[发明专利]一种微生物矿化改性聚丙烯纤维的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种微生物矿化改性聚丙烯纤维的方法及其应用，该方法包括以下步骤：将聚丙烯纤维清洗后，干燥至恒重，备用；配置氢氧化钙饱和溶液；配置胶质芽孢杆菌菌液，将胶质芽孢杆菌接种至灭菌后的培养基中培养，得菌体浓度为10⁷~10⁸个/ml的胶质芽孢杆菌菌液；将胶质芽孢杆菌菌液与氢氧化钙饱和溶液按体积比1：1~10混合均匀得混合溶液A；称取处理后的聚丙烯纤维，放入混合溶液A中得混合溶液B；向混合溶液B中通入CO₂；将经过处理后的聚丙烯纤维取出，清洗干燥至恒重，即得表面具有碳酸钙膜层的聚丙烯纤维。本发明通过在聚丙烯纤维表面生成具有胶结作用的方解石膜层，改善纤维表面疏水性，提升了纤维混凝土复合材料性能。

技术领域

本发明属于微生物和土木工程材料交叉技术领域，具体涉及一种微生物矿化改性聚丙烯纤维的方法及其应用。

背景技术

混凝土是一种脆性材料，抗压强度低，易收缩开裂。在混凝土中加入纤维可以提升其抗拉强度，增加韧性，具有阻裂、减少收缩的功能。聚丙烯纤维由于其优异的性能被广泛应用混凝土中，但其表面结构光滑且疏水，导致其与水泥基材料间的界面黏结性能不佳，与水泥基材料间的化学键合力及机械啮合力弱，导致两者界面结合力较差，易被拔出。纤维与基体之间的界面性能是影响纤维混凝土性能的关键因素，需要对纤维表面进行适当改性。如何在不损伤纤维物理性能的基础上，提高纤维与水泥基基体材料的相容性和结合性一直是众多研究者们致力突破的研究方向。

目前对聚丙烯纤维进行改性的方法主要有表面火焰处理法、表面电晕处理法、表面化学氧化法以及等离子体表面改性。这些方法的都是聚焦在改变纤维表面结构以及增大纤维表面粗糙度，但是这些方法或多或少都存在着一定的问题，并且最终的效果也相对较差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种微生物矿化改性聚丙烯纤维的方法及其应用，所得改性后的聚丙烯纤维与水泥基体有着极佳的相容性好，且改性方法对聚丙烯纤维的伤害小。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案：

一种微生物矿化改性聚丙烯纤维的方法，包括以下步骤：步骤1，将聚丙烯纤维清洗后，干燥至恒重，备用；步骤2，用去离子水配置氢氧化钙饱和溶液；步骤3，配置胶质芽孢杆菌菌液，将胶质芽孢杆菌接种至灭菌后的培养基中培养，得菌体浓度为10⁷~10⁸个/ml的胶质芽孢杆菌菌液；步骤4，待胶质芽孢杆菌菌液冷却后，再将胶质芽孢杆菌菌液与氢氧化钙饱和溶液按体积比1：1~10混合均匀得混合溶液A；步骤5，称取处理后的聚丙烯纤维，放入混合溶液A中得混合溶液B；步骤6，向混合溶液B中通入CO₂；步骤7，将经过步骤6处理后的聚丙烯纤维取出，清洗干燥至恒重，即得表面具有碳酸钙膜层的聚丙烯纤维。

作为改进的是，步骤1中聚丙烯纤维预先经过脱油脂处理。

作为改进的是，所述步骤3中的培养基包括以下按质量体积浓度计的组分：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。

作为改进的是，所述步骤3中培养的条件为pH为7~8，温度为30~37℃，培养时间为48h。

作为改进的是，所述步骤6中CO₂通入速率为2L/min~7L/min，通气时间为20-60min。

作为改进的是，所述步骤7中聚丙烯纤维采用酒精超声波清洗，干燥方式为先在烘箱中干燥，再在干燥器中干燥至恒重；所述烘箱中干燥温度为50℃，干燥时间为30min。