本發(fā)明屬于功能膜材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

細(xì)菌纖維素(bc)是由葡萄糖分子通過(guò)β-1,4-糖苷鍵連接成的高分子聚合物，直徑通常在30～80nm，長(zhǎng)度可以達(dá)到幾微米，長(zhǎng)徑比＞50，具有高純度、高結(jié)晶度﹑高聚合度﹑高楊氏模量、納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、生物可降解性以及可調(diào)控性等特點(diǎn)。因而它被作為一種新型納米生物材料，廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)藥、傳感器﹑光電材料、顯示器件等領(lǐng)域。

手性材料作為一種新型功能材料，尤其是其特殊的光學(xué)性能及其潛在的應(yīng)用，已經(jīng)引了研究者的廣泛關(guān)注。纖維素基手性材料以其豐富的來(lái)源、簡(jiǎn)單的合成工藝、特殊的光學(xué)性質(zhì)﹑組裝過(guò)程可調(diào)控性以及良好的穩(wěn)定性等成為當(dāng)前手性材料研究的熱點(diǎn)。

納米纖維素微晶在一定濃度的水溶液狀態(tài)下，能夠形成一種介于液體和晶態(tài)之間的有序液晶相，稱為溶致手性向列型液晶相。納米纖維素微晶的手性向列型液晶相結(jié)構(gòu)可用于制備高強(qiáng)度、高模量和具有特殊光學(xué)性質(zhì)的薄膜材料，也可以作為一種優(yōu)良的模板制備含手性結(jié)構(gòu)的多孔納米材料，在手性催化、手性分離、催化劑載體以及傳感器等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)，納米纖維素微晶手性結(jié)構(gòu)的調(diào)控和納米纖維素微晶基手性材料研制、應(yīng)用備受關(guān)注。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜的制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供通過(guò)上述制備方法制備得到的細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜的制備方法，包括以下操作步驟：

(1)細(xì)菌纖維素的酸水解：將細(xì)菌纖維素打散，然后稱取絕干細(xì)菌纖維素與64wt％硫酸溶液混合均勻，然后再加入羥丙基瓜爾膠(hpg)，反應(yīng)，得到膠體狀的溶液；

所述的絕干細(xì)菌纖維素、64wt％硫酸溶液、羥丙基瓜爾膠(hpg)的比例為8～12g：100～120ml：8～10g；

(2)離心除酸：將步驟(1)得到的膠體狀的溶液用10～12倍體積的去離子水稀釋，然后進(jìn)行離心處理收集上層懸浮液；

(3)透析去雜：將步驟(2)收集的懸浮液放入分子量為12000～14000的透析袋中用去離子水透析，直至透析液的ph值恒定；

(4)旋蒸濃縮：收集步驟(3)中透析袋內(nèi)的溶液，將其進(jìn)行旋蒸濃縮及超聲處理得到bc微晶懸浮液；

(5)干燥成膜：將步驟(4)中得到的bc微晶懸浮液放在培養(yǎng)皿中干燥，得到細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜，冷藏待用。

步驟(1)中所述的細(xì)菌纖維素是海南省某食品廠采用椰子水作為原料發(fā)酵合成的，食品級(jí)。

步驟(1)中所述的絕干細(xì)菌纖維素、64wt％硫酸溶液、羥丙基瓜爾膠(hpg)的比例為10g：100ml：8g。

步驟(1)中所述的反應(yīng)溫度為50～60℃，反應(yīng)時(shí)間為40～50min。

步驟(2)中所述的離心處理，具體為：先在6000～8000rpm下離心處理10～15min，重復(fù)離心三次去除上層溶液，收集下層沉淀物，從第四次開始離心速度調(diào)整為12000～16000rpm，離心處理10～15min，收集上層懸浮液。

步驟(4)中所述的旋蒸溫度為50～60℃，旋蒸壓力為120～160mbar，旋轉(zhuǎn)速率為30～40rpm，旋蒸時(shí)間為100～120min。

步驟(4)中所述的超聲處理的條件為超聲功率150～200w，溫度控制在0～10℃，處理時(shí)間15～20min。

步驟(4)中所述的bc微晶懸浮液濃度優(yōu)選為2.0wt％～3.0wt％。

步驟(5)所述的干燥優(yōu)選為自然干燥，溫度優(yōu)選為30℃，時(shí)間為48小時(shí)。

步驟(5)所述的培養(yǎng)皿材質(zhì)優(yōu)選為聚苯乙烯，直徑為6cm。

一種細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜，通過(guò)上述制備方法制備得到。

所述的細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜的性能指標(biāo)：纖維長(zhǎng)度：200～600nm；楊氏模量：50～80mpa；螺旋節(jié)距：310～396nm。

所述的細(xì)菌纖維素液晶虹彩膜在液晶彩色玻璃中的應(yīng)用。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

(1)本發(fā)明采用椰子水作為原料發(fā)酵生成的食品級(jí)細(xì)菌纖維素，具有來(lái)源廣，成本低廉的優(yōu)勢(shì)，是一個(gè)低能耗的綠色過(guò)程，適宜于工業(yè)化的量產(chǎn)。

(2)本發(fā)明在細(xì)菌纖維素水相體系中添加羥丙基瓜爾膠，這是一種環(huán)保廉價(jià)的多糖，能夠加強(qiáng)bc微晶膠狀溶液的凝膠化作用，對(duì)bc微晶手性結(jié)構(gòu)能起到調(diào)控效果，得到的細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜性能優(yōu)越，可作為功能膜材料應(yīng)用于液晶彩色玻璃領(lǐng)域。

(3)本發(fā)明采用低強(qiáng)度超聲波低溫分散處理，這是一種綠色環(huán)保的物理手段，在很溫和的低溫超聲環(huán)境中，利用超聲的能量通過(guò)剪切力和空腔化效應(yīng)轉(zhuǎn)移到葡聚糖鏈，促進(jìn)無(wú)定形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w形態(tài)。

(4)本發(fā)明成膜的制備工藝條件簡(jiǎn)單可控，易操作，重復(fù)性好。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例6制得的細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜的外觀形貌圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

本發(fā)明實(shí)施例中使用的細(xì)菌纖維素(食品級(jí))購(gòu)于海南省某食品廠，其它試劑藥品均可從市場(chǎng)購(gòu)買或按照現(xiàn)有技術(shù)方法制得。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的一種細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜的制備方法，具體制備步驟如下：

(1)細(xì)菌纖維素的酸水解：將采用椰子水發(fā)酵合成的食品級(jí)細(xì)菌纖維素先用分散機(jī)打散，然后稱取8g絕干與100ml64wt％硫酸溶液在不斷攪拌的條件下混合均勻，然后再加入8g羥丙基瓜爾膠(hpg)，在50℃水浴下反應(yīng)40min，得到膠體狀的溶液；

(2)離心除酸：將步驟(1)得到的膠體狀的溶液用10倍體積的去離子水稀釋，然后先在6000rpm下離心處理10min，重復(fù)離心三次去除上層溶液，收集下層沉淀物，從第四次開始離心速度調(diào)整為12000rpm，離心處理10min，收集上層懸浮液；

(3)透析去雜：將步驟(2)收集的懸浮液放入分子量為12000～14000的透析袋中用去離子水透析三天，直至透析液的ph值恒定；

(4)旋蒸濃縮：收集步驟(3)中透析袋內(nèi)的溶液，先將其進(jìn)行旋蒸濃縮：旋蒸溫度為50℃，旋蒸壓力為120mbar，旋轉(zhuǎn)速率為30rpm，旋蒸100min；接著在超聲波功率為150w下超聲處理15min，溫度控制在0℃，得到2.0wt％濃度的bc微晶懸浮液；

(5)干燥成膜：將步驟(4)中得到的bc微晶懸浮液放在直徑為6cm的聚苯乙烯培養(yǎng)皿中，在30℃條件下自然干燥48小時(shí)，得到細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜，冷藏待用。

本實(shí)施例的細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜的性能指標(biāo)：纖維長(zhǎng)度：200～498nm；楊氏模量：52mpa；螺旋節(jié)距：310nm。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的一種細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜的制備方法，具體制備步驟如下：

(1)細(xì)菌纖維素的酸水解：將采用椰子水發(fā)酵合成的食品級(jí)細(xì)菌纖維素先用分散機(jī)打散，然后稱取10g絕干與100ml64wt％硫酸溶液在不斷攪拌的條件下混合均勻，然后再加入9g羥丙基瓜爾膠(hpg)，在50℃水浴下反應(yīng)45min，得到膠體狀的溶液；

(2)離心除酸：將步驟(1)得到的膠體狀的溶液用11倍體積的去離子水稀釋，然后先在6000rpm下離心處理15min，重復(fù)離心三次去除上層溶液，收集下層沉淀物，從第四次開始離心速度調(diào)整為12000rpm，離心處理15min，收集上層懸浮液；

(3)透析去雜：將步驟(2)收集的懸浮液放入分子量為12000～14000的透析袋中用去離子水透析三天，直至透析液的ph值恒定；

(4)旋蒸濃縮：收集步驟(3)中透析袋內(nèi)的溶液，先將其進(jìn)行旋蒸濃縮：旋蒸溫度為50℃，旋蒸壓力為140mbar，旋轉(zhuǎn)速率為30rpm，旋蒸100min；接著在超聲波功率為150w下超聲處理20min，溫度控制在5℃，得到2.0wt％濃度的bc微晶懸浮液；

(5)干燥成膜：將步驟(4)中得到的bc微晶懸浮液放在直徑為6cm的聚苯乙烯培養(yǎng)皿中，在30℃條件下自然干燥48小時(shí)，得到細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜，冷藏待用。

本實(shí)施例的細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜的性能指標(biāo)：纖維長(zhǎng)度：211～537nm；楊氏模量：61mpa；螺旋節(jié)距：332nm。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的一種細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜的制備方法，具體制備步驟如下：

(1)細(xì)菌纖維素的酸水解：將采用椰子水發(fā)酵合成的食品級(jí)細(xì)菌纖維素先用分散機(jī)打散，然后稱取12g絕干與110ml64wt％硫酸溶液在不斷攪拌的條件下混合均勻，然后再加入10g羥丙基瓜爾膠(hpg)，在55℃水浴下反應(yīng)40min，得到膠體狀的溶液；

(2)離心除酸：將步驟(1)得到的膠體狀的溶液用12倍體積的去離子水稀釋，然后先在7000rpm下離心處理10min，重復(fù)離心三次去除上層溶液，收集下層沉淀物，從第四次開始離心速度調(diào)整為14000rpm，離心處理10min，收集上層懸浮液；

(3)透析去雜：將步驟(2)收集的懸浮液放入分子量為12000～14000的透析袋中用去離子水透析三天，直至透析液的ph值恒定；

(4)旋蒸濃縮：收集步驟(3)中透析袋內(nèi)的溶液，先將其進(jìn)行旋蒸濃縮：旋蒸溫度為55℃，旋蒸壓力為120mbar，旋轉(zhuǎn)速率為40rpm，旋蒸100min；接著在超聲波功率為200w下超聲處理15min，溫度控制在0℃，得到2.5wt％濃度的bc微晶懸浮液；

(5)干燥成膜：將步驟(4)中得到的bc微晶懸浮液放在直徑為6cm的聚苯乙烯培養(yǎng)皿中，在30℃條件下自然干燥48小時(shí)，得到細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜，冷藏待用。

本實(shí)施例的細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜的性能指標(biāo)：纖維長(zhǎng)度：324～600nm；楊氏模量：73mpa；螺旋節(jié)距：365nm。

實(shí)施例4

本實(shí)施例的一種細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜的制備方法，具體制備步驟如下：

(1)細(xì)菌纖維素的酸水解：將采用椰子水發(fā)酵合成的食品級(jí)細(xì)菌纖維素先用分散機(jī)打散，然后稱取12g絕干與120ml64wt％硫酸溶液在不斷攪拌的條件下混合均勻，然后再加入10g羥丙基瓜爾膠(hpg)，在60℃水浴下反應(yīng)45min，得到膠體狀的溶液；

(2)離心除酸：將步驟(1)得到的膠體狀的溶液用11倍體積的去離子水稀釋，然后先在7000rpm下離心處理15min，重復(fù)離心三次去除上層溶液，收集下層沉淀物，從第四次開始離心速度調(diào)整為14000rpm，離心處理15min，收集上層懸浮液；

(3)透析去雜：將步驟(2)收集的懸浮液放入分子量為12000～14000的透析袋中用去離子水透析三天，直至透析液的ph值恒定；

(4)旋蒸濃縮：收集步驟(3)中透析袋內(nèi)的溶液，先將其進(jìn)行旋蒸濃縮：旋蒸溫度為60℃，旋蒸壓力為140mbar，旋轉(zhuǎn)速率為30rpm，旋蒸110min；接著在超聲波功率為150w下超聲處理20min，溫度控制在10℃，得到3.0wt％濃度的bc微晶懸浮液；

(5)干燥成膜：將步驟(4)中得到的bc微晶懸浮液放在直徑為6cm的聚苯乙烯培養(yǎng)皿中，在30℃條件下自然干燥48小時(shí)，得到細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜，冷藏待用。

本實(shí)施例的細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜的性能指標(biāo)：纖維長(zhǎng)度：226～476nm；楊氏模量：50mpa；螺旋節(jié)距：347nm。

實(shí)施例5

本實(shí)施例的一種細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜的制備方法，具體制備步驟如下：

(1)細(xì)菌纖維素的酸水解：將采用椰子水發(fā)酵合成的食品級(jí)細(xì)菌纖維素先用分散機(jī)打散，然后稱取10g絕干與110ml64wt％硫酸溶液在不斷攪拌的條件下混合均勻，然后再加入9g羥丙基瓜爾膠(hpg)，在55℃水浴下反應(yīng)50min，得到膠體狀的溶液；

(2)離心除酸：將步驟(1)得到的膠體狀的溶液用10倍體積的去離子水稀釋，然后先在8000rpm下離心處理10min，重復(fù)離心三次去除上層溶液，收集下層沉淀物，從第四次開始離心速度調(diào)整為16000rpm，離心處理10min，收集上層懸浮液；

(3)透析去雜：將步驟(2)收集的懸浮液放入分子量為12000～14000的透析袋中用去離子水透析三天，直至透析液的ph值恒定；

(4)旋蒸濃縮：收集步驟(3)中透析袋內(nèi)的溶液，先將其進(jìn)行旋蒸濃縮：旋蒸溫度為55℃，旋蒸壓力為160mbar，旋轉(zhuǎn)速率為40rpm，旋蒸120min；接著在超聲波功率為200w下超聲處理20min，溫度控制在5℃，得到2.5wt％濃度的bc微晶懸浮液；

(5)干燥成膜：將步驟(4)中得到的bc微晶懸浮液放在直徑為6cm的聚苯乙烯培養(yǎng)皿中，在30℃條件下自然干燥48小時(shí)，得到細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜，冷藏待用。

本實(shí)施例的細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜的性能指標(biāo)：纖維長(zhǎng)度：314～583nm；楊氏模量：72mpa；螺旋節(jié)距：396nm。

實(shí)施例6

本實(shí)施例的一種細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜的制備方法，具體制備步驟如下：

(1)細(xì)菌纖維素的酸水解：將采用椰子水發(fā)酵合成的食品級(jí)細(xì)菌纖維素先用分散機(jī)打散，然后稱取10g絕干與100ml64wt％硫酸溶液在不斷攪拌的條件下混合均勻，然后再加入8g羥丙基瓜爾膠(hpg)，在50℃水浴下反應(yīng)50min，得到膠體狀的溶液；

(2)離心除酸：將步驟(1)得到的膠體狀的溶液用12倍體積的去離子水稀釋，然后先在8000rpm下離心處理15min，重復(fù)離心三次去除上層溶液，收集下層沉淀物，從第四次開始離心速度調(diào)整為16000rpm，離心處理15min，收集上層懸浮液；

(3)透析去雜：將步驟(2)收集的懸浮液放入分子量為12000～14000的透析袋中用去離子水透析三天，直至透析液的ph值恒定；

(4)旋蒸濃縮：收集步驟(3)中透析袋內(nèi)的溶液，先將其進(jìn)行旋蒸濃縮：旋蒸溫度為50℃，旋蒸壓力為160mbar，旋轉(zhuǎn)速率為40rpm，旋蒸110min；接著在超聲波功率為150w下超聲處理20min，溫度控制在5℃，得到2.5wt％濃度的bc微晶懸浮液；

(5)干燥成膜：將步驟(4)中得到的bc微晶懸浮液放在直徑為6cm的聚苯乙烯培養(yǎng)皿中，在30℃條件下自然干燥48小時(shí)，得到細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜，冷藏待用。

本實(shí)施例的細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜的性能指標(biāo)：纖維長(zhǎng)度：336～582nm；楊氏模量：80mpa；螺旋節(jié)距：375nm。

本實(shí)施例制得的細(xì)菌纖維素液晶相虹彩膜的外觀形貌圖，如圖1所示。從圖中可以觀察到有序排列的多層狀液晶相條紋，且具有特定左旋手性結(jié)構(gòu)，光學(xué)性能較好。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。