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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H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> US patent. , (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>Bacterial cellulose</td><td>fzmb</td><td>9004-34-6</td><td>The CAS number is based on the CAS number for cellulose</td></tr><tr><td>Sisal fibers</td><td>Wigglesworth Co. Ltd, UK</td><td></td><td>The type of fibers can be substituted with any type of natural fibers</td></tr><tr><td>Prime 20 ULV</td><td>SP Gurit</td><td></td><td>The type of resin can be substituted with any type of liquid resin designed for vacuum assisted resin infusion</td></tr><tr><td>Formax standard sheet mould</td><td>Adirondack Machine Corporation</td><td></td><td>This piece of equipment could be replaced with a B&amp;uuml;chner funnel.</td></tr><tr><td>Vacuum pump</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>Porous PTFE coated glass release fabric</td><td>Tygavac Advaced Materials Ltd, UK</td><td>TFG075P</td><td></td></tr><tr><td>Omega tubes</td><td>Tygavac Advaced Materials Ltd, UK</td><td>Omegaflow 313</td><td></td></tr><tr><td>Breather cloth</td><td>EasyComposites Ltd, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pressure sensitive tapes</td><td>Aerovac, UK</td><td>SM5127</td><td></td></tr><tr><td>Vacuum bagging film (FEP)</td><td>Tygavac Advaced Materials Ltd, UK</td><td>RF260</td><td></td></tr><tr><td>Vacuum bagging film (Nylon)</td><td>Aerovac, UK</td><td>Capran 519</td><td></td></tr></tbody></table>

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,.

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Manufacturing Of Robust Natural Fiber Preforms Utilizing Bacterial Cellulose as Binder

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.

바인더로 박테리아 셀룰로오스를 활용하여 강력한 천연 섬유 프리폼 제조

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

manufacturing-robust-natural-fiber-preforms-utilizing-bacterial

Research

JoVE Journal

Bioengineering

27.4K 조회수.  University of Vienna.  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. 

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Towards Biomimicking Wood: Fabricated Free-standing Films of Nanocellulose, Lignin, and a Synthetic Polycation

Woody materials are comprised of plant cell walls that contain a layered secondary cell wall composed of structural polymers of polysaccharides and lignin. Layer-by-layer (LbL) assembly process which relies on the assembly of oppositely charged molecules from aqueous solutions was used to build a freestanding composite film of isolated wood polymers of lignin and oxidized nanofibril cellulose (NFC). To facilitate the assembly of these negatively charged polymers, a positively charged polyelectrolyte, poly(diallyldimethylammomium chloride) (PDDA), was used as a linking layer to create this simplified model cell wall. The layered adsorption process was studied quantitatively using quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D) and ellipsometry. The results showed that layer mass/thickness per adsorbed layer increased as a function of total number of layers. The surface coverage of the adsorbed layers was studied with atomic force microscopy (AFM). Complete coverage of the surface with lignin in all the deposition cycles was found for the system, however, surface coverage by NFC increased with the number of layers. The adsorption process was carried out for 250 cycles (500 bilayers) on a cellulose acetate (CA) substrate. Transparent free-standing LBL assembled nanocomposite films were obtained when the CA substrate was later dissolved in acetone. Scanning electron microscopy (SEM) of the fractured cross-sections showed a lamellar structure, and the thickness per adsorption cycle (PDDA-Lignin-PDDA-NC) was estimated to be 17 nm for two different lignin types used in the study. The data indicates a film with highly controlled architecture where nanocellulose and lignin are spatially deposited on the nanoscale (a polymer-polymer nanocomposites), similar to what is observed in the native cell wall.

The objective of this research was to form synthetic plant cell wall tissue using layer-by-layer assembly of nanocellulose fibrils and isolated lignin assembled from dilute aqueous suspensions.&#160; Surface measurement techniques of quartz crystal microbalance and atomic force microscopy were used to monitor the formation of the polymer-polymer nanocomposite material.

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

Woody materials are comprised of plant cell walls that contain a layered secondary cell wall composed of structural polymers of polysaccharides and ...

연구

화학

Highly Stable, Functional Hairy Nanoparticles and Biopolymers from Wood Fibers: Towards Sustainable Nanotechnology

Nanoparticles, as one of the key materials in nanotechnology and nanomedicine, have gained significant importance during the past decade. While metal-based nanoparticles are associated with synthetic and environmental hassles, cellulose introduces a green, sustainable alternative for nanoparticle synthesis. Here, we present the chemical synthesis and separation procedures to produce new classes of hairy nanoparticles (bearing both amorphous and crystalline regions) and biopolymers based on wood fibers. Through periodate oxidation of soft wood pulp, the glucose ring of cellulose is opened at the C2-C3 bond to form 2,3-dialdehyde groups. Further heating of the partially oxidized fibers (e.g., T = 80 &#176;C) results in three products, namely fibrous oxidized cellulose, sterically stabilized nanocrystalline cellulose (SNCC), and dissolved dialdehyde modified cellulose (DAMC), which are well separated by intermittent centrifugation and co-solvent addition. The partially oxidized fibers (without heating) were used as a highly reactive intermediate to react with chlorite for converting almost all aldehyde to carboxyl groups. Co-solvent precipitation and centrifugation resulted in electrosterically stabilized nanocrystalline cellulose (ENCC) and dicarboxylated cellulose (DCC). The aldehyde content of SNCC and consequently surface charge of ENCC (carboxyl content) were precisely controlled by controlling the periodate oxidation reaction time, resulting in highly stable nanoparticles bearing more than 7 mmol functional groups per gram of nanoparticles (e.g., as compared to conventional NCC bearing &#60;&#60; 1 mmol functional group/g). Atomic force microscopy (AFM), transmission electron microscopy (TEM), and scanning electron microscopy (SEM) attested to the rod-like morphology. Conductometric titration, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), nuclear magnetic resonance (NMR), dynamic light scattering (DLS), electrokinetic-sonic-amplitude (ESA) and acoustic attenuation spectroscopy shed light on the superior properties of these nanomaterials.

Synthesis schemes to prepare highly stable wood fiber-based hairy nanoparticles and functional cellulose-based biopolymers have been detailed.

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

Nanoparticles, as one of the key materials in nanotechnology and nanomedicine, have gained significant importance during the past decade. While ...

Green and Low-cost Production of Thermally Stable and Carboxylated Cellulose Nanocrystals and Nanofibrils Using Highly Recyclable Dicarboxylic Acids

Here we demonstrate potentially low cost and green productions of high thermally stable and carboxylated cellulose nanocrystals (CNCs) and nanofibrils (CNF) from bleached eucalyptus pulp (BEP) and unbleached mixed hardwood kraft pulp (UMHP) fibers using highly recyclable dicarboxylic solid acids. Typical operating conditions were acid concentrations of 50 - 70 wt% at 100 &#176;C for 60 min and 120 &#176;C (no boiling at atmospheric pressure) for 120 min, for BEP and UMHP, respectively. The resultant CNCs have a higher thermal degradation temperature than their corresponding feed fibers and carboxylic acid group content from 0.2 - 0.4 mmol/g. The low strength (high pKa of 1.0 - 3.0) of organic acids also resulted in CNCs with both longer lengths of approximately 239 - 336 nm and higher crystallinity than CNCs produced using mineral acids. Cellulose loss to sugar was minimal. Fibrous cellulosic solid residue (FCSR) from the dicarboxylic acid hydrolysis was used to produce carboxylated CNFs through subsequent mechanical fibrillation with low energy input.

Here we demonstrate a novel method for green and sustainable productions of highly thermally stable and carboxylated cellulose nanocrystals (CNC) and nanofibrils (CNF) using highly recyclable solid dicarboxylic acids.

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

Here we demonstrate potentially low cost and green productions of high thermally stable and carboxylated cellulose nanocrystals (CNCs) and nanofibrils ...

Fabrication of a Functionalized Magnetic Bacterial Nanocellulose with Iron Oxide Nanoparticles

In this study, bacterial nanocellulose (BNC) produced by the bacteria Gluconacetobacter xylinus is synthesized and impregnated in situ with iron oxide nanoparticles (IONP) (Fe3O4) to yield a magnetic bacterial nanocellulose (MBNC). The synthesis of MBNC is a precise and specifically designed multi-step process. Briefly, bacterial nanocellulose (BNC) pellicles are formed from preserved G. xylinus strain according to our experimental requirements of size and morphology. A solution of iron(III) chloride hexahydrate (FeCl3&#183;6H2O) and iron(II) chloride tetrahydrate (FeCl2&#183;4H2O) with a 2:1 molar ratio is prepared and diluted in deoxygenated high purity water. A BNC pellicle is then introduced in the vessel with the reactants. This mixture is stirred and heated at 80 &#176;C in a silicon oil bath and ammonium hydroxide (14%) is then added by dropping to precipitate the ferrous ions into the BNC mesh. This last step allows forming in situ magnetite nanoparticles (Fe3O4) inside the bacterial nanocellulose mesh to confer magnetic properties to BNC pellicle. A toxicological assay was used to evaluate the biocompatibility of the BNC-IONP pellicle. Polyethylene glycol (PEG) was used to cover the IONPs in order to improve their biocompatibility. Scanning electron microscopy (SEM) images showed that the IONP were located preferentially in the fibril interlacing spaces of the BNC matrix, but some of them were also found along the BNC ribbons. Magnetic force microscope measurements performed on the MBNC detected the presence magnetic domains with high and weak intensity magnetic field, confirming the magnetic nature of the MBNC pellicle. Young&#39;s modulus values obtained in this work are also in a reasonable agreement with those reported for several blood vessels in previous studies.

Here, we present a protocol to make a bacterial nanocellulose (BNC) magnetic for applications in damaged blood vessel reconstruction. The BNC was synthesized by G. xylinus strain. On the other hand, magnetization of the BNC was realized through in situ precipitation of Fe2+ and Fe3+ ferrous ions inside the BNC mesh.

철 산화물 나노 입자와 기능화 자기 세균 Nanocellulose의 제작

In this study, bacterial nanocellulose (BNC) produced by the bacteria Gluconacetobacter xylinus is synthesized and impregnated in situ with iron oxide ...

생체공학

Synthesis Method for Cellulose Nanofiber Biotemplated Palladium Composite Aerogels

Here, a method to synthesize cellulose nanofiber biotemplated palladium composite aerogels is presented. Noble metal aerogel synthesis methods often result in fragile aerogels with poor shape control. The use of carboxymethylated cellulose nanofibers (CNFs) to form a covalently bonded hydrogel allows for the reduction of metal ions such as palladium on the CNFs with control over both nanostructure and macroscopic aerogel monolith shape after supercritical drying. Crosslinking the carboxymethylated cellulose nanofibers is achieved using 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (EDC) in the presence of ethylenediamine. The CNF hydrogels maintain their shape throughout synthesis steps including covalent crosslinking, equilibration with precursor ions, metal reduction with high concentration reducing agent, rinsing in water, ethanol solvent exchange, and CO2 supercritical drying. Varying the precursor palladium ion concentration allows for control over the metal content in the final aerogel composite through a direct ion chemical reduction rather than relying on the relatively slow coalescence of pre-formed nanoparticles used in other sol-gel techniques. With diffusion as the basis to introduce and remove chemical species into and out of the hydrogel, this method is suitable for smaller bulk geometries and thin films. Characterization of the cellulose nanofiber-palladium composite aerogels with scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, thermal gravimetric analysis, nitrogen gas adsorption, electrochemical impedance spectroscopy, and cyclic voltammetry indicates a high surface area, metallized palladium porous structure.

A synthesis method for cellulose nanofiber biotemplated palladium composite aerogels is presented.The resulting composite aerogel materials offer potential for catalysis, sensing, and hydrogen gas storage applications.

셀룰로오스 나노 섬유 바이오 템플릿 팔라듐 복합 에어로겔에 대한 합성 방법

Here, a method to synthesize cellulose nanofiber biotemplated palladium composite aerogels is presented. Noble metal aerogel synthesis methods often ...

Synthesis of Keratin-based Nanofiber for Biomedical Engineering

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of these porous nanofibers is of great interest due to their unique physiochemical properties. Here we elaborate on the fabrication of keratin containing poly (&#949;-caprolactone) (PCL) nanofibers (i.e., PCL/keratin composite fiber). Water soluble keratin was first extracted from human hair and mixed with PCL in different ratios. The blended solution of PCL/keratin was transformed into nanofibrous membranes using a laboratory designed electrospinning set up. Fiber morphology and mechanical properties of the obtained nanofiber were observed and measured using scanning electron microscopy and tensile tester. Furthermore, degradability and chemical properties of the nanofiber were studied by FTIR. SEM images showed uniform surface morphology for PCL/keratin fibers of different compositions. These PCL/keratin fibers also showed excellent mechanical properties such as Young&#39;s modulus and failure point. Fibroblast cells were able to attach and proliferate thus proving good cell viability. Based on the characteristics discussed above, we can strongly argue that the blended nanofibers of natural and synthetic polymers can represent an excellent development of composite materials that can be used for different biomedical applications.

Electrospun nanofibers have a high surface area to weight ratio, excellent mechanical integrity, and support cell growth and proliferation. These nanofibers have a wide range of biomedical applications. Here we fabricate keratin/ PCL nanofibers, using the electrospinning technique, and characterize the fibers for possible applications in tissue engineering.

의 생명 공학에 대한 각질 기반의 나노 섬유의 합성

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of ...

Fabrication and Design of Wood-Based High-Performance Composites

Delignified densified wood is a new promising and sustainable material that possesses the potential to replace synthetic materials, such as glass fiber reinforced composites, due to its excellent mechanical properties. Delignified wood, however, is rather fragile in a wet state, which makes handling and shaping challenging. Here we present two fabrication processes, closed-mold densification and vacuum densification, to produce high-performance cellulose composites based on delignified wood, including an assessment of their advantages and limitations. Further, we suggest strategies for how the composites can be re-used or decomposed at the end-of-life cycle. Closed-mold densification has the advantage that no elaborate lab equipment is needed. Simple screw clamps or a press can be used for densification. We recommend this method for small parts with simple geometries and large radii of curvature. Vacuum densification in an open-mold process is suitable for larger objects and complex geometries, including small radii of curvature. Compared to the closed-mold process, the open-mold vacuum approach only needs the manufacture of a single mold cavity.

Delignified densified wood represents a new promising lightweight, high-performance and bio-based material with great potential to partially substitute natural fiber reinforced- or glass fiber reinforced composites in the future. We here present two versatile fabrication routes and demonstrate the possibility to create complex composite parts.

Delignified densified wood is a new promising and sustainable material that possesses the potential to replace synthetic materials, such as glass fiber ...

공학

Twin-Screw Extrusion Process to Produce Renewable Fiberboards

A versatile twin-screw extrusion process to provide an efficient thermo-mechano-chemical pre-treatment on lignocellulosic biomass before using it as source of mechanical reinforcement in fully bio-based fiberboards was developed. Various lignocellulosic crop by-products have already been successfully pre-treated through this process, e.g., cereal straws (especially rice), coriander straw, shives from oleaginous flax straw, and bark of both amaranth and sunflower stems.
The extrusion process results in a marked increase in the average fiber aspect ratio, leading to improved mechanical properties of fiberboards. The twin-screw extruder can also be fitted with a filtration module at the end of the barrel. The continuous extraction of various chemicals (e.g., free sugars, hemicelluloses, volatiles from essential oil fractions, etc.) from the lignocellulosic substrate, and the fiber refining can, therefore, be performed simultaneously.
The extruder can also be used for its mixing ability: a natural binder (e.g., Organosolv lignins, protein-based oilcakes, starch, etc.) can be added to the refined fibers at the end of the screw profile. The obtained premix is ready to be molded through hot pressing, with the natural binder contributing to fiberboard cohesion. Such a combined process in a single extruder pass improves the production time, production cost, and may lead to reduction in plant production size. Because all the operations are performed in a single step, fiber morphology is better preserved, thanks to a reduced residence time of the material inside the extruder, resulting in enhanced material performances. Such one-step extrusion operation may be at the origin of a valuable industrial process intensification.
Compared to commercial wood-based materials, these fully bio-based fiberboards do not emit any formaldehyde, and they could find various applications, e.g., intermediate containers, furniture, domestic flooring, shelving, general construction, etc.

A versatile twin-screw extrusion process to provide an efficient thermo-mechano-chemical pretreatment on lignocellulosic biomass was developed, which leads to an increased average fiber aspect ratio. A natural binder can also be added continuously after fiber refining, leading to bio-based fiberboards with improved mechanical properties after hot pressing of the obtained extruded material.

재생 가능한 섬유판 을 생산하는 트윈 나사 압출 공정

A versatile twin-screw extrusion process to provide an efficient thermo-mechano-chemical pre-treatment on lignocellulosic biomass before using it as ...

Bacterial Cellulose Spheres that Encapsulate Solid Materials

Bacterial cellulose (BC) spheres have been increasingly researched since the popularization of BC as a novel material. This protocol presents an affordable and simple method for BC sphere production. In addition to producing these spheres, an encapsulation method for solid particles has also been identified. To produce BC spheres, water, black tea, sugar, vinegar, and bacterial culture are combined in a baffled flask and the contents are agitated. After determining the proper culture conditions for BC sphere formation, their ability to encapsulate solid particles was tested using biochar, polymer beads, and mine waste. Spheres were characterized using ImageJ software and thermal gravimetric analysis (TGA). Results indicate that spheres with 7.5 mm diameters can be made in 7 days. Adding various particles increases the average size range of the BC capsules. The spheres encapsulated 10 - 20% of their dry mass. This method shows low-cost sphere production and encapsulation that is possible with easily obtainable materials. BC spheres may be used in the future as a contaminant removal aid, controlled release fertilizer coating, or soil amendment.

This protocol presents an easy, inexpensive method of forming bacterial cellulose (BC) spheres. This biomaterial can function as an encapsulation medium for solid materials, including biochar, polymer spheres, and mine waste.

고체 물질을 캡슐화하는 세균성 셀룰로오스 구체

Bacterial cellulose (BC) spheres have been increasingly researched since the popularization of BC as a novel material. This protocol presents an ...

Production of Extracellular Matrix Fibers via Sacrificial Hollow Fiber Membrane Cell Culture

Engineered scaffolds derived from extracellular matrix (ECM) have driven significant interest in medicine for their potential in expediting wound closure and healing. Extraction of extracellular matrix from fibrogenic cell cultures in vitro has potential for generation of ECM from human- and potentially patient-specific cell lines, minimizing the presence of xenogeneic epitopes which has hindered the clinical success of some existing ECM products. A significant challenge in in vitro production of ECM suitable for implantation is that ECM production by cell culture is typically of relatively low yield. In this work, protocols are described for the production of ECM by cells cultured within sacrificial hollow fiber membrane scaffolds. Hollow fiber membranes are cultured with fibroblast cell lines in a conventional cell medium and dissolved after cell culture to yield continuous threads of ECM. The resulting ECM fibers produced by this method can be decellularized and lyophilized, rendering it suitable for storage and implantation.

The goal of this protocol is production of whole extracellular matrix fibers targeted for wound repair which are suitable for preclinical evaluation as part of a regenerative scaffold implant. These fibers are produced by the culture of fibroblasts on hollow fiber membranes and extracted by dissolution of the membranes.

희생 빈 섬유 막 세포 배양을 통해 기질 섬유의 생산

Engineered scaffolds derived from extracellular matrix (ECM) have driven significant interest in medicine for their potential in expediting wound closure ...