CN104262662A - 一种提高细菌纤维素膜塑性和柔韧性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高细菌纤维素塑性和柔韧性能的方法，以静置培养微生物Gluconacetobacter xylinum获得最初的细菌纤维素湿膜样品，通过碱液浸泡和去离子水浸泡纯化后，首先将纯化后的细菌纤维素膜浸泡在不同浓度(1～5.2wt％)的聚醚胺盐溶液中，室温下置于震荡器中震荡复合24h，然后将复合后的细菌纤维素膜/聚醚胺膜用去离子水冲洗后置于一定温度下干燥，得到最终的细菌纤维素/聚醚胺复合膜的塑性为45.8％，与复合前细菌纤维膜的塑性为4％相比较，复合后纤维素膜的塑性提高了11.45倍，从而使细菌纤维素在化工领域，造纸领域和生物医学领域的得到更广泛的应用；此外，本工艺生产运行成本低，设备投资少，可行性较高。

Description

一种提高细菌纤维素膜塑性和柔韧性的方法

技术领域

本发明属于高分子化学及聚合物技术领域，主要涉及到一种将细菌纤维素湿膜直接与聚醚胺盐进行复合以提高细菌纤维素的塑性和柔韧性的方法。 

技术背景

细菌纤维素(Bacterial Cellulose)是由微生物产生的一类纯纤维素，从纤维素的分子组成看，二者都是由β-D-葡萄糖通过β-1，4-葡萄糖苷键结合成的直链，直链间彼此平行，不呈螺旋构象，无分支结构，又称为β-1，4-葡聚糖。细菌纤维素和植物或海藻产生的纤维素在化学性质上是相同的。但细菌纤维素作为一种新型生物材料，有许多独特的性质。1)高结晶度和高化学纯度。不含半纤维素、木质素和其他细胞壁成分，提纯过程简单；2)高抗张强度和弹性模量。细菌纤维素经洗涤、干燥后，杨氏模数可达10MP，经热压处理后，杨氏模数可达30MP，比有机合成纤维的强度高4倍；3)很强的水结合性。其内部有很多“孔道”，有良好的透气、透水性能，能吸收60～700倍于其干重的水份，即有非凡的持水性，并具有高湿强度；5)较高的生物适应性和良好的生物可降解性等特性； 

虽然细菌纤维素有上述许多独特的优越性能，但是细菌纤维素在柔韧性和塑性方面非常差，即细菌纤维素膜尤其干膜比较脆且几乎没有塑性(干膜)，而目前对于细菌纤维素膜柔韧性和塑性的研究较少，这也限制了细菌纤维素在很多方面的应用和其应用的范围，例如在血管工程方面，细菌纤维素因为没原生血管所具有的坚韧性使得细菌纤维素在这方面的应用受到很大的限制。 

聚醚胺是一类主链为聚醚结构，末端活性官能团为胺基的聚合物，通过选择不同的聚氧化烷基结构，可调节聚醚胺的反应活性、韧性、粘度以及亲水性等一系列性能，而胺基提供给聚醚胺与多种化合物反应的可能性。目前对聚醚胺研究和应用最广是可以作为环氧树脂的高性能固化剂，用于生产高强度、高韧性的复合材料。 

发明内容

本发明所要解决的问题是细菌纤维素膜在应用方面缺乏柔韧性和塑性的问题，因而提出一种简单而有经济的的复合方法，从而提高细菌纤维素的柔韧性能，扩展细菌纤维素的应用范围；其次对于增韧剂聚醚胺来说，聚醚胺的成本低，毒性小，对环境的污染小，因此在对细菌纤维素的改性中是较好的增韧剂。 

实现上述目的而采取的技术方案包括： 

一)纤维素原始膜的制备 

1)液体培养基(g/L)：葡萄糖25，酵母粉7.5，蛋白胨10，Na2，HPO4 10，pH6.0； 

2)原位合成纤维素膜：在无菌条件下将细菌纤维素生产菌Gluconacetobacter xylinum接种到已灭菌的培养基中，静置培养7天； 

3)纤维素膜的纯化，将上述培养好的纤维素膜用0.1M的NaOH浸泡一天后用去离子水反复冲洗，最后用去离子水浸泡2天(每天换一次水)，所得到的细菌纤维素湿膜为实验所需样品； 

二)聚醚胺盐的制备 

1)将聚醚胺和盐酸按照摩尔比为1∶2的比列混合，并充分混匀； 

2)将上述混匀后的聚醚胺/盐酸混合液冰浴3h，制备得到聚醚胺盐； 

3)将上述制备得到的聚醚胺盐按不同比列加入到去离子水中，制备不同浓度的聚醚胺盐溶液。 

三)细菌纤维素/聚醚胺盐复合膜的制备 

1)将上述制备得到的细菌纤维素湿膜样品在超声波清洗器中超声清洗两小时，使细菌纤维素膜进一步的得到纯化； 

2)将纯化后的细菌纤维素湿膜浸泡在聚醚胺盐溶液中，并在常温下置于震荡器中震荡复合24h； 

3)复合后的纤维素膜用去离子水反复冲洗后置于不同温度下干燥，最后得到细菌纤维素/聚醚胺盐复合膜。 

附图说明

图1是细菌纤维素膜/聚醚胺复合膜复合工艺流程图。 

具体实施方式

本发明是在细菌纤维素膜在发酵合成纯化后不经过干燥再接对湿膜进行复合，同以往对干膜进行复合相比，因为细菌纤维素膜的持水率可达到99％，因此对湿膜进行复合能够使得增韧剂更好更多的渗透到细菌纤维素膜的三维网状结构中；本发明是在常温常压下进行，减少了运行成本，并且对环境污染较小。 

以细菌纤维素/聚醚胺D230复合为例： 

一)纤维素膜的制备 

在无菌条件下从斜面上挑取1～3环G.xylinum菌体接种到分装有已灭菌的100mL培养基的三角瓶中，置于摇床培养箱中，30℃条件下，180rpm条件下培养1d。然后将上述种子液以10％(v/v)的接种量接种到分装有50mL液体培养基的三角瓶中，置于培养箱中，30℃条件下，静置培养7～10d。将培养好的细菌纤维素膜用0.1M NaOH溶液浸泡1d，在用去离子水冲洗并浸泡24～48h后得到细菌纤维素湿膜样品。 

二)聚醚胺D230盐制备 

分别称取26.88g聚醚胺和23.17g盐酸，混匀加入一定量的去离子水后冰浴3h，得到一定浓度的聚醚胺盐溶液(1～5.2wt％)。 

三)细菌纤维素/聚醚胺D230复合膜的制备 

用上述制备好的细菌纤维素湿膜样品置于500mL三角瓶中，添加25mL上述一定浓度的聚醚胺D230盐溶液，最后将三角瓶置于25℃～50℃的水浴振荡器中，震荡复合24h。而后有去离子水反复冲洗复合后的细菌纤维素膜，最后置于一定温度(60℃～80℃)下干燥，最后得到细菌纤维素/聚醚胺D230复合膜产品。 

最后得到细菌纤维素/聚醚胺D230复合膜的塑性(即拉伸率)由复合前的4％增强到45.8％。 

Claims (3)

1.一种提高细菌纤维素膜塑性和柔韧性的方法，其特征在于，

细菌纤维素膜与增韧剂聚醚胺复合提高细菌纤维素膜塑性和柔韧性的工艺：

首先通过在30℃下静置培养微生物Gluconacetobacter xylinum菌7天后获得纤维素膜，通过碱液和去离子水浸泡纯化后用水冲洗3-5次，最后得到纯化后的细菌纤维素膜样品，然后将纯化后的细菌纤维素湿膜直接浸泡在一定浓度的聚醚胺盐溶液中，置于震荡器中震荡复合，最后将复合后的细菌纤维素/聚醚胺复合膜用水冲洗后加热干燥得到改性后的复合膜。

2.根据权利要求1所述的一种提高细菌纤维素膜塑性和柔韧性的方法，其特征在于：静置培养微生物Gluconacetobacter xylinum菌获得的细菌纤维素湿膜经碱液和去离子水纯化后不需要做进一步处理和干燥，直接将细菌纤维素湿膜浸泡在聚醚胺盐溶液中并进行震荡复合。

3.根据权利要求1所述的一种提高细菌纤维素膜塑性和柔韧性的方法，其特征在于：细菌纤维素湿膜浸泡于浓度为1～5.2wt％聚醚胺盐溶液中进行复合，且复合时间为24h～48h，复合后的细菌纤维素膜经经水洗涤后置于60～80℃下干燥。