生物質(zhì)發(fā)泡材料的制備與性能研究

1、武漢紡織大學(xué)研究生學(xué)位論文開(kāi)題報(bào)告登記表學(xué) 院： 紡織學(xué)院 專 業(yè)：紡織材料與紡織品設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào)：0915033017 姓 名：熊春華 導(dǎo)師姓名：朱平 導(dǎo)師職稱： 教授 2010年 1 月 11 日武漢紡織大學(xué)關(guān)于研究生學(xué)位論文開(kāi)題報(bào)告的規(guī)定學(xué)位論文工作是研究生培養(yǎng)的重要組成部分，是對(duì)研究生進(jìn)行科學(xué)研究或承擔(dān)專門(mén)技術(shù)工作的全面訓(xùn)練，是培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力，綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的主要環(huán)節(jié)。學(xué)位論文開(kāi)題報(bào)告是研究生完成學(xué)位論文、保證學(xué)位論文質(zhì)量的一種集體把關(guān)形式，主要檢驗(yàn)研究生對(duì)專業(yè)知識(shí)的獨(dú)立駕馭能力和研究能力，它有助于研究生做好論文的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作；有助于研究生較好地了解課題

2、中應(yīng)注意處理和解決的主要問(wèn)題；有助于加強(qiáng)本學(xué)科的學(xué)術(shù)交流。為了保證和促進(jìn)研究生按期完成開(kāi)題報(bào)告，特制定本規(guī)定。 一、 選題的原則1、 選題應(yīng)緊密結(jié)合學(xué)科發(fā)展實(shí)際，不同專業(yè)可根據(jù)自身特點(diǎn)各有側(cè)重，應(yīng)對(duì)科技發(fā)展或經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)進(jìn)步有一定的理論和實(shí)用價(jià)值，能產(chǎn)生有一定學(xué)術(shù)水平和創(chuàng)造性的學(xué)術(shù)成果。2、 論文選題應(yīng)盡可能從高起點(diǎn)、新視角、前沿性的要求出發(fā)，要充分結(jié)合導(dǎo)師的研究方向和研究生自身的基礎(chǔ)，以利于發(fā)揮導(dǎo)師專長(zhǎng)和調(diào)動(dòng)研究生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性。3、要充分考慮開(kāi)展工作的必要條件以及在規(guī)定的學(xué)習(xí)年限內(nèi)取得創(chuàng)造性成果的可能性。二、 開(kāi)題報(bào)告的內(nèi)容1、 選題的背景及研究的意義；2、本課題研究領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外的研

3、究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)；3、本課題擬采取的研究方案，技術(shù)路線；4、本課題在研究過(guò)程中可能遇到的困難和問(wèn)題，提出解決的初步設(shè)想；5、本課題預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)；6、論文工作量與經(jīng)費(fèi)的來(lái)源；7、本課題研究的進(jìn)度安排；8、參考文獻(xiàn)。三、組織與管理1、研究生開(kāi)題報(bào)告以學(xué)科專業(yè)為單位由學(xué)科負(fù)責(zé)人組織進(jìn)行，組成57人的評(píng)審小組。2、開(kāi)題報(bào)告在第三學(xué)期末或第四學(xué)期初進(jìn)行，如因故不能按期進(jìn)行開(kāi)題報(bào)告，必須及時(shí)辦理延期手續(xù)，經(jīng)導(dǎo)師和院系（部）主管領(lǐng)導(dǎo)同意簽字后，報(bào)研究生處批準(zhǔn)。3、開(kāi)題報(bào)告成績(jī)采用兩級(jí)制：通過(guò)，不通過(guò)。對(duì)未通過(guò)者，必須在三個(gè)月內(nèi)在學(xué)科所在學(xué)位評(píng)定分委員會(huì)重做開(kāi)題報(bào)告。仍未通過(guò)者，按“武漢科技學(xué)院研究生中期考

4、核及篩選辦法”處理。4、開(kāi)題報(bào)告通過(guò)后，可進(jìn)入論文工作階段。原則上不再隨意更改題目，如確有特殊原因需更改題目時(shí)，須由研究生寫(xiě)出書(shū)面報(bào)告，經(jīng)導(dǎo)師同意簽字，系部負(fù)責(zé)人審批后，報(bào)研究生處備案。并在12月內(nèi)重新做開(kāi)題報(bào)告。5、開(kāi)題報(bào)告完成后，經(jīng)導(dǎo)師、學(xué)科及所在院系部簽署意見(jiàn)，研究生應(yīng)在3日內(nèi)將開(kāi)題報(bào)告和選題情況報(bào)研究生處審批并備案。四、開(kāi)題報(bào)告撰寫(xiě)要求開(kāi)題報(bào)告字?jǐn)?shù)為1萬(wàn)字左右，用a4復(fù)印紙小四號(hào)宋體打印。參考文獻(xiàn)應(yīng)為50篇以上，其中外文資料應(yīng)占1/3以上。研究生學(xué)位論文開(kāi)題報(bào)告表姓 名熊春華院、系（所）紡織學(xué)院學(xué) 科 專 業(yè)紡織材料與紡織品設(shè)計(jì)攻讀學(xué)位碩士研 究 方 向高分子合成及改性指導(dǎo)教師朱平擬定

5、學(xué)位論文題目：生物質(zhì)發(fā)泡材料的制備與性能研究 參加開(kāi)題報(bào)告教師人數(shù) 6參加旁聽(tīng)學(xué)生人數(shù)20開(kāi)題報(bào)告組成人員姓 名職 稱所 在 工 作 單 位李建強(qiáng)教授紡織學(xué)院劉曉洪教授紡織學(xué)院吳繼宏教授紡織學(xué)院陳益人教授紡織學(xué)院趙三平副教授紡織學(xué)院崔莉講師紡織學(xué)院1、選題的背景及研究的意義1.1 生物質(zhì)簡(jiǎn)介發(fā)展生物質(zhì)材料對(duì)保護(hù)人類賴以生存的自然環(huán)境和替代以石油、煤炭等以化石資源為原料的合成高分子材料有重要的意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2004年全世界就三大合成高分子材料之一的塑料總產(chǎn)量超過(guò)了2.1億噸，消耗了地球上大量的煤炭、石油等不可再生資源，而且產(chǎn)生的廢棄物嚴(yán)重破壞了地球的生存環(huán)境。目前，可再回收利用的合成高分子材料不

6、到總產(chǎn)量的1%，而廢棄物則占總產(chǎn)量的50-60%，它們?cè)谧匀画h(huán)境中要經(jīng)過(guò)百年以上的時(shí)間才能分解，而目前工業(yè)生產(chǎn)發(fā)泡材料中海綿以及泡木塑料如聚苯發(fā)泡板、聚氯乙烯發(fā)泡保溫板、聚氨酯發(fā)泡膠、聚氨酯彈性海綿等所消耗的原來(lái)大部分來(lái)自合成高分子材料，嚴(yán)重消耗了地球上的可再生資源，污染了生態(tài)環(huán)境。生物質(zhì)材料源于自然，且具有很好的生物降解性，降解產(chǎn)物能進(jìn)到自然界進(jìn)行生物循環(huán)利用，開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)發(fā)泡材料不僅可以替代合成高分子材料，可以保護(hù)環(huán)境，減少地球上不可再生資源的開(kāi)發(fā)，支持人類的可持續(xù)發(fā)展政策。生物質(zhì)是指利用大氣、水、土地等通過(guò)光合作用而產(chǎn)生的各種有機(jī)體，即一切有生命的可以生長(zhǎng)的有機(jī)物質(zhì)通稱為生物質(zhì)1，它包

7、括植物、動(dòng)物和微生物，生物質(zhì)材料主要由有機(jī)高分子物質(zhì)組成，在化學(xué)成分上生物質(zhì)材料主要由碳?xì)溲跞N元素組成。生物質(zhì)材料的種類很多，我們按照來(lái)源2分可把生物質(zhì)材料分為植物基生物質(zhì)材料、動(dòng)物基生物質(zhì)材料以及微生物基生物質(zhì)材料。植物基生物質(zhì)材料就是由植物基生物質(zhì)材料或者直接利用具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的織物本體作為材料，常見(jiàn)的植物基生物質(zhì)材料有纖維素，木質(zhì)素、半纖維素、淀粉、植物蛋白等。動(dòng)物基生物質(zhì)材料是由動(dòng)物衍生得到的生物質(zhì)材料或者直接利用具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的動(dòng)物組織作為材料，常見(jiàn)的由動(dòng)物衍生得到的生物質(zhì)材料有甲殼素、殼聚糖、動(dòng)物蛋白、透明質(zhì)酸、絲素蛋白、核酸等，直接利用具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的動(dòng)物的部分組織主要指動(dòng)物的皮、毛

8、等。微生物基生物質(zhì)材料是指通過(guò)微生物的生物活動(dòng)合成的一種可生物降解的聚合物，代表材料有芽霉聚糖、凝膠多糖、黃原膠、聚羥基酸酯、聚氨基酸等3。1.2 生物質(zhì)發(fā)泡材料及其特性（1）生物質(zhì)材料都含有碳?xì)溲跞N元素，有的生物質(zhì)材料還含有氮、硫、鈉，屬有機(jī)高分子材料。（2）由于是動(dòng)物、植物及微生物等生命衍生到的材料，未經(jīng)化學(xué)修飾的生物質(zhì)材料容易被自然界中微生物降解為水、二氧化碳和其它小分子，其產(chǎn)物可再次進(jìn)入自然界循環(huán)，因此生物質(zhì)材料具備有可再生性和降解性的特征。（3）生物質(zhì)材料的種類多，分布廣，儲(chǔ)量豐富。單植物每年光合作用生成的生物質(zhì)材料就達(dá)1500億噸，是每年合成高分子材料產(chǎn)量的600-800倍。（4

9、）水分對(duì)生物質(zhì)材料的性能影響明顯，水是不可或缺的物質(zhì)，因此水對(duì)生物質(zhì)材料的作用比大多數(shù)合成高分子材料的作用顯著，絕大多數(shù)生物質(zhì)材料都含有親水性羥基，很多生物質(zhì)材料中還含有氨基，酰胺基，羧基等親水性基團(tuán)，這些基團(tuán)可以通過(guò)氫鍵作用，使得生物質(zhì)材料具有明顯的吸濕性，宏觀上表現(xiàn)為吸濕膨脹，干燥收縮，并伴隨著性能的變化。生物質(zhì)發(fā)泡材料就是以生物質(zhì)材料為基礎(chǔ)而內(nèi)部有無(wú)數(shù)氣孔的微孔材料，也可以視為氣體為填料的復(fù)合材料。常用的發(fā)泡方法有物理發(fā)泡法和化學(xué)發(fā)泡法。物理發(fā)泡中是將物理發(fā)泡劑包括一般為惰性壓縮氣體、低沸點(diǎn)液體或易升華固體，在一定壓力下注入生物質(zhì)材料中，當(dāng)混合物受熱升溫時(shí)，發(fā)泡劑揮發(fā)或升華產(chǎn)生大量氣體，

10、使混合物發(fā)泡。在此過(guò)程中發(fā)泡劑僅是物理形態(tài)發(fā)生了變化，化學(xué)組成不變。 惰性氣體可以是空氣、氮?dú)?、二氧化碳等。低沸點(diǎn)液體或易升華固體主要指脂肪氫，如戊烷、己烷、三氯氟甲烷、三氯三氟乙烷等4?；瘜W(xué)發(fā)泡方法是向配料中加入可在適當(dāng)溫度下分解的發(fā)泡劑，這些發(fā)泡劑分解后可放出大量氣體，在聚合物熔體中形成泡孔，從而使之發(fā)泡?；瘜W(xué)發(fā)泡法中常用到的有機(jī)發(fā)泡劑有：偶氮化合物、磺酰肼類化合物、亞硝基化合物； 無(wú)機(jī)發(fā)泡劑主要有：碳酸氫鈉、碳酸鈉。生物質(zhì)發(fā)泡材料有以下特性5：（1）發(fā)泡材料由于其多孔結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可以產(chǎn)生較大的壓縮形變，具有優(yōu)良的阻尼特性，可用作減震緩沖材料。（2）由于發(fā)泡材料內(nèi)部含有大量空氣或其它氣體，

11、并不宜流通，特別是閉孔發(fā)泡材料，具有完全隔開(kāi)的泡孔，材料能明顯減緩對(duì)熱的傳導(dǎo)，具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)，結(jié)合材料本身的柔軟性，和良好的回彈性，可以成為理想的保溫材料。（3）生物質(zhì)發(fā)泡材料還有超強(qiáng)的吸濕性，生物降解性，既生態(tài)環(huán)保，又可以達(dá)到資源有效利用。（4）生物質(zhì)發(fā)泡材料中，有殼聚糖、蛋白質(zhì)等材料做成的生物支架，這類發(fā)泡材料還有生物相容性、吸收傷口滲出液、止血、抗菌，有助于傷口快速愈合。隨著我國(guó)近年來(lái)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和環(huán)境資源問(wèn)題的擴(kuò)大，開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)材料已經(jīng)得到社會(huì)的公認(rèn)，像合成高分子材料一樣，生物質(zhì)材料可以制成塑料、纖維、膠黏劑、功能材料、復(fù)合材料等，應(yīng)用在生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域中。生物質(zhì)材料無(wú)毒無(wú)害

12、性，有很優(yōu)異的親水性，還有抗菌，生物相容性等功能性，一直是制備醫(yī)用發(fā)泡海綿的熱門(mén)材料，而目前醫(yī)用海綿在藥物緩釋 6-7、傷口敷料8、細(xì)胞培養(yǎng)和組織工程9-11等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用纖維素、殼聚糖、木質(zhì)素和淀粉制備發(fā)泡塑料的技術(shù)研究還不是很成熟，由于不確定因數(shù)、工藝參數(shù)等多方面的影響，還不能進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)，甲殼素、殼聚糖、蛋白質(zhì)等是近年來(lái)制備功能生物海綿敷料的研究熱點(diǎn)，純的淀粉和蛋白質(zhì)發(fā)泡海綿材料易脆，力學(xué)性能差，淀粉、甲殼素、纖維素、木質(zhì)素等材料可作為增強(qiáng)材料加入到發(fā)泡海綿材料中起到增強(qiáng)作用，以改善發(fā)泡制品的力學(xué)性能與舒適性。研究開(kāi)發(fā)醫(yī)用生物質(zhì)發(fā)泡材料，對(duì)有效利用自然資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、減

13、少患者的痛苦以及為人類社會(huì)的健康發(fā)展有一定的貢獻(xiàn)意義。2、本課題研究領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)由于生物質(zhì)發(fā)泡材料可再生性和降解性，響應(yīng)了現(xiàn)代社會(huì)資源可持續(xù)發(fā)展號(hào)召，近年來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展日益壯大，利用海藻酸、殼聚糖以及蛋白質(zhì)等制備發(fā)泡材料的海綿狀多孔層有利于傷口分泌物的排出，細(xì)胞的生長(zhǎng)12，可促進(jìn)傷口組織的愈合，加入纖維素、木質(zhì)以及淀粉素等制備的發(fā)泡材料用來(lái)增強(qiáng)海綿的力學(xué)機(jī)械性能與舒適性。本課題擬用淀粉、纖維素、殼聚糖、海藻酸鈉及蛋白質(zhì)做生物質(zhì)發(fā)泡材料，通過(guò)材料復(fù)合和功能整理制備出能用于傷口敷料的醫(yī)用發(fā)泡海綿，下面分別介紹本課題選用的生物質(zhì)材料制備發(fā)泡材料的國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)。2.1 纖維素、

14、木質(zhì)素發(fā)泡材料 纖維素是地球上最古老和最豐富的可再生資源，主要來(lái)源于樹(shù)木、棉花、麻、谷類植物和其它高等植物，也可通過(guò)細(xì)菌的酶解過(guò)程產(chǎn)生(細(xì)菌纖維素)。纖維素由b-(1-4)-鏈接的d-葡萄糖組成，它含有大量羥基，易形成分子內(nèi)和分子間氫鍵，使它難溶、難熔，從而不能熔融加工28。纖維素在自然界中是比較普遍的一種資源，不但來(lái)源廣泛，而且能通過(guò)植物的光合作用不斷再生，每年的產(chǎn)量高達(dá)1000 t13。目前纖維素發(fā)泡制品除了用在緩沖包裝制品和發(fā)泡餐具以外14，國(guó)外對(duì)植物纖維制品的關(guān)注重點(diǎn)不是餐具，而是用以取代eps襯墊的發(fā)泡緩沖材料，植物纖維發(fā)泡制品的發(fā)泡工藝主要有兩種：使用化學(xué)發(fā)泡劑及不用化學(xué)發(fā)泡劑15

15、。國(guó)外植物纖維發(fā)泡制品所研究工藝方向主要集中在不添加化學(xué)發(fā)泡劑的技術(shù)上，原料通過(guò)水蒸氣的作用發(fā)泡，該工藝比采用添加化學(xué)發(fā)泡劑的工藝方法難度大，但是該植物纖維發(fā)泡制品的生產(chǎn)和使用對(duì)環(huán)境無(wú)不利影響。我國(guó)植物纖維發(fā)泡制品工藝研究主要集中在使用添加化學(xué)發(fā)泡劑，通過(guò)化學(xué)發(fā)泡劑產(chǎn)生發(fā)泡，該工藝比不用發(fā)泡劑的工藝簡(jiǎn)單，但其制品生產(chǎn)及使用后的處理對(duì)環(huán)境可能造成一些不利影響，該項(xiàng)技術(shù)還有待于改進(jìn)和提高。目前，無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，對(duì)植物纖維發(fā)泡包裝制品的研究基本上處在實(shí)驗(yàn)階段，還未達(dá)到工業(yè)化大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)的要求16。本文用它們來(lái)與殼聚糖、海藻酸、蛋白質(zhì)等一起做醫(yī)用復(fù)合海綿。要把纖維素做成發(fā)泡材料首先要找到溶解纖維

16、素的溶劑，利用纖維素制備發(fā)泡材料，最重要的就是纖維素溶劑，纖維素溶劑分為衍生化溶劑和非衍生化溶劑，也可以分為水相溶劑和非水相溶劑17最近開(kāi)發(fā)的纖維素溶劑主要有n-甲基嗎啉-n-氧化物(nmmo)、氯化鋰/二甲基乙酰胺(lic1/dmac)、1-丁基-3-甲基咪唑氯代(bmimc1)和1-烯丙基-3-甲基咪唑氯代(amimc1)離子液體等。纖維素在加熱條件下溶于nmmo。汪懌翔18實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了新一類溶劑(naoh尿素、naoh硫脲、lioh尿素水溶液體系)，它們?cè)诘蜏叵履苎杆偃芙饫w維素(均分子量低于1.2105 )得到透明的溶液，用該溶劑體系中已制備出多種纖維素功能材料。kuga 19期等用硫酸

17、水解細(xì)菌纖維素，得到了棒狀的纖維素微晶懸浮液。木質(zhì)素是具有更為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的天然高分子，它含芳香基、酚羥基、醇羥基、羧基、甲氧基、羧基、共軛雙鍵等活性基團(tuán)，可以進(jìn)行多種類型的化學(xué)反應(yīng)。它還可以作為增強(qiáng)劑，應(yīng)用接枝共聚的化學(xué)改性方法，能夠賦予木質(zhì)素更高的性能和功能，加入到其他的生物質(zhì)材料中制備出力學(xué)性能更好的發(fā)泡材料20。在自然界中，木質(zhì)素是僅次于纖維素的一種豐富的天然大分子有機(jī)物質(zhì)，占植物體干重的l03621-22。木質(zhì)素不但具有人工高分子材料所具有的熱塑性、玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化等性質(zhì)，還具有天然可降解的優(yōu)良特性。木質(zhì)素及其衍生物在活性氧和黃孢原毛平革菌、木質(zhì)素過(guò)氧化物酶、漆酶等作用下，按以下路線分解，最終

18、分解代謝產(chǎn)物為co2，具有優(yōu)良的環(huán)境友好特性22。在發(fā)泡材料方面，木質(zhì)素僅是作為一種添加劑添加到各種現(xiàn)有發(fā)泡材料中去，單獨(dú)利用木質(zhì)素為原料開(kāi)發(fā)發(fā)泡材料還未見(jiàn)報(bào)道。將木質(zhì)素添加到發(fā)泡材料中能提高泡沫的各種物理性能。木質(zhì)素作為一種增強(qiáng)劑加入到人工發(fā)泡高分子材料中是完全可行的。木質(zhì)素的加入，不但不影響材料本身的性能，而且對(duì)材料的密度和機(jī)械性都有較大的增強(qiáng)。在泡沫塑料方面，木質(zhì)素作為反應(yīng)主體時(shí)，主要有木質(zhì)素與異氰酸酯類反應(yīng)形成聚氨酯而獲得發(fā)泡材料的研究23。利用木質(zhì)素制備木質(zhì)素發(fā)泡材料，不僅為解決水解工業(yè)和造紙工業(yè)木質(zhì)素的污染問(wèn)題提供了一條可行的途徑，而且也是對(duì)植物資源的一種合理利用。目前溶解木質(zhì)素的

19、溶劑有稀酸、聚氧化乙烯二醇。2.2 淀粉發(fā)泡材料 淀粉由 a-(1-4)-鏈接的d-葡萄糖組成，主要存在于植物根、莖、種子中。淀粉基生物可降解材料具有良好的生物降解性和可加工性，已成為材料領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。淀粉擠出發(fā)泡成型最早用在食品中，到20世紀(jì)80年代末，淀粉擠出發(fā)泡成型用于淀粉基泡沫塑料以代替聚苯乙烯作松散填充物。其中擠出加工條件、淀粉的組成、發(fā)泡劑、濕含量等對(duì)淀粉在擠出機(jī)中的發(fā)泡行為有很大影響。目前淀粉基生物降解塑料是較好的生物包裝材料之一，用純淀粉可以制造出很好發(fā)泡材料，但水解嚴(yán)重24。淀粉材料的改性主要集中在接枝、與其它天然高分子或合成高分子共混以及用無(wú)機(jī)或有機(jī)納米粒子復(fù)合制備完

20、全生物可降解材料、超吸水材料、血液相容性材料等16。早期對(duì)淀粉泡沫的研究主要集中于單一淀粉的發(fā)泡研究，而自2000年以來(lái)，淀粉與各種樹(shù)脂的共混及共聚發(fā)泡研究層出不窮，并將近年來(lái)出現(xiàn)的超臨界熔融擠出新成果應(yīng)用于淀粉發(fā)泡之中，取得了很大的突破。 20世紀(jì) 80年代末，淀粉擠出發(fā)泡成型用于研究淀粉基泡沫塑料，用于代替聚苯乙烯做松散填充物。bhatnagar等25研究了淀粉與聚苯乙烯及聚甲基丙烯酸甲酯共混制備松散填充物。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除密度外，淀粉作為填充物的性能與商業(yè)化的產(chǎn)品相似。ganjyal26研究了將玉米莖纖維素填充到經(jīng)乙?；哂袩崴苄再|(zhì)的玉米淀粉中而發(fā)泡，認(rèn)為纖維素在低濃度下能顯著提高泡沫材料

21、的物理性能，但當(dāng)纖維素含量超過(guò)10時(shí)，泡沫材料的發(fā)泡倍率開(kāi)始降低，密度增加。guan等27-28認(rèn)為淀粉的乙?；〈葘?duì)淀粉的發(fā)泡倍率、可壓縮性和機(jī)械能需求有積極的影響，而與密度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。guan等29用雙螺桿擠出機(jī)擠出淀粉和乙酸淀粉共混物制得了具有高發(fā)泡倍率、高可壓縮性和低吸水性等特性的發(fā)泡材料。qi30發(fā)現(xiàn)pla(聚乳酸)的加入明顯地提高了規(guī)整淀粉(含25直鏈淀粉)和蠟質(zhì)淀粉擠出發(fā)泡產(chǎn)品的物理和機(jī)械性能。增加pla聚合物的含量，泡沫的發(fā)泡倍率和彈性指數(shù)增加，其密度和可壓縮性降低，但對(duì)水溶性沒(méi)有影響。淀粉在泡沫塑料中的應(yīng)用研究已經(jīng)取得了很大的成就，但是由于淀粉發(fā)泡較人工高分子發(fā)泡材料研究

22、起步較晚，至今應(yīng)用情況還不是很理想。從各方面的報(bào)道來(lái)看，淀粉泡沫塑料的應(yīng)用主要存在以下的困難10： （1）發(fā)泡機(jī)理研究還處于基礎(chǔ)階段，淀粉的發(fā)泡過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，因此，要實(shí)現(xiàn) 真正控制它們的發(fā)泡行為，還需不斷探索研究淀粉發(fā)泡的基礎(chǔ)理論。 （2）發(fā)泡倍率不高，從前人所做的工作可以看出，淀粉的發(fā)泡倍率相對(duì)于聚苯乙烯來(lái)說(shuō)是相當(dāng)?shù)偷模绕鹁郾揭蚁┑劝l(fā)泡材料，確實(shí)有很大的差距，從而導(dǎo)致了淀粉發(fā)泡材料不能很好地被應(yīng)用到實(shí)際中。 （3）在淀粉發(fā)泡中，由于淀粉主要來(lái)源于糧食生產(chǎn)，我國(guó)是人口大國(guó)，如果大規(guī)模地生產(chǎn)淀粉泡沫塑料，必然會(huì)大量消耗糧食以生產(chǎn)淀粉， 這也是值得注意的地方。2.3 甲殼素、殼聚糖發(fā)

23、泡材料 甲殼素是重要的海洋生物資源，它由b(1-4)-鏈接的2-乙酰氨基2-脫氧-d-吡喃葡聚糖組成31，殼聚糖是它的脫乙?；a(chǎn)物。甲殼素和殼聚糖具有生物相容性、抗菌性及多種生物活性、吸附功能和生物可降解性等，它們可用于制備食物緩沖包裝材料、醫(yī)用海綿敷料、藥物緩釋載體等。用殼聚糖材料制成四類功能材料32中就包括生物醫(yī)用材料、醫(yī)用海綿敷料、藥物緩釋材料等。目前，文獻(xiàn)報(bào)道的支架制備方法比較多，其中冷凍干燥法是制備殼聚糖多孔海綿普遍使用的方法，冰晶成孔，操作簡(jiǎn)單，安全無(wú)污染，但制備過(guò)程能量消耗巨大，所需環(huán)境特殊，成本高33。鄺輝等用氯化鈉致孔法制備了殼聚糖多孔支架，該支架制備方法的可行性和安全性。李

24、德平34等以殼聚糖、明膠為海綿材料制備替硝唑、鹽酸克林霉素、地塞米松磷酸鈉口腔止血海綿，并對(duì)其進(jìn)行療效觀察，此品比可吸收性明膠海綿在口腔創(chuàng)傷止血中的應(yīng)用效果好。肖玲35等用預(yù)凍-冷凍干燥法制備了聚乙烯醇?xì)ぞ厶?明膠不對(duì)稱海綿，研究了聚乙烯醇、殼聚糖與明膠的比例對(duì)海綿結(jié)構(gòu)與性能的影響，并選取具有抗菌性能的鹽：制得的海綿具有致密的表層結(jié)構(gòu)和多孔的內(nèi)層結(jié)構(gòu)，海綿的吸水率和保水率、藥物緩釋性能以及酶降解件能隨聚乙烯醇與殼聚糖、明膠混合比例的改變而改變，當(dāng)聚乙烯醇、殼聚糖、明膠的質(zhì)量比為 1：2：2時(shí)，海綿的吸水率和保水率最高，在蒸餾水中海綿吸水牢可達(dá)3714，室溫放置180 h后仍能保留40。2.4

25、海藻酸鈉發(fā)泡材料多糖是人類最基本的生命物質(zhì)之一，除作為能量物質(zhì)外，多糖的其它諸多生物學(xué)功能也不斷被揭示和認(rèn)識(shí)，各種多糖材料已在醫(yī)藥、生物材料、食品、日用品等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。如海藻酸鈉，它易溶于水，由b-d-甘露糖醛酸和a-l-古羅糖醛酸兩種組分構(gòu)成。這種高分子材料無(wú)毒，生物可將降解而且生物活性高，與人體相容性好，非常適合用作醫(yī)用材料36，它也是理想的微膠囊材料，具有良好的生物相容性和免疫隔離作用，能有效延長(zhǎng)細(xì)胞發(fā)揮功能的時(shí)間。gilicklis37等用多孔海綿結(jié)構(gòu)的海藻酸鈉水凝膠作為肝細(xì)胞組織工程的三維支架材料，它可增強(qiáng)肝細(xì)胞的聚集，從而有利于提高肝細(xì)胞活性以及合成蛋白質(zhì)的能力。miral

26、les38等指出，海藻酸鈉海綿支架和水凝膠可用于軟骨細(xì)胞的體外培養(yǎng)，當(dāng)加入透明質(zhì)酸后，它能進(jìn)一步促進(jìn)細(xì)胞增殖以及合成糖蛋白的能力。海藻酸鈉這種聚電解質(zhì)很容易與某些二價(jià)陽(yáng)離子鍵合，形成典型的離子交聯(lián)水凝膠。若選用ca2+作為海藻酸的離子交聯(lián)劑，很容易形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它可作為組織工程多空支架材料。wang等39用ca2+交聯(lián)的海藻酸鈉水凝膠作為鼠骨髓細(xì)胞增殖的基質(zhì)，起到三維可降解支架作用。近年來(lái)，由海藻酸鈣制成的非織造醫(yī)用敷料上得到了廣泛的應(yīng)用，當(dāng)它與創(chuàng)面滲液接觸時(shí)，通過(guò)離子交換生成可溶性的海藻酸鈉，置換出的鈣離子在傷口表面可以加速創(chuàng)面止血40。柔韌、順應(yīng)性好，但是單獨(dú)使用時(shí)黏附性較差41-43

27、。目前已應(yīng)用于術(shù)后的創(chuàng)口、劃傷及高滲出的慢性創(chuàng)面如壓瘡、潰瘍。在國(guó)內(nèi)的有關(guān)用海藻酸鈉的發(fā)泡材料的研究中，郝曉麗44等用冷凍干燥的方法制備了海藻酸鈣多孔支架，研究了預(yù)凍溫度和與海藻酸鈉溶液濃度對(duì)海綿成型與性能的影響，高瑋45等用冷凍干燥的方法，在羧甲基淀粉鈉中加入海藻酸鈉形成的復(fù)合海綿表面成型改善，胡沁等46等有研究了羧甲基淀粉鈉與海藻酸鈉復(fù)合海綿的制備過(guò)程中不同的預(yù)凍溫度對(duì)海綿成型的影響。young等47使用冷凍干燥的方法用碳二亞胺交聯(lián)劑，制備明膠海藻酸鈉交聯(lián)海綿。樊李紅等口48用冷凍干燥的方法，利用殼聚糖的氨基正離子和海藻酸鈉的羧酸根負(fù)離子之間的聚電解質(zhì)作用，制備醫(yī)用海綿。研究表明，溶液在進(jìn)

28、入預(yù)凍之前要確保形成均相體系，預(yù)凍溫度要低于材料的共晶溫度，干燥溫度要低于材料的共熔溫度，而且預(yù)凍溶液的濃度要適中，在溶劑中溶解時(shí)濃度在2%-3%時(shí)對(duì)海綿的成型最有利，在純的海藻酸鈉溶液中加入其它的功能材料，如明膠，羧甲基淀粉鈉，可以改善純的海綿原來(lái)的孔徑和裂紋狀況。2.5 蛋白質(zhì)發(fā)泡材料蛋白質(zhì)存在于一切動(dòng)植物細(xì)胞中，它是由多種氨基酸組成的天然高分子化合物，分子量一般可由幾萬(wàn)到幾百萬(wàn)，甚至可達(dá)上千萬(wàn)。在材料領(lǐng)域中正在研究與開(kāi)發(fā)的蛋白質(zhì)主要包括大豆分離蛋白、玉米醇溶蛋白、菜豆蛋白、面筋蛋白、魚(yú)肌原纖維蛋白、角蛋白和絲蛋白等。近十年來(lái)蛋白質(zhì)材料在粘結(jié)劑、生物可降解塑料、紡織纖維和各種包裝材料等領(lǐng)域

29、的研究與開(kāi)發(fā)十分引人注目，是將來(lái)合成高分子塑料的替代物之一49。近年來(lái)，蠶絲和蜘蛛絲的極高的力學(xué)強(qiáng)度而引起重視。它們的主要成分均是純度很高的絲蛋白，在自然界用作結(jié)構(gòu)性材料。蠶絲有很高的強(qiáng)度，這與其內(nèi)在的緊密結(jié)構(gòu)有關(guān)。蠶絲分為兩層：外層以絲膠為皮，內(nèi)部以絲蛋白為芯，而且中間的絲蛋白纖維結(jié)構(gòu)緊密，使蠶絲具有優(yōu)良的力學(xué)性能。其中，膠原(collagen) 是細(xì)胞外基質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)蛋白，是生物體內(nèi)含量最高的蛋白質(zhì)，它廣泛存在于人體及動(dòng)物體內(nèi)。作為一種來(lái)源廣泛、止血性能優(yōu)良的可降解生物材料，已引起了國(guó)內(nèi)外科研人員的重視。武繼民等50首先制備出可溶性膠原材料，并以此為原料，利用凍干工藝制備出了膠原海綿。采用

30、氨基酸分析和紫外光譜分析，證實(shí)了膠原海綿的結(jié)構(gòu)和組成，同時(shí)也證明其制備工藝具有可行性。武繼民等51亦曾采用酸堿溶解法，從牛腱中提取了可溶性膠原材料。采用凍干法制得了膠原海綿止血材料。武繼民等52也曾就醫(yī)用吸收性膠原海綿和明膠海綿在出血?jiǎng)?chuàng)面治療上進(jìn)行了詳細(xì)的臨床實(shí)驗(yàn)對(duì)比。雖然膠原海綿在臨床應(yīng)用取得了很好的療效，但單獨(dú)應(yīng)用膠原還存在力學(xué)性能差、溶解速度太快等缺欠。共混復(fù)合是改善材料性能的有效手段，有關(guān)于此的研究日益豐富5354。3、本課題擬采取的研究方案，技術(shù)路線3.1制備方法本文主要用冷凍干燥法、致孔法等方法來(lái)制備生物質(zhì)發(fā)泡海綿材料。以海藻酸鈉為反應(yīng)主體，研究不同生物質(zhì)材料以不同比例共混或復(fù)合比

31、例形成均相體系后，主要用冷凍干燥法制備發(fā)泡海綿；研究各種成型海綿的基本性能；研究海綿的功能性以及功能整理。材料復(fù)合方案如下： 海藻酸鈉 殼聚糖 蛋白質(zhì) 海藻酸鈉+淀粉 海藻酸鈉+纖維素+木質(zhì)素 海藻酸鈉+纖維素+木質(zhì)素+殼聚糖 殼聚糖+淀粉+纖維素+木質(zhì)素 海藻酸鈉+殼聚糖+蛋白質(zhì)+纖維素+木質(zhì)素3.1.1 冷凍干燥法 冷凍干燥法一般是將聚合物溶液、乳液或水凝膠低溫下冷凍，冷凍過(guò)程中發(fā)生相分離，溶液中的水分凍結(jié)形成細(xì)小的冰晶，隨后在真空條件下，冰晶逐步氣化消失，原冰晶占據(jù)的空間就形成孔。把以上方案中的纖維素與殼聚糖換成蛋白質(zhì)與海藻酸鈉，把相應(yīng)的溶劑換成水，按照不同的比例混合溶解然后再進(jìn)入冷凍干

32、燥后，再用相關(guān)的試劑進(jìn)行改性，變成不溶于水的海綿。3.1.2 一步法與兩步法 工藝特點(diǎn)：是采用整體澆注發(fā)泡成型。工藝流程：物料混合制漿澆注發(fā)泡成型熟化脫模成品。采用兩步法流程圖如下：第一步利用顆粒膨化機(jī)將按比例配好的原料進(jìn)行膨化處理形成膨化粒子，第二步對(duì)膨化粒子進(jìn)行模壓成型。一步法與兩步法是制備纖維類發(fā)泡材料的基本方法?？偟膩?lái)說(shuō)一步法要比兩步法制備發(fā)泡材料困難些。用發(fā)泡法制備生物質(zhì)發(fā)泡材料的物料被粉碎成5 mm2以下的纖維狀，使其與淀粉混合制成直徑約為1-3mm的粒子，將粒子送入擠壓機(jī)制成圓柱顆粒，在擠壓過(guò)程中原料受水蒸氣作用發(fā)泡，送入熱壓成形機(jī)的專用金屬模具中，加熱加壓后發(fā)泡材料。也可以把水

33、換成其它發(fā)泡劑，如：碳酸氫銨、碳酸氫鈉。3.1.3 致孔法致孔法就是將一定量生物質(zhì)材料和致孔劑混合均勻后做成壓片后在一定的熱濕環(huán)境中將致孔劑溶解，留下有孔洞的生物質(zhì)支架。3.2 發(fā)泡材料的性能測(cè)試與表征3.2.1 孔隙發(fā)泡材料的內(nèi)部的孔隙分布以及氣孔結(jié)構(gòu)構(gòu)型、尺寸大小、氣孔密度、氣孔壁厚以及分布是表征發(fā)泡材料宏觀質(zhì)地好壞的最基本的要素，掃描電鏡的景深大，圖像富立體感，圖像的放大范圍廣，分辨率也比較高，可以從各種角度對(duì)樣品進(jìn)行觀察，還可利用從樣品發(fā)出的其他信號(hào)作微區(qū)成分分析能夠?qū)崿F(xiàn)了表面形貌、微區(qū)成分和晶體結(jié)構(gòu)等多信息同位分析，所以用sem觀察發(fā)泡材料的宏觀形態(tài)，對(duì)其孔隙進(jìn)行分析。3.2.2 機(jī)

34、械性能 材料的力學(xué)性能是重要的特征參數(shù)，參照iso1798-1983拉伸強(qiáng)度斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定方法；撕裂強(qiáng)度的測(cè)定根據(jù)gb10808-89 軟質(zhì)泡沫塑料撕裂性能測(cè)定方法，用電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)材料進(jìn)行壓縮、彎曲、剝離測(cè)試，比較不同的發(fā)泡工藝、不同的發(fā)泡材料以及不同的發(fā)泡劑制備的發(fā)泡材料的綜合機(jī)械性能。3.2.3吸濕性、透氣性 對(duì)于用在紡織領(lǐng)域、化工包裝、醫(yī)用敷料上的發(fā)泡材料要求材料有一定的透氣性能，用在對(duì)紡織領(lǐng)域、醫(yī)用敷料上的發(fā)泡材料要求材料又要求有一定的吸濕性。根據(jù)gb/ t46113-1989浸水法測(cè)定吸水性，根據(jù)壓力差測(cè)試法測(cè)試材料的透氣性。3.2.4 擴(kuò)散性、抗菌性、離子交換性以及其它性

35、能測(cè)試研究。4、本課題在研究過(guò)程中可能遇到的困難和問(wèn)題，提出解決的初步設(shè)想4.1溶劑（1）找出溶解淀粉、纖維素、殼聚糖、海藻酸鈉及蛋白質(zhì)的各自的溶劑。（2）找出材料的共同的溶劑，實(shí)驗(yàn)兩種以上材料才同中溶劑中溶解或者是溶解后共混時(shí)發(fā)生的相變化，達(dá)到相均勻分布為準(zhǔn)。（3）在上述工作的基礎(chǔ)上找對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)污染、價(jià)格低廉,來(lái)源廣泛的溶劑，以降低成本。4.2材料復(fù)合（1）運(yùn)用纖維素為反應(yīng)主體，淀粉、木質(zhì)素為增強(qiáng)材料，制備純生物質(zhì)發(fā)泡材料，設(shè)計(jì)出最合理的制備工藝，減少發(fā)泡過(guò)程中不確定因素的影響，提高發(fā)泡材料的發(fā)泡倍率與力學(xué)性能。（2）用冷凍干燥法和致孔法制備甲殼素、殼聚糖、蛋白質(zhì)等材料共混或復(fù)合發(fā)泡材料。

36、4.3成品性能對(duì)特定的發(fā)泡材料，測(cè)試材料的生物降解性和抗菌性、吸濕性、擴(kuò)散性、吸臭性等功能性并根據(jù)材料的可能的用途改善材料的某項(xiàng)用途，對(duì)同工藝、不同材料的發(fā)泡材料進(jìn)行性能對(duì)比；不同工藝、同種材料的發(fā)泡材料進(jìn)行性能對(duì)比；同工藝同種材料不同溶劑的發(fā)泡材料對(duì)比。5、本課題預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)（1）將不同的生物質(zhì)材料以不同的比例在不同的制備方法下混合或復(fù)合，制備力學(xué)性能好，柔軟，透氣的生物質(zhì)發(fā)泡材料。 （2）制備抗菌性，吸臭性生物質(zhì)發(fā)泡材料。（3）做出生態(tài)環(huán)保對(duì)人體無(wú)毒害的發(fā)泡材料，應(yīng)用于日常生活或者醫(yī)用領(lǐng)域。6、論文工作量與經(jīng)費(fèi)的來(lái)源本課題經(jīng)費(fèi)來(lái)源于：論文工作量大，大約為360個(gè)工作日。7、本課題研究的進(jìn)

37、度安排2010.82010.10 查閱資料，進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)；2010.112010.12 寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告，研究制備生物質(zhì)發(fā)泡材料的最佳條件；2011.12011.2 利用環(huán)境中廢棄資源，找到相對(duì)產(chǎn)率高、成本低的條件；2011.32011.5 研究不同制備方法對(duì)對(duì)生為發(fā)泡材料性能的影響；2011.62011.8 制備改性的生物質(zhì)發(fā)泡材料，對(duì)比復(fù)合材料的不同性能；2011.92011.12 制備抗菌性，吸臭性生物質(zhì)發(fā)泡材料，測(cè)試材料的相關(guān)性能；2012.2-2012.5 撰寫(xiě)畢業(yè)論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。8、參考文獻(xiàn)1 陳洪章生物質(zhì)科學(xué)與工程m北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008（1）：1-62

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49、0，67：34435338 miralles g，baudoin r，duman d，et a1j bio-materials，2001，57：268-278 39 wang l，shelton r m，cooper p r，bio-materials，2003，24：3475348140田建廣，夏照帆創(chuàng)面敷料的研究進(jìn)展j解放軍醫(yī)學(xué)雜志2003，28(5)：470-471 41 thomas salginate dressings in surgery and wound management-part 1j wound care2000，9(2)：56-6042 楊偉偉，駱廣生溶劑微膠囊-現(xiàn)

50、代萃取技術(shù)發(fā)展的核心之一j化工進(jìn)展，2004，23(1)：2427 43 dietmar w h，michael sittinger，makarand vscaffold based tissue engineering rationale for computer aided design and solid free form fabrication systems j trends in biotechnology，2004，22 ( 7)：354 - 36244 郝曉麗海藻酸鈣多孔支架的制備研究j功能材料，2009，（10）4：1702-170845 高瑋羧甲基淀粉鈉/海藻酸鈉復(fù)合海綿的制備與表征j化工新型材料，3