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微生物合成细菌纤维素并运用于制备复合材料的初步研究

周浩  
【摘要】: 由木醋杆菌Acetobacter Xylinum发酵产生的细菌纤维素,具有极其细小的纤维素网状结构。与植物纤维素相比具有更高纯度、结晶度、杨氏模量、拉伸强度等特点,因此纤维素已经被视为一种最具有应用前途的资源。本文通过小试实验、中试发酵罐实验对发酵培养基进行优化,提高纤维素产量。同时制备细菌纤维素/聚乳酸复合材料。 第一部分发酵培养基优化实验中,详细讨论了发酵液中的碳源和pH对纤维素产量的影响。经过小试实验获得发酵液的最佳培养条件,葡萄糖含量为2.5%,蔗糖含量为2.5%,发酵液的pH在5.5-6.0之间。同时向这种最佳培养基中添加1%的乙醇能够有效的提高细菌纤维素的产量。利用最佳培养基进行中试机械搅拌发酵罐培养获得纤维素产量为3.3g/L。为了维持发酵液最佳条件,实验过程中不断向发酵罐中补加葡萄糖,氨水。最终发酵产率得到提高,达到3.68g/L 为了利用纤维素优异的机械强度开发其在医学材料中的用途,本论文的第二部分,通过热压成型制备聚乳酸/细菌纤维素复合材料。在膜压过程中,细菌纤维素膜夹在聚乳酸粉末中,预热一定时间后加压。实验过程中主要使用了两种纤维素膜,一种是热干燥,另一种是冷冻干燥膜。实验结果显示加入热干燥的纤维素膜能够明显提高复合材料的机械强度。例如,当纤维素含量增大到20%,复合材料的拉伸强度增大到70.7MPa,相对于纯聚乳酸而言增加了30%。而添加冷冻干燥的细菌纤维素膜后,复合材料的机械强度反而比纯聚乳酸差。 同时为了进一步提高细菌纤维素与聚乳酸之间的交联程度。将热干燥细菌纤维素膜浸泡在聚乳酸氯仿溶液中,随后热压成膜。与上述结果相似,当细菌纤维素增大到20%,复合材料的拉伸强度增大到70MPa。 最后为了改善复合材料的断裂伸长率。甘油、聚乙二醇、乙酰柠檬酸三正丁酯作为增塑剂添加到纤维素/聚乳酸复合材料中,实验结果显示乙酰柠檬酸三正丁酯的增塑效果最好,当乙酰柠檬酸三正丁酯含量达到15%,聚乳酸的断裂伸长率达到200%。但乙酰柠檬酸三正丁酯加入后复合材料的机械强度明显下降。然而向其中添加热干燥细菌纤维素膜之后复合材料较高的机械强度得以维持。 本论文主要进行了细菌纤维素发酵液成份的优化,并进行小试、中试实验大量生产细菌纤维素。并细菌纤维素与聚乳酸制备医用复合材料的初步研究。


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