Name: 바인더로 박테리아 셀룰로오스를 활용하여 강력한 천연 섬유 프리폼 제조 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-05-22T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 47 s
Description: 배우세요 박테리아 셀룰로오스를 바인더로 활용하여 강력하고 견고한 천연 섬유 프리폼을 제조하는 방법을. 이 기술은 지속 가능한 고성능 생체 복합재 개발에 활용됩니다.

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저자는 SRS 및 작업 (EP/J013390/1를) 자금에 대한 후속 기금 KYL과 영국의 공학 및 물리 과학 연구위원회 (EPSRC)를 지원하기위한 비엔나 대학에게 감사의 말씀을 전합니다.

박테리아 셀룰로오스 - 사이 잘삼 섬유 현탁액의 1. 준비 <ol><li> 80 ° C에서 젖은 BC의 진공 건조 하룻밤 (O / N) 다음에 BC의 젖은 질량을 측정하여 BC의 습윤 건조 질량을 결정합니다. 건조되면, BC의 건조 질량을 측정한다. </li><li> BC의 사전 결정 습윤 건조 질량에서 건조 BC 18 g의 젖은 BC 펠리클 상당의 양을 측정한다. </li><li> 날카로운 가위를 사용하여 ~ ~ 2 cm의 작은 조각으로 젖은 BC의 펠리클을 잘라. 절단 한 후, 절단 펠리클의 수화 수 있도록 물 1 L에 BC의 펠리클을 담급니다. </li><li> 믹서기에 컷 BC 펠리클 피드와 혼합 과정이 원활 것 같은 믹서에 적당량의 물을 추가합니다. </li><li> 2 분 동안이 BC의 펠리클을 혼합. </li><li> 15 L 용기에 혼합 BC을 붓고 총 저수량은 (0.1 (㎍ / ㎖) %의 물에 BC 농도를 구성하는 유엔 당 박테리아 셀룰로오스의 비율 질량 14 L 될 때까지 물을 추가물 그 양). BC의 펠리클은 혼합에 대해 일괄 적으로 믹서에 공급해야 할 수도 있습니다. </li><li> 1~2cm 긴 섬유로 느슨한 사이 잘삼 섬유 (또는 단락 천연 섬유의 소스)의 72g을 잘라 BC 서스펜션에 추가합니다. 부드럽게 BC 현탁액 사이 잘삼 섬유의 균일 한 분산을 보장하기 위해 서스펜션을 저어. </li><li> 이 서스펜션 O / N.에 사이 잘삼 섬유를 적신다 </li></ol> 사이 잘삼 섬유 프리폼 2. 제조 <ol><li> 오픈 시트 금형 및 배수 밸브를 닫습니다. </li><li> 수위가 배​​킹 와이어에 도달 할 때까지 DI 물과 시스템을 채운다. </li><li> 시트 몰드베이스의 가운데 백업 와이어 100 메쉬 금속 성형 와이어를 놓습니다. </li><li> 닫기 및 시트 형 래치. 형성하는 와이어가 물에 잠긴 될 때까지 추가로 신선한 물을 추가합니다. </li><li> 시트 금형에 준비된 사이 잘삼 섬유 BC 서스펜션을 붓는다. 조심스럽게 사이 잘삼 섬유가 균일하게 DISTRIB를 보장하기 위해 현탁액을 교반금형에 걸쳐 uted. </li><li> 성형 와이어 사이 잘삼 섬유와 BC의 젖은 필터 케이크의 형성 될 것이다, 물을 배수하는 배수 밸브를 엽니 다. 즉시 물을 빼낸 후, 시트 금형을 열고 형성하는 와이어를 제거합니다. </li><li> 압지의 조각에 형성 와이어를 놓습니다. 추가 블롯 논문은 금속판이어서 필터 케이크의 상단에 배치된다. </li><li> 주위 필터 케이크를 플립. 성형 와이어는 이제 정상을 향하도록 형성하는 와이어를 제거하고 금속 플레이트 뒤에 필터 케이크의 위에 직접 추가 압지를 놓으십시오. </li><li> 물을 눌러 금속판에 10 kg 무게를 놓습니다. 압지가 완전히 젖었 때, 신선한 더럽히는 서류와 함께 더럽히는 서류를 교체, 10 kg의 무게를 사용하여 다시 필터 케이크를 누릅니다. </li><li> 블로 팅 용지 1 마지막 시간을 교체하고 섬유 프리폼을 통합하는 핫 프레스 1 톤 최종 압박을 수행. </li><li> 잔류 물을 증발을 돕기 위해 120 ° C의 최대 핫 프레스를 가열한다. 이 약 4 시간 소요됩니다. 실온 (RT)에 대한 뜨거운 언론의 온도를 줄이고 프리폼 전에 뜨거운 언론에서 제거에 냉각 할 수 있습니다. </li></ol> 3. BC-사이 잘삼 섬유 프리폼의 주사 전자 현미경 (SEM) <ol><li> 2 × 2 ㎠의 BC-사이 잘삼 섬유 프리폼을 잘라. </li><li> 탄소 탭을 사용하여 SEM 스텁에이 컷 프리폼 스틱. </li><li> 코트 1 분 동안 75mA에서 작동하는 크롬 스퍼터 코터의 샘플. </li><li> 5 kV의 이미지의 에너지 빔을 이용하여 인 - 렌즈 모드의 전계 방출 총 SEM으로 BC-잘삼 섬유 프리폼. 참고 : 전도성 접착제를 사용하여 SEM 스텁에 예비 성형품을 접착하지 않고 이미지에 사이 잘삼 섬유 프리폼을 시도하지 마십시오. 느슨한 섬유 SEM 챔버의 배기 중에 떨어져 흡인 전자총이 손상 될 것이다. </li></ol> V를 사용하여 4. 합성 제조최고 진공 보조 수지 주입 (VARI) <ol><li> 비 다공성 PTFE 코팅 유리 릴리스 직물 구성 도구 측면, 상단의 프리폼을 놓습니다. </li><li> 다공성 흐름 매체이어서도 박리 플라이라고도 다공질 PTFE 코팅 유리 방출 직물로 프리폼을 커버. 껍질 플라이와 유동 매체 모두 프리폼 (프로세스 회로도 그림 2 참조) 것을 커야한다. </li><li> VARI의 의도 된 수지의 입구와 출구의 오메가 튜브의 위치가 설정합니다. 오메가 튜브는 VARI에 배포하는 수지 주입하는 동안 설정할 수 있도록 다공성 유동 매체의 상단에 배치되어 있는지 확인합니다. 오메가 튜브의 길이는 유동 매체만큼 넓어야한다. </li><li> 세트 업의 주변의 주위에 장소 압력에 민감한 테이프. <ol><li> 압력에 민감한 테이프의 종이 뒷면이 여전히이 시점에서 테이프에 남아 있는지 확인합니다. </li><li> 의 구멍에 수지 공급 및 배출 튜브를 삽입오메가 튜브와 커버 플루오로 중합체 기반의 자루에 넣기 필름으로 설정하고 압력에 민감한 테이프를 사용하여 밀봉. </li><li> 수지 공급관 봉쇄. 브리더 천 위에 수지 배출 튜브의 타 단부를 위치. </li></ol></li><li> 숨 천 뒤에 섬유 프리폼은 내부 가방의 상단에 금속 접시를 놓습니다. 금속 플레이트는 프리폼의 크기 여야합니다. </li><li> 을 통해 가방 진공 밸브가하고 브리더 천 위에 밸브의 바닥 조각을 배치해야하는 위치를 식별합니다. </li><li> 내부 가방 주위에 진공 밀봉 테이프를 놓고 그 위에 진공 자루에 넣기 필름을 배치하고 봉인. 초과 진공 자루에 넣기 필름은 주름을 형성 할 것이다. </li><li> 봉인을 완료 주름 내부의 밀봉 테이프를 넣습니다. </li><li> 밸브의 바닥 조각과 가방 진공 밸브를 통해를 완료하기 위해 상단 부분에 나사 진공 자루에 넣기 필름에 작은 &#39;X&#39;를 잘라. 그것은 importa입니다이 누출 경로가 발생할 수로 상단 부분에서 진공 자루에 넣기 필름의 주름을 방지하기 위해 NT. </li><li> 빠른 연결 이음쇠를 연결하고 진공을 잡아 당깁니다. 이 과정에서 진공 배깅 필름은 주변으로 이동하고 과량이 필요한 곳​​에 배치 될 수있다. 진공 누출을 확인합니다. </li><li> 19. 드가 에폭시 수지와 경화제의 혼합 중에 갇혀 모든 기포를 제거하는 감압시에 수지 (100)의 중량비로 에폭시 및 경화제를 혼합하여 수지를 준비한다. </li><li> VARI 누설이없는 것으로 판단되는 설정되면, 오메가 튜브에 연결된 튜브를 통해 수지를 공급. </li><li> 수지는 섬유 프리폼에 스며들게하는 시간을 가지고 천천히 같은 공급되어 있는지 확인합니다. 수지가 수지 배출 튜브에서 유출 및 공기 방울이 배출 튜브에서 나오는 관찰 할 수있을 때까지 숨 천에 스며 들어 있습니다. </li><li> 배출 튜브를 밀봉하고 수지가 포스트 curi 다음, 실온에서 24 시간 동안 치료하는 것을 허용16 시간 동안 50 ° C에서 단계를 겨. 주 : (1) 경화 사이클은 종속 수지이다. (2) 최대 진공 VARI 내에서 달성하는 것이 매우 중요합니다 설정하고 셋업 내에 진공 누설이 없습니다. 가난한 VARI는 제조 된 복합 재료 및 복합 재료 내에서 크게 감소 섬유 부피 분율에서 기공 발생합니다 (최대 진공 또는 누설을 달성하지 못한 경우)을 설정. (3) 에폭시기 대 경화제 비 의존적 수지이다. 이전의 혼합에 에폭시 - 투 - 경화제 비율은 수지의 제품 데이터 시트를 확인하시기 바랍니다. </li></ol>

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<li>Saito, T., Kuramae, R., Wohlert, J., Berglund, L. A., Isogai, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+Ultrastrong+Nanofibrillar+Biomaterial%3A+The+Strength+of+Single+Cellulose+Nanofibrils+Revealed+via+Sonication-Induced+Fragmentation%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">An Ultrastrong Nanofibrillar Biomaterial: The Strength of Single Cellulose Nanofibrils Revealed via Sonication-Induced Fragmentation.</a> Biomacromolecules. 14, 248-253 (2013).</li>
<li>Impregnating a fibrous reinforcing substrate with a resin, by using a vacuum and differential pressure in a dual chambered system. US patent. , US7413694-B2; US2012231107-A1; US2008220112-A1; US8356989-B2 (2001).</li>
<li>Vacuum assisted moulding of fibre reinforced plastic structures|in which even distribution of resin is ensured by removable medium having upwardly facing openings and connecting lateral passages. US patent. , US4902215-A (1989).</li>
</ol>

저자가 공개하는 게 없다.

우리는 느슨한 사이 잘삼 섬유가 BC와 결합 할 수 있음이 실험에서 보여 주었다. 그러나, 섬유의 선택은 단지 잘삼 섬유로 한정되지 않는다. 예컨대 아마 및 대마와 같은 섬유, 다른 형태도 사용될 수있다. 이 외에도, 우리는 또한 나무 가루, 재활용 종이, 펄프를 용해하는 것은도 (아직 게시되지 않은 결과) BC 바인더를 사용하여 강성과 강력한 예비 성형품에 바인딩 할 수 있습니다 나타났습니다. 기준은 사용 된 섬유는 친수성과 물을 흡수해야한다는 것이다. 전술 한 바와 같이, 섬유의 친수성은 매질에 분산되어 BC에서 드로잉, 물을 흡수한다. BC 이러한 친수성 ​​섬유의 표면에 대해 여과하고, 섬유가 건조시키고 BC 코팅 층을 형성한다. 박테리아 셀룰로오즈는 천연 섬유 5, 29, 30의 존재하에 아세토의 xylinus를 배양하여 천연 섬유 주위에 증착 될 수있는 반면,이 과정은 힘들고 재첩의 pH의 엄격한 제어 및 용존 산소 함량이 비싼 생물 반응기. 우리의 개선 된 방법은, 다른 한편으로는, 제지 방법 (예 : BC 현탁액에 천연 섬유를 분산)에 기초하고 생물 반응조 (31)가 필요 없다. 무작위로 부직포 (짧은 무작위로 지향) 천연 섬유 프리폼 느슨한 압축 섬유 (33)를 통해 고분자 섬유 (일반적으로 폴리 에스테르) (기본적으로 바느질) 니들 펀칭에 의해 생산 중심의 복합 천연 섬유의 응용 프로그램에 관해서. 합성하기 위해, 광섬유 프리폼이어서 금형에 넣고 수지로 주입된다. 고분자 섬유는 (일반적으로 아마, 대마, 또는 황마) 또는 천연 섬유 서스펜션과 진공에 분산은 고분자의 부피 분율 (50 권. %)에서 35 필터링 천연 섬유 (34)으로 혼합 할 수 있습니다. 이 폴리머 섬유 천연 섬유 매트 (프리폼)을 연속적으로 P에 폴리머를 용융 가열복합 구조를 roduce. 복합 재료의 제조 후자 프로세스 행렬들의 분류 가능한 따라서 프리폼을 위하여 사용될 수있다 (중합체 섬유의 분해 온도보다 낮은 온도에서 용융한다) 본질적으로 확장 가능하지만 고분자 섬유의 선택에 의해 제한된다 복합 재료를 만들 수 있습니다. 우리의 방법을 사용하여, BC는 바인더로서 작용 않을뿐만 아니라, 또한 나노 보강재 (32)로서 작용한다. 전술 한 바와 같이, 개별 BC 나노 파이버의 영률은 114 GPa의 것으로 추정되었다. BC의 단일 섬유의 인장 강도를 알 수없는 반면, 하나의 TEMPO 산화 피막이 나무와 섬유의 인장 강도는 최근 초음파 유도 캐비테이션 (36)를 사용하여 측정하고 있습니다. 0.8-1.5 GPa의 사이의 인장 강도는 이러한 단일 나노 파이버에 대해 측정 하였다. 이러한 기계적 특성, BC의 결합 가능성과 함께, 진정한 녹색 무작위로 지향 짧은 타고난를 생성 할 수있는 훌륭한 후보 BC했다기존의 섬유 강화 폴리머를 초과하는 기계적인 성능을 알 섬유 강화, 박테리아 셀룰로오스 강화 신 재생 복합. 복합 제조 기간, 우리의 선호 제조 공정 (도 SEEMANN 과정 38이라고도 함)보다 기존의 단일 부대 진공 보조 수지 주입, DBVI 달리 Waldrop 등. (37)에 의해 개발 된 논의 더플 백 진공 보조 수지 주입 (DBVI)입니다 주입 공정 (그림 2 참조) 중 두 개의 독립적 인 진공 가방을 사용합니다. SEEMANN 프로세스 제조 합성을 위해 작동하는 동안,이 과정은 수​​지의 흐름 앞 뒤 진공 부대 휴식으로 고생 할 수도 있습니다. 이 때, 이완이 발생 영역은 소프트 해면질 느낄 것이다. 진공 부대 휴식 진공 부대로 인해 최소 저항의 경로에 액체 수지의 특혜 흐름에 떨어져 흐름 매체로부터 이동 될 것입니다. 티그의 제조 된 복합 재료는 불균일 섬유 체적 분율 (즉, 완화 영역은 진공 부대의 비 이완 영역보다 낮은 섬유 체적 분율을 가질 것이다)이 발생할 것이다. 내부 진공 부대는 액상 수지의 흐름 앞 뒤 이완 결코로 DBVI이 단점으로 고생하지 않습니다. 그 결과, 얻어진 복합 패널은 평균 섬유 체적 분율 균일 두께보다 높을 것이다. 또한, 외측 진공 부대의 사용은 시스템 중복성을 제공하고, 액체 주입 공정의 진공 무결성을 향상시킨다.

꾸준히 증가하고 유가와 지속 가능한 미래에 대한 대중의 수요가 촉발과 녹색 물질, 특히 고분자 및 복합 재료의 연구 개발을 부활했다. 불행하게도, 녹색 또는 신 재생 폴리머의 열 - 기계적 성능은 기존의 석유 기반 폴리머 1에 비해 자주 떨어집니다. 예를 들어, 시판되는 폴리 락 티드 (PLA) 및 폴리 히드 록시 부티레이트 (PHB)이 취성이고 저가 열 변형 온도를 갖는다. 일반적으로 사용되는 석유 계 엔지니어링 재료의 성능과 일치하거나 심지어 초과 재생 재료를 만드는 한 가지 해결책은 과거에서 배울이고; 헨리 포드는 신 재생 폴리머의 특성을 향상시키기 위해, 즉 보강 2 bio-based/renewable 폴리머를 결합, 복합 전략을 사용했다. 그것은 종종 천연 섬유가 있기 때문에 자신의 저렴한 비용, 낮은 밀도, renewabili의 강화 등으로 최적의 후보를 제공한다는 주장타이와 생분해 성 3. 천연 섬유 복합 재료는 피어 리뷰 학술지의 수가 기하 급수적으로 증가한다 (그림 1) (4)에 의해 알 수있는 바와 같이, 1990 년대에 르네상스를 보았다. 그러나, 천연 섬유와 대부분의 열가소성 수지의 소수성 특성의 친수성은 종종 종종 발생 섬유 강화 폴리머 복합 재료의 가난한 기계적 성능 결과 가난한 섬유 매트릭스 접착 5, 결과에 대한 것이다. 이 문제를 해결하기 위해 수많은 연구진은 화학적으로 천연 섬유 6,7의 표면을 수정하려고 시도했습니다. 이러한 화학적 변형이 아세틸 8 실릴 9, 10을 접목 폴리머, 이소시아네이트 치료 11, 12, 말레 커플 링제 13-17의 사용, 벤조일 (18)를 포함한다. 이러한 화학적 처리가 천연 섬유보다 소수성 경우에도, 그 결과 천연 섬유 강화D 폴리머는 여전히 기계적 성능 (19)의 측면에서 제공하지 못했습니다. 토마 (20)는이 오류가 anisotropicity와 천연 섬유의 확장의 높은 선형 열 계수의 결과가 될 수 있다는 가설을 세웠다. 이 외에도, 천연 섬유는 또한 제한된 처리 온도 21 뱃치 가변성 3, 유리, 아라미드, 카본 섬유 및 적합한 제조 공정의 부족 등의 합성 섬유와 비교하여 낮은 인장 강도 등의 단점으로 고생 고분자 복합 재료를 강화 천연 섬유를 생산하고 있습니다. 따라서, 보강 천연 섬유를 사용하여 친환경 소재 및 석유 기반 폴리머 사이의 상기 속성 성능 격차를하기에 충분하지 않을 것입니다. Nanocellulose은 신흥 녹색 보강제이다. 특히, nanocellulose 같은 세균성 cellulos라고도 아세토 박터 종 (22)에서와 같은 박테리아에 의해 생산전자 의한 셀룰로오스의 결정 (24)의 높은 강성과 강도를 악용의 가능성에 녹색 재료 (23)의 디자인에 대한 흥미로운 대안으로 역할을합니다. 단일 크리스탈 셀룰로오스의 강성은 X 선 회절, 라만 분광법 및 수치 시뮬레이션을 이용하여 약 25-27 100-160 GPa의 것으로 추정되었다. 이 유리 섬유 아무리 치밀 ~ 70 GPa의,보다 높다. 박테리아 셀룰로오스 (BC)도 본질적으로 나노 크기의 약 50 ㎚, 길이 28에서 수 마이크로 미터의 직경입니다. 우리는 천연 섬유 5,29,30의 존재에 아세토의 xylinius을 배양하여 BC의 레이어와 코트 자연 (사이 잘 대마) 섬유에 방법을보고했다. 이 PLLA와 BC 코팅 된 천연 섬유 29, 31 사이의 개선 된 계면 접착되었다. 이들 섬유를 코팅하는 공정을 단순화하기 위해, 리 외. 31 천연 (잘삼) fibe의 코팅의 방법을 개발생물 반응기를 사용하지 않고 RS. 건조 사이 잘삼 섬유 BC 현탁액에 침지되어있다이 방법은, 슬러리 디핑 프로세스를 기반으로합니다. 이 방법 (32)의 확장은 일반적인 복합 구조물 제조에 적합한 사이 잘삼 섬유 프리폼을 생산하는 느슨한 사이 잘삼 섬유와 BC를 포함하는 현탁액을 필터링 할 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>세균성 셀룰로오스</td><td>fzmb</td><td>9004-34-6</td><td>CAS 번호는 셀룰로오스 사이잘 섬유의 CAS 번호를 기반으로 합니다</td></tr><tr><td></td><td>Wigglesworth Co., Ltd, UK</td><td></td><td>섬유 유형은 모든 유형의 천연 섬유로 대체할 수 있습니다</td></tr><tr><td>Prime 20 ULV</td><td>SP Gurit</td><td></td><td>수지 유형은 진공 보조 수지 주입</td></tr><tr><td>을 위해 설계된 모든 유형의 액체 수지로 대체할 수 있습니다Formax 표준 시트 금형</td><td>Adirondack Machine Corporation</td><td></td><td>이 장비는 B&uuml로 교체할 수 있습니다. Chner 깔때기.</td></tr><tr><td>진공 펌프</td><td>Edwards, UK</td><td>XDS 5</td><td></td></tr><tr><td>Hot plate</td><td>Wenesco Inc, USA</td><td>HP 1836-AH</td><td></td></tr><tr><td>다공성 PTFE 코팅 유리 이형 직물</td><td>Tygavac Advaced Materials Ltd, 영국</td><td>TFG075P</td><td></td></tr><tr><td>Omega tubes</td><td>Tygavac Advaced Materials Ltd, 영국</td><td>Omegaflow 313</td><td></td></tr><tr><td>브리더 천</td><td>EasyComposites Ltd, 영국</td><td></td><td></td></tr><tr><td>압력 민감한 테이프</td><td>Aerovac, 영국</td><td>SM5127</td><td></td></tr><tr><td>진공 배깅 필름(FEP)</td><td>Tygavac Advaced Materials Ltd, 영국</td><td>RF260</td><td></td></tr><tr><td>진공 배깅 필름(나일론)</td><td>Aerovac, 영국</td><td>Capran 519</td><td></td></tr></tbody></table>

바인더로 박테리아 셀룰로오스를 활용하여 강력한 천연 섬유 프리폼 제조

Manufacturing Of Robust Natural Fiber Preforms Utilizing Bacterial Cellulose as Binder

강성과 강력한 천연 섬유 프리폼을 제조하는 새로운 방법이 여기에 표시됩니다. 이 방법은 느슨한 짧은 잘삼 섬유 세균성 셀룰로스를 함유하는 현탁액에 분산되어있다 제지 공정에 기초한다. 섬유와 nanocellulose의 현탁액을 (진공 또는 중력을 이용하여), 여과하고, 젖은 필터 케이크는 물을 짜내하기를 누르면, 건조 단계가옵니다. 이 함께 느슨한 천연 섬유를 들고, 박테리아 셀룰로오스 네트워크의 hornification 발생합니다. 우리의 방법은 특별히 친수성 ​​섬유의 강성과 견고 예비 성형품의 제조에 적합합니다. 이러한 섬유의 다공성 친수성 ​​서스펜션에 분산 박테리아 셀룰로오스 그리기, 큰 물 흡수가 발생합니다. 박테리아 셀룰로오스는 박테리아 셀룰로오스의 코팅을 형성,이 섬유의 표면에 필터링됩니다. 때 느슨한 섬유 세균 세포ulose 현탁액을 여과하고 건조되고, 인접하는 박테리아 셀룰로오스 네트워크를 형성하고, 서로 다르게 느슨한 섬유를 잡아 hornified. 프리폼에 박테리아 셀룰로오스의 도입은 섬유 프리폼의 기계적 성질의 상당한 증가의 결과. 이것은 박테리아 셀룰로오스 네트워크의 고 강성 및 강도에 기인 할 수있다. 이 예비 성형체로, 재생 가능한 고성능 계층 복합체는 또한 수지 막 주입 (RFI) 또는 레진 트랜스퍼 몰딩 (RTM) 등의 종래의 합성 제조 방법을 사용하여 제조 할 수있다. 여기에, 우리는 또한 수지 주입을 지원 더플 백 진공을 사용하여 재생 계층 복합 재료의 제조에 대해 설명합니다.

BC 바인더없이, 짧은, 느슨한 사이 잘삼 섬유는 섬유 사이의 마찰과 얽힘에 의해 함께 개최됩니다. 결과적으로,.도 3은 3 점 굽힘 모드에 가해지는 하중과, 바인더로서 BC없이 잘삼 섬유 프리폼을 도시이 프리폼은 느슨 훨씬 무게를지지 할 수 없었다. 프리폼 오히려 느슨한 것으로 볼 수 있으며, 부하가 폴리 프로필렌 컵에 물을 추가하여 적용되는 경우, 프리폼은 심각 편향시키기 시작한다. 적용 부하는 물 40g에 해당합니다. 20 중량. % BC 이러한 짧은 느슨한 사이 잘삼 섬유 바인더로 사용 된 경우에는, 단단한 섬유 프리폼 제조된다. 이 프리폼은 상당한 편향 (그림 3)없이 전체 폴리 프로필렌 컵의 부하 (~ 170g)을 견딜 수 있습니다. 전형적인 BC-잘삼 섬유 프리폼의 주사 전자 현미경 사진을도 4에 나타낸다. BC가 표면을 덮고있는 것으로 볼 수있다사이 잘삼 섬유. 이 효과는 사이 잘삼 섬유 (또는 다른 천연 섬유)의 친수성 ​​때문이다. 사이 잘삼 섬유의 친수성은 매질에 분산되어 BC에서 드로잉, 물을 흡수한다. BC는 천연 섬유의 기공보다 크기 때문에, 그들은 섬유에 침투 할 수 없었다. 대신, 그들은 잘삼 섬유의 표면에 대해 여과하고, 섬유가 건조시키고 BC 코팅 층을 형성 하였다. 장력 하에서 이러한 섬유 프리폼의 기계적 성능을 표 1에 도표화되어있다. 인해 70 % ~의 다공성 섬유 프리폼의 다공성 특성으로 모재의 인장 강도 (단위 면적당 하중)은 잘 정의되지 않는다. 그러므로, 우리는 인장력하고 시험편의 인장 지수 (단위 평량 당 인장력) (재료, 우리 실험에서 15mm이다 단위 폭당 시험편을 실패하는 데 필요한 하중) 표로. 12.1 KN · m -1의 장력과 장력 인덱스<html> 20 중량. %의 BC가 바인더로 사용했을 때 15 N · M · G -1을 각각 측정 하였다. 섬유 프리폼이 느슨 그러나, 깔끔한 사이 잘삼 섬유 프리폼의 인장 특성은 측정하지 않았다. 그림의 전설 : <img alt="그림 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51432/51432fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51432/51432fig1.jpg" /> 천연 섬유 및 복합 재료 분야의 출판물의 그림 1. 수. 데이터는 각각의 자연 FIB * &#39;와&#39;복합 * &#39;의 키워드 검색을 사용하여 지식의 웹에서 수집 하였다. 미국의 과학 출판 회사의 종류 허가를 비스마르크 등. 4에서 획득 files/ftp_upload/51432/51432fig2.jpg &quot;/&gt; 그림 2. 더블 가방 진공 보조 수지 주입의 개략도. <img alt="그림 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51432/51432fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51432/51432fig3.jpg" /> 그림 3. (위 두 이미지)없이 바인더 (아래 두 이미지) BC와 사이 잘삼 섬유 프리폼의 굽힘 강성의 차이를 보여주는 사진. <img alt="그림 4" fo:content-width="3in" fo:src="/files/ftp_upload/51432/51432fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51432/51432fig4.jpg" /> .. 다양한 배율 바인더로 BC를 사용하여 일반적으로 천연 섬유 프리폼의 그림 4 주사 전자 현미경 사진 위 : 100X, 중 : 1000 X 아래 : 25,000 X, 각각. (a)와 (b)를 나타내는 SI샐 섬유와 BC 나노 피 브릴, 각각. <table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> 자료 </td><td> 인장 힘 (KN · m -1) </td><td> 인장 지수 (N · M · G-1) </td></tr><tr><td> 깔끔한 사이 잘삼 프리폼 </td><td> 측정하지 않음 </td><td> 측정하지 않음 </td></tr><tr><td> BC-사이 잘삼 프리폼 </td><td> 12.1 ± 2.4 </td><td> 15 ± 3 </td></tr></tbody></table> 표 1. 바인더와와 BC없는 사이 잘삼 섬유 프리폼의 인장 특성,.

우리는 제지 공정을 사용하여 강성과 견고 짧은 천연 섬유 프리폼을 제조하는 신규 한 방법을 제시한다. 박테리아 셀룰로오스는 느슨한 섬유 바인더로 동시에 작용하고 섬유 프리폼에 강성을 제공합니다. 이러한 프리폼 진정한 녹색 계층 복합재를 생산하기 위해 수지를 주입 할 수있다.

A novel method of manufacturing rigid and robust natural fiber preforms is presented here. This method is based on a papermaking process, whereby loose ...

본 절차의 전반적인 목표는 박테리아 셀룰로오스를 바인더로 사용하여 견고하고 강직한 천연 섬유 프리폼을 제작하고, 전통적인 복합재 제조 공정을 통해 재생 가능한 계층적 복합재를 생산하는 것입니다. 이는 먼저 물에 박테리아 셀룰로오스 현탁액을 제조함으로써 수행됩니다. 두 번째 단계는 낱개의 짧은 천연 섬유를 박테리아 셀룰로오스 현탁액에 분산시키는 것입니다.다음으로, 생성된 천연 섬유 박테리아 셀룰로오스 현탁액을 여과하여 과잉 수분을 제거합니다. 마지막 단계는 필터 케이크를 응고 및 건조시켜 견고하고 단단한 섬유 프리폼을 형성하는 것입니다. 최종적으로, 이 섬유 프리폼에 액상 수지를 침투시켜 고성능 박테리아 셀룰로오스 강화 천연 섬유 강화 재생 가능 복합재를 제조할 수 있습니다.이 절차의 시연은 mata, Kang, 그리고 C.가 진행합니다. 이 절차를 시작하기 전, 미리 결정된 박테리아 셀룰로오스의 습중량 대 건중량 비율을 이용하여 건조 박테리아 셀룰로오스 18g에 해당하는 습윤 박테리아 셀룰로오스 펠렛의 양을 측정하십시오. 그 다음, 날카로운 가위를 사용하여 습윤 박테리아 셀룰로오스 펠렛을 약 1~2cm 크기의 작은 조각으로 자릅니다. 절단 후, 박테리아 셀룰로오스 펠렛을 1L의 물에 담가 수화시킵니다.절단된 박테리아 셀룰로오스 펠릿을 블렌더에 넣고, 블렌딩 과정이 원활하게 진행될 수 있도록 물 300~500 mL를 추가합니다. 그런 다음 펠릿을 2분 동안 블렌딩합니다. 완료되면 블렌딩된 박테리아 셀룰로오스를 15리터 용기에 붓고, 전체 물의 부피가 14리터가 될 때까지 물을 추가하여 물 내 박테리아 셀룰로오스 농도를 0.1 w/v%로 맞춥니다.다음으로, 72g의 느슨한 크기의 섬유를 1~2cm 길이로 잘라 박테리아 셀룰로오스 현탁액에 넣습니다. 스패튤라로 현탁액을 가볍게 저어 시잘 섬유가 박테리아 셀룰로오스 현탁액에 균질하게 분산되도록 합니다. 이때, 수위가 지지 와이어에 도달할 때까지 시트 포머를 탈이온수로 채웁니다.시트 몰드 베이스 중앙의 백킹 와이어 위에 50 mesh 금속 성형 와이어를 놓은 다음 시트 몰드를 닫고 잠급니다. 그다음 성형 와이어가 물에 잠길 때까지 깨끗한 물을 추가합니다. 준비된 시잘 섬유 박테리아 셀룰로오스 현탁액을 시트 몰드에 붓습니다.스패튤라로 현탁액을 부드럽게 저어 섬유의 크기가 몰드 전체에 균일하게 분포되도록 합니다. 그 다음, 배수 밸브를 열어 물을 빼내면 성형 와이어 위에 시잘 섬유와 박테리아 셀룰로오스로 이루어진 젖은 필터 케이크가 형성됩니다. 물이 다 빠진 직후, 시트 몰드를 열고 성형 와이어를 제거합니다.성형 와이어를 블로팅 페이퍼 위에 놓습니다. 그 다음 필터 케이크 위에 블로팅 페이퍼 세 장을 추가로 얹고, 그 위에 금속판을 올립니다. 이어서 성형 와이어를 이용해 필터 케이크를 뒤집습니다.이제 윗면이 위로 오게 하여 이를 제거하고, 필터 케이크 위에 블로팅 페이퍼 3장을 추가로 직접 올린 후 금속판을 덮습니다. 금속판 위에 10 kg 무게추를 올려 물기를 짜냅니다. 블로팅 페이퍼가 완전히 젖으면 새 블로팅 페이퍼로 교체하고 10 kg 무게추를 사용하여 필터 케이크를 다시 누릅니다.블로팅 페이퍼를 마지막으로 한 번 더 교체한 후, 핫 프레스에서 1톤의 최종 가압을 수행하여 섬유 프리폼을 다집니다. 잔류 수분의 증발을 돕기 위해 핫 프레스를 120 °C까지 가열합니다. 4시간 후, 핫 프레스의 온도를 상온으로 낮추고 프리폼이 식으면 이를 제거합니다.내부 및 외부 설정의 주변부에 압력 민감성 테이프를 부착합니다. 그다음, 비다공성 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 PTFE 코팅 유리 이형 직물로 구성된 툴링 측면 위에 프리폼을 배치합니다. 프리폼을 펠 플라이(peel ply)라고도 알려진 다공성 PTFE 코팅 유리 이형 직물로 덮은 후, 다공성 유동 매질을 덮습니다.진공 보조 수지 주입(VARI) 설정의 예정된 수지 유입구와 유출구에 오메가 튜브를 배치합니다. 수지가 VARI 설정 내로 고르게 분산될 수 있도록 오메가 튜브가 다공성 유동 매체 위에 놓였는지 확인하십시오. 주입 과정 중에 수지 공급 튜브와 배출 튜브를 오메가 튜브의 개구부에 삽입합니다. 그 다음, 불소-에틸렌 공중합체 기반의 배깅 필름으로 설정을 덮고 감압 테이프를 사용하여 밀봉합니다.섬유 프리폼이 있는 내부 백 위에 금속 플레이트를 놓고, 그 위에 브리더 천(breather cloth) 조각을 올립니다. 수지 공급 튜브를 밀봉한 후, 수지 배출 튜브의 반대쪽 끝을 브리더 천 위에 배치합니다. 관통 백 진공 밸브가 위치해야 할 지점을 확인한 후, 밸브의 하단 부분을 브리더 천 위에 놓습니다.내부 백 위에 진공 배깅 필름을 덮고 밀봉합니다. 그런 다음 실런트 테이프 위에 플레이트를 놓아 밀봉을 완료합니다. 밸브의 하단 부분이 위치한 진공 배깅 필름에 작은 X자 모양으로 절개한 후, 상단 부분을 나사로 고정하여 백 관통 연결을 완료합니다.진공 밸브. 퀵 커넥트 피팅을 연결하고 진공을 가합니다. 그 후 진공 누설 여부를 확인합니다.다음으로, 에폭시와 경화제를 100:19의 중량비로 혼합하여 수지를 준비합니다. 에폭시 수지와 경화제를 혼합하는 동안 갇힌 모든 기포를 제거하기 위해 감압 상태에서 수지를 탈포합니다. 장치에 누설이 없음을 확인한 후, 오메가 튜브에 연결된 튜빙을 통해 수지를 주입합니다. 이때 수지가 섬유 프리폼에 충분히 함침될 수 있도록 천천히 주입하십시오.수지 배출 튜브에서 수지가 흘러나와 브리더 천에 스며들게 하며, 배출 튜브에서 공기 방울이 더 이상 관찰되지 않을 때까지 기다립니다. 마지막으로 배출 튜브를 밀봉하고 실온에서 24시간 동안 수지를 경화시킨 후, 박테리아 셀룰로오스 바인더 없이 50 °C에서 16시간 동안 후경화 단계를 거칩니다. 짧고 느슨한 시잘 섬유들은 섬유 간의 마찰과 엉킴에 의해서만 서로 결합된 상태를 유지합니다.그 결과, 이 프리폼은 느슨하며 많은 하중을 견딜 수 없습니다. 여기에 박테리아 셀룰로오스가 포함되지 않은 시잘 섬유 프리폼이 나와 있습니다. 3점 굽힘 모드로 하중을 가한 바인더로서, 프리폼이 상당히 느슨한 것을 확인할 수 있으며, 폴리프로필렌 컵에 40 g의 물을 추가하여 하중을 가하면 프리폼이 심하게 휘어지기 시작합니다.하지만, 이 짧고 헐거운 시잘 섬유의 바인더로 박테리아 셀룰로오스를 28% 사용했을 때, 견고한 섬유 프리폼이 제조되었습니다. 이 프리폼은 170 g 무게의 폴리프로필렌 컵 전체의 하중을 큰 변형 없이 견딜 수 있습니다. 일반적인 박테리아 셀룰로오스 시잘 섬유 프리폼의 주사 전자 현미경 사진이 여기에 나타나 있습니다.박테리아 셀룰로오스가 시잘 섬유의 표면을 덮고 있는 것을 확인할 수 있습니다. 이러한 현상은 시잘 섬유의 친수성 특성 때문입니다. 시잘 섬유의 친수성 특성이 물을 흡수하면서 배지에 분산되어 있는 박테리아 셀룰로오스를 끌어당깁니다.박테리아 셀룰로오스는 천연 섬유의 기공보다 크기 때문에 섬유 내부로 침투하지 못했습니다. 대신, 시잘 섬유의 표면에서 여과되었으며, 섬유를 건조시켰을 때 박테리아 셀룰로오스 코팅 층을 형성했습니다. 이러한 섬유 프리폼의 인장 하에서의 기계적 성능이 여기에 표로 정리되어 있으며, 이는 약 70%의 기공률을 가진 섬유 프리폼의 다공성 특성 때문입니다. 프리폼의 인장 강도는 명확하게 정의되지 않았습니다.따라서 시편의 인장 강도와 인장 지수를 표로 정리하였습니다. 결합제로 박테리아 셀룰로오스를 20 weight percent 사용했을 때, 인장 강도와 인장 지수는 각각 12.1 kilo newton's per meter와 15 Newton's meter per gram으로 측정되었습니다. 반면, 순수 시잘 섬유 프리폼은 구조가 느슨하여 인장 특성을 측정할 수 없었습니다.우리의 기술은 재료 과학자와 엔지니어들이 계층적 고성능 재생 가능 복합재 개발에 있어 나노 셀 법칙의 활용을 탐구할 수 있는 길을 열어주었습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

출처: Arias, S. L. 외 산화철 나노입자를 이용한 기능화된 자성 박테리아 나노셀룰로오스 제조.  J. Vis. 경험 (2016년).이 영상은 만니톨이 포함된 영양 배지에서 셀룰로오스 생성 박테리아를 배양하여 나노셀룰로오스를 생산하는 과정을 시연합니다. 박테리아는 만니톨을 포도당으로 대사하고, 포도당은 중합되어 글루칸 사슬로 압출되어 셀룰로오스 시트로 결정화되어 공기-액체 계면에서 3차원 매트릭스를 형성합니다. 생성된 젤라틴성 펠리클은 수확하여 알칼리성 및 물 세척으로 정제한 후 오토클레이빙으로 멸균하여 추가 적용을 위해 사용한다.

셀룰로오스 생성 박테리아로부터 나노셀룰로오스 펠리클 제조

이 연구의 목적은 계층 별 nanocellulose 원 섬유의 조립 및 묽은 수성 현탁액을 조립 절연 리그닌을 사용하여 합성 식물 세포벽 조직을 형성하는 것이었다. 수정 진동자 마이크로 밸런스 및 원자 힘 현미경의 표면 측정 기술은 중합체 - 고분자 나노 복합 재료의 형성을 모니터링하는 데 사용 하였다.

Nanocellulose, 리그닌의 날조 된 자립형 필름, 및 합성 폴리 양이온 : Biomimicking 나무를 향하여

여기에서는 손상된 혈관 재건에 응용하기 위해 박테리아 나노셀룰로오스(BNC)를 자성화하는 프로토콜을 제시합니다. BNC는 G. xylinus 균주에 의해 합성되었습니다. 한편, BNC의 자화는 BNC 메쉬 내부의 Fe2+ 및 Fe3+ 철 이온의 현장 침전을 통해 실현되었습니다.

철 산화물 나노 입자와 기능화 자기 세균 Nanocellulose의 제작

매우 안정적인 목재 섬유 기반 털이 많은 나노 입자와 기능성 셀룰로오스 기반 생체 고분자를 제조하기 위한 합성 계획이 자세히 설명되어 있습니다.

매우 안정, 기능 털이 나노 입자와 목재 섬유에서 생체 고분자 : 지속 가능한 나노 기술쪽으로

여기에서 우리는 재활용도가 높은 고체 디카 르 복실 산을 사용하여 높은 열 안정성 및 카르 셀룰로오스 나노 결정 (CNC)와 nanofibrils (CNF)의 녹색과 지속 가능한 생산을위한 새로운 방법을 보여줍니다.

열 안정성 및 카르 셀룰로오스 나노 결정과 Nanofibrils를 사용하여 재활용도가 높은 디카 르 복실 산의 녹색과 저비용 생산

이 프로토콜의 목표는 재생 비 계 임 플 란 트의 일환으로 전 임상 평가 위한 적당 한 상처 복구에 대 한 대상 전체 기질 섬유의 생산입니다. 이러한 섬유는 빈 섬유 막에 섬유 아 세포의 문화에 의해 생성 하 고 세포 막의 해체에 의해 추출.

희생 빈 섬유 막 세포 배양을 통해 기질 섬유의 생산

셀룰로오스 나노섬유 바이오템플릿 팔라듐 복합 에어로겔에 대한 합성 방법이 제시된다. 그 결과 복합 에어로겔 재료는 촉매, 감지 및 수소 가스 저장 애플리케이션에 대한 잠재력을 제공합니다.

셀룰로오스 나노 섬유 바이오 템플릿 팔라듐 복합 에어로겔에 대한 합성 방법

이 프로토콜의 3 개의 중요 한 단계는 i) 개발 올바른 구성 및 일관성 ii) 3D로 다양 한 장비의 인쇄 셀 루 로스 히드로 잉크의 기 공 구조 좋은 모양 충실도 및 치수와 iii)의 데모는 연골 재생에 대 한 시뮬레이션 된 신체 조건에서 기계적 속성.

3D 인쇄 다공성 셀 루 로스 나노 하이드로 겔 건설 기계

섬세한 밀도가 높은 목재는 천연 섬유 강화 또는 유리 섬유 강화 복합재를 부분적으로 대체할 수 있는 잠재력이 큰 새로운 유망한 경량, 고성능 및 바이오 기반 소재를 나타냅니다. 우리는 여기에 두 가지 다목적 제조 경로를 제시하고 복잡한 복합 부품을 만들 수있는 가능성을 보여줍니다.

목재 기반 고성능 복합재료의 제조 및 설계

리노셀룰로오스 바이오매스에 효율적인 열 메카노 화학 전처리를 제공하는 다목적 트윈 나사 압출 공정이 개발되어 평균 섬유 종횡비가 증가했습니다. 천연 바인더는 섬유 정제 후 지속적으로 첨가할 수 있으며, 압출 된 재료의 뜨거운 압착 후 기계적 특성이 개선된 생체 기반 섬유 판으로 이어질 수 있습니다.

재생 가능한 섬유판 을 생산하는 트윈 나사 압출 공정

이 프로토콜은 세균 성 셀룰로오스 (BC) 구체를 형성하는 쉽고 저렴한 방법을 제시한다. 이 생체 재료는 바이오차, 폴리머 구체 및 광산 폐기물을 포함한 고체 물질에 대한 캡슐화 매체로 기능할 수 있습니다.

고체 물질을 캡슐화하는 세균성 셀룰로오스 구체

배우세요 박테리아 셀룰로오스를 바인더로 활용하여 강력하고 견고한 천연 섬유 프리폼을 제조하는 방법을. 이 기술은 지속 가능한 고성능 생체 복합재 개발에 활용됩니다.

바인더로 박테리아 셀룰로오스를 활용하여 강력한 천연 섬유 프리폼 제조

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