一種含細(xì)菌纖維素的水響應(yīng)傳感橡膠薄膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功能性橡膠復(fù)合膜的制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種含細(xì)菌纖維素晶須的水響應(yīng)型橡膠復(fù)合膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]智能材料是一種能夠判斷、處理從自身表層或內(nèi)部獲取的關(guān)于環(huán)境條件及變化的信息并做出反應(yīng)、以改變自身結(jié)構(gòu)與功能，使其很好地與外界協(xié)調(diào)的、具有自適應(yīng)性的材料系統(tǒng)。作為智能材料的基礎(chǔ)材料之一，刺激響應(yīng)型功能材料近年來已引起了研宄者的極大興趣，它主要是針對外界或內(nèi)部的刺激(如應(yīng)力、應(yīng)變、熱、光、電、磁、化學(xué)和輻射等)而做出響應(yīng)的材料，可用來制備各種傳感器。因此，對刺激響應(yīng)功能材料的研宄一直是本領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)之一。如文獻(xiàn)《ACS Nano，2014，8(9): 8819 - 8830》報(bào)道通過溶脹法制備了石墨烯/天然橡膠復(fù)合材料，這種復(fù)合材料對應(yīng)變具有良好的敏感性，在生物醫(yī)用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。公開號為CN103526333A的中國專利公開了一種通過原位聚合制備納米碳材料/硅橡膠光刺激響應(yīng)性復(fù)合材料的制備方法。對刺激響應(yīng)功能材料的研宄一直是本領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)之一。
[0003]由木醋桿菌、土壤桿菌和根瘤桿菌等微生物合成的細(xì)菌纖維素(Bacterialcellulose, BC)是一種新型的高分子化合物，它具有化學(xué)純度高，結(jié)晶度高，生物相容性好，吸水能力強(qiáng)，力學(xué)強(qiáng)度高與生物可降解性等特點(diǎn)。在一定條件下對BC進(jìn)行處理，可以得到一維棒狀的細(xì)菌纖維素晶須(Bacterial Cellulose Whisker，BCW)。BCW與植物纖維素晶須相比，其缺陷少，結(jié)晶度更高，有著更大的長徑比(I?100)和比表面積170m2/g，并且理論模量達(dá)150GPa，強(qiáng)度為lOGPa，是理想的橡膠補(bǔ)強(qiáng)填料。發(fā)明人前期在CN103102547的中國專利公開了一種含細(xì)菌纖維素晶須的XNBR硫化膠及其制備方法，報(bào)道了細(xì)菌纖維素作為一種補(bǔ)強(qiáng)填料，對XNBR橡膠硫化膠的補(bǔ)強(qiáng)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種對水具有良好機(jī)械適應(yīng)性的細(xì)菌纖維素晶須/橡膠復(fù)合膜及其制備方法。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:
一種含細(xì)菌纖維素晶須的橡膠復(fù)合膜，所述的橡膠復(fù)合膜由1-5份細(xì)菌纖維素晶須(BCff)和100份橡膠組成，其中，橡膠選自丁苯橡膠(SBR)、天然橡膠(NR)或羧基丁腈橡膠(XNBR)中的任意一種。
[0006]一種含細(xì)菌纖維素晶須的橡膠復(fù)合膜的制備方法，包括以下步驟:
步驟一:將細(xì)菌纖維素晶須加入去離子水，超聲0.5?Ih得到1-5份細(xì)菌纖維素晶須分散液，將該分散液與100份橡膠膠乳進(jìn)行混合，超聲I?2h，得到含細(xì)菌纖維素晶須的橡膠混合液；
步驟二:將絮凝液滴到玻璃板上，60?80°C烘去溶劑，然后將烘干的玻璃板水平浸入橡膠混合液中，保持一段時(shí)間，使BCW/橡膠膠乳凝膠到玻璃板上，用去離子水洗滌除去凝膠表面的絮凝劑，50?60°C烘干即得到細(xì)菌纖維素晶須/橡膠復(fù)合膜。
[0007]步驟一中，橡膠膠乳選自丁苯橡膠(SBR)、天然橡膠(NR)或羧基丁腈橡膠(XNBR)中的任意一種。
[0008]步驟二中，絮凝液選用氯化鈉溶液、氯化鈣溶液或硝酸鈣溶液中的一種或多種，濃度為8?14%。
[0009]步驟二中，玻璃板浸入混合液中的時(shí)間視所需要的薄膜厚度而定，保持在20?60so
[0010]本發(fā)明顯著優(yōu)點(diǎn)是:(1)通過一定條件下對細(xì)菌纖維素進(jìn)行酸解，去除了細(xì)菌纖維素中非晶部分等缺陷，得到了高純度的細(xì)菌纖維素晶須，該晶須表面含有大量的羥基等官能團(tuán)，能有效的分散在水中，獲得穩(wěn)定的晶須水分散液體系。(2)BCW/橡膠復(fù)合膜的制備工藝簡單環(huán)保，零污染。(3)采用本發(fā)明的制備方法制備的BCW/橡膠復(fù)合膜吸水后模量顯著下降，具有良好的水刺激響應(yīng)機(jī)械適應(yīng)性。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明含細(xì)菌纖維素晶須的橡膠復(fù)合膜的制備方法的流程示意圖。
[0012]圖2是含3份細(xì)菌纖維素晶須的橡膠復(fù)合膜吸水前后的模量變化圖。
[0013]圖3是含5份炭黑的橡膠復(fù)合膜吸水前后的模量變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]結(jié)合附圖1，本發(fā)明含細(xì)菌纖維素晶須的橡膠復(fù)合膜，包括橡膠100份、BCff 1-5份。
[0015]份，是以配方中主體成分橡膠的加入量為基準(zhǔn)(100質(zhì)量份)，配方中其他組分以橡膠的用量為參照物，用其占橡膠質(zhì)量的百分比來表示。
[0016]本發(fā)明采用硫酸對細(xì)菌纖維素進(jìn)行酸化，離心，洗滌，得到細(xì)菌纖維素晶須，然后與橡膠膠乳進(jìn)行混合，將絮凝液滴到玻璃板上烘干后，水平浸入混合液中，使BCW/橡膠膠乳凝膠到玻璃板上，洗滌，烘干，即可獲得BCW/橡膠復(fù)合膜。本發(fā)明制備工藝簡單環(huán)保，成本低，工業(yè)化生產(chǎn)容易。
[0017]本發(fā)明制備含細(xì)菌纖維素晶須的橡膠復(fù)合膜的方法，具體包括以下步驟:
步驟一:本發(fā)明中所用的細(xì)菌纖維素晶須由細(xì)菌纖維素在40?60°C下，加入40-60%
硫酸與細(xì)菌纖維素的比例為ImL:lg，攪拌36?48h，然后在9000rpm下，離心20min，洗滌，得到細(xì)菌纖維素晶須；
步驟二:將步驟一得到的細(xì)菌纖維素晶須，加入適量去離子水，超聲0.5?lh，使1-5份細(xì)菌纖維素晶須分散在水中得到細(xì)菌纖維素晶須分散液，將細(xì)菌纖維素晶須分散液與100份橡膠膠乳進(jìn)行混合，超聲I?2h，得到含細(xì)菌纖維素晶須的橡膠混合液；
步驟三:配制一定量的絮凝劑，絮凝劑采用無機(jī)鹽氯化鈉溶液、氯化鈣溶液或硝酸鈣溶液中的一種或多種，濃度為8?14%。將絮凝劑滴到玻璃板上，60?80°C烘干去溶劑，然后將烘干的玻璃板水平浸入混合液中，保持20?60s時(shí)間，使BCW/橡膠膠乳凝膠到玻璃板上，用去離子水洗滌除去凝膠表面的絮凝劑，50?60°C烘12-18小時(shí)即得到BCW/橡膠復(fù)合膜。
[0018]下面通過實(shí)施例和對比例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0019]實(shí)施例1
稱取20g的細(xì)菌纖維素投入到反應(yīng)器中，加入40%硫酸溶液，在溫度為60°C的條件下攪拌36h，反應(yīng)結(jié)束后在9000rpm下離心20min、并用去離子水洗滌，得到細(xì)菌纖維素晶須。稱取1.5gBCW，溶于150ml去離子水中，超聲功率為125W，溫度20°C，超聲0.5h。稱取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23%的SBR膠乳130g (相當(dāng)于30g干膠)，在超聲下將BCW分散液滴加到膠乳中，超聲lh，得到BCW/SBR混合液。配制濃度為14%的硝酸鈣絮凝液，將絮凝液滴到洗凈烘干的玻璃板上，60°C烘去溶劑，然后將玻璃板水平浸入BCW/SBR混合液中，保持20s，使BCW/SBR膠乳凝膠到玻璃板上，用去離子水洗滌除去凝膠表面的絮凝劑，60°C烘12小時(shí)即得到BCW/SBR復(fù)合膜。經(jīng)測試，所制備的復(fù)合膜常溫模量(25°C)達(dá)到31.1MPa，將其泡入去離子水中，吸水后，復(fù)合膜的常溫模量下降到15.3MPa，下降了 50.8%。
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