本发明属于空气过滤纸领域，具体涉及一种含有细菌纤维素的空气过滤纸材料及其制造方法。
背景技术：
：：随着我国经济的不断发展，近年来环境问题的不断凸显，大气污染问题尤为受到人们关注。城市环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标。空气过滤材料的应用不再局限于类似于食品、药品、高精尖材料等的生产制造业、科学研究等方面。它开始并且迅速的进入人们的生活中，防雾霾口罩、车内空气净化、家庭空气净化等等。细菌纤维素，作为新型的生物纤维，是天然的纳米级纤维材料，其由葡萄糖苷形成的原纤维束经过聚集构成的带状微纤丝束宽度仅为70-80nm，它的直径不到超细合成纤维直径的1/10，为棉纤维和木纤维的1/1000-1/100，是已知纤维中最细的。高透气性，以及亲肤性使其在人防过滤品市场有着其他材料不可比拟的优势和潜力。因此，细菌纤维素的应用，将极大的促进过滤材料市场发展。技术实现要素：：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种含有细菌纤维素的空气过滤纸材料。所述空气过滤纸以细菌纤维素纤维、玻璃纤维、植物纤维和化工合成纤维为原料，经湿法无纺布工艺抄造而成；所述的原料重量百分比组成为：细菌纤维素纤维5％～30％，玻璃纤维1％～8％，化工合成纤维40％～75％，植物纤维15％～45％；所述的细菌纤维素纤维的直径为50-200nm，长度为0.1-10μm；所述的玻璃纤维长度为10-1000μm；所述的化工合成纤维长度为1-10mm；所述的化工合成纤维可以是PE纤维、聚丙烯纤维或复合纤维的任意一种；所述的植物纤维可以是棉纤维或麻纤维；所述细菌纤维素纤维由细菌纤维素颗粒制备，所述的细菌纤维素颗粒制备方法如下：(1)种子培养条件为：将木糖葡糖酸醋杆菌接种至种子培养基中，在恒温摇床中25℃、120-150rpm培养40-48小时得种子液；(2)细菌纤维素发酵生产采用三段式控制：第一阶段：按5-10％的接种量将种子液接种至发酵培养基中，26-28℃，120-180rpm培养24小时；第二阶段：将培养温度调整为28-30℃，150-240rpm培养48小时；第三阶段：28-30℃、80-160rpm继续培养48小时，得到细菌纤维素发酵颗粒；(3)将发酵培养获得的细菌纤维素发酵颗粒经去离子水冲洗、1％NaOH溶液浸煮、去离子水冲洗至中性，得目标产物。所述培养基具体如下：(1)种子培养基：按重量1000份计，玉米粉5-15份，黄豆粉5-12份，白砂糖5-10份，酵母浸膏1-3份，胰蛋白胨1-3份，磷酸二氢钾3份，硫酸镁1份，余量为水，pH至6.8，121℃灭菌20分钟；(2)发酵培养基：按重量1000份计，玉米粉8-20份，豆粕粉5-20份，白砂糖5-15份，磷酸二氢钾2份，硫酸镁2份，氯化钙1份，余量为水，pH至6.8，121℃灭菌20分钟；所述玉米粉由整粒玉米粉碎至60目及以下；所述黄豆粉由黄豆粒粉碎至60目及以下；所述豆粕粉为一浸豆粕，粉碎至60目及以下；所述白砂糖为食用级合格品；所述酵母浸膏、胰蛋白胨、磷酸二氢钾、硫酸镁、氯化钙为市售常规试剂。本发明的另一个目的是提供一种上述的含有细菌纤维素纤维的空气过滤纸材料制备方法，具体如下：1、制备细菌纤维素纤维浆液：将细菌纤维素发酵颗粒加入到对辊粉碎机进行初步粉碎至直径小于1mm，再加入到超微胶体磨中，在转速6000-14000rpm，线速度25-40m/s下细磨5-10min；经过300-500目滤网压滤后，得到所需细菌纤维素纤维浆液；2、定量：将所得的细菌纤维素纤维浆液经均质机均质，均质压力40Mpa，时间10min，取适量进行烘干，测定细菌纤维素纤维浆液中纤维干基含量；3、制浆：按照纤维干基重量百分比：细菌纤维素纤维5％～30％，玻璃纤维1％～8％，化工合成纤维40％～75％，植物纤维15％～45％，分别将细菌纤维素纤维纤维浆液、玻璃纤维、化工合成纤维、植物纤维加入到打浆机，加入分散剂和水，配成纤维质量浓度为0.5％-1.5％的浆料，疏解匀浆25-45min，同时超声振荡10-30min制得造纸浆料；所述的匀浆机内加装超声振荡装置，频率为40KHZ；所述的疏解匀浆过程与超声振荡过程同时进行；4、抄纸：将造纸浆料输入到造纸机上进行抄造，经脱水干燥水分低于5％后得到成品。所述的分散剂为：聚氧化乙烯或聚丙烯酰胺；其用量为：绝干纸浆总重量的0.1％-0.6％。步骤1到步骤3所述方法，不仅限于本工艺使用，还可用于造纸、非织布制造行业等其他类细菌纤维素材料的处理和添加。步骤3所述的匀浆振荡装置不仅限于本工艺使用，还可用于其它纳米纤维、长短纤维混合使用。有益效果：(1)与现有技术相比，本发明的有益效果如下：得到的过滤纸纸质因细菌纤维素纤维的天然特性包括易降解、高纯度、良好的保湿透气性、高杨氏模量、高生物相容性等等，使得本产品也具有均匀透气、过滤效果极佳、舒适且亲肤性好、抗张强度高、有一定硬度、亲水性好、无毒无味、安全卫生；可用于家庭及医疗卫生用品。配合现有过滤材料使用，实现多级过滤，可满足高级别的空气净化要求。空气中0.5μm颗粒的阻留率可达到99％以上，0.3μm的颗粒阻留率可达到的98％以上；(2)本发明生产细菌纤维素纤维使用的培养基所用原料廉价易得、营养丰富全面、加工工艺简单；在降低原料成本的同时，显著提高了细菌纤维素产量至24g/L及以上，有效提高了细菌纤维素的产率，大幅度降低细菌纤维素的生产成本，有效促进细菌纤维素的推广应用；本发明用玉米粉、黄豆粉、豆粕粉作为细菌纤维素发酵培养的主料，较常规细菌纤维素发酵培养基成本降低5-7倍，而且营养全面，易与产物分离，有利于细菌纤维素的清洗和收集；本发明所提供的培养基不仅成本低、产率高，而且提高了纤维素的生产效率，经过136-144小时培养即可完成24g/L及以上的细菌纤维素发酵产量。本发明的细菌纤维素发酵方法，首次采用三段式变温变速的发酵方法，根据菌种的接种量及代谢变化调节温度及转速，操作简便，有效提高了细菌纤维素的产率。具体实施方法实施例1:一种含有细菌纤维素纤维的空气过滤纸材料及其制备一种空气过滤纸材料，由以下重量百分比的原料制备：细菌纤维素纤维10％，玻璃纤维3％，PE纤维45％，棉纤维42％；所述的细菌纤维素纤维的直径为50-200nm，长度为0.1-10μm；所述的玻璃纤维长度为10-1000μm；所述的PE纤维长度为1-10mm；所述空气过滤纸材料的制备方法如下：1、制备细菌纤维素纤维浆液：细菌纤维素颗粒制备：种子培养基：以1000份计，玉米粉15份，黄豆粉5份，白砂糖5份，胰蛋白胨1份，酵母浸膏2份，磷酸二氢钾3份，硫酸镁1份，余量为水，调节pH至6.8，121℃灭菌20分钟；发酵培养基：以1000份计，玉米粉20份，豆粕粉6份，白砂糖5份，磷酸二氢钾2份，硫酸镁2份，氯化钙1份，余量为水，调节pH至6.8，121℃灭菌20分钟；所述玉米粉由整粒玉米粉碎至60目及以下；所述黄豆粉由黄豆粒粉碎至60目及以下；所述豆粕粉为一浸豆粕，粉碎至60目及以下；所述白砂糖为食用级合格品；所述酵母浸膏、胰蛋白胨、磷酸二氢钾、硫酸镁、氯化钙为市售常规试剂。种子制备：超净工作台内将木糖葡糖酸醋杆菌CCTCCAB2040512斜面菌种接到种子培养基中，恒温摇床中25℃、150rpm培养48个小时，备用。细菌纤维素发酵第一阶段：将种子按10％的接种量接种至发酵罐中，180rpm、28℃培养24小时；第二阶段：将培养条件调整为30℃、210rpm培养48小时；第三阶段：将转速调整为140rpm，28℃培养48小时后过滤除去菌液得细菌纤维素颗粒材料。产物处理：用去离子水清洗所得颗粒材料，洗净残留培养基后用质量浓度1％氢氧化钠溶液90℃处理15分钟，去离子水冲洗至中性得BC(细菌纤维素)颗粒；将细菌纤维素颗粒，加入到对辊粉碎机进行初步粉碎至直径小于1mm，再加入到超微胶体磨中，在转速6000rpm，线速度40m/s下细磨5min；经过300目滤网压滤后，得到所需细菌纤维素纤维浆液；2、定量：将所得的细菌纤维素纤维浆液经均质机均质，均质压力40Mpa，时间10min，取适量进行烘干，测定细菌纤维素纤维浆液中纤维干基含量；3、制浆：按照重量百分比为：细菌纤维素纤维10％，玻璃纤维3％，PE纤维45％，棉纤维42％，分别加入到打浆机，加入分散剂和水，配成质量浓度为0.5％的浆料，疏解匀浆25min，同时超声振荡40KHZ15min制得造纸浆料；所述的分散剂为聚氧化乙烯，其用量为绝干纸浆总重量的0.3％；4、抄纸：将造纸浆料输入到造纸机上进行抄造，经脱水干燥后得到成品。所得成品质地均匀、抗张强度较高、有一定硬度、透气性好、风阻一般、过滤效果良好，空气中0.5μm颗粒的阻留率96％，0.3μm的颗粒的阻留率为90％。实施例2：一种含有细菌纤维素纤维的空气过滤纸材料及其制备一种空气过滤纸材料，由以下重量百分比的原料制备：细菌纤维素纤维20％，玻璃纤维3％，聚丙烯纤维53％，棉纤维24％；所述的细菌纤维素纤维的直径为50-200nm，长度为0.1-10μm；所述的玻璃纤维长度为10-1000μm；所述的聚丙烯纤维长度为1-10mm；所述空气过滤纸材料的制备方法如下：1、制备细菌纤维素纤维浆液：细菌纤维素颗粒制备：种子培养基：以1000份计，玉米粉10份，黄豆粉12份，白砂糖6份，酵母浸膏1份，胰蛋白胨1份，磷酸二氢钾3份，硫酸镁1份，余量为水，调节pH至6.8，121℃灭菌20分钟。发酵培养基：以1000份计，玉米粉14份，豆粕粉8份，白砂糖10份，磷酸二氢钾2份，硫酸镁2份，氯化钙1份，余量为水，调节pH至6.8，121℃灭菌20分钟。种子制备：超净工作台内将木糖葡糖酸醋杆CCTCCAB2040512菌斜面菌种接到种子培养基中，恒温摇床中25℃、150rpm培养48个小时，备用。细菌纤维素发酵：将种子按6％的接种量接种至发酵罐中，140rpm、27℃培养24小时；第二阶段：将培养条件调整为29℃、转速调整为240rpm培养48小时；第三阶段：将温度调整为30℃、转速调整为80rpm培养48小时后过滤除去菌液得细菌纤维素颗粒材料。其他处理方式如实施例1。将清洗好的颗粒加入到对辊粉碎机进行初步粉碎至直径小于1mm，再加入到超微胶体磨中，在转速14000rpm，线速度25m/s下细磨10min；经过500目滤网压滤后，得到所需细菌纤维素纤维浆液；2、定量：将所得的细菌纤维素纤维浆液经均质机均质，均质压力40Mpa，时间10min，取适量进行烘干，测定细菌纤维素纤维浆液中纤维干基含量；3、制浆：按照纤维干基重量百分比：细菌纤维素纤维20％，玻璃纤维3％，聚丙烯纤维53％，棉纤维24％，分别加入到打浆机，加入分散剂和水，配成质量浓度为0.9％的浆料，疏解匀浆30min，同时超声振荡40KHZ20min制得造纸浆料；所述的分散剂为聚丙烯酰胺，其用量为绝干纸浆总重量的0.6％；4、抄纸：将造纸浆料输入到造纸机上进行抄造，经脱水干燥后得到成品。所得成品质地均匀、抗张强度高、有一定硬度、透气性好、风阻较高、过滤效果优，空气中0.5μm颗粒的阻留率98％，0.3μm的颗粒的阻留率为95％。实施例3：一种含有细菌纤维素纤维的空气过滤纸材料及其制备一种空气过滤纸材料，由以下重量百分比的原料制备：细菌纤维素纤维17％，玻璃纤维7％，复合纤维60％，亚麻纤维16％；所述的细菌纤维素纤维的直径为50-200nm，长度为0.1-10μm；所述的玻璃纤维长度为10-1000μm；所述的复合纤维长度为1-10mm；所述空气过滤纸材料的制备方法如下：1、制备细菌纤维素纤维浆液：细菌纤维素颗粒制备：种子培养基配制：以1000份计，玉米粉5份，黄豆粉10份，白砂糖7份，胰蛋白胨2份，酵母浸膏2份，磷酸二氢钾3份，硫酸镁1份，余量为水，调节pH至6.8,121℃灭菌20分钟。发酵培养基配制：以1000份计，玉米粉10份，豆粕粉14份，白砂糖12份，磷酸二氢钾2份，硫酸镁2份，氯化钙1份，余量为水，调节pH至6.8,121℃灭菌20分钟。种子制备：超净工作台内将木糖葡糖酸醋杆菌CCTCCAB2040512斜面菌种接到种子培养基中，恒温摇床中25℃、130rpm培养40个小时，备用。细菌纤维素发酵第一价段：将种子按5％的接种量接种至发酵罐中，设定转速为120rpm，培养温度设定为26℃培养24小时；第二阶段：将发酵罐转速调整为180rpm，培养温度调整为28℃培养48小时；第三阶段：将转速调整160rpm，29℃培养48小时后过滤除去菌液得细菌纤维素颗粒材料。其他处理方式如实施例1。将清洗好的颗粒加入到对辊粉碎机进行初步粉碎至直径小于1mm，再加入到超微胶体磨中，在转速8000rpm，线速度30m/s下细磨8min；经过400目滤网压滤后，得到所需细菌纤维素纤维浆液；2、定量：将所得的细菌纤维素纤维浆液经均质机均质，均质压力40Mpa，时间10min，取适量进行烘干，测定细菌纤维素纤维浆液中纤维干基含量；3、制浆：按照纤维干基重量百分比：细菌纤维素纤维17％，玻璃纤维7％，复合纤维60％，亚麻纤维16％，分别加入到打浆机，加入分散剂和水，配成质量浓度为1.5％的浆料，疏解匀浆35min，同时超声振荡40KHZ25min制得造纸浆料；所述的分散剂为聚氧化乙烯，其用量为绝干纸浆总重量的0.4％；4、抄纸：将造纸浆料输入到造纸机上进行抄造，经脱水干燥后得到成品。所得成品质地均匀、抗张强度较高、硬度高、透气性好、风阻较高、过滤效果优，空气中0.5μm颗粒的阻留率96％，0.3μm的颗粒的阻留率为92％。实施例4：一种含有细菌纤维素纤维的空气过滤纸材料及其制备一种空气过滤纸材料，由以下重量百分比的原料制备：细菌纤维素纤维30％，玻璃纤维1％，PE纤维50％，棉纤维19％；所述的细菌纤维素纤维的直径为50-200nm，长度为0.1-10μm；所述的玻璃纤维长度为10-1000μm；所述的PE纤维长度为1-10mm；所述空气过滤纸材料的制备方法如下1、制备细菌纤维素纤维浆液：细菌纤维素颗粒制备：种子培养基：以1000份计，玉米粉11份，黄豆粉7份，白砂糖10份，酵母浸膏3份，胰蛋白胨3份，磷酸二氢钾3份，硫酸镁1份，余量为水，调节pH至6.8,121℃灭菌20分钟。发酵培养基：以1000份计，玉米粉8份，豆粕粉20份，白砂糖15份，磷酸二氢钾2份，硫酸镁2份，氯化钙1份，余量为水，调节pH至6.8,121℃灭菌20分钟。种子制备：超净工作台内将木糖葡糖酸醋杆CCTCCAB2040512斜面菌种接到种子培养基中，恒温摇床中25℃、120rpm培养48个小时，备用。细菌纤维素发酵第一阶段：将种子按8％的接种量接种至发酵罐中，160rpm、28℃培养24小时；第二阶段：将培养条件调整为30℃、150rpm培养48小时；第三阶段：29℃、110rpm培养48小时后过滤除去菌液得细菌纤维素颗粒材料。其他处理方式如实施例1。将清洗好的颗粒加入到对辊粉碎机进行初步粉碎至直径小于1mm，再加入到超微胶体磨中，在转速10000rpm，线速度35m/s下细磨7min；经过350目滤网压滤后，得到所需细菌纤维素纤维浆液；2、定量：将所得的细菌纤维素纤维浆液经均质机均质，均质压力40Mpa，时间10min，取适量进行烘干，测定细菌纤维素纤维浆液中纤维干基含量；3、制浆：按照纤维干基重量百分比为：细菌纤维素纤维30％，玻璃纤维1％，PE纤维50％，棉纤维19％，分别加入到打浆机，加入分散剂和水，配成质量浓度为0.8％的浆料，疏解匀浆25min，同时超声振荡40KHZ15min制得造纸浆料；所述的分散剂为聚丙烯酰胺，其用量为绝干纸浆总重量的0.5％；4、抄纸：将造纸浆料输入到造纸机上进行抄造，经脱水干燥后得到成品。所得成品质地均匀、柔软、抗张强度高、硬度低、透气性好、风阻较高、过滤效果极佳，空气中0.5μm颗粒的阻留率99％，0.3μm的颗粒的阻留率为97％。实施例5细菌纤维素制备对照试验1种子培养基：葡萄糖20g/L，蛋白胨5g/L，磷酸二氢钾4.3g，硫酸镁2.5g，氯化钠3g，调节pH至6.8；发酵培养基：自然发酵椰子水1000ml，蔗糖40g，酵母浸膏10g，磷酸二氢钾4.3g，硫酸镁2.5g，氯化钠3g，调节pH至6.8。其他细菌纤维素制备方法如实施例1。实施例6细菌纤维素制备对照试验2种子培养基及发酵培养基配制同实施例1，种子培养同实施例1，发酵培养采用7％的接种量接种至发酵罐中，30℃、120rpm培养120小时后过滤除去菌液得细菌纤维素颗粒材料。其他细菌纤维素制备方法如实施例1。表1：各试验组发酵培养基成本组别实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6培养基成本(元/L)0.2620.2750.3370.3171.4210.262产量(干重g/L)26.7324.8828.6925.661.9512.31当前第1页1 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