[发明专利]一种细菌纤维素与天然多糖共混纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高技术纤维领域，尤其涉及一种细菌纤维素与天然多糖共混纤维以及该类共混纤维的制备方法。

背景技术

随着社会的发展、科技的进步、人口的增长以及纺织纤维应用领域的不断扩大，纺织纤维的需求量呈现逐年增长的趋势。由于世界耕地面积逐渐缩少，许多国家开始压缩棉花、各种麻、养蚕的桑树等的种植面积和草场养羊的利用面积，这将直接影响到传统天然纤维的生产供应量。依托棉短绒、木材浆粕等的再生化学纤维的供应量等已趋于极限，速生木材的供应量也已无法继续增长。合成纤维依托的石油逐渐枯竭，短期内无法再生，且石油资源又是当前能源的主要渠道，今后的合成纤维很难再继续依托此资源体系。因此，纺织纤维原料的供应缺口愈来愈大。

细菌纤维素(Bacterial cellulose，简称BC)是由部分细菌产生的一类高分子多糖化合物。细菌纤维素的化学组成和化学结构与植物纤维素相同，但其合成速度比植物纤维素快，而且具有如下优异的特性：

(1)高纯度、聚合度和结晶度。与植物纤维素相比，细菌纤维素不含木质素、果胶、半纤维素和其他细胞壁成分，分子取向好，结构均一，并且以单一纤维形式存在，纤维素含量达99％以上。另外，细菌纤维素的结晶度为95％左右，聚合度为16000左右，均高于优质棉纤维、棉短绒和木浆纤维素等植物纤维素。

(2)超精细网状结构。细菌纤维素是由直径3～4nm的微纤维束通过氢键作用相互连接形成的纤维丝带，其宽度大约为30～100nm，厚度为3～8nm，相互交织形成发达的超精细网络结构。

(3)高抗张强度和弹性模量。在静态培养条件下，细菌纤维素膜的弹性模量为一般纤维的数倍至十倍以上，抗撕拉能力是同样厚度的聚乙烯和聚氯乙烯膜的6倍。经洗涤、干燥后，杨氏模量可达10MPa，经热压处理后，杨氏模量可达30MPa，比有机合成纤维的强度高4倍。

(4)持水能力强。由于细菌纤维素的超细纳米结构及分子内存在着大量的亲水性基团，纤维素内部有很多“孔道”，表面积是植物纤维素的300倍，使其具有强吸水和持水保湿能力，通常情况下能吸收60～700倍于其干重的水份。

(5)较高的生物相容性、适应性和良好的生物可降解性。细菌纤维素是由木醋杆菌合成的纯纤维素纳米纤维组成，几乎不引起异物和炎症反应，在湿态下具有很好的强度，以及原位成型、生物相容性。在酸性、微生物以及纤维素酶催化等条件下可以在自然界直接降解，不污染环境，对环境友好。

(6)生物合成时的可调控性。通过调节培养条件，可得到化学性质不同的细菌纤维素。如木醋杆菌能利用葡萄糖与乙酰葡萄胺合成N-乙酰氨基葡萄糖，并以4％的比例将N-乙酰氨基葡萄糖连接在细菌纤维素上。此外，采取不同的培养方法，如静态培养和动态培养，也可以得到不同高级结构和不同性质的纤维素。

多糖是由糖甙键链接起来的醛糖或酮糖组成的天然大分子，由一种单糖组成的多糖称为同聚糖，而由一种以上的单糖组成的多糖称为杂聚糖。多糖在自然界中分布广泛，资源丰富，在高等植物、藻类、细菌类以及动物体内均有多糖存在。根据组成与结构的不同，多糖的种类不计其数，到目前为止，人们已经从自然界中提取出来的就有几百种。另外，人们研究发现多糖类物质具有一些特殊的生物活性。比如，海藻多糖具有消炎、止痒、美容、护肤等功效；壳多糖具有天然的抗菌性，且能够促进皮肤成纤维细胞及表皮角质形成细胞的生长；透明质酸具有消除疤痕、美容、护肤、保湿、除皱等作用；魔芋多糖具有延缓衰老等作用。

因此，利用细菌纤维素和丰富的多糖资源生产纺织纤维，不但对于缓解未来纺织纤维原料供应压力，具有十分重要的现实意义；而且，以细菌纤维素和几种多糖为原料制备的共混纤维兼具细菌纤维素与多糖的多种功能性，能够满足人们的消费需求，提高人们的生活质量。

公开号为CN 101492837A的中国发明专利，公开了一种高聚合度细菌纤维素纤维的生产方法：(1)将细菌纤维素溶解在溶剂中，配成质量分数为1～30％的细菌纤维素溶液，过滤，静置脱泡，得纺丝溶液；(2)将步骤(1)纺丝溶液经喷丝孔喷出后固化成型，再经过拉伸，水洗，定型和干燥这几道常规工序后制成成品。本发明的制备方法简单，适合于工业化生产；所得细菌纤维素纤维与其它纤维素纤维相比，断裂强度和模量高，达到高强工业丝的水平；而且生物相容性、生物可降解性、亲水性和与橡胶的粘合性好。