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细菌纤维素原位复合二醋酸纤维的制备及其表征
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摘要：1 前 言 二醋酸纤维(cellulose diacetate fiber, CDA)具有无毒无害绿色环保的特性，受到人们的广泛关注。目前，二醋酸长丝是其主要应用形式，在卷烟过滤、服装面料等应用中具有显著优势
1 前 言
二醋酸纤维(cellulose diacetate fiber, CDA)具有无毒无害绿色环保的特性，受到人们的广泛关注。目前，二醋酸长丝是其主要应用形式，在卷烟过滤、服装面料等应用中具有显著优势[1]。近年来随着无纺布技术的迅速发展，二醋酸非织造布应运而生，它是以二醋酸短纤为原料，通过水刺加固的方法制备而成，可用于医疗卫生以及复合材料制备等方面[2-3]。但是一直以来水刺无纺布的强力水平不高，不能满足高强透气应用领域的要求。
细菌纤维素(bacterial cellulose, BC)是一种由细菌分泌到细胞外的产物，生产过程绿色环保，同时还具有较高的机械性能[4-5]。目前关于木醋杆菌生产细菌纤维素的研究已经较为成熟，首先是在细胞内部，葡萄糖苷链依靠范德华力形成直径约为1.5 nm的亚原纤维，然后通过细胞表面微孔排出[6]，在这个过程中，亚原纤维依靠氢键结合形成微纤维，最后在细胞外部，微纤维之间由氢键进一步作用形成细菌纤维素纤维。由于其合成过程分阶段进行，向培养基中添加一些小分子、聚合物或者其他材料可以起到调控作用，得到原位粘结复合材料。目前有研究利用原位粘结细菌纤维素的方法修复古丝织文物，并且取得了一定的成果[7]，由此可见将细菌纤维素作为粘合剂生产非织造复合材料具有一定的理论基础。
此外，细菌纤维素纤维之间依靠氢键作用相互交错，呈现天然的超精细网状结构[8-9]，这种结构优势为加固二醋酸纤维网提供了可能[10-12]。本研究采用细菌纤维素原位复合法粘结二醋酸纤维网制备一种细菌纤维素/二醋酸纤维复合材料。此项研究不仅提供了一种制备无纺布复合材料的方法，同时可以在提高无纺布强力的同时保持一定的透气性能，对高强透气土工布和墙用布的生产具有重要意义。
2 实验材料与方法
2.1 原料与化学试剂
二醋酸纤维丝束(2.2 d)、二醋酸纤维水刺无纺布(100 g/m2)；种子培养液，实验室自制；蔗糖、柠檬酸、、KH2PO4、、氢氧化钠、冰醋酸、胰蛋白胨，纯度都为分析纯。
2.2 二醋酸纤维丝束的预处理
采用50 g/L蔗糖、16 g/L胰蛋白胨、2 g/L柠檬酸、2 g/L Na2HPO4·12H2O、3 g/L KH2PO4、0.3 g/L 配制发酵培养基，高温高压灭菌处理。然后以10%的体积比在无菌环境下转接种子培养液，在30 ℃摇床振动培养3 d，然后再静态培养2 d待用。
将二醋酸纤维丝束用半机械方法切成长度为40 mm左右的短纤维，然后进行开松处理，水平铺网后经高温高压灭菌。在超净台内向3 g短纤网表面滴加灭菌后的发酵培养基，用吸管吸取多余的水分，保证纤维呈润湿而又不渗出的状态。
2.3 细菌纤维素/二醋酸纤维复合材料的制备
在超净台内将培养5 d后的细菌纤维素取出，放置在四氟板上，然后将预处理后的短纤网放在细菌纤维素上，在30 ℃培养箱中静置培养1 d；接着将短纤网取出后翻转，以上述操作继续静态培养1 d，最后将复合后的短纤网取出。经去离子水反复冲洗后将短纤网浸入1 wt% NaOH溶液，于40 ℃水浴2 h以去除菌体及营养成分[13]；接着用清水于70 ℃水浴锅中保温1 h进一步除杂，最后自然风干。
2.4 表征方法
采用扫描电子显微镜(Hitachi SU-1510)在扫描电压5 kV条件下观察材料(需喷金)表面以及截面的复合形貌；利用傅里叶红外变换光谱仪(iS10)，以32 cm-1的分辨率在4500～500 cm-1的扫描范围内对其功能性基团进行测试，探索两者复合过程；取样品中部40 mm×40 mm大小，利用毛管流动空隙测量仪(CFP-1100A)分析介质的连通孔孔径大小及分布情况；利用全自动透气量仪(宁波YG461E-III)参照GB 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》对材料在50 Pa压差下的透气性进行测定；将样品裁剪为10 mm×50 mm的条状，参照GB/T 3923.1—1997《纺织品织物拉伸性能》，取试样数为10，设定拉伸速度为10 mm/min，夹距为20 mm，采用电子万能试验机(AGS-X)表征复合之后的强力。
3 结果与分析
3.1 复合形貌分析
图1展示了细菌纤维素/二醋酸纤维复合材料的形貌。图1(a)所示为纯二醋酸纤维样品的表面形态，将其作为对照样本，可以看出纤维表面具有沟槽，各纤维之间随机交错形成大量的空隙，整体呈具有空间层次的立体结构；图1(b)所示为二醋酸短纤网与细菌纤维素复合的宏观表面形态，可以明显看出细菌纤维素填充在二醋酸纤维之间的空隙中形成完整的片状材料，此时细菌纤维素起骨架增强作用；图1(c)表示单根二醋酸纤维与细菌纤维素的复合形态，结果显示二醋酸纤维较为光滑，其表面包覆一层细菌纤维素，且周围分布大量的超细纤维网。这是因为木醋杆菌首先附着在具有大量营养物质的单根二醋酸纤维表面，随后分泌合成细菌纤维素缠绕其中[14-15]，利用其氢键作用连接形成复合整体，从而成功粘结二醋酸短纤网。
文章来源：《世界复合医学》 网址: http://www.sjfhyx.cn/qikandaodu/2021/0510/1272.html
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