所在平面。
一种细菌纤维素复合材料，其特征在于：由细菌纤维素和玻璃纤维复合而成，其中，玻璃纤维被包裹在细菌纤维素的网状纤维素结构中。
本发明的优点和积极效果如下：
1、本发明所得复合材料为自然复合过程，无需二次加工，工艺简单，所制备得到的材料中，玻璃纤维被包裹在细菌纤维素中，明细地提高了材料的机械性能。
2、本发明采用的弱直流电场可使细菌纤维束发生定向排列，使材料性能产生方向性差异，有效扩大了细菌纤维素的应用领域，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明细菌纤维素/玻璃纤维复合装置示意图，其中图1A：玻璃纤维垂直电场线方向排布；图1B：玻璃纤维平行电场线方向排布；图1C：玻璃纤维任意排列；
图2为本发明细菌纤维素/玻璃纤维复合材料照片，图1、图2为不同状态图片；
图3为本发明细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的扫描电镜照片，图1、图2为不同位置图片，图3-4为图3-3中A部分放大图；
图4为本发明细菌纤维素及细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的X射线衍射图；
图5为本发明细菌纤维素及细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的傅里叶红外光谱图；
图6为本发明测试表1拉升强度测定中拉力方向，（Fa：平行于玻璃纤维；Fb：垂直于玻璃纤维）。
具体实施案例
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
以下实施例采用的菌株为木葡糖酸醋杆菌（Gluconacetobacter xylinusCGMCC2955），其合成的带状纤维素具有非常好的性能，如高纯度（99%）、高度聚合度（2000～8000）、高结晶度（60～90%）；持水性好，可保持重于自身几百倍的水；具有高弹性模量和拉伸强度，很适于作为纸张和特殊产品的强度增强剂；还有较高的生物适应性和良好的生物可降解性，可用作伤口敷料和组织工程支架；BC生物合成时，性能具有可调控性。
实施例1
一种细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的方法及制得的材料，步骤如下：
⑴将10cm长的玻璃支架固定于电泳槽上，高约3cm，将玻璃纤维丝均匀排列于两玻璃支架间，共约1000根，其排列方向为垂直电场线方向，示意图1A；
⑵取400uL甘油管保存的G.xylinus菌液于500uL发酵培养液中，发酵培养基成分（g/L）：葡萄糖25，蛋白胨10，酵母浸出粉7.5，磷酸氢二钠10，冰醋酸调节pH至6.0，倾至电泳槽至液面达玻璃纤维面，30℃培养24h，以使菌体充分生长；
⑶开启电场，调节电压为10伏特，培养3d；
⑷将得到的复合材料于0.1mol/L氢氧化钠溶液中浸泡过夜，至膜呈乳白色，清水润洗至膜呈中性，80℃烘干8h，至恒重。
检测结果：垂直电场线方向拉伸强度由于玻璃纤维的加入，得以提高，表1。
实施例2
一种细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的方法及制得的材料，步骤如下：
⑴将10cm长的玻璃支架固定于电泳槽上，高约3cm，将玻璃纤维丝均匀排列于两玻璃支架间，共约1000根，其排列方向为平行电场线方向，示意图1B；
⑵取400uL甘油管保存的G.xylinus菌液于500uL发酵培养液中，倾至电泳槽至液面达玻璃纤维面。30℃培养24h，以使菌体充分生长；
⑶开启电场，调节电压为10伏特，培养3d；
⑷将得到的复合材料于0.1mol/L氢氧化钠溶液中浸泡过夜，至膜呈乳白色。清水润洗至膜呈中性。80℃烘干10h，至恒重。
检测结果：观察发现玻璃纤维与纤维素紧密结合（图2B）。
实施例3
一种细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的方法及制得的材料，步骤如下：
⑴将10cm长的玻璃支架固定于电泳槽上，高约3cm，将玻璃纤维丝均匀排列于两玻璃支架间，共约1000根，其排列方向随机，示意图1C；
⑵取400uL甘油管保存的G.xylinus菌液于500uL发酵培养液中，倾至电泳槽至液面达玻璃纤维面，30℃培养4d；
⑶将得到的复合材料于0.1mol/L氢氧化钠溶液中浸泡过夜，至膜呈乳白色。清水润洗至膜呈中性。室温晾干，至恒重。检测结果：顺玻璃纤维丝方向的最大力大于静置培养的细菌纤维素（图2A、图3、表1）。
表1细菌纤维素及其复合材料拉伸性能测定结果
Claims (9)
1.一种细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的方法，其特征在于：步骤如下：
⑴将玻璃纤维丝平铺在培养装置中；
⑵将含有细菌纤维素生产菌株的发酵培养基倒入培养装置中；
⑶培养发酵，培养结束获得复合材料，复合材料经后处理后脱水干燥。
2.根据权利要求1所述的细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的方法，其特征在于：所述复合材料后处理过程为：取出后于0.1-0.3mol/L氢氧化钠溶液中浸泡，去除培养基成分和菌体，至乳白色，再用清水洗至中性，热干或冷冻干燥处理。
3.一种弱直流电场作用下细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的方法，其特征在于：步骤如下：
⑴将玻璃纤维丝平铺在电场发生装置中；
⑵将含有细菌纤维素生产菌株的发酵培养基倒入电场发生装置中；
⑶培养发酵；
⑷培养结束获得复合材料，复合材料经后处理后脱水干燥。
4.根据权利要求3所述的弱直流电场作用下细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的方法，其特征在于：所述玻璃纤维采用任意不同的排布方向。
5.根据权利要求3所述的弱直流电场作用下细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的方法，其特征在于：开启电流前，先静置培养1-2d。
6.根据权利要求3所述的弱直流电场作用下细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的方法，其特征在于：电场强度为1-20v。
7.根据权利要求3所述的弱直流电场作用下细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的方法，其特征在于：所述复合材料后处理过程为：取出后于0.1-0.3mol/L氢氧化钠溶液中浸泡，去除培养基成分和菌体，至乳白色，再用清水洗至中性，热干或冷冻干燥处理。
8.根据权利要求3所述的弱直流电场作用下细菌纤维素/玻璃纤维复合材料的方法，其特征在于：所述电场发生装置中发酵培养基的液面达到玻璃纤维所在平面。
9.一种如权利要求3-8之一所述的方法制得的细菌纤维素复合材料，其特征在于：由细菌纤维素和玻璃纤维复合而成，其中，玻璃纤维被包裹在细菌纤维素的网状纤维素结构中。
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