细菌纤维素及其复合材料的制备与性能研究

摘要

本论文以静态培养方法培养细菌纤维素(BC)，通过在培养结束后及过程中对BC进行改性，制备了BC复合材料，测试了复合材料的力学性能、溶胀性能、微观结构、结晶性能及纤维形态等方面。
　　 培养结束后，采用浸泡热干的方法制备了BC/聚乙烯孵(PVA)复合膜，研究了PVA及增塑剂用量对复合膜力学性能的影响，结果表明：增塑剂在一定程度上保留了空间网状结构；研究了非水溶性聚合物与BC的复合情况，其力学性能有所下降。
　　 研究了两种工艺处理后的BC(细胞粉碎机处理的BC悬浮液与球磨机处理的BC干粉)对PVA的增强作用；研究了两种增塑剂(甘油和聚乙二醇(PEG))及蒙脱土(MMT)对复合膜的增韧效果，结果表明：BC悬浮液稳定性高，一定程度上保持了网状结构，MMT起到了增强增韧的效果，甘油的增韧效果好于PEG。
　　 培养过程中添加极性改性剂(PVA和羧甲基纤维素钠(CMC))，制备了BC/PVA及BC/CMC复合材料，研究了改性剂用量及培养时间对复合材料结构与性能的影响，结果表明：热重及红外分析证明了经沈涤后，改性剂的确存在于复合膜中；X－射线衍射分析了改性剂对于BC结晶行为的影响；PVA的加入使BC晶型中Lβ比例上升，复合材料的拉伸性能上升，复水率没有明显变化；CMC则影响了BC的合成，降低了BC的结晶度，减小了BC纤维带的宽度，复合材料的拉伸性能有所降低，但其含水率和复水率则有了明显的上升。
　　 利用冷冻－解冻法制备了BC/PVA复合水凝胶，研究了BC含量及循环周期对复合水凝胶力学性能和溶胀特性的影响。结果表明：随着BC含量的增多，水凝胶的含水率、平衡溶胀比、拉伸强度和压缩强度均有一定程度的提高。综合考虑，当BC含量为4％时，各项性能均达到最佳值；研究了循环次数对4％BC/PVA复合水凝胶的影响，随着次数的增多，水凝胶的含水率下降，拉伸强度和压缩强度则有明显的上升趋势。在BC/PVA体系中加入一定含量的CMC，分析了CMC对其力学性能及溶胀性能的影响，CMC的加入使其具有了一定的pH敏感性。SEM的观察分析与上述实验结果是一致的。