生物质发泡材料的制备与性能研究

1、武汉纺织大学研究生学位论文开题报告登记表学 院： 纺织学院 专 业：纺织材料与纺织品设计 学 号：0915033017 姓 名：熊春华 导师姓名：朱平 导师职称： 教授 2010年 1 月 11 日武汉纺织大学关于研究生学位论文开题报告的规定学位论文工作是研究生培养的重要组成部分，是对研究生进行科学研究或承担专门技术工作的全面训练，是培养研究生创新能力，综合应用所学知识发现问题、分析问题和解决问题的主要环节。学位论文开题报告是研究生完成学位论文、保证学位论文质量的一种集体把关形式，主要检验研究生对专业知识的独立驾驭能力和研究能力，它有助于研究生做好论文的各项准备工作；有助于研究生较好地了解课题

2、中应注意处理和解决的主要问题；有助于加强本学科的学术交流。为了保证和促进研究生按期完成开题报告，特制定本规定。 一、 选题的原则1、 选题应紧密结合学科发展实际，不同专业可根据自身特点各有侧重，应对科技发展或经济建设、社会进步有一定的理论和实用价值，能产生有一定学术水平和创造性的学术成果。2、 论文选题应尽可能从高起点、新视角、前沿性的要求出发，要充分结合导师的研究方向和研究生自身的基础，以利于发挥导师专长和调动研究生的主观能动性和创造性。3、要充分考虑开展工作的必要条件以及在规定的学习年限内取得创造性成果的可能性。二、 开题报告的内容1、 选题的背景及研究的意义；2、本课题研究领域国内外的研

3、究动态及发展趋势；3、本课题拟采取的研究方案，技术路线；4、本课题在研究过程中可能遇到的困难和问题，提出解决的初步设想；5、本课题预期达到的目标；6、论文工作量与经费的来源；7、本课题研究的进度安排；8、参考文献。三、组织与管理1、研究生开题报告以学科专业为单位由学科负责人组织进行，组成57人的评审小组。2、开题报告在第三学期末或第四学期初进行，如因故不能按期进行开题报告，必须及时办理延期手续，经导师和院系（部）主管领导同意签字后，报研究生处批准。3、开题报告成绩采用两级制：通过，不通过。对未通过者，必须在三个月内在学科所在学位评定分委员会重做开题报告。仍未通过者，按“武汉科技学院研究生中期考

4、核及筛选办法”处理。4、开题报告通过后，可进入论文工作阶段。原则上不再随意更改题目，如确有特殊原因需更改题目时，须由研究生写出书面报告，经导师同意签字，系部负责人审批后，报研究生处备案。并在12月内重新做开题报告。5、开题报告完成后，经导师、学科及所在院系部签署意见，研究生应在3日内将开题报告和选题情况报研究生处审批并备案。四、开题报告撰写要求开题报告字数为1万字左右，用a4复印纸小四号宋体打印。参考文献应为50篇以上，其中外文资料应占1/3以上。研究生学位论文开题报告表姓 名熊春华院、系（所）纺织学院学 科 专 业纺织材料与纺织品设计攻读学位硕士研 究 方 向高分子合成及改性指导教师朱平拟定

5、学位论文题目：生物质发泡材料的制备与性能研究 参加开题报告教师人数 6参加旁听学生人数20开题报告组成人员姓 名职 称所 在 工 作 单 位李建强教授纺织学院刘晓洪教授纺织学院吴继宏教授纺织学院陈益人教授纺织学院赵三平副教授纺织学院崔莉讲师纺织学院1、选题的背景及研究的意义1.1 生物质简介发展生物质材料对保护人类赖以生存的自然环境和替代以石油、煤炭等以化石资源为原料的合成高分子材料有重要的意义。据统计，2004年全世界就三大合成高分子材料之一的塑料总产量超过了2.1亿吨，消耗了地球上大量的煤炭、石油等不可再生资源，而且产生的废弃物严重破坏了地球的生存环境。目前，可再回收利用的合成高分子材料不

6、到总产量的1%，而废弃物则占总产量的50-60%，它们在自然环境中要经过百年以上的时间才能分解，而目前工业生产发泡材料中海绵以及泡木塑料如聚苯发泡板、聚氯乙烯发泡保温板、聚氨酯发泡胶、聚氨酯弹性海绵等所消耗的原来大部分来自合成高分子材料，严重消耗了地球上的可再生资源，污染了生态环境。生物质材料源于自然，且具有很好的生物降解性，降解产物能进到自然界进行生物循环利用，开发利用生物质发泡材料不仅可以替代合成高分子材料，可以保护环境，减少地球上不可再生资源的开发，支持人类的可持续发展政策。生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质1，它包

7、括植物、动物和微生物，生物质材料主要由有机高分子物质组成，在化学成分上生物质材料主要由碳氢氧三种元素组成。生物质材料的种类很多，我们按照来源2分可把生物质材料分为植物基生物质材料、动物基生物质材料以及微生物基生物质材料。植物基生物质材料就是由植物基生物质材料或者直接利用具有细胞结构的织物本体作为材料，常见的植物基生物质材料有纤维素，木质素、半纤维素、淀粉、植物蛋白等。动物基生物质材料是由动物衍生得到的生物质材料或者直接利用具有细胞结构的动物组织作为材料，常见的由动物衍生得到的生物质材料有甲壳素、壳聚糖、动物蛋白、透明质酸、丝素蛋白、核酸等，直接利用具有细胞结构的动物的部分组织主要指动物的皮、毛

8、等。微生物基生物质材料是指通过微生物的生物活动合成的一种可生物降解的聚合物，代表材料有芽霉聚糖、凝胶多糖、黄原胶、聚羟基酸酯、聚氨基酸等3。1.2 生物质发泡材料及其特性（1）生物质材料都含有碳氢氧三种元素，有的生物质材料还含有氮、硫、钠，属有机高分子材料。（2）由于是动物、植物及微生物等生命衍生到的材料，未经化学修饰的生物质材料容易被自然界中微生物降解为水、二氧化碳和其它小分子，其产物可再次进入自然界循环，因此生物质材料具备有可再生性和降解性的特征。（3）生物质材料的种类多，分布广，储量丰富。单植物每年光合作用生成的生物质材料就达1500亿吨，是每年合成高分子材料产量的600-800倍。（4

9、）水分对生物质材料的性能影响明显，水是不可或缺的物质，因此水对生物质材料的作用比大多数合成高分子材料的作用显著，绝大多数生物质材料都含有亲水性羟基，很多生物质材料中还含有氨基，酰胺基，羧基等亲水性基团，这些基团可以通过氢键作用，使得生物质材料具有明显的吸湿性，宏观上表现为吸湿膨胀，干燥收缩，并伴随着性能的变化。生物质发泡材料就是以生物质材料为基础而内部有无数气孔的微孔材料，也可以视为气体为填料的复合材料。常用的发泡方法有物理发泡法和化学发泡法。物理发泡中是将物理发泡剂包括一般为惰性压缩气体、低沸点液体或易升华固体，在一定压力下注入生物质材料中，当混合物受热升温时，发泡剂挥发或升华产生大量气体，

10、使混合物发泡。在此过程中发泡剂仅是物理形态发生了变化，化学组成不变。 惰性气体可以是空气、氮气、二氧化碳等。低沸点液体或易升华固体主要指脂肪氢，如戊烷、己烷、三氯氟甲烷、三氯三氟乙烷等4。化学发泡方法是向配料中加入可在适当温度下分解的发泡剂，这些发泡剂分解后可放出大量气体，在聚合物熔体中形成泡孔，从而使之发泡。化学发泡法中常用到的有机发泡剂有：偶氮化合物、磺酰肼类化合物、亚硝基化合物； 无机发泡剂主要有：碳酸氢钠、碳酸钠。生物质发泡材料有以下特性5：（1）发泡材料由于其多孔结构的特点，可以产生较大的压缩形变，具有优良的阻尼特性，可用作减震缓冲材料。（2）由于发泡材料内部含有大量空气或其它气体，

11、并不宜流通，特别是闭孔发泡材料，具有完全隔开的泡孔，材料能明显减缓对热的传导，具有极低的导热系数，结合材料本身的柔软性，和良好的回弹性，可以成为理想的保温材料。（3）生物质发泡材料还有超强的吸湿性，生物降解性，既生态环保，又可以达到资源有效利用。（4）生物质发泡材料中，有壳聚糖、蛋白质等材料做成的生物支架，这类发泡材料还有生物相容性、吸收伤口渗出液、止血、抗菌，有助于伤口快速愈合。随着我国近年来经济的快速增长和环境资源问题的扩大，开发利用生物质材料已经得到社会的公认，像合成高分子材料一样，生物质材料可以制成塑料、纤维、胶黏剂、功能材料、复合材料等，应用在生产生活的各个领域中。生物质材料无毒无害

12、性，有很优异的亲水性，还有抗菌，生物相容性等功能性，一直是制备医用发泡海绵的热门材料，而目前医用海绵在药物缓释 6-7、伤口敷料8、细胞培养和组织工程9-11等领域得到广泛的应用。应用纤维素、壳聚糖、木质素和淀粉制备发泡塑料的技术研究还不是很成熟，由于不确定因数、工艺参数等多方面的影响，还不能进入工业化生产，甲壳素、壳聚糖、蛋白质等是近年来制备功能生物海绵敷料的研究热点，纯的淀粉和蛋白质发泡海绵材料易脆，力学性能差，淀粉、甲壳素、纤维素、木质素等材料可作为增强材料加入到发泡海绵材料中起到增强作用，以改善发泡制品的力学性能与舒适性。研究开发医用生物质发泡材料，对有效利用自然资源、保护生态环境、减

13、少患者的痛苦以及为人类社会的健康发展有一定的贡献意义。2、本课题研究领域国内外的研究动态及发展趋势由于生物质发泡材料可再生性和降解性，响应了现代社会资源可持续发展号召，近年来的应用领域的发展日益壮大，利用海藻酸、壳聚糖以及蛋白质等制备发泡材料的海绵状多孔层有利于伤口分泌物的排出，细胞的生长12，可促进伤口组织的愈合，加入纤维素、木质以及淀粉素等制备的发泡材料用来增强海绵的力学机械性能与舒适性。本课题拟用淀粉、纤维素、壳聚糖、海藻酸钠及蛋白质做生物质发泡材料，通过材料复合和功能整理制备出能用于伤口敷料的医用发泡海绵，下面分别介绍本课题选用的生物质材料制备发泡材料的国内外研究动态。2.1 纤维素、

14、木质素发泡材料 纤维素是地球上最古老和最丰富的可再生资源，主要来源于树木、棉花、麻、谷类植物和其它高等植物，也可通过细菌的酶解过程产生(细菌纤维素)。纤维素由b-(1-4)-链接的d-葡萄糖组成，它含有大量羟基，易形成分子内和分子间氢键，使它难溶、难熔，从而不能熔融加工28。纤维素在自然界中是比较普遍的一种资源，不但来源广泛，而且能通过植物的光合作用不断再生，每年的产量高达1000 t13。目前纤维素发泡制品除了用在缓冲包装制品和发泡餐具以外14，国外对植物纤维制品的关注重点不是餐具，而是用以取代eps衬垫的发泡缓冲材料，植物纤维发泡制品的发泡工艺主要有两种：使用化学发泡剂及不用化学发泡剂15

15、。国外植物纤维发泡制品所研究工艺方向主要集中在不添加化学发泡剂的技术上，原料通过水蒸气的作用发泡，该工艺比采用添加化学发泡剂的工艺方法难度大，但是该植物纤维发泡制品的生产和使用对环境无不利影响。我国植物纤维发泡制品工艺研究主要集中在使用添加化学发泡剂，通过化学发泡剂产生发泡，该工艺比不用发泡剂的工艺简单，但其制品生产及使用后的处理对环境可能造成一些不利影响，该项技术还有待于改进和提高。目前，无论国内还是国外，对植物纤维发泡包装制品的研究基本上处在实验阶段，还未达到工业化大规模连续化生产的要求16。本文用它们来与壳聚糖、海藻酸、蛋白质等一起做医用复合海绵。要把纤维素做成发泡材料首先要找到溶解纤维

16、素的溶剂，利用纤维素制备发泡材料，最重要的就是纤维素溶剂，纤维素溶剂分为衍生化溶剂和非衍生化溶剂，也可以分为水相溶剂和非水相溶剂17最近开发的纤维素溶剂主要有n-甲基吗啉-n-氧化物(nmmo)、氯化锂/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)离子液体等。纤维素在加热条件下溶于nmmo。汪怿翔18实验室开发了新一类溶剂(naoh尿素、naoh硫脲、lioh尿素水溶液体系)，它们在低温下能迅速溶解纤维素(均分子量低于1.2105 )得到透明的溶液，用该溶剂体系中已制备出多种纤维素功能材料。kuga 19期等用硫酸

17、水解细菌纤维素，得到了棒状的纤维素微晶悬浮液。木质素是具有更为复杂结构的天然高分子，它含芳香基、酚羟基、醇羟基、羧基、甲氧基、羧基、共轭双键等活性基团，可以进行多种类型的化学反应。它还可以作为增强剂，应用接枝共聚的化学改性方法，能够赋予木质素更高的性能和功能，加入到其他的生物质材料中制备出力学性能更好的发泡材料20。在自然界中，木质素是仅次于纤维素的一种丰富的天然大分子有机物质，占植物体干重的l03621-22。木质素不但具有人工高分子材料所具有的热塑性、玻璃态转化等性质，还具有天然可降解的优良特性。木质素及其衍生物在活性氧和黄孢原毛平革菌、木质素过氧化物酶、漆酶等作用下，按以下路线分解，最终

18、分解代谢产物为co2，具有优良的环境友好特性22。在发泡材料方面，木质素仅是作为一种添加剂添加到各种现有发泡材料中去，单独利用木质素为原料开发发泡材料还未见报道。将木质素添加到发泡材料中能提高泡沫的各种物理性能。木质素作为一种增强剂加入到人工发泡高分子材料中是完全可行的。木质素的加入，不但不影响材料本身的性能，而且对材料的密度和机械性都有较大的增强。在泡沫塑料方面，木质素作为反应主体时，主要有木质素与异氰酸酯类反应形成聚氨酯而获得发泡材料的研究23。利用木质素制备木质素发泡材料，不仅为解决水解工业和造纸工业木质素的污染问题提供了一条可行的途径，而且也是对植物资源的一种合理利用。目前溶解木质素的

19、溶剂有稀酸、聚氧化乙烯二醇。2.2 淀粉发泡材料 淀粉由 a-(1-4)-链接的d-葡萄糖组成，主要存在于植物根、茎、种子中。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，已成为材料领域的一个研究热点。淀粉挤出发泡成型最早用在食品中，到20世纪80年代末，淀粉挤出发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。其中挤出加工条件、淀粉的组成、发泡剂、湿含量等对淀粉在挤出机中的发泡行为有很大影响。目前淀粉基生物降解塑料是较好的生物包装材料之一，用纯淀粉可以制造出很好发泡材料，但水解严重24。淀粉材料的改性主要集中在接枝、与其它天然高分子或合成高分子共混以及用无机或有机纳米粒子复合制备完

20、全生物可降解材料、超吸水材料、血液相容性材料等16。早期对淀粉泡沫的研究主要集中于单一淀粉的发泡研究，而自2000年以来，淀粉与各种树脂的共混及共聚发泡研究层出不穷，并将近年来出现的超临界熔融挤出新成果应用于淀粉发泡之中，取得了很大的突破。 20世纪 80年代末，淀粉挤出发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研究了淀粉与聚苯乙烯及聚甲基丙烯酸甲酯共混制备松散填充物。结果发现，除密度外，淀粉作为填充物的性能与商业化的产品相似。ganjyal26研究了将玉米茎纤维素填充到经乙酰化而具有热塑性质的玉米淀粉中而发泡，认为纤维素在低浓度下能显著提高泡沫材料

21、的物理性能，但当纤维素含量超过10时，泡沫材料的发泡倍率开始降低，密度增加。guan等27-28认为淀粉的乙酰化取代度对淀粉的发泡倍率、可压缩性和机械能需求有积极的影响，而与密度呈现负相关性。guan等29用双螺杆挤出机挤出淀粉和乙酸淀粉共混物制得了具有高发泡倍率、高可压缩性和低吸水性等特性的发泡材料。qi30发现pla(聚乳酸)的加入明显地提高了规整淀粉(含25直链淀粉)和蜡质淀粉挤出发泡产品的物理和机械性能。增加pla聚合物的含量，泡沫的发泡倍率和弹性指数增加，其密度和可压缩性降低，但对水溶性没有影响。淀粉在泡沫塑料中的应用研究已经取得了很大的成就，但是由于淀粉发泡较人工高分子发泡材料研究

22、起步较晚，至今应用情况还不是很理想。从各方面的报道来看，淀粉泡沫塑料的应用主要存在以下的困难10： （1）发泡机理研究还处于基础阶段，淀粉的发泡过程是一个非常复杂的过程，因此，要实现 真正控制它们的发泡行为，还需不断探索研究淀粉发泡的基础理论。 （2）发泡倍率不高，从前人所做的工作可以看出，淀粉的发泡倍率相对于聚苯乙烯来说是相当低的，比起聚苯乙烯等发泡材料，确实有很大的差距，从而导致了淀粉发泡材料不能很好地被应用到实际中。 （3）在淀粉发泡中，由于淀粉主要来源于粮食生产，我国是人口大国，如果大规模地生产淀粉泡沫塑料，必然会大量消耗粮食以生产淀粉， 这也是值得注意的地方。2.3 甲壳素、壳聚糖发

23、泡材料 甲壳素是重要的海洋生物资源，它由b(1-4)-链接的2-乙酰氨基2-脱氧-d-吡喃葡聚糖组成31，壳聚糖是它的脱乙酰化产物。甲壳素和壳聚糖具有生物相容性、抗菌性及多种生物活性、吸附功能和生物可降解性等，它们可用于制备食物缓冲包装材料、医用海绵敷料、药物缓释载体等。用壳聚糖材料制成四类功能材料32中就包括生物医用材料、医用海绵敷料、药物缓释材料等。目前，文献报道的支架制备方法比较多，其中冷冻干燥法是制备壳聚糖多孔海绵普遍使用的方法，冰晶成孔，操作简单，安全无污染，但制备过程能量消耗巨大，所需环境特殊，成本高33。邝辉等用氯化钠致孔法制备了壳聚糖多孔支架，该支架制备方法的可行性和安全性。李

24、德平34等以壳聚糖、明胶为海绵材料制备替硝唑、盐酸克林霉素、地塞米松磷酸钠口腔止血海绵，并对其进行疗效观察，此品比可吸收性明胶海绵在口腔创伤止血中的应用效果好。肖玲35等用预冻-冷冻干燥法制备了聚乙烯醇壳聚糖-明胶不对称海绵，研究了聚乙烯醇、壳聚糖与明胶的比例对海绵结构与性能的影响，并选取具有抗菌性能的盐：制得的海绵具有致密的表层结构和多孔的内层结构，海绵的吸水率和保水率、药物缓释性能以及酶降解件能随聚乙烯醇与壳聚糖、明胶混合比例的改变而改变，当聚乙烯醇、壳聚糖、明胶的质量比为 1：2：2时，海绵的吸水率和保水率最高，在蒸馏水中海绵吸水牢可达3714，室温放置180 h后仍能保留40。2.4

25、海藻酸钠发泡材料多糖是人类最基本的生命物质之一，除作为能量物质外，多糖的其它诸多生物学功能也不断被揭示和认识，各种多糖材料已在医药、生物材料、食品、日用品等领域有着广泛的应用。如海藻酸钠，它易溶于水，由b-d-甘露糖醛酸和a-l-古罗糖醛酸两种组分构成。这种高分子材料无毒，生物可将降解而且生物活性高，与人体相容性好，非常适合用作医用材料36，它也是理想的微胶囊材料，具有良好的生物相容性和免疫隔离作用，能有效延长细胞发挥功能的时间。gilicklis37等用多孔海绵结构的海藻酸钠水凝胶作为肝细胞组织工程的三维支架材料，它可增强肝细胞的聚集，从而有利于提高肝细胞活性以及合成蛋白质的能力。miral

26、les38等指出，海藻酸钠海绵支架和水凝胶可用于软骨细胞的体外培养，当加入透明质酸后，它能进一步促进细胞增殖以及合成糖蛋白的能力。海藻酸钠这种聚电解质很容易与某些二价阳离子键合，形成典型的离子交联水凝胶。若选用ca2+作为海藻酸的离子交联剂，很容易形成交联网络结构，它可作为组织工程多空支架材料。wang等39用ca2+交联的海藻酸钠水凝胶作为鼠骨髓细胞增殖的基质，起到三维可降解支架作用。近年来，由海藻酸钙制成的非织造医用敷料上得到了广泛的应用，当它与创面渗液接触时，通过离子交换生成可溶性的海藻酸钠，置换出的钙离子在伤口表面可以加速创面止血40。柔韧、顺应性好，但是单独使用时黏附性较差41-43

27、。目前已应用于术后的创口、划伤及高渗出的慢性创面如压疮、溃疡。在国内的有关用海藻酸钠的发泡材料的研究中，郝晓丽44等用冷冻干燥的方法制备了海藻酸钙多孔支架，研究了预冻温度和与海藻酸钠溶液浓度对海绵成型与性能的影响，高玮45等用冷冻干燥的方法，在羧甲基淀粉钠中加入海藻酸钠形成的复合海绵表面成型改善，胡沁等46等有研究了羧甲基淀粉钠与海藻酸钠复合海绵的制备过程中不同的预冻温度对海绵成型的影响。young等47使用冷冻干燥的方法用碳二亚胺交联剂，制备明胶海藻酸钠交联海绵。樊李红等口48用冷冻干燥的方法，利用壳聚糖的氨基正离子和海藻酸钠的羧酸根负离子之间的聚电解质作用，制备医用海绵。研究表明，溶液在进

28、入预冻之前要确保形成均相体系，预冻温度要低于材料的共晶温度，干燥温度要低于材料的共熔温度，而且预冻溶液的浓度要适中，在溶剂中溶解时浓度在2%-3%时对海绵的成型最有利，在纯的海藻酸钠溶液中加入其它的功能材料，如明胶，羧甲基淀粉钠，可以改善纯的海绵原来的孔径和裂纹状况。2.5 蛋白质发泡材料蛋白质存在于一切动植物细胞中，它是由多种氨基酸组成的天然高分子化合物，分子量一般可由几万到几百万，甚至可达上千万。在材料领域中正在研究与开发的蛋白质主要包括大豆分离蛋白、玉米醇溶蛋白、菜豆蛋白、面筋蛋白、鱼肌原纤维蛋白、角蛋白和丝蛋白等。近十年来蛋白质材料在粘结剂、生物可降解塑料、纺织纤维和各种包装材料等领域

29、的研究与开发十分引人注目，是将来合成高分子塑料的替代物之一49。近年来，蚕丝和蜘蛛丝的极高的力学强度而引起重视。它们的主要成分均是纯度很高的丝蛋白，在自然界用作结构性材料。蚕丝有很高的强度，这与其内在的紧密结构有关。蚕丝分为两层：外层以丝胶为皮，内部以丝蛋白为芯，而且中间的丝蛋白纤维结构紧密，使蚕丝具有优良的力学性能。其中，胶原(collagen) 是细胞外基质的主要结构蛋白，是生物体内含量最高的蛋白质，它广泛存在于人体及动物体内。作为一种来源广泛、止血性能优良的可降解生物材料，已引起了国内外科研人员的重视。武继民等50首先制备出可溶性胶原材料，并以此为原料，利用冻干工艺制备出了胶原海绵。采用

30、氨基酸分析和紫外光谱分析，证实了胶原海绵的结构和组成，同时也证明其制备工艺具有可行性。武继民等51亦曾采用酸碱溶解法，从牛腱中提取了可溶性胶原材料。采用冻干法制得了胶原海绵止血材料。武继民等52也曾就医用吸收性胶原海绵和明胶海绵在出血创面治疗上进行了详细的临床实验对比。虽然胶原海绵在临床应用取得了很好的疗效，但单独应用胶原还存在力学性能差、溶解速度太快等缺欠。共混复合是改善材料性能的有效手段，有关于此的研究日益丰富5354。3、本课题拟采取的研究方案，技术路线3.1制备方法本文主要用冷冻干燥法、致孔法等方法来制备生物质发泡海绵材料。以海藻酸钠为反应主体，研究不同生物质材料以不同比例共混或复合比

31、例形成均相体系后，主要用冷冻干燥法制备发泡海绵；研究各种成型海绵的基本性能；研究海绵的功能性以及功能整理。材料复合方案如下： 海藻酸钠 壳聚糖 蛋白质 海藻酸钠+淀粉 海藻酸钠+纤维素+木质素 海藻酸钠+纤维素+木质素+壳聚糖 壳聚糖+淀粉+纤维素+木质素 海藻酸钠+壳聚糖+蛋白质+纤维素+木质素3.1.1 冷冻干燥法 冷冻干燥法一般是将聚合物溶液、乳液或水凝胶低温下冷冻，冷冻过程中发生相分离，溶液中的水分冻结形成细小的冰晶，随后在真空条件下，冰晶逐步气化消失，原冰晶占据的空间就形成孔。把以上方案中的纤维素与壳聚糖换成蛋白质与海藻酸钠，把相应的溶剂换成水，按照不同的比例混合溶解然后再进入冷冻干

32、燥后，再用相关的试剂进行改性，变成不溶于水的海绵。3.1.2 一步法与两步法 工艺特点：是采用整体浇注发泡成型。工艺流程：物料混合制浆浇注发泡成型熟化脱模成品。采用两步法流程图如下：第一步利用颗粒膨化机将按比例配好的原料进行膨化处理形成膨化粒子，第二步对膨化粒子进行模压成型。一步法与两步法是制备纤维类发泡材料的基本方法。总的来说一步法要比两步法制备发泡材料困难些。用发泡法制备生物质发泡材料的物料被粉碎成5 mm2以下的纤维状，使其与淀粉混合制成直径约为1-3mm的粒子，将粒子送入挤压机制成圆柱颗粒，在挤压过程中原料受水蒸气作用发泡，送入热压成形机的专用金属模具中，加热加压后发泡材料。也可以把水

33、换成其它发泡剂，如：碳酸氢铵、碳酸氢钠。3.1.3 致孔法致孔法就是将一定量生物质材料和致孔剂混合均匀后做成压片后在一定的热湿环境中将致孔剂溶解，留下有孔洞的生物质支架。3.2 发泡材料的性能测试与表征3.2.1 孔隙发泡材料的内部的孔隙分布以及气孔结构构型、尺寸大小、气孔密度、气孔壁厚以及分布是表征发泡材料宏观质地好坏的最基本的要素，扫描电镜的景深大，图像富立体感，图像的放大范围广，分辨率也比较高，可以从各种角度对样品进行观察，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析能够实现了表面形貌、微区成分和晶体结构等多信息同位分析，所以用sem观察发泡材料的宏观形态，对其孔隙进行分析。3.2.2 机

34、械性能 材料的力学性能是重要的特征参数，参照iso1798-1983拉伸强度断裂伸长率的测定方法；撕裂强度的测定根据gb10808-89 软质泡沫塑料撕裂性能测定方法，用电子万能材料试验机对材料进行压缩、弯曲、剥离测试，比较不同的发泡工艺、不同的发泡材料以及不同的发泡剂制备的发泡材料的综合机械性能。3.2.3吸湿性、透气性 对于用在纺织领域、化工包装、医用敷料上的发泡材料要求材料有一定的透气性能，用在对纺织领域、医用敷料上的发泡材料要求材料又要求有一定的吸湿性。根据gb/ t46113-1989浸水法测定吸水性，根据压力差测试法测试材料的透气性。3.2.4 扩散性、抗菌性、离子交换性以及其它性

35、能测试研究。4、本课题在研究过程中可能遇到的困难和问题，提出解决的初步设想4.1溶剂（1）找出溶解淀粉、纤维素、壳聚糖、海藻酸钠及蛋白质的各自的溶剂。（2）找出材料的共同的溶剂，实验两种以上材料才同中溶剂中溶解或者是溶解后共混时发生的相变化，达到相均匀分布为准。（3）在上述工作的基础上找对生态环境无污染、价格低廉,来源广泛的溶剂，以降低成本。4.2材料复合（1）运用纤维素为反应主体，淀粉、木质素为增强材料，制备纯生物质发泡材料，设计出最合理的制备工艺，减少发泡过程中不确定因素的影响，提高发泡材料的发泡倍率与力学性能。（2）用冷冻干燥法和致孔法制备甲壳素、壳聚糖、蛋白质等材料共混或复合发泡材料。

36、4.3成品性能对特定的发泡材料，测试材料的生物降解性和抗菌性、吸湿性、扩散性、吸臭性等功能性并根据材料的可能的用途改善材料的某项用途，对同工艺、不同材料的发泡材料进行性能对比；不同工艺、同种材料的发泡材料进行性能对比；同工艺同种材料不同溶剂的发泡材料对比。5、本课题预期达到的目标（1）将不同的生物质材料以不同的比例在不同的制备方法下混合或复合，制备力学性能好，柔软，透气的生物质发泡材料。 （2）制备抗菌性，吸臭性生物质发泡材料。（3）做出生态环保对人体无毒害的发泡材料，应用于日常生活或者医用领域。6、论文工作量与经费的来源本课题经费来源于：论文工作量大，大约为360个工作日。7、本课题研究的进

37、度安排2010.82010.10 查阅资料，进行探索性实验，总结实验经验；2010.112010.12 写出开题报告，研究制备生物质发泡材料的最佳条件；2011.12011.2 利用环境中废弃资源，找到相对产率高、成本低的条件；2011.32011.5 研究不同制备方法对对生为发泡材料性能的影响；2011.62011.8 制备改性的生物质发泡材料，对比复合材料的不同性能；2011.92011.12 制备抗菌性，吸臭性生物质发泡材料，测试材料的相关性能；2012.2-2012.5 撰写毕业论文，准备毕业答辩。8、参考文献1 陈洪章生物质科学与工程m北京：化学工业出版社，2008（1）：1-62

38、王鹏日本生物质资源分类和利用技术j洁净煤技术，2006，12（2）：10-13 3 高振华生物质材料及应用m北京：化学工业出版社2008（1）：1-164 何继敏聚合物发泡材料及技术m北京：化学工业出版社2007（1）：161-165，363-3655 郭奕崇，刘丙午物流用缓冲和保温发泡材料的生产现状与发展j物流技术，2010，29( 7)：131-133 6 keiji fujioka，miho maeda，takami hojo，et alprotein release from collagen matricesjadvanced drug delivery reviews，1998，3

39、1 (3)：24722667 lai hui ling，asad abu kh，duncan q m craigthe preparation and characterization of drug-loaded alginate and chitosan sponges jinternational journal of pharmaceutics，2003，251 (122)：17521818 谈敏，李临生敷料与人工皮肤技术研究进展j 化学通报，2000，63 (11)：72129 friess w，ludag hu，foskett s，et alcharacterization of

40、absorbable collagen sponges as recombinant human bone morphogenetic protein-2 carriers j international journal of pharmaceutics 1999，185 (1)：5126010 friess w，ludag hu，et alcharacterization of absorbable collagen sponges as rhbmp-2 carriersjinternational journal of pharmaceutics1999，187 (1)：9129911 g

41、eiger m，li r h，friess wcollagen sponges for bone regeneration with rhbmp-2 jadvanced drug delivery reviews 2003，55：16132162912 mi fwu-long，wu yu-bey，shyu shin-shing，et alasymmetric chitosan membranes prepared by dry/wet phase separation：a new type of wound dressing for controlled antibacterial relea

42、sejj membr sci，2003，212：237-25413 吴翠玲，李新平纤维素溶剂研究现状及应用前景j中国造纸学报，2004，19( 2)：1712175114 andrzej k，bledzkian chate natural fibre-reinforced polyurethane micro foamscomposites science and technology，2001，61：2405-2411 15 戴宏民发泡植物纤维制品关键工艺技术探讨j包装工程，2004，25(2)：91116 耿东伟环保型缓冲包装材料的现状及发展前景j包装工程，2004，25(4)：11131

43、7 heinze t，liebert t unconventional methods in cellulose functional izationjprogress in polymer science1 2001，26：168921762118 汪怿翔天然高分子材料研究进展j高分子通报，2008（7）：66-70 19 bledzki ak，gassan j，zhang wimpact properties of natural fiber-reinforced epoxy foams j cell hast，1 999，35：55056220 魏玉萍，程发基于天然高分子的聚氨酯材料j高

44、分子通报，2004，2：222921 thomas salginate dressings in surgery and wound management: part 2j wound care，2000，9(3)：115-11922 thomas salginate dressings in surgery and wound management：part 3j wound care，2000，9(4)：163-166 23李承明，黄雅钦，黄明智明胶在创伤敷料中的应用j明胶科学与技术，2003，23(2)：57-6224 王佩璋，刘学反应挤出熔融接枝改性淀粉pe/ld发泡材料的制备及性能研

45、究j中国塑料，2008，22（10）：42-45 25 friess w，ludag hu，foskett s，et alcharacterization of absorbable collagen sponges as recombinant human bone morphogenetic protein carriers jinternational journal of pharmaceutics，1999，185 (1)：5126026 friess w，ludag hu，foskett s，et alcharacterization of absorbable collagen

46、sponges as bmp carriersjinternational journal of pharmaceutics，1999，187(1)：91299 27 geiger m，li r h，friess wcollagen sponges for bone regeneration with rhbmp-2 j advanced drug delivery reviews，2003，55：16132162928 muzzarelli ra，mattioli belmonte m，pugnaloni a，et a1biochemistry， histology and clinical

47、 uses of chitins and chitosans in wound healing jexperiential suppl，1999，87：251-26429 胡瑛，杜予民，刘慧壳聚糖抗菌性与分子量和环境介质相关性研究j分析科学学报，2003，19(4)：305-30830 blair sd，jarvis p，salmon m，et alclinical trial of calcium alginate haemostatic swabs jbr j，1990，77(5)568-57031 汪怿翔天然高分子材料研究进展j高分子通报2008，7（7）：64-6832 杜予民甲壳素化

48、学与应用的新进展j武汉大学学报(自然科学版)， 2000，46：18118633 邝辉，壳聚糖多孔支架制备新方法初探j北京生物医学工程，2007，26（6）：601-604 34 李德平壳聚糖口腔止血海绵的研制中j国生物要学杂志，2005，26 （4）：238-239 35 肖玲聚乙烯醇-壳聚糖-明胶不对称海绵的制备及其性能j武汉大学学报2005，51（4）：441-44736 朱平，张传杰羧甲基纤维素与海藻酸钠的相容性研究j武汉科技学院学报，2008，21( 8)：78-81 37 glicklis r，shapim l，agbaria r，et a1bioteclmo bioeng，200

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田建广，夏照帆创面敷料的研究进展j解放军医学杂志2003，28(5)：470-471 41 thomas salginate dressings in surgery and wound management-part 1j wound care2000，9(2)：56-6042 杨伟伟，骆广生溶剂微胶囊-现

50、代萃取技术发展的核心之一j化工进展，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 郝晓丽海藻酸钙多孔支架的制备研究j功能材料，2009，（10）4：1702-170845 高玮羧甲基淀粉钠/海藻酸钠复合海绵的制备与表征j化工新型材料，3