天然纤维组合物及其制备方法和应用技术

本文公开了天然纤维组合物及其制备方法和应用，所述的天然纤维组合物包含秸秆纤维、高聚合度微生物纤维素纤维。所述的天然纤维组合物的制备方法包括秸秆纤维浆的制备、微生物纤维素纤维的制备、微生物纤维素纤维水化层的破坏、纤维调浆及共磨解。所述的天然纤维组合物的应用方向包括：制备文化纸、瓦楞纸、纱管纸等纸基材料；制备纤维保温、缓冲材料；制备纤维模塑材料；制备水泥纤维板、硅酸钙板等建筑装饰材料。

【技术实现步骤摘要】
天然纤维组合物及其制备方法和应用
本专利技术属于生物化工领域，具体涉及一种天然纤维组合物及其制备方法和应用方向。
技术介绍
近年来，随着全球人口的持续增加和经济的迅猛发展，现有能源、资源已无法满足人类社会生活发展的需要。人们不得不去寻找新的、可再生的、绿色的资源和能源。地球上具有大量的天然植物纤维，其具有价廉质轻、比强度高等优点，目前主要用于纺织、造纸以及化纤。虽然世界范围内植物纤维尤其是木本纤维储量大，但我国森林资源匮乏，优质的植物纤维产量较低，尤其在建材行业，纤维水泥板/硅酸钙板所需的纤维原料主要由进口针叶木浆纤维和国外废纸浆为主。我国是农业大国，玉米、水稻、小麦、棉花等农作物秸秆资源量每年约8.2亿吨(约合4亿吨标煤)。虽然我国有丰富的秸秆类生物质资源，但利用率仍然不高，秸秆用之为宝、弃之为害的理念还没有深入人心，资源化、商品化程度低，综合利用产业化发展缓慢。因此大力开发秸秆纤维，有利于实现我国纤维利用原料的多元化，降低对国外进口纤维的依赖，同时也解决了秸秆利用率低，环境污染严重的问题。微生物纤维素纤维与植物纤维具有相同的分子结构单元，但其具有很多独特的性质：具有超精细网状结构，微生物纤维素纤维是由直径3～4纳米的微纤组合成40～60纳米粗的纤维束，并相互交织形成发达的超精细网络结构；微生物纤维素的弹性模量为一般植物纤维的数倍至十倍以上，并且抗张强度高；微生物纤维素纤维有较高的生物相容性、适应性和良好的生物可降解性；由于微生物纤维素纤维具有很多优良的性质，因此对其进行开发利用具有积极意义。>专利WO2017/123104A1，公开了采用微生物纤维素纤维，天然粘合剂，废报纸纤维作为原料制备了纤维素纤维板，通过微生物纤维素增强了废报纸纤维的力学性能，但是其只公开了废报纸纤维的再利用，未提及秸秆纤维，同时，产品配方中必须要添加天然粘合剂，增加了成本，且其制备微生物纤维素有废旧报纸纤维组合物时采用干燥再浸泡的工艺，既提高了能耗、降低了生产效率也不利于两种天然纤维的高效分布相容，可能导致局部纤维团聚，产生应力集中点降低材料性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种天然纤维组合物，在不额外添加粘合剂即可以使得所述的天然纤维组合物具有相对于秸秆纤维更强的力学性能。本专利技术还要解决的技术问题是提供上述天然纤维组合物的制备方法。本专利技术最后要解决的技术问题是提供上述天然纤维组合物的应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种天然纤维组合物，包含秸秆纤维和微生物纤维素纤维，所述的天然纤维组合物不含粘合剂。其中，所述的秸秆纤维包括但不限于麦草纤维、稻草纤维或蔗渣纤维等禾本纤维，优选麦草纤维或稻草纤维。其中，所述的微生物纤维素纤维为高聚合度的微生物纤维素纤维，其聚合度优选为20000～22000，高于普通的微生物纤维素10000～16000的聚合度。聚合度越高，代表单根纤维素链越长，由于氢键作用，形成的纤维素纤维力学性能就越好。其中，微生物纤维素纤维包括但不限于醋酸菌属(Acetobacter)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、根瘤菌属(Rhizobium)和八叠球菌属(Sarcina)的菌株生产的纤维素纤维。优选醋酸菌属(Acetobacter)生产的纤维素纤维。其中，微生物纤维素纤维最优选经过基因工程改造的产高聚合度纤维素的木醋杆菌ATCC700178-bcsB生产的纤维素纤维，该基因工程菌记载于中国专利CN108060112A中。利用上述木醋杆菌ATCC700178-bcsB发酵制备微生物纤维素纤维的方法，优选如下：将活化好的生产菌株(木醋杆菌ATCC700178-bcsB)接种到灭过菌的发酵培养基中在28～32℃条件下静置生长，发酵9天后即可获得高聚合度微生物纤维素。所述的发酵培养基每升溶液组分优选为：葡萄糖30～60g，酵母膏1.0～1.5g，蛋白胨6～8g，磷酸二氢钠3～5g，乙酸0.8～1.3g，乙醇8～15g，pH5.8～6。其中，秸秆纤维含量为天然纤维组合物总重量的80～99.5wt％(以干重计)，其余为微生物纤维素纤维。其中，所述的粘合剂为阿拉伯胶、塑料树脂胶黏剂、酚醛树脂胶黏剂等天然或人工的粘合剂。上述天然纤维组合物的制备方法，包括如下步骤：(1)秸秆纤维浆的制备；(2)微生物纤维素纤维的制备；(3)微生物纤维素纤维水化层的破坏；(4)微生物纤维素纤维预磨解；(5)步骤(1)得到的将秸秆纤维浆和步骤(4)得到的微生物纤维素纤维进行调浆及共磨解。步骤(1)中，所述的秸秆纤维浆的制备，采用化学蒸煮法、化学机械法或机械法制备秸秆纤维浆。所述的化学蒸煮法、化学机械法或机械法为本领域技术人员常规的纸浆方法。步骤(2)中，微生物纤维素纤维的制备方法为：将微生物接种到含有1～2％v/v的乙醇的发酵培养基中好氧发酵培养微生物纤维素，后处理除去杂质，获得微生物纤维素纤维。所述的微生物包括但不限于醋酸菌属(Acetobacter)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、根瘤菌属(Rhizobium)和八叠球菌属(Sarcina)。优选醋酸菌属(Acetobacter)，最优选经过基因工程改造的产高聚合度纤维素的木醋杆菌ATCC700178-bcsB。步骤(3)中，所述的微生物纤维素纤维水化层的破坏，采用螺旋挤压机挤出步骤(2)中得到的微生物纤维素纤维中的水分，将纤维素的含水量控制在60％以内，并且挤压分丝，使其表面束水能力下降。步骤(4)中，所述的微生物纤维素纤维预磨解，是将步骤(3)脱水后的微生物纤维素纤维采用高浓磨浆机进行粗磨，将纤维素磨成纤维浆，浆浓度为5～10wt％，叩解度为10～15。步骤(5)中，所述的调浆是将步骤(1)得到的将秸秆纤维浆和步骤(4)得到的微生物纤维素纤维混合均匀。步骤(5)中，所述的共磨解，是将调浆后的物料进入2～3段串联的磨浆机进行均整，使该天然纤维组合物达到预期用途相对应的叩解度。上述制备方法制备得到的天然纤维组合物也在本专利技术的保护范围之内。上述天然纤维组合物因为具有可再生性能和较强的力学性能，是一种优良的材料，因此可以应用于制备纸基材料、纤维缓冲材料、纤维模塑材料或建筑装饰材料。该天然纤维组合物可应用于不同领域，但随应用方向的不同，其中秸秆纤维与微生物纤维素纤维的比例也不相同，其处理方式也略有差异，具体详见各实施例。其中，所述的纸基材料包括但不限于文化纸、瓦楞纸、纱管纸。其中，所述的建筑装饰材料包括但不限于水泥纤维板、硅酸钙板或木塑复合板。本专利技术中涉及的聚合度是衡量聚合物分子大小的指标。以重复单元数为基准，即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值，本专利技术主要说明微生物纤维素的分子量。本专利技术中涉及的磨浆机为造纸制浆工业中化机浆的常用设备，可通过调整磨盘结构来面向不同的应用。本专利技术中涉及的螺旋挤压机主要采用螺距可调的单螺旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然纤维组合物，其特征在于，包含秸秆纤维和微生物纤维素纤维，所述的天然纤维组合物不含粘合剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种天然纤维组合物，其特征在于，包含秸秆纤维和微生物纤维素纤维，所述的天然纤维组合物不含粘合剂。


2.根据权利要求1所述的天然纤维组合物，其特征在于，所述的秸秆纤维为麦草纤维、稻草纤维或蔗渣纤维等禾本纤维。


3.根据权利要求1所述的天然纤维组合物，其特征在于，所述的微生物纤维素纤维为高聚合度的微生物纤维素纤维，其聚合度为20000～22000。


4.根据权利要求3所述的天然纤维组合物，其特征在于，微生物纤维素纤维为醋酸菌属(Acetobacter)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、根瘤菌属(Rhizobium)和八叠球菌属(Sarcina)的菌株生产的纤维素纤维。


5.根据权利要求3所述的天然纤维组合物，其特征在于，微生物纤维素纤维为经过基因工程改造的产高聚合度纤维素的木醋杆菌ATCC700178-bcsB生产的纤维素纤维。


6.根据权利要求1所述的天然纤维组合物，其特征在于，秸秆纤维含量为天然纤维组合物总重量的80～99.5wt％，其余为微生物纤维素纤维。


7.权利要求1所述的天然纤维组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)秸秆纤维浆的制备；
(2)微生物纤维素纤维的制备；
(3)微生物纤维素纤维水化层的破坏；
(4)微生物纤维素纤维预磨解；
(5)将步骤(1)得到的秸秆纤维浆和步骤(4)得到的微生物纤维素纤维进行调浆及共磨解。


8.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：应汉杰，唐成伦，朱晨杰，陈勇，单军强，赵南，刘庆国，陈彦君，
申请(专利权)人：江苏集萃工业生物技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32