[發明專利]一種微生物礦化改性聚丙烯纖維的方法及其應用

有效

• 申請號: 201910187030.0
• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN109970381B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 王瑞興;劉志強;王超雨;戴劍雯
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C04B20/10
• 分類號: C04B20/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 殷星

本發明公開了一種微生物礦化改性聚丙烯纖維的方法及其應用，該方法包括以下步驟：將聚丙烯纖維清洗后，干燥至恒重，備用；配置氫氧化鈣飽和溶液；配置膠質芽孢桿菌菌液，將膠質芽孢桿菌接種至滅菌后的培養基中培養，得菌體濃度為10⁷~10⁸個/ml的膠質芽孢桿菌菌液；將膠質芽孢桿菌菌液與氫氧化鈣飽和溶液按體積比1：1~10混合均勻得混合溶液A；稱取處理后的聚丙烯纖維，放入混合溶液A中得混合溶液B；向混合溶液B中通入CO₂；將經過處理后的聚丙烯纖維取出，清洗干燥至恒重，即得表面具有碳酸鈣膜層的聚丙烯纖維。本發明通過在聚丙烯纖維表面生成具有膠結作用的方解石膜層，改善纖維表面疏水性，提升了纖維混凝土復合材料性能。

技術領域

本發明屬于微生物和土木工程材料交叉技術領域，具體涉及一種微生物礦化改性聚丙烯纖維的方法及其應用。

背景技術

混凝土是一種脆性材料，抗壓強度低，易收縮開裂。在混凝土中加入纖維可以提升其抗拉強度，增加韌性，具有阻裂、減少收縮的功能。聚丙烯纖維由于其優異的性能被廣泛應用混凝土中，但其表面結構光滑且疏水，導致其與水泥基材料間的界面黏結性能不佳，與水泥基材料間的化學鍵合力及機械嚙合力弱，導致兩者界面結合力較差，易被拔出。纖維與基體之間的界面性能是影響纖維混凝土性能的關鍵因素，需要對纖維表面進行適當改性。如何在不損傷纖維物理性能的基礎上，提高纖維與水泥基基體材料的相容性和結合性一直是眾多研究者們致力突破的研究方向。

目前對聚丙烯纖維進行改性的方法主要有表面火焰處理法、表面電暈處理法、表面化學氧化法以及等離子體表面改性。這些方法的都是聚焦在改變纖維表面結構以及增大纖維表面粗糙度，但是這些方法或多或少都存在著一定的問題，并且最終的效果也相對較差。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種微生物礦化改性聚丙烯纖維的方法及其應用，所得改性后的聚丙烯纖維與水泥基體有著極佳的相容性好，且改性方法對聚丙烯纖維的傷害小。

為解決現有技術問題，本發明采取的技術方案：

一種微生物礦化改性聚丙烯纖維的方法，包括以下步驟：步驟1，將聚丙烯纖維清洗后，干燥至恒重，備用；步驟2，用去離子水配置氫氧化鈣飽和溶液；步驟3，配置膠質芽孢桿菌菌液，將膠質芽孢桿菌接種至滅菌后的培養基中培養，得菌體濃度為10⁷~10⁸個/ml的膠質芽孢桿菌菌液；步驟4，待膠質芽孢桿菌菌液冷卻后，再將膠質芽孢桿菌菌液與氫氧化鈣飽和溶液按體積比1：1~10混合均勻得混合溶液A；步驟5，稱取處理后的聚丙烯纖維，放入混合溶液A中得混合溶液B；步驟6，向混合溶液B中通入CO₂；步驟7，將經過步驟6處理后的聚丙烯纖維取出，清洗干燥至恒重，即得表面具有碳酸鈣膜層的聚丙烯纖維。

作為改進的是，步驟1中聚丙烯纖維預先經過脫油脂處理。

作為改進的是，所述步驟3中的培養基包括以下按質量體積濃度計的組分：蔗糖8~12g/L、Na₂HPO₄·12H₂O2~3g/L、MgSO₄0.4~0.6g/L、CaCO₃0.5~1.5g/L、KCl0.1~0.2g/L、(NH₄)₂SO₄0.4~0.6g/L、酵母浸粉0.2~0.4g/L。

作為改進的是，所述步驟3中培養的條件為pH為7~8，溫度為30~37℃，培養時間為48h。

作為改進的是，所述步驟6中CO₂通入速率為2L/min~7L/min，通氣時間為20-60min。

作為改進的是，所述步驟7中聚丙烯纖維采用酒精超聲波清洗，干燥方式為先在烘箱中干燥，再在干燥器中干燥至恒重；所述烘箱中干燥溫度為50℃，干燥時間為30min。