CN105951420A - 一种基于细菌纳米纤维素改性的棉织物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于细菌纳米纤维素改性的棉织物的制备方法，包括以下步骤：将棉织物经蒸馏水超声清洗去除表面的杂质后，置于低温等离子体装置处理后得到预处理的棉织物；将废弃的棉纤维作为原料，经溶解、酶解后形成再生纤维素，将再生纤维素置于木醋杆菌中并通入氧气，发酵，灭活，离心，超声，蒸馏水水洗，得到纤维素晶须溶液；将纤维素晶须置于喷雾装置中，对预处理的棉织物进行喷雾处理，加热烘干，再喷雾处理再加热烘干，反复，得到基于细菌纳米纤维素改性的棉织物。本发明制备工艺简单，可调控性能好，适用于工业化生产。

Description

一种基于细菌纳米纤维素改性的棉织物及其制备方法
技术领域
本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种基于细菌纳米纤维素改性的棉织物及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的不断进步，纺织面料的品种和功能性也在不断翻新。棉纤维是天然纤维中使用较为广泛的一种纤维，棉纤维中的纤维素也是自然界中原料广可再生的天然高分子，为了扩大棉纤维的经济价值，人们对棉纤维和纤维素的应用也进行了广泛的研究。
中国专利CN 103820992B公开的一种银质金色再生纤维素纤维/再生纤维素纤维织物的制备方法，将再生纤维素纤维/再生纤维素织物为原料，利用催化纳米化学镀技术将可溶性银盐在路易斯酸的催化作用下得到金黄色再生纤维素纤维/再生纤维素纤维织物。中国专利CN 102031611A公开的再生纤维素纤维与棉混纺色纺纱的生产方法，将有色的再生纤维素纤维与棉纤维混纺形成色纺纱，解决棉纤维染色所带来的问题，降低生产成本。由上述现有技术可知，目前将纤维素与棉纤维作为原来制备的产品，多是将纤维素制备形成再生纤维素纤维再与棉纤维进行织造形成织物，该织物与原棉纤维织物相比差距不大，经济效益不明显。
纳米纤维素属于一种新型的纳米材料，它与再生纤维素纤维、纤维素粉体及其为晶纤维素相比，具有高纯度、高聚合度、高结晶度、高强度、超精细结构等优良特性。纳米纤维素的形态又分为纳米纤维素晶须、纳米纤维素复合物和纳米纤维素纤维，其中纳米纤维素晶须可有强酸水解植物、细菌、动物纤维素和微晶纤维素制备而成。本发明选用纳米纤维素晶须对棉纤维进行改性，在保证棉纤维原有的组分和性能的基础上，优化棉纤维的性能，赋予其功能性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于细菌纳米纤维素改性的棉织物及其制备方法，将经低温等离子技术处理的棉纤维表面用细菌纤维素处理，得到具有疏水性能的棉织物。该制备方法简单，制备的棉织物疏水性能好，且不改变棉织物原有的特性。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于细菌纳米纤维素改性的棉织物，所述基于细菌纳米纤维素改性的疏水棉织物包括棉织物基底和处理层，所述处理层由纳米纤维素晶须构成，所述纳米纤维素晶须为细菌纳米纤维素。
作为上述技术方案的优选，所述棉织物基底经低温等离子体处理。
本发明还提供一种基于细菌纳米纤维素改性的棉织物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将棉织物经蒸馏水超声清洗去除表面的杂质后，置于低温等离子体装置中，经等离子体处理后得到预处理的棉织物；
(2)将废弃的棉纤维作为原料，经溶解、酶解后形成再生纤维素，将再生纤维素置于木醋杆菌中并通入氧气，发酵1-3天，灭活，离心，超声，蒸馏水水洗，得到纤维素晶须溶液；
(3)将步骤(2)制备的纤维素晶须置于喷雾装置中，对步骤(1)制备的预处理的棉织物进行喷雾处理，加热烘干，再喷雾处理再加热烘干，反复3-5次，得到基于细菌纳米纤维素改性的棉织物。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，蒸馏水超声清洗的次数为3次，超声的时间为15min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，等离子体处理的功率为200-300W，气体氛围为空气，处理时间为5-10min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，纤维素晶须溶液的浓度为8.5-10g/L。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，纤维素晶须溶液中晶须的长度为25-45nm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，加热烘干的温度为70-90℃，时间为10-30min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，基于细菌纳米纤维素改性的棉织物表面纳米纤维素膜的厚度为0.5-1mm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，基于细菌纳米纤维素改性的棉织物的接触角为116-134°。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的基于细菌纳米纤维素改性的疏水棉织物的表面含有一层细菌纤维素层，该细菌纤维素与棉纤维中的纤维素相比化学组成和分子结构相同，但是结晶度和聚合度更高，可以在棉织物的表面形成超精细的微纳米级阶层结构。棉织物表面的纳米纤维素晶须组成孔洞结构，且表面凹凸不平，该孔洞结构远小于水滴的尺度，使水滴无法完全进入微纳米级微层结构中，因此具有良好的疏水性能。
(2)本发明制备的基于细菌纳米纤维素改性的棉织物经低温等离子体处理后，棉织物表面含有大量的活性基团，有利于与细菌纤维素之间形成化学键和氢键，使细菌纤维素牢固的附着于棉织物的表面，提高改性棉织物的使用率。
(3)本发明制备的基于细菌纳米纤维素改性的棉织物的整体材料都有纤维素构成，不改变棉织物原有的特性，而且细菌纤维素具有较好的生物相容性和生物可降解性，且两者结合不采用化学黏合剂或者交联剂，绿色环保。
(4)发明制备的基于细菌纳米纤维素改性的棉织物的制备工艺简单，可调控性能好，可精确控制细菌纤维素的大小和棉织物表面细菌纤维素的厚度，可用于工业化生产。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将棉织物经蒸馏水超声清洗15min，重复3次，去除表面的杂质后，置于低温等离子体装置中，在空气氛围和200W功率下等离子体处理5min后得到预处理的棉织物。
(2)将废弃的棉纤维作为原料，置于强酸溶液中充分溶解，去除强酸后再置于纤维素酶溶液中酶解，形成再生纤维素，将再生纤维素置于含木醋杆菌的培养基中，并通入氧气，30℃下静置发酵1天，灭活，离心，超声，蒸馏水水洗，得到8.5g/Ld纤维素晶须溶液，其中纤维素晶须的长度为25nm。
(3)将步骤(2)制备的纤维素晶须置于喷雾装置中，对步骤(1)制备的预处理的棉织物进行喷雾处理，在70℃下加热烘干10min，再喷雾处理再加热烘干，反复3次至棉织物表面纳米纤维素膜的厚度为0.5mm，得到基于细菌纳米纤维素改性的棉织物。
实施例2：
(1)将棉织物经蒸馏水超声清洗15min，重复3次，去除表面的杂质后，置于低温等离子体装置中，在空气氛围和300W功率下等离子体处理10min后得到预处理的棉织物。
(2)将废弃的棉纤维作为原料，置于强酸溶液中充分溶解，去除强酸后再置于纤维素酶溶液中酶解，形成再生纤维素，将再生纤维素置于含木醋杆菌的培养基中，并通入氧气，30℃下静置3天，灭活，离心，超声，蒸馏水水洗，得到10g/Ld纤维素晶须溶液，其中纤维素晶须的长度为45nm。
(3)将步骤(2)制备的纤维素晶须置于喷雾装置中，对步骤(1)制备的预处理的棉织物进行喷雾处理，在90℃下加热烘干30min，再喷雾处理再加热烘干，反复5次至棉织物表面纳米纤维素膜的厚度为1mm，得到基于细菌纳米纤维素改性的棉织物。
实施例3：
(1)将棉织物经蒸馏水超声清洗15min，重复3次，去除表面的杂质后，置于低温等离子体装置中，在空气氛围和250W功率下等离子体处理8min后得到预处理的棉织物。
(2)将废弃的棉纤维作为原料，置于强酸溶液中充分溶解，去除强酸后再置于纤维素酶溶液中酶解，形成再生纤维素，将再生纤维素置于含木醋杆菌的培养基中，并通入氧气，30℃下静置2天，灭活，离心，超声，蒸馏水水洗，得到9.2g/Ld纤维素晶须溶液，其中纤维素晶须的长度为30nm。
(3)将步骤(2)制备的纤维素晶须置于喷雾装置中，对步骤(1)制备的预处理的棉织物进行喷雾处理，在80℃下加热烘干20min，再喷雾处理再加热烘干，反复5次至棉织物表面纳米纤维素膜的厚度为0.7mm，得到基于细菌纳米纤维素改性的棉织物。
实施例4：
(1)将棉织物经蒸馏水超声清洗15min，重复3次，去除表面的杂质后，置于低温等离子体装置中，在空气氛围和300W功率下等离子体处理5min后得到预处理的棉织物。
(2)将废弃的棉纤维作为原料，置于强酸溶液中充分溶解，去除强酸后再置于纤维素酶溶液中酶解，形成再生纤维素，将再生纤维素置于含木醋杆菌的培养基中，并通入氧气，30℃下静置3天，灭活，离心，超声，蒸馏水水洗，得到9.6g/Ld纤维素晶须溶液，其中纤维素晶须的长度为30nm。
(3)将步骤(2)制备的纤维素晶须置于喷雾装置中，对步骤(1)制备的预处理的棉织物进行喷雾处理，在85℃下加热烘干30min，再喷雾处理再加热烘干，反复3次至棉织物表面纳米纤维素膜的厚度为0.8mm，得到基于细菌纳米纤维素改性的棉织物。
实施例5：
(1)将棉织物经蒸馏水超声清洗15min，重复3次，去除表面的杂质后，置于低温等离子体装置中，在空气氛围和200W功率下等离子体处理10min后得到预处理的棉织物。
(2)将废弃的棉纤维作为原料，置于强酸溶液中充分溶解，去除强酸后再置于纤维素酶溶液中酶解，形成再生纤维素，将再生纤维素置于含木醋杆菌的培养基中，并通入氧气，30℃下静置2.5天，灭活，离心，超声，蒸馏水水洗，得到8.9g/Ld纤维素晶须溶液，其中纤维素晶须的长度为27nm。
(3)将步骤(2)制备的纤维素晶须置于喷雾装置中，对步骤(1)制备的预处理的棉织物进行喷雾处理，在75℃下加热烘干25min，再喷雾处理再加热烘干，反复4次至棉织物表面纳米纤维素膜的厚度为0.6mm，得到基于细菌纳米纤维素改性的棉织物。
实施例6：
(1)将棉织物经蒸馏水超声清洗15min，重复3次，去除表面的杂质后，置于低温等离子体装置中，在空气氛围和270W功率下等离子体处理8min后得到预处理的棉织物。
(2)将废弃的棉纤维作为原料，置于强酸溶液中充分溶解，去除强酸后再置于纤维素酶溶液中酶解，形成再生纤维素，将再生纤维素置于含木醋杆菌的培养基中，并通入氧气，30℃下静置1天，灭活，离心，超声，蒸馏水水洗，得到8.6g/Ld纤维素晶须溶液，其中纤维素晶须的长度为25-45nm。
(3)将步骤(2)制备的纤维素晶须置于喷雾装置中，对步骤(1)制备的预处理的棉织物进行喷雾处理，在70℃下加热烘干30min，再喷雾处理再加热烘干，反复4次至棉织物表面纳米纤维素膜的厚度为0.8mm，得到基于细菌纳米纤维素改性的棉织物。
经检测，实施例1-6制备的基于细菌纳米纤维素改性的棉织物与未处理的棉织物的机械强度、疏水性、透气性的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的基于细菌纳米纤维素改性的棉织物的机械强度和透气性略高于未处理的棉织物，且疏水性大大提高，服用性好。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于细菌纳米纤维素改性的棉织物，其特征在于：所述基于细菌纳米纤维素改性的棉织物包括棉织物基底和处理层，所述处理层由纳米纤维素晶须构成，所述纳米纤维素晶须为细菌纳米纤维素。
2.根据权利要求1所述的一种基于细菌纳米纤维素改性的棉织物，其特征在于：所述棉织物基底经低温等离子体处理。
3.一种基于细菌纳米纤维素改性的棉织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将棉织物经蒸馏水超声清洗去除表面的杂质后，置于低温等离子体装置中，经等离子体处理后得到预处理的棉织物；
(2)将废弃的棉纤维作为原料，经溶解、酶解后形成再生纤维素，将再生纤维素置于木醋杆菌中并通入氧气，发酵1-3天，灭活，离心，超声，蒸馏水水洗，得到纤维素晶须溶液；
(3)将步骤(2)制备的纤维素晶须置于喷雾装置中，对步骤(1)制备的预处理的棉织物进行喷雾处理，加热烘干，再喷雾处理再加热烘干，反复3-5次，得到基于细菌纳米纤维素改性的棉织物。
4.根据权利要求3所述的一种基于细菌纳米纤维素改性的棉织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，蒸馏水超声清洗的次数为3次，超声的时间为15min。
5.根据权利要求3所述的一种基于细菌纳米纤维素改性的棉织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，等离子体处理的功率为200-300W，气体氛围为空气，处理时间为5-10min。
6.根据权利要求3所述的一种基于细菌纳米纤维素改性的棉织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，纤维素晶须溶液的浓度为8.5-10g/L。
7.根据权利要求3所述的一种基于细菌纳米纤维素改性的棉织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，纤维素晶须溶液中晶须的长度为25-45nm。
8.根据权利要求3所述的一种基于细菌纳米纤维素改性的棉织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，加热烘干的温度为70-90℃，时间为10-30min。
9.根据权利要求3所述的一种基于细菌纳米纤维素改性的棉织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，基于细菌纳米纤维素改性的棉织物表面纳米纤维素膜的厚度为0.5-1mm。
10.根据权利要求3所述的一种基于细菌纳米纤维素改性的棉织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，基于细菌纳米纤维素改性的棉织物的接触角为116-134°。
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