CN106010965A - 微生物纤维素与基材的发酵复合设备及其工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种微生物纤维素与基材的发酵复合设备，沿基材行走方向依次具有基材放卷装置、引入辊、发酵复合箱体、夹持辊、烘干灭活装置、复合卷材收卷装置。发酵复合箱体的内部储存微生物菌种和纤维素原液的混合浆液，基材在发酵复合箱体被牵引着通过混合浆液，在基材表面均匀沉积微生物吐出的微生物纤维素丝形成一种复合制品。基材是植物长纤维制成的纸，棉、麻或化纤的丝线以及它们的无纺布或织造布。复合箱体连接有温控装置、振动装置等。本发明的微生物纤维素在基材上沉积厚度均匀紧密，适合大规模的生产作业。所制成的制品的具有优良的力学性能、弹性和耐水性。

Description

微生物纤维素与基材的发酵复合设备及其工艺
技术领域
本发明涉及一种微生物纤维素纤维与其它材料的复合技术。
背景技术
通过微生物如细菌及化学试剂对植物原料进行生化反应，在一定的条件和工艺过程后，可以得到纤维素纤维类材料。
申请号为201010142735X的发明涉及一种利用麦秆/稻草生产细菌纤维素的方法，包括：(1)麦秆或稻草磨碎，再用稀硫酸或盐酸浸泡，反应，接着通过抽滤将麦秆或稻草残渣和酸水解液分开，收集水解液备用；(2)水解液的脱毒；(3)取上述的脱毒水解液作为培养基碳源，加氮源，配成培养基，接入醋酸杆菌或葡萄糖氧化杆菌细菌在25-30℃，160-250转/分钟摇床中培养或在25-30℃培养箱内静置培养，得到细菌纤维素。该发明介绍了一种细菌纤维素的生产方法。
申请号为2013206201664的实用新型提供一种微生物纤维素生产装置，包括一容纳槽、一杆体以及一导引件，所述容纳槽用以容置培养液，且微生物纤维素生成于培养液的液面，所述导引件连接所述杆体且延伸至所述液面，其中当杆体受一外力带动旋转时，透过导引件将所述微生物纤维素收集至杆体，如此以取代传统人工收取膜片状微生物纤维素的作法。
申请号为2009101479667的发明介绍了一种用于生产微生物纤维素体的生物反应器及方法。包含于一容器内准备一微生物培养液态媒体；将彼此间隔地套合的或分开的多根中空管水平旋转，以使得该多根中空管的每一根的每一部份轮流的浸入于被盛装于该液态媒体及曝露于该液态媒体的水平面上，其中该多根中空管的每一根具有一粗糙的外表面及一光滑的内表面，于是微生物在该多根中空管的每一根的外表面上形成微生物纤维素体及在该容器内未为该多根中空管所扰动的液态媒体水平面部份形成片状微生物纤维素体。
上述两种装置只能生产膜或片状的微生物纤维素膜原材料，不能将该膜直接制成其它复合制品。
发明内容
发明目的：
本发明提供一种结构简单、生产效率高，分散复合均匀性好的微生物纤维素与基材的发酵复合设备及其工艺。
技术方案：
本发明提供的一种微生物纤维素与基材的发酵复合设备，沿基材行走方向依次具有基材放卷装置、引入辊、发酵复合箱体、夹持辊、烘干灭活装置、复合卷材收卷装置（含有牵引电机）。
发酵复合箱体的内部储存微生物菌种和纤维素原液（通过微生物发酵可产生纤维素纤维的原料）的混合浆液，两种成分具有合适的比例；混合浆液中，微生物菌种能够将纤维素发酵并吐出微生物纤维素丝（或微生物纤维素纤维）。混合浆液还具有微生物菌种成活或繁殖必须的营业液。
发酵复合箱体内部设置有多根相互平行并垂直于基材行走方向的导向辊（导向辊提供基材导向、牵引拉伸和托持的作用），供基材在发酵复合箱体中被牵引着通过混合浆液，卷材被牵引导向的同时，在基材表面均匀沉积微生物吐出的微生物纤维素丝，并与基材纤维或基材面层紧密贴合形成一种复合制品。
基材是布、纸（不会在水中快速溶解的品种）、天然纤维、人造高分子纤维、玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、混织纤维、塑料片材或者金属片材；优选植物长纤维制成的纸，棉、麻或化纤的丝线以及它们的无纺布或织造布，它们与微生物纤维素的材质接近，具有良好的相容性，沉积后与基材连接更牢固。
导向辊可以有多层、多路，水平排布、垂直排布或者上下交错呈W型排布。
复合后的卷材通过复合箱体上部的一对夹持辊具有夹持和挤压作用，使得复合制品的水分被挤干，微生物纤维素丝与基材贴合更紧密。
混合浆液中还可以含有少量的能够提高微生物纤维素和基材结合力的偶联剂（如基本无毒性、具有丰富氢键产生的基团的硅烷偶联剂）。
另外，本发明中，发酵复合箱体连接有温控装置（控制复合箱体内部混合浆液的温度，控制并调节浆液温度为15-45℃），便于微生物菌种成活或者提高活性。发酵复合箱体壁上可以安装有菌种循环装置和原液循环装置。菌种循环装置将复合箱体内部与菌种室联通，提供和补充复合箱体中的微生物菌种；原液循环装置将发酵复合箱体内部与原液室联通，提供和补充复合箱体中的纤维素原液（补充纤维素原料）。发酵复合箱体上可以连接有微生物纤维素纤维的过滤分离装置，收集多余的微生物纤维素纤维；也可连接有废液分离装置，排出废液。
本发明中，发酵复合箱体还可以连接有震动装置（优选超声波震动装置），提供内部浆液震动动力，保证混合浆液中的成分均匀混合，尤其是微生物菌种发酵后的纤维素--微生物纤维素纤维能够比较均匀地沉积在基材的表面。
基材通过浆液的时间、及微生物发酵和沉积的时间为半小时--数百小时，使得发酵充分、产生的微生物纤维素纤维的规格适中，沉积的厚度适中，兼顾复合制品的性能和生产效率。
本发明中，烘干灭活装置具有对复合卷材进行进一步脱水或烘干或杀灭微生物菌种活性的功能，使得被带出的少量微生物菌种失去生物活性，复合卷材不易变质劣化。
本发明中，可以通过微生物菌种的选择（对环境的温度、湿度、酸碱度、营养成分的要求）和发酵工艺参数的控制，保证微生物吐出直径为纳米级的直径的微生物纤维素，通过发酵时间和沉积时间的控制，保证微生物纤维的长度为微米级；这样获得的复合结构材料的力学强度较大、弹性和韧性更好。
本发明中，复合箱体内部空间通过输入合适浓度的氧气，以利于微生物存活、生长或发酵能力的控制。
本发明中，另可以有自控装置控制、分别控制牵引电机、温控装置、菌种循环装置、原液循环装置、震动装置、灭活装置的工作状态，并可具有温度异常报警、混合浆液成分比例异常报警、速度异常报警等功能部件。
有益效果：
本发明中，微生物纤维素在基材上沉积厚度均匀，连接紧密，设备生产工艺稳定、自动化或人工操控均可，适合大规模的生产作业。所制成的复合制品的力学性能优良，尤其是植物纤维纸、布或丝的基材复合后，不易撕裂，具有一定的弹性和良好的耐水性，对多种生物体表或生物制品具有良好的亲和性。
附图说明
附图1是本发明的一种设备结构剖面示意图；
图中，1-基材放卷装置、2、基材、3-引入辊、4-发酵复合箱体、5-混合浆液、6-震动装置、7-夹持辊、8-烘干灭活装置、9-复合制品收卷装置、10-菌种循环装置、11-温控装置、12-导向辊、13-原液循环装置、20-复合制品。
具体实施方式
如图1 所示的一种微生物纤维素与基材的发酵复合设备，沿基材2行走方向依次具有基材放卷装置1、引入辊3、发酵复合箱体4、夹持辊7、烘干灭活装置8、复合卷材收卷装置9；发酵复合箱体5的内部储存微生物菌种和纤维素原液的混合浆液，混合浆液中还具有微生物菌种成活或繁殖必须的营业液。
基材2为植物长纤维制成的纸，或者为棉、麻或化纤的丝线或它们的无纺布或织造布。
发酵复合箱体5内部设置有多根相互平行并垂直于基材行走方向的导向辊12，供基材2在发酵复合箱体4中被牵引着通过混合浆液；卷材2被牵引导向的同时，能够在基材2表面均匀沉积微生物吐出的微生物纤维素丝，并与基材纤维或基材面层紧密贴合形成一种复合制品。导向辊12为一层，水平排布、垂直排布或者上下交错排布。
夹持辊7具有夹持和挤压复合制品的水分和使得贴合紧密的作用；发酵复合箱体4连接温控装置11和超声波的震动装置6。
复合箱体壁上安装有菌种循环装置10和原液循环装置13，菌种循环装置10将复合箱体内部与菌种室联通，原液循环装置13将复合箱体内部与原液室联通。
另具有自控装置控制、分别控制牵引电机、温控装置11、菌种循环装置10、原液循环装置13、震动装置6，使得浆液温度为20-35℃，基材1通过浆液的时间及微生物发酵和沉积的时间为4小时--24小时，最终获得性能优良的复合制品20。

Claims (10)

1.一种微生物纤维素与基材的发酵复合设备，其特征在于：沿基材行走方向依次具有基材放卷装置、引入辊、发酵复合箱体、夹持辊、复合卷材收卷装置；发酵复合箱体的内部储存微生物菌种和纤维素原液的混合浆液，混合浆液中还具有微生物菌种成活或繁殖必须的营业液；
发酵复合箱体内部设置有多根相互平行并垂直于基材行走方向的导向辊，供基材在发酵复合箱体中被牵引着通过混合浆液；卷材被牵引导向的同时，能够在基材表面均匀沉积微生物吐出的微生物纤维素丝，并与基材纤维或基材面层紧密贴合形成一种复合制品；
基材是布、纸、天然纤维、人造高分子纤维、玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、混织纤维、塑料片材或者金属片材；
导向辊为一层或多层、多路，水平排布、垂直排布或者上下交错排布；
夹持辊具有夹持和挤压复合制品的水分和使得贴合紧密的作用；
发酵复合箱体连接有温控装置。
2.如权利要求1所述的微生物纤维素与基材的发酵复合设备，其特征在于：
基材为植物长纤维制成的纸，或者为棉、麻或化纤的丝线或它们的无纺布或织造布。
3.如权利要求1所述的微生物纤维素与基材的发酵复合设备，其特征在于：
混合浆液中还可以含有少量的能够提高微生物纤维素和基材结合力的偶联剂。
4.如权利要求1或2所述的微生物纤维素与基材的发酵复合设备，其特征在于：发酵复合箱体连接有超声波震动装置。
5.如权利要求1、2、3或4所述的微生物纤维素与基材的发酵复合设备，其特征在于：在夹持辊与复合卷材收卷装置之间可以具有烘干灭活装置，对复合卷材进行进一步脱水或烘干或杀灭微生物菌种活性。
6.如权利要求1或2所述的微生物纤维素与基材的发酵复合设备，其特征在于：复合箱体壁上安装有菌种循环装置和原液循环装置。
7.如权利要求1或2所述的微生物纤维素与基材的发酵复合设备，其特征在于：复合箱体上连接有微生物纤维素纤维的过滤分离装置，或连接有废液分离装置。
8.如权利要求1、5或6所述的微生物纤维素与基材的发酵复合设备，其特征在于：可以有自控装置，分别控制牵引电机、温控装置、菌种循环装置、原液循环装置、震动装置、灭活装置的工作状态。
9.一种如权利要求1或2所述的微生物纤维素与基材的发酵复合设备的复合工艺，其特征在于：温控装置控制并调节浆液温度为15-45℃。
10.如权利要求9所述的微生物纤维素与基材的发酵复合设备的复合工艺，其特征在于：基材通过浆液的时间及微生物发酵和沉积的时间为半小时--数百小时；通过微生物菌种的选择和发酵工艺参数的控制，保证微生物吐出直径为纳米级的直径的微生物纤维素，通过发酵时间和沉积时间的精确控制，保证微生物纤维的长度为微米级。
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