细菌纤维素的制备及结构与性能研究

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传统工业用纤维素主要是由植物合成的,然而合成纤维素不是植物独有的功 能,某些微生物也可以高效地合成纤维素。早在1400多年前我国的《齐民要术》 中就有记载:传统食醋酿造过程中,在醪液中常生成类似凝胶状的膜状物【l】。1886 年英国科学家Brown对细菌纤维素作了首次报道(21,他在静置条件下培养木醋杆菌 时,发现培养基的气一液表面形成了一层白色的凝胶状薄膜,经过化学分析,确定 其成分是纤维素。但是由于受到实验条件的限制,对它更进一步的认识却是在20 世纪后期。Hestrin等【3】利用木醋杆菌(Acetobacter xylinum)作为模型菌种,深入研 究了细菌纤维素,他们证明静止和冻干的木醋杆菌在有葡萄糖和氧气的环境下能 够合成纤维素。其后为了与植物来源的纤维素相区别,将其称之为“细菌纤维素’’ (Bacterial Cellulose,简称BC)或“微生物纤维素” (Microbial Cellulose)。
将NMMO溶解的细菌纤维素处理到涤纶织物上,织物的亲水性能和抗静电 性能得到很大改善,且处理效果具有一定的耐洗性。但同时涤纶织物的物理机械 性能也受到了不同程度的影响,其中透气性、白度均有所下降,断裂强力、撕破 强力变化不大。
细菌纤维素具有许多独特的性能,本文研究为拓宽其在纺织品上的应用奠定 了基础,为涤纶织物的亲水整理开辟了新的研究领域。
technology is gotten.Watermelon juice is used as substrate to produce bacterial
cellulose for the first time,the result is as good as we thought.
The structure and properties of bacterial cellulose al e studied by all kinds of
Bacterial cellulose has many unique properties,the studies in this paper has built
the foundation to develop its applycation on textile,and hopefully it Can open new field for hydrophile treatment of PET fabric.
and antistatic properties of the fabric ale improved greatly,which Can endure washing in some extent.However,the physical and mechanical properties of the fabric are influenced too.That is,gas permeability and whiteness of the fabric decline,the breaking strength and tearing strength change little.
accordance with their contents in common cellulose.The infrared spectrum has the
result that the groups in molecules of the product belong to cellulose.X-ray diffraction is used to test the crystal type of the product,and heat weightlessness analysis studies its thermal property.Water-holding property of bacterial cellulose and its adsorption to
青岛大学 硕士学位论文 细菌纤维素的制备及结构与性能研究 姓名:李静 申请学位级别:硕士 专业:纺织化学与染整工程 指导教师:朱平
20080608
摘要
选择木醋杆菌为实验菌种,研究各种发酵培养条件和培养基成分对其合成细 菌纤维素的影响规律,确定了最佳工艺条件。首次以西瓜汁为培养基合成细菌纤 维素,取得了较为理想的效果。
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图1.2各种纤维的直径
Fig.1.2 Diameter of fibers
1百度文库2.3超强性能和形状可塑性
细菌纤维素具有较高的机械强度【9】,经洗涤、干燥后,其杨氏模量可达10MP, 经热压处理后,杨氏模量可达30MP,远高于有机合成纤维的强度。此外,细菌纤 维索膜还具有极佳的形状维持能力和抗撕拉力,因此可将其制成各种形状及薄度。
本人如违反上述声明,愿意承担由此引发的一切责任和后果。
弓、事目 论文作者签名:
日期:a蝎年/月6 R
学位论文知识产权权属声明
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sodium hydroxide/urea sodium、hydroxide/thiourea and lithium hydroxide/urea. Bacterial cellulose dissolved in NMMO is treated on PET fabric,the hydrophile

第一章前言
1.2.2超细性
早在1940年,人们就用电镜观察到细菌纤维素中独特的束状纤维的宽度大约
为100nm,厚度为3-~8nm,直径一般为0.01~O.1岬,每一束都由许多微纤维组成,
通过X一射线衍射分析知微纤维的大小与其晶体结构有关【8】。细菌纤维素微纤维的 直径与植物纤维、合成纤维相比有很大的差异,其直径仅为棉纤维直径的百分之 一,各种纤维的直径大小分布如图1.2所示。
1.2细菌纤维素的性质
研究发现细菌纤维素的结构和理化特性与普通植物纤维素相比有很大差异。 细菌纤维素弹性模量较高,是一种理想、可生物降解的新型聚合物,具有许多独 特的性质。 1.2.1高纯度
细菌纤维素是一种较纯的纤维素,聚合时不掺杂其它多糖【71,且结晶度高、 分子取向度好、结构均一,为高纯纤维网状结构,因而提纯过程简单,正是由于 细菌纤维素的超分子结构造就了其独特的性能。
采用各种仪器和方法研究细菌纤维素的结构和性质。扫描电子显微镜表明合 成产物具有超微细网状结构;元素分析结果表明合成产物中C、H、O元素的含量 符合纤维素中各元素含量;红外光谱表明产物中含有的基团与纤维素结构相符合; x.射线衍射测试了细菌纤维素的晶体结构;热失重分析法研究了其热性能。测定 了木醋杆菌合成细菌纤维素的持水性能及对金属离子的吸附性,结果表明合成产 物具有极好的吸水持水特性,对Cu2+有较强的吸附性能。细菌纤维素在适当的条 件下可溶解于LiCI/DMAC、NMMO·H20溶剂体系及纯甲酸中,不溶于氢氧化钠/ 尿素、氢氧化钠/硫脲、氢氧化锂/尿素溶剂体系。
mental cations ale tested in this paper,the results indicate that the product has excellent water-holding property and strong adsorption to Cu+.Bacterial cellulose can be dissolved in LiCI/DMAC、NMMO·H20 and formic acid,but not in solvents of
Yamanaka等人f6】的研究表明,醋酸菌产生的纤维素的结晶度高于普通高等植 物纤维素,而低于藻类和动物纤维素,并且一般随结晶度的增加,纤维素的弹性 模量、硬度、比重等随之增加。细菌纤维素的聚合度随培养方式和条件不同而有 很大差异,动态培养时较低,约为3000~5000,静态培养时可高达16000。
equipments and methods.SEM indicates that the product has minuteness and net microstructure.Element analysis shows that the contents of C、H、0 in the product ale
Key words:bacterial cellulose;Aeetobacter xylinum;preparation;structure and property;PET fabric

学位论文独创性声明、学位论文知识产权权属声明
学位论文独创性声明
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1.2.4高亲水性和透水透气性
细菌纤维素的微纤维直径较小,又可以无限制的生长合成,因而其表面积可 以达到植物纤维素的300倍;纤维素分子内存在大量的亲水性基团,因此具有很强 的吸水和持水能力,能吸收60"--70倍于其干重的水分【10】,经特殊处理会更高,并 具有高的湿强度;同时由于细菌纤维素内部有很多“孔道",因而有良好的透水 和透气性。
1.1细菌纤维素的结构
经过长期的研究发现,细菌纤维素和植物纤维素在化学组成和结构上没有明 显的区别,都可视为由D.吡喃葡萄糖单体以D-l,4一糖苷键连接而成的直链多糖,直 链问彼此平行,不呈螺旋结构,无分支结构,又称为p一1,4一葡聚糖。但相邻的吡喃 葡萄糖的6个碳原子并不在同一平面上,而是呈稳定的椅状立体结构,数个邻近的 p.1,4.葡聚糖链通过分子链内与链问的氢键作用形成稳定的不溶于水的聚合物‘41。
青岛入学硕+学位论文

图1.1细菌纤维素的结构式 Fig.1.1 the structural formula of bacterial cellulose
至今发现以固态方式存在的纤维素有五种结晶变体,即纤维素I、II、Ⅲ、 Ⅳ和V。天然纤维素有两种晶体异型体,纤维素Ia和纤维素18,纤维素Ia属于三斜 晶系,它的密度略小于纤维素IB,而且经湿热处理后,纤维素In会不可逆的转化为 纤维素IB;纤维素If;属于单斜晶系,所以纤维素I仅是亚稳态结构,其稳定性要逊于 纤维素IB。在细菌纤维素中,纤维素Ia占主要成分(近60%)【5】,而在其它的天然 纤维素中,纤维素Ia只有约30%,因此与普通植物纤维素相比,细菌纤维素对纤 维素酶更为敏感。
近十几年来随着分子生物学的发展和新型生物材料的应用,细菌纤维素的生 物合成机制已有了比较深入的研究,同时在细菌纤维素的应用方面也取得了较大 进展。研究发现细菌纤维素不仅具有合成速度快、产率高等特点,而且具有许多 植物纤维素无法比拟的优良性能,因此研究和开发出低附加值的细菌纤维素产品 将会产生巨大的经济效益和社会效益。
关键词:细菌纤维素;木醋杆菌;制备;结构与性质;涤纶织物
Abstract
The influences of fermentation conditions and substrate components on bacterial cellulose produced by Aeetobacter xylinum is studied in this paper.The optimum
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保密口,在
不保密酬
年解密后适用于本声明。
(请在以上方框内打“4’’) 论文作者签名
日期:溅年‘月Z日
导师签名: (本声明的版
日期:如舄年(月7日
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第一章前言
第一章前言
纤维素是地球上最丰富、发展潜力最为巨大的生物聚合物。在人类的生活和 生产中,纤维素与人们的衣食住行密切相关,它不仅是纺织工业和造纸工业的传 统原料,还可以用来制造高分子复合材料和高性能材料,在许多高薪科技领域发 挥着重要作用。
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