[发明专利]一种细菌纤维素干膜及其制备方法、应用

说明书

技术领域

本发明属于纤维素干膜制备领域，特别涉及一种细菌纤维素干膜及其制备方法、应用。

背景技术

细菌纤维素(Bacterial Cellulose，BC),是由微生物发酵产生的天然纤维素，具有高纯度、高杨氏模量、高结晶度、强持水能力、生物相容性好等独特特点，因而在医疗、食品、纺织、化妆品、音响、造纸、环保、化工、航天航空、国防等领域有着广泛的应用。特别是在世界人口增长与耕地有限的矛盾日益突出，资源日益短缺的情况下，细菌纤维素作为一种用途十分广泛的新型生物材料，具有划时代意义和广泛的发展前景。

生物发酵产生的初始纤维素膜为湿膜，由于湿膜不便于运输、易染菌、力学性能和热学性能差等不足，只能作为低层次的产品在食品、化妆品应用，而性能要求高的音响振动膜、电池隔膜、超滤膜、航空航天材料等均需要做成纤维素干膜，细菌纤维素干膜与普通的湿膜相比产品的技术含量高，应用广泛，附加值更高。

现有的纤维素干膜制备技术还处在实验室摸索阶段，有以下三种干燥方法：热干燥、冷冻干燥、真空干燥，从而把纤维素湿膜干燥成干膜；热干燥方法由于湿膜含水量高，突然急剧受热失水，膜里外受热不均，因而纤维絮聚严重，均一性差，与热源接触的纤维素出现局部发糊，出现白圈；膜边缘卷曲，表面褶皱。真空干燥的方法设备投入成本高，脱水速率慢，细小纤维流失严重，一般要加入助留助滤剂，生产成本高，纤维素膜的纯度降低，纤维素独特的天然网状结构孔径也会发生改变；冷冻干燥技术同样设备投入成本高，得到的干膜过于蓬松、膜表面平整度差、产品的透光度低，因而应用面极大受限，综合上述现有湿膜的干燥方法，存在着设备投入高、工艺复杂、生产成本高、膜的均一通透性差等诸多不足，纤维素干膜的制备技术是现在纤维素规模化、产业化推广的技术瓶颈，迫切需要一种简单、高效、质优的干膜生产技术。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种细菌纤维素干膜及其制备方法、应用。采用梯度负压加热方法，梯度负压湿膜水分流失速度缓慢稳定，湿膜各部位受到的负压均匀稳定，避免了真空干燥的水分骤失对膜结构的影响，梯度加热温度逐渐上升，膜内外受热均匀，避免了急速加热膜内外受热不均，局部发糊、表面褶皱等问题，同时负压加热同步进行，水分的扩散流失促进了热循环，大大提高了负压和加热效率，持续稳定的负压加热保证了干膜的快速成型及成型后干膜的表面平整度和一定的天然孔径网状结构。

研究的初始阶段，发明人将真空干燥与热干燥直接结合，但由于湿膜两面受到来自抽吸和热源的不同作用，导致湿膜两面内外的均匀性不一致，更重要的是，真空抽吸导致水在膜的上下两面的含水量有较大差异，加剧了热干燥引起的膜表面均一性差的问题，甚至部分干膜出现了边缘卷曲现象。为了进一步克服上述问题，在系统分析和上千次的实验的基础上发现：在逐级变化的梯度负压条件下同时对湿膜进行逐级升温干燥；制得的干膜均一性和平整度好；干膜透明性好，贴附性强，产品质量稳定便于储存，又轻又薄便于包装和运输，可以广泛应用到各种高附加值产品中。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种细菌纤维素干膜的制备方法，包括

对细菌纤维素湿膜进行预处理；

梯度负压加热定型，即得细菌纤维素干膜；

所述梯度负压加热定型过程中，负压和温度按照预设的时间梯度逐级调整。

本发明所述的“梯度负压加热定型”是指：在密闭空间内，按预定的时间梯度同时调整负压和温度的值，在保证干膜透明度和均一性的基础上，实现脱水效率最大化。

梯度负压条件的作用是保证湿膜内的水分逐渐扩散流失，使湿膜表面的水分含量基本维持在相对稳定的范围内，即不会因为表面温度过高导致湿膜及其内部加热不均匀，出现表面凹凸或卷曲的现象，也不会因为抽吸力过大，导致水分骤失，引起细小纤维的大量散失。

物质的透明需要光波的衍射，纤维素干膜中的孔隙和纤维素的结晶度是衍射的重要条件，但目前冷冻干燥或真空干燥制备的干膜较为蓬松，纤维间的孔隙间距较大，光射入干膜后，无法形成有效地干涉和衍射，透光性差；加热干燥的干膜，由于高温下的骤然失水导致孔隙急剧收缩，同样无法形成有效的光通路，导致干膜的透光性下降，另外，加热干燥还极易形成白边，成膜效果不佳。因此，本发明的梯度负压加热定型技术相较于普通的冷冻干燥、真空干燥或热干燥的优势还在于：工艺对结晶度的改变较小，主要控制干膜中的孔隙大小，保证了干膜具有较优的透明度。实验中发现：温度骤然升高还会导致水分大量丧失，产品的透光性下降，而温度过低，水分的脱除速率减慢，生产效率低。

因此，本发明优选的梯度负压加热条件为：