细菌纤维素纤维在造纸工业中的应用

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细菌纤维素(Bacterial Cellulose,简称BC)又称微生物纤维素,是一种由微生物合成的超微纯纤维素。从纤维素的分子组成看,BC和植物纤维一样都是由β-D-葡萄糖通过p-1,4-糖苷键结合成的直链,又称p-1,4-葡聚糖。但从物理、化学、机械性能来看,与自然界中存在的植物纤维素相比,它具有纯度高、结晶度高和聚合度高,持水性高,抗张强度好,弹性模量大,超细纳米纤维网络,生物适应性强,以及可在自然界直接降解等独特的性质。BC作为一种新型纳米生物材料,目前已应用于食品、造纸、医学材料、声音振动膜等领域,具有广泛的应用前景,是当今生物材料研究的热点之一。本文采用静态发酵的方法培养细菌纤维素,研究了BC的相关特性和结构特点,确定了BC最佳的分散浓度。通过检测BC与植物纤维配抄纸张的物理强度,研究BC在纸张结构中的增强机理,最后研究了BC作为胶粘剂对涂布纸表面性能的影响。研究结果表明BC湿膜具有很高的含水率,达到98%以上。分散的BC与植物纤维混合抄纸后,成纸的各项物理性能均有所提高,当BC用量为3%时,达到最大,且得到了BC最佳的分散浓度为0.10%。此外,研究还发现细菌纤维对低打浆度纸张的性能影响较大,经过冷冻处理的细菌纤维与植物纤维有更好的复配性能,从一定程度上节约了打浆能耗。细菌纤维素作为一种辅助胶粘剂应用于涂料中,提高了纸张表面的抗老化能力,改善了涂层的油墨吸收性能。从扫描电镜和红外图谱的分析可以得到,细菌纤维素膜具有明显的分层结构和超细的表面网状结构,该结构使得分散的细菌纤维具有较大的表面积,可以与植物纤维表面的游离羟基形成更多的氢键结合,从而起到一种空间搭桥作用,提高了纤维间的结合力,增强了纸张的物理强度。从本实验细菌纤维素的应用可以看出,无需采用特殊的添加方法,就可以抄造出细菌纤维素添料纸,不用改变造纸过程中的工艺流程,使得细菌纤维素成为开发特种纸和功能纸的新原料。
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