生物基新材料（共8篇）
毕 业 论 文（设计）
题
目：
淀粉基生物降解材料
学
号：
20110402310001
姓
名：
陈广平
年
级：
2011
学
院：
材料与化工学院
专
业：
高分子材料与工程（塑料）
指导教师：
赵富春
完成日期： 2014 年月日
淀粉基生物降解材料
淀粉基生物降解材料
摘 要
淀粉基生物降解材料是一类很重要的可降解高分子材料。随着08年政府大力发展可降解塑料政策的出台，淀粉基生物降解材料近几年得到了飞速的发展，各类研究成果层出不穷。淀粉与高分子材料复合方法，淀粉的改性方法也多种多样。本文着重介绍淀粉基生物降解材料的一些基本知识：淀粉基生物降解材料的结构与性质、生物降解的定义及原理、降解性能的影响因素、应用与发展…等。
关键词：淀粉
生物降解
降解性能
应用与发展
合成高分子材料具有质轻、强度高、化学稳定性好以及价格低廉等优点，与钢铁、木材、水泥并列成为国民经济的四大支柱[1]。然而，在合成高分子材料给人们生活带来便利、改善生活品质的同时，其使用后的大量废弃物也与日俱增，给人类赖以生存的环境造成了不可忽视的负面影响[2]。另外，生产合成高分子材料的原料一一石油也总有用尽的一天，因而，寻找新的环境友好型材料，发展非石油基聚合物迫在眉睫，而淀粉基可生物降解材料正是解决这两方面问题的有效途径。
1、淀粉的基本性质
淀粉以葡萄糖为结构单元，分子链呈顺式结构，一般分为直链淀粉和支链淀粉两种。直链淀粉是以ɑ一1, 4-糖苷键连接D一吡喃葡萄糖单元所形成的直链高分子化合物，而支链淀粉是在淀粉链上以ɑ一1, 6-糖苷键连接侧链结构的高分子化合物，分子量通常要比直链淀粉的大很多。通常玉米淀粉中直链淀粉占28％，分子量大约为(0.3×106-3×106)，占72% 的支链淀粉分子量则可以达到数亿[
3、4] 淀粉是一种多羟基化合物，每个葡萄糖单元上均含有三个羟基。分子链通过
淀粉基生物降解材料
羟基相互作用形成分子问和分子内氢键，因此淀粉具有很强的吸水性。淀粉与水分子相互结合，从而形成颗粒状结构[4]，因此淀粉具有亲水性，但不溶于水，从而大量存在于植物体中。
淀粉是一种高度结晶化合物，分子问的氢键作用力很强，淀粉的糖苷键在150℃时则开始发生断裂，因此其熔融温度要高于分解温度。
2、可生物降解材料的定义及降解原理
降解材料是指在材料中加人某些能促进降解的添加剂制成的材料，合成本身具有降解性能的材料以及由生物材料制成的材料或采用可再生的原料制成的材料。其在使用和保存期内能满足原来应用性能要求，使用后在特定环境条件下，在较短时间内化学结构发生变化，从而引起性能损失的材料[5]。生物降解材料，亦称为“绿色生态材料”，指的是在土壤微生物和酶的作用下能降解的材料。具体地讲，就是指在一定条件下，能在细菌、霉菌、藻类等自然界的微生物作用下，导致生物降解的高分子材料[6]。理想的生物降解材料在微生物作用下，能完全分解为CO2和H2O。
生物降解材料的分解主要是通过微生物的作用，因而，生物降解材料的降解机理即材料被细菌、霉菌等作用消化吸收的过程。
首先，微生物向体外分泌水解酶与材料表面结合，通过水解切断表面的高分子链，生成小分子量的化合物，然后降解的生成物被微生物摄人体内，经过种种代谢路线，合成微生物体内所需要的物质或转化为微生物活动的能量，最终转化成CO2和H2O[7]。在生物可降解材料中，对降解起主要作用的是细菌、霉菌、真菌和放线菌等微生物，降解作用的形式主要有以下几种[8]:(1)生物的物理作用，由于生物细胞的增长而使材料发生机械性毁坏；(2)生物的生化作用，微生物对材料作用而产生新的物质；(3)酶的直接作用，微生物侵蚀材料制品部分成分进而导致材料分解。
3、淀粉基生物降解塑料
普通淀粉粒径为25um左右，既可作为制备降解复合材料的一种填料，又可以通过一定改性处理制备降解塑料。淀粉基生物降解塑料分为破坏性生物降解塑
淀粉基生物降解材料
料和完全生物降解塑料。前者主要是指将淀粉与不可降解树脂共混，研究开发较早，是淀粉基可降解塑料研究的第一代产品。后者则包括淀粉与可降解聚酯共混材料和全淀粉塑料两种，这两种材料在使用后均能实现彻底降解，目前是国外生物降解材料开发的主流。由于淀粉的成本比普通塑料要低很多。普通食用淀粉的价格为每吨2200元，而通用塑料的价格为每吨13000元，因此开发全淀粉降解塑料是今后淀粉基生物降解材料的大趋势[9]。
3.1破坏性生物降解塑料
破坏性生物降解塑料主要是指淀粉填充型降解塑料，将淀粉或变性淀粉作为填料，与聚烯烃等热塑性塑料共混并加入一定添加剂制备的部分降解塑料[10]。制品在使用后，淀粉部分首先降解，制品崩裂为碎片，因此又称为崩溃性生物降解塑料。材料破碎后表面积增大，有利于树脂部分的进一步降解。
这类降解塑料研究较早。早在1973年英国Griffin就以淀粉为填料，直接与聚烯烃进行共混。此后一些国家以这一方法为依据开发出淀粉填充型生物降解塑料。但是填充量一般只有5%-30%，增大淀粉含量会导致材料性能无法达到要求。这是由于天然淀粉分子内含有大量的羟基，属于强极性物质，而聚烯烃的极性较小，两者相容性较差，很容易发生相分离，难以形成连续相[11]。多年来，很多科学工作者致力于淀粉基生物降解塑料的研究，证明采用淀粉与非极性树脂进行共混，必须对淀粉进行预处理，改变其表面性质和结构特征，才能使两相界面结合很好，从而制备出具有优良性能的产品。
改性处理淀粉的方法主要分为物理改性和化学改性两种: 1)物理改性
物理改性[12]是指将淀粉进行机械化处理(气流粉碎等)，并通过采用偶联剂，表面活性剂和增塑剂等助剂进行改性处理，降低淀粉的极性，在一定程度上提高了两相间的相容性。同时改性剂本身与淀粉的羟基发生作用，破坏淀粉本身的结晶性，使其刚性减弱，塑性增加，从而改善了淀粉的加工性能。该方法研究最成功的是加拿大的St.Lawarnce公司制备的Ecostar母料。
2)化学改性
化学改性是指通过在淀粉中加入一定单体，在引发剂和催化剂的作用下，单体与淀粉发生接枝反应，在淀粉分子链引入疏水化基团，在淀粉与合成树脂间起
淀粉基生物降解材料
到增容剂的作用，而且接枝淀粉也可进行填充。化学改性的方法主要有酯化，醚化，接枝共聚或交联改性等方法[13]
此外还有其他对淀粉进行改性的方法，例如等离子体法，微波辐射等方法。Ismael E.Rivero[14]等采用微波辐射的方法将淀粉与辛烯丁二酸酐以不同比例进行反应，然后将其作为淀粉和LLDPE共混体系的相容剂，通过结构和力学性能测试表明加入10%的相容剂能够明显减少淀粉相的大小，同时改进共混体系的力学性能。
淀粉/聚烯烃共混制备工艺简单，对生产条件的要求低，加工设备不需要作太大的改进，在工业化生产方面有很大的优势[15]，而且对于及时缓解目前严重的废旧塑料污染问题有很重要的意义。但是由于复合材料中淀粉填充量较小，复合材料中不可降解部分仍占很大比例，难以实现完全降解，因此该方向对塑料降解的作用会受到一定的限制。
3.2完全生物降解塑料 1)淀粉/可降解聚酯共混塑料
淀粉/可降解聚酯共混塑料是将淀粉与可降解聚酯如PCL, PVA, PHB或天然高分子纤维素等共混制备，由于聚酯类化合物本身具有生物降解性，因此产品可以完全降解，更有利于环保。作为降解材料，聚酯类化合物如聚乳酸等己经广泛应用于医学等领域。然而其力学性能差，成本高的缺点限制了其进一步发展。如果在聚酯中添加一定量的淀粉，不仅可以使共混塑料的成本降低，而且淀粉的加入在一定程度上改善了聚酯的机械性能[16]。但是淀粉和聚酯类化合物都是极性化合物，具有很强的亲水性，长时间暴露会导致其性能的下降。另
外淀粉与聚酯之间也同样存在相容性的问题，因此在共混之前添加一定改性剂进行处理也十分必要的。
2)全淀粉塑料
全淀粉塑料是指以淀粉作为材料的基体，在淀粉中添加少量的助剂制备而成。淀粉本身是一种高分子聚合物，分子以顺式排列，结晶温度高，难以直接加工成型。因此必须在淀粉中加入一些增塑剂等助剂，破坏淀粉与原有的分子结构，使其物理性质和化学性质产生一定改变，从而能够应用生产生活[17]。例如淀粉在塑化状态下表现出很高的强度和韧性，但是在重新冷却结晶后，则表现为脆性
淀粉基生物降解材料
很高，难以进行实际应用。因此制备全淀粉塑料中，需要对淀粉进行一定变性处理，破坏其高度结晶的结构。另外全淀粉塑料吸水性很强，在空气中吸收大量水分后，材料难以保持很好的性能。
全淀粉塑料是淀粉基生物降解塑料发展的最新方向，实现全淀粉塑料的应用，对于缓解目前石油能源医乏，解决塑料污染具有很重要的意义。
4、淀粉基生物降解材料降解性能的自身影响因素
1）聚合物改性
为了使淀粉基生物降解材料在降解前具有一定的力学性能，需要将复合材料组分中的聚合物进行化学改性。Demirgoz等[18]研究了3种淀粉基降解复合材料:玉米淀粉/乙烯-乙烯醇共聚物(SEVA-C)、玉米淀粉/醋酸纤维素(SCA)和玉米淀粉/聚己内酯(SPCL)，通过链交联对这3种复合材料中的聚合物组分进行化学改性，研究了复合材料在盐溶液中的降解行为。结果表明，复合材料经过交联改性后，共混物的失重率比未改性的聚合物共混物要小，说明交联改性延缓了共混物的降解。对于淀粉和PLA共混复合材料，将PLA进行改性比如共聚作用，产生酸性物质，使得微生物侵蚀材料，从而可加快复合材料的生物降解[19]。
2）淀粉改性
原淀粉由于亲水性太强而不能用于食品包装材料，通过淀粉改性可使淀粉的疏水性增强，这些改性必将影响到淀粉的降解性能。通过比较原淀粉和淀粉醋酸酯挤出共混物的酶降解性能[20]，可知当共混物中淀粉醋酸酯的含量增加时，共混物的降解性能下降，因为淀粉醋酸酯是共混物中疏水的部分，比较难与酶解近，故降解速率在初始阶段有所下降。Kim [21]通过比较原淀粉(NS)/PE和羟丙基淀粉(HPS)/PE共混物的降解性能，发现HPS/PE共混物更易被热氧化降解，而NS/PE共混物较难被氧化，因为在加热过程中其羟基指数没有增加。并且HPS/PE较NS /PE共混物更易被微生物降解，因为HPS/PE的拨基能够进一步参与氧化降解，氧化降解协同微生物降解一起加快了HPS/PE共混物的降解。
3）增溶剂
土埋法淀粉/LDPE共混物降解性能显示[22]，与未加增容剂相比，加入增容剂MA g PLDPE和AAe g PLDPE后共混物的失重随着增容剂含量的增加而呈现
淀粉基生物降解材料
无规律性的变化，表明增容剂对淀粉/LDPE的降解性能有一定的影响，随着MA g PLDPE含量的增加，共混物的降解能力下降。Bikiaris等[23]研究了增容剂PE g MA对LDPE/热塑性淀粉(PLST)共混物降解性能的影响，失重曲线表明含有增容剂共混物的失重比未含增容剂共混物的失重要略小，说明增容剂对共混物的降解起到一定的限制作用。微生物降解后力学性能显示，含有增容剂共混物的拉伸强度和断裂伸长率均比未含增容剂共混物的要大，从而也说明加入增容剂后共混物的生物降解性能略有降低。
5、应用现状与展望
淀粉基生物降解塑料已有30年的研发历史，是研发历史最久、技术最成熟、产业化规模最大、市场占有率最高的一种生物降解塑料。在工业上可以代替一般通用塑料等，可以用作包装材料，防震材料，地膜，食品容器，玩具等。淀粉与PE, PP, PVA, PCL, PLA等聚合物共混粒料已批量生产。
国外淀粉基塑料产品生产商主要有意大利的Novamont公司、美国的Warner-Lambert公司和德国的Biotec公司。我国积极研发并产业化的单位主要有中国科学院理化技术研究所、中国科学院长春应用化学研究所、江西科学院、北京理工大学、华南理工大学、天津大学比澳格(南京)环保材料有限公司、广东上九生物降解塑料有限公司、广州优宝生物科技有限公司、浙江天示生态科技有限公司、中京科林新材料(深圳)有限公司、武汉华丽科技有限公司、哈尔滨绿环降解塑料有限公司、黑龙江绥化绿环降解塑料有限公司、烟台万利达环保材料有限公司等。
国内最大的生产厂家是武汉华丽和比澳格(南京)。武汉华丽预计产销规模10万吨，比澳格(南京)现已形成数万吨淀粉基塑料规模。其他几个大型企业均达到年产万吨级生产规模，总产量占到我国生物降解塑料产量的60%以上，并出口日本、韩国、马来西亚、澳大利亚、美国欧盟等国家[24]。
淀粉基生物降解塑料具有广阔的开发圣应用前景。2008年1月11日国家发改委表示将超薄塑料购物袋列为淘汰类产品，又禁止在全国生产、销售和使用。对于一次塑料袋对环境的危害给人们敲响了警钟。在这种情况卜，开发淀粉基生物降解塑料将会具有巨大的市场效益。然而淀粉基生物降解材料在应用中仍然存
淀粉基生物降解材料
在一定的缺点和问题，例如共混型淀粉生物降解塑料比全淀粉塑料更易应用于实际生产生活当中。然而淀粉/聚烯烃降解塑料只能部分降解，对环境污染的问题未能根除，在国外已经濒临被淘汰的边缘;淀粉/可降解聚酯共混塑料由于生产技术仍存在一定问题，生产成本比普通塑料高，因此未能大范围地进行工业化生产;全淀粉塑料目前尚处于研究开发阶段。因此开发生物降解塑料任重而道远，如何开发成本更低，对环境污染更小的淀粉基生物降解塑料是一个十分重要的课题。
参考文献
[1] 俞文灿.可降解材料的应用研究现状及其发展方向[J].中山大学研究生学刊，2007, 28
(1):22-23.[2] 洪一前，盛奎川，蓝天，等.生物叮降解高分子材料的研究及进展[J].粮油加工，2008, 39(5):127-128.[3] 工佩璋，工澜，李田华.淀粉的热塑性研究, 中国塑料，2002, 16(4): 39-43.[4] 刘娅，赵国华，陈宗道.改性淀粉在降解塑料中的应用.包装与食品机械，2003, 21(2)[5] 郑治.大豆分离蛋自质构化与其可降解材料特性研究[D].郑州:河南上业大学，2006:4-5.[6] 周鹏，谭英杰，梁玉蓉,等.可降解材料的研究进展[J].山西化工，2005, 25(1):24-25.[7] 胡晓兰，梁国正.生物降解高分子材料研究进展[J].化工新型材料，2002, 30(3):7-9.[8] 孟凡磊，陈复生，姚永志.大豆蛋白可生物降解塑料的研究[J].食品工业科技，2006,27(11):196-198.[9] 任崇荣，任风梅，周正发，徐卫兵.淀粉基生物降解塑料的研究现状综述及展望[J].合肥工业大学，2008,86-89 [10] 李慧，佘万能，刘良炎等.淀粉基生物降解塑料的开发与应用现状[J].北学与生物工程，2006,23(5):3-5 [11] 丁生龙.光/生物降解塑料薄膜制备工艺及性能[D].兰州大学硕士论文，2003,5.[12] 刘娅，赵国华，陈宗道等.改性淀粉在降解塑料中的应用[J].包装与食品机械,2003,21(2):20-22 [13] 卢峰，胡小芳，邓桂兰等.淀粉基生物降解塑料的研究进展[J].广州化工，2004,32(3):1-4 [14 Ismael
E.Rivero,Vittoria
Balsamo,Alejandro
Jumbler.Microwave一assisted
modification
of
starch
for
compatibilizing
LLDPE/starch
blends[J].Carbohydrate Polymers,2009,75(2):343一350.[15] 黄强，熊键，何小维等.淀粉类生物降解材料研究进展[J].粮食与饲料工业，2000(9):51-53 [16] 邙志国，薛冬桦，迟惠等.变性淀粉用于生物降解材料的研究进展[J].长春理工大学报，2007,30(1):105-107 [17] 张可喜，付新.淀粉复合材料的研究进展[J].北学工程师，2006(5):22-24 [18] DemirgoZ D, et al.Chemical modification of starch based biodegradable polymeric blends: effects on water uptake,degradation behaviour and mechanical properties[J].Polym Degradation and Stability, 2000, 70: 161
淀粉基生物降解材料
[19] Shogren R L, Doane W M, Garlotta D, et al.Biodegradation of starch/polylactic
近几年, 随着“白色污染”的日趋严重, 给生态环境造成严重污染, 生物降解塑料技术是最为倡导的方式, 但生物降解存在的主要问题一是制造成本高, 二是制造工艺复杂以及淀粉的改性存在污水排放等问题;三是降解制品在塑料中填加光敏剂和淀粉, 采用光和生物双重降解方法, 但在技术上还未解决淀粉填加量超过60%这一难题, 因此, 在很大程度上制约降解制品的推广应用。
另外, 目前使用的一次性纸制品餐具虽在一次性使用品上替代了一部分塑料制品, 但它也存在以下五个方面问题:一是纸制品的原料需要消耗大量资源紧缺的木材, 造成浪费;二是造纸要产生废水及大气污染, 造成很大损失;三是制造成本高, 一个纸杯的制造成本是塑料杯的2.5倍以上;四是纸本身虽可降解, 但绝大多数餐具为防油防水在表面都涂有塑料或防水剂等, 使其不可降解;五是这类制品都不适宜在微波炉里加热。进而我们提供一种原料成本低、降解效果好、生产工艺简单且易于推广应用的生物降解性木薯淀粉基材料以及根据该材料制作的相应的制品。
该淀粉基材料以木薯淀粉为主要组分, 以可降解的助剂 (包括由低密度高压聚乙烯和线性低密度高压聚乙烯构成的相溶剂以及由乙烯-醋酸乙烯共聚物构成的耦联剂) 、填料 (钛白粉) 、增强剂聚烯烃 (聚乙烯或聚丙烯) 为辅料, 经现代技术科学加工而成的新的降解材料。木薯具有产量高、质地好、种植容易、价格低的特点, 以木薯淀粉为原料生产生物降解性材料及制品, 无疑将为其应用开拓新的途径。
生物降解性木薯淀粉基材料木薯淀粉、聚丙烯或聚乙烯、低密度高压聚乙烯、线性低密度高压聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物、钛白粉六种物质组成, 各物质组分在产品中所占的重量百分比为:
木薯淀粉70%~85%, 聚丙烯或聚乙烯5%~15%1%~2%, 乙烯-醋酸乙烯共聚物3%~8%, 钛白粉1%~2%。
由于在配方及组分上使木薯淀粉物质的含量达到70%~85%, 因而可以使淀粉基材料及制品具有更好的生物降解性。由于淀粉分子的降解, 少量的聚乙烯或聚丙烯分子链也会随之断裂, 形成细小的碎粒或粉末。经常温埋土实验结果表明, 用本发明生物降解性木薯淀粉基材料制成的制品在20天开始变脆, 30天内降解60%, 8至12个月内可全部降解。与目前普遍使用的纸浆模塑、秸秆、玉米淀粉等类材料制品相比, 不仅成本低、外观颜色洁白、气味香, 而且各项性能优异。
该生物降解木薯淀粉基材料制备工艺是:将各组分物质混合搅拌均匀后, 放入高速混炼机中加温混炼成粉状料, 将混炼成的粉状料送入双螺杆挤出造粒机组中进行拉条造粒, 用注塑机对粒料进行注塑或通过压片机组将粒料压延制成片材, 然后依次通过高速成型机、发泡机和拉膜机将注塑料或片料进行吸塑、发泡、拉膜处理后, 最终形成制品。
其生产工艺简练、精化, 易规模化生产, 不需要进行预糊化或化学改性, 也不需要使用有机溶剂、水、蒸汽等, 因而, 在生产过程中不会产生任何废水、废气、废渣等“三废”, 对环境不产生污染。所形成的制品包括一次性餐饮容器和器皿、包装容器、包装膜、医用器材以及农用膜等。其降解餐盒、碗盘等耐热温度为130℃, 最适宜置于微波炉里加热食品、饮料等, 具有优异的耐油及耐水性能;其耐寒温度为-20℃, 可在冰箱内冷冻食品、冰块、饮料等。此外, 该材料的回收制品经粉碎后可用于种植蘑菇、养花或者经过发泡作为包装材料的应用。
联系人:吴同刚
据国际橡胶研究集团预测，全球对天然橡胶和合成橡胶的需求将从2011年2570万吨增长到2020年3590万吨。天然橡胶和合成橡胶的需求将大致相等。
供应紧张和高的价格使从糖类制取橡胶原材料脱颖而出。一些工业生物技术公司，如Genencor公司、Gevo公司、Amyris公司和Genomatica公司都在开拓第三途径，以糖类为原料来制取生物基橡胶组分。Gevo公司已宣布，在美国明尼苏达州Luverne的的第一套商业化装置将使用异丁醇用于生产合成橡胶。
通过微生物发酵可制取三种可再生橡胶中间体：异戊二烯，异丁烯和丁二烯。五碳异戊二烯可用于制造像橡胶树来源那样的乳胶。异丁烯和丁二烯是四碳中间体，可用于制造丁基橡胶和丁苯橡胶。
两家领先的轮胎制造商固特异公司和米其林公司与合成橡胶制造商朗盛公司一起，已与工业生物技术公司组建合作伙伴关系，推进从糖类商业化生产这些橡胶中间体。
德国朗盛公司2011年9月底表示，正在增强其从生物基原材料生产优质合成橡胶的承诺。作为德国特种化学品公司，朗盛公司目标是到2011年年底商业化从生物基乙烯生产乙丙橡胶。这将是世界上基于生物的乙丙橡胶第一种形式。乙丙橡胶传统方式是用石油基原材料乙烯和丙烯来生产的。作为替代，朗盛计划纯粹使用来自可再生资源甘蔗衍生的乙烯。这种生物基乙烯形式由来自巴西甘蔗的乙醇经脱水而生产。巴西Braskem公司将通过管道，向朗盛公司位于巴西Triunfo集团现有的乙丙橡胶装置供应生物基乙烯。朗盛公司表示，这套位于巴西的乙丙橡胶装置将是基于生物的乙丙橡胶（EPDM）的先驱。巴西Triunfo集团目前年生产4万吨常规乙丙橡胶，预计第一批生物基Keltan Eco乙丙橡胶产品将为数几百吨。该公司的其他乙丙橡胶生产基地在荷兰Geleen、德国Marl和美国得克萨斯州。所有的乙丙橡胶等级在未来将以Keltan品牌名称出售。乙丙橡胶应用于汽车行业，但也应用于塑料改性、电线电缆、建筑和石油添加剂行业。其特性包括非常低的密度、良好的耐热、抗氧化，抗化学品和耐候性，以及有良好的电气绝缘性能。朗盛公司将在其德国橡胶日首次展示Keltan Eco产品。
在巴西，投资糖类衍生的乙醇继续推进。甘蔗衍生的乙醇可与约70美元/桶的石油价格相竞争，并且这些经济性推动了“绿色”聚合物的生产。Braskem公司利用来自甘蔗衍生产的乙烯提供给朗盛公司，从2011年10月起开始生产三元乙丙橡胶。Triunfo装置中年4万吨能力的1/4专用生产基于生物的三元乙丙橡胶。
福特汽车公司和俄亥俄州立大学正从全新的角度对蒲公英展开研究，有望让蒲公英成为可持续的天然橡胶来源。从蒲公英根渗出的一种乳白色物质可用来制成具有可持续性的橡胶。这种物质有望在福特汽车的塑料件中得到用武之地，比如作为杯架、地垫和内饰的抗冲改性剂。利用蒲公英根作为橡胶替代品是福特投资研发可持续车用材料的范例之一，其他此类产品包括大豆泡沫坐垫，麦秆填充塑料内饰，以牛仔布中的再生棉制成的吸声材料，在车底系统中使用再生树脂，以及利用再生纱线制成的座椅套。蒲公英分为很多品种，并不是所有的蒲公英都适合作为可持续的橡胶来源。其中适合汽车应用的是俄罗斯蒲公英Taraxacum kok-saghyz（TKS），目前正由俄亥俄州立大学的农业研究与开发中心进行栽种。
在源自蒲公英的橡胶材料真正可投入使用之前，福特的研究人员将先对蒲公英的基本质量展开评定，看看其在各种车用塑料中发挥的性能如何，同时要确保蒲公英能达到福特严格的耐用性标准。
除蒲公英外，研究小组还在研究把银胶菊（生长在美国西南部的一种灌木）作为天然橡胶来源。目前俄亥俄州立大学的农业研究与开发中心也在种植银胶菊，这种植物同样适宜在美国本土生长。
近几年来，福特在可行的情况下全面加大了对非金属再生材料和生物基材料的利用，当把此类材料用于专门用途时对环境更为有利。住友橡胶工业公司2011年12月中旬宣布，将于2013年之前上市完全不使用石油及煤炭等化石资源的“100%非石油的天然资源轮胎”。
普利司通公司（BSJ）于2012年3月10日宣布，计划在美国开展的一项广泛研究项目，致力于开发银胶菊作为高品质天然橡胶商业上可行的可再生来源和作为橡胶树的替代。银胶菊是一种多年生的灌木，原产于美国西南部和墨西哥北部。这种植物在其树皮和树根可生产天然橡胶。来自银胶菊的天然橡胶与来自橡胶树收获的天然橡胶相比有几乎相同的质量，橡胶树是目前轮胎中使用的天然橡胶的主要来源。
该项目正在由普利司通美洲轮胎业务部（BATO）与BSJ公司合作进行。?BSJ提供融资和战略性投入，而BATO将负责寻找合适的地点和经营试点农场和工艺研究设施。BATO也将充分利用普利司通美洲研究和技术中心和其Akron技术中心的资源，以提供技术和研究经验。BATO目前正在寻求土地以便在美国西南部建立试点农场和建设橡胶过程研究中心。该公司预计将在2012年晚些时候建立研究性农场，并开始建造过程研究中心。该设施预计将在2014年全面投入运作。2015年开始将测试橡胶生产。在这个新的项目中，普利司通集团将利用其于1988年到1991年与美国农业部一起参与银胶菊的研究项目所获得的知识和经验，重点是从银胶菊生物质提取轮胎用橡胶。银胶菊的成功商业化开发将使轮胎和橡胶工业用天然橡胶的来源多元化，并可减少今天对橡胶树的严重依赖，橡胶树受限于在接近赤道的热带气候下才能种植。相比之下，银胶菊是可种植在沙漠气候下，拥有巨大的潜在生长面积。
二、生物基汽车轮胎及材料
米其林北美公司的工程师于2010年5月底宣布，在该公司新的奢华级旅游轮胎Primacy MXM4中组合加入厨房级葵花籽油。这种来自美国的油占轮胎材料量5%不到。米其林公司表示，使用这种烹饪级油可通过有助于胎面胶的散热而改进牵引性能。该公司以前已使用葵花籽油在其冬季轮胎中用来改进性能和磨损，但这是四季轮胎中使用这种成分的第一次。葵花籽油是米其林公司专利的Helio混配物技术的组成部分，该技术可使低温潮湿条件下改进牵引性能，并且也有助于在雪地里提高整体性能。
福特汽车公司的生物材料研究人员于2010年7月7日宣布，已使一种专利的配方实现了工程化，使用可再生的大豆油来改进汽车橡胶零部件，通过使用可再生的大豆油作为25%石油的替代，福特研究人员由此使橡胶的伸展性延伸了一倍以上，并且减少了它的环境影响。福特汽车公司研究人员发现大豆填充剂可望为炭黑提供低廉而环境友好的部件替代，炭黑是传统的石油基材料，用于使橡胶增强。大豆油和大豆填充剂一起使用时可望替代汽车橡胶应用中国石油基含量高达26%。
根据国际橡胶研究集团的分析，汽车部门占世界橡胶消费量超过50%，2008年世界橡胶消费量超过2200万吨。汽车橡胶使用量预计到2013年将增长超过4%。
福特汽车公司是汽车使用生物材料的先驱。福特公司是实施验证生物材料的第一家汽车制造商，该公司验证了大豆基泡沫，可使配方通过汽车应用的严格要求，2008年福特Mustang材料开始用于座垫，2010年福特Escape和Mercury Mariner材料开始用于车头衬里。2011年福特Explorer材料将成为第23款应用材料，它以大豆泡沫为特征。福特汽车公司的生物泡沫已应用于超过200万辆汽车，使每年其石油用量减少超过1360.5吨，并使其二氧化碳排放减少4989吨。
生物基乙二醇项目可行性研究
报告
1.生物基技术背景
2005年，长春大成集团首先通过发酵法生产葡萄糖，随后转化成糖醇，再采用加氢催化裂解的方法建成了年产2万吨的生物基乙二醇中试生产线，2007年，在此基础上创新发展了年产20万吨的工业化示范装置。自然界中的碳水化合物，无论是淀粉基的多糖类作物，例如，玉米、小麦、土豆、地瓜、甜菜等高产作物；还是单糖或多糖类农作物，例如，甜高粱、菊芋和木薯等均可以作为生物基乙二醇原料。
与石油基乙二醇工艺路线不同，该技术路线不需要消耗大量氧气，没有废气、废水排放，所需原料属于可再生，来源丰富，因而属于环境友好技术。
2.生物基乙二醇的物理性质
生物基乙二醇（英文缩写BIOMEG），相对分子量：62.069。熔点-11.5℃,沸点198.0℃，密度1.1128 g/cm3，无色高沸点、吸湿、粘稠性液体，略有甜味，能与水、乙醇、丙酮等多种有机溶剂以任何比例混合，但不溶于乙醚、四氯化碳，在烃及其氯或硝基衍生物中不溶或微溶。其主要物理性质如表所示：
项目 指标 优级品 一级品 合格品
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色度（铂-钴）≤ 10 30 60 密度（20℃），g/cm31.1128～1.1136 1.1120～1.1138 1.1110～1.1140 沸程（0℃，0.10133Mpa）196～199 195～200 193～204 水分，% ≤ 0.1 0.5 ——
酸度（以乙酸计），% ≤ 0.002 0.005 0.01 铁含量（以Fe），% ≤ 0.00001 0.0005 —— 灰分, % ≤ 0.001 0.002 —— 乙二醇纯度，% ≥97.00 96.00 95.00 紫外透光率, % — 220nm 70 275nm 90 350nm 98 3.化学性质
是最简单的二元醇,在大多数情况下，乙二醇的化学性质与通常的醇类没有什么差别。羟基通常可进行醇类反应，它能被卤素取代，与酸反应生成酯，与醇缩合脱水生成醛和酸，氧化逐步进行，因此可获得相应的醇醛、醇酸、二元醛、二元酸，乙二醇与二元酸形成的酯获得了广泛应用。乙二醇能参与的化学反应有酯化反应、脱水反应、氧化反应及与环氧乙烷缩合反应。
4.用 途
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2006年起，由长春大成集团与东华大学联合组成的研发机构经过2年多的探索和研究，已经完成了生物基乙二醇从聚合、纺丝、加弹、织造、染色到制衣的产业化全过程中试实验，生物基乙二醇中因含有质量分数为2%左右的其他二元醇，使得制得的纤维物理指标和染色性能接近PTT纤维；生物基聚酯也十分适合生产超细纤维、深染纤维以及应用于制膜或者瓶片聚酯。
此外，乙二醇主要还可以用于制造抗冻剂，还用制造玻璃纸、增塑剂、聚酯树脂，液压传动液等。
编制单位：北京智博睿信息咨询有限公司
另：提供国家发改委甲、乙、丙级资质
可行性研究报告大纲（具体可根据客户要求进行调整）第一章 研究概述 第一节 研究背景与目标 第二节 研究的内容 第三节 研究方法 第四节 数据来源 第五节 研究结论
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一、市场规模
二、竞争态势
三、行业投资的热点
四、行业项目投资的经济性 第二章 生物基乙二醇项目总论 第一节 生物基乙二醇项目背景
一、生物基乙二醇项目名称
二、生物基乙二醇项目承办单位
三、生物基乙二醇项目主管部门
四、生物基乙二醇项目拟建地区、地点
五、承担可行性研究工作的单位和法人代表
六、研究工作依据
七、研究工作概况 第二节 可行性研究结论
一、市场预测和项目规模
二、原材料、燃料和动力供应
三、选址
四、生物基乙二醇项目工程技术方案
五、环境保护
六、工厂组织及劳动定员
七、生物基乙二醇项目建设进度
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八、投资估算和资金筹措
九、生物基乙二醇项目财务和经济评论
十、生物基乙二醇项目综合评价结论 第三节 主要技术经济指标表 第四节 存在问题及建议
第三章 生物基乙二醇项目投资环境分析 第一节 社会宏观环境分析
第二节 生物基乙二醇项目相关政策分析
一、国家政策
二、生物基乙二醇项目行业准入政策
三、生物基乙二醇项目行业技术政策 第三节 地方政策
第四章 生物基乙二醇项目背景和发展概况 第一节 生物基乙二醇项目提出的背景
一、国家及生物基乙二醇项目行业发展规划
二、生物基乙二醇项目发起人和发起缘由 第二节 生物基乙二醇项目发展概况
一、已进行的调查研究生物基乙二醇项目及其成果
二、试验试制工作情况
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三、厂址初勘和初步测量工作情况
四、生物基乙二醇项目建议书的编制、提出及审批过程 第三节 生物基乙二醇项目建设的必要性
一、现状与差距
二、发展趋势
三、生物基乙二醇项目建设的必要性
四、生物基乙二醇项目建设的可行性 第四节 投资的必要性
第五章 生物基乙二醇项目行业竞争格局分析 第一节 国内生产企业现状
一、重点企业信息
二、企业地理分布
三、企业规模经济效应
四、企业从业人数
第二节 重点区域企业特点分析
一、华北区域
二、东北区域
三、西北区域
四、华东区域
五、华南区域
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六、西南区域
七、华中区域
第三节 企业竞争策略分析
一、产品竞争策略
二、价格竞争策略
三、渠道竞争策略
四、销售竞争策略
五、服务竞争策略
六、品牌竞争策略
第六章 生物基乙二醇项目行业财务指标分析参考 第一节 生物基乙二醇项目行业产销状况分析 第二节 生物基乙二醇项目行业资产负债状况分析 第三节 生物基乙二醇项目行业资产运营状况分析 第四节 生物基乙二醇项目行业获利能力分析 第五节 生物基乙二醇项目行业成本费用分析
第七章 生物基乙二醇项目行业市场分析与建设规模 第一节 市场调查
一、拟建 生物基乙二醇项目产出物用途调查
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二、产品现有生产能力调查
三、产品产量及销售量调查
四、替代产品调查
五、产品价格调查
六、国外市场调查
第二节 生物基乙二醇项目行业市场预测
一、国内市场需求预测
二、产品出口或进口替代分析
三、价格预测
第三节 生物基乙二醇项目行业市场推销战略
一、推销方式
二、推销措施
三、促销价格制度
四、产品销售费用预测
第四节 生物基乙二醇项目产品方案和建设规模
一、产品方案
二、建设规模
第五节 生物基乙二醇项目产品销售收入预测
第八章 生物基乙二醇项目建设条件与选址方案 第一节 资源和原材料
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一、资源评述
二、原材料及主要辅助材料供应
三、需要作生产试验的原料
第二节 建设地区的选择
一、自然条件
二、基础设施
三、社会经济条件
四、其它应考虑的因素 第三节 厂址选择
一、厂址多方案比较
二、厂址推荐方案
第九章 生物基乙二醇项目应用技术方案 第一节 生物基乙二醇项目组成 第二节 生产技术方案
一、产品标准
二、生产方法
三、技术参数和工艺流程
四、主要工艺设备选择
五、主要原材料、燃料、动力消耗指标
六、主要生产车间布置方案
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第三节 总平面布置和运输
一、总平面布置原则
二、厂内外运输方案
三、仓储方案
四、占地面积及分析 第四节 土建工程
一、主要建、构筑物的建筑特征与结构设计
二、特殊基础工程的设计
三、建筑材料
四、土建工程造价估算 第五节 其他工程
一、给排水工程
二、动力及公用工程
三、地震设防
四、生活福利设施
第十章 生物基乙二醇项目环境保护与劳动安全 第一节 建设地区的环境现状
一、生物基乙二醇项目的地理位置
二、地形、地貌、土壤、地质、水文、气象
三、矿藏、森林、草原、水产和野生动物、植物、农作物
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四、自然保护区、风景游览区、名胜古迹、以及重要政治文化设施
五、现有工矿企业分布情况
六、生活居住区分布情况和人口密度、健康状况、地方病等情况
七、大气、地下水、地面水的环境质量状况
八、交通运输情况
九、其他社会经济活动污染、破坏现状资料
十、环保、消防、职业安全卫生和节能 第二节 生物基乙二醇项目主要污染源和污染物
一、主要污染源
二、主要污染物
第三节 生物基乙二醇项目拟采用的环境保护标准 第四节 治理环境的方案
一、生物基乙二醇项目对周围地区的地质、水文、气象可能产生的影响
二、生物基乙二醇项目对周围地区自然资源可能产生的影响
三、生物基乙二醇项目对周围自然保护区、风景游览区等可能产生的影响
四、各种污染物最终排放的治理措施和综合利用方案
五、绿化措施，包括防护地带的防护林和建设区域的绿化 第五节 环境监测制度的建议
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第六节 环境保护投资估算 第七节 环境影响评论结论 第八节 劳动保护与安全卫生
一、生产过程中职业危害因素的分析
二、职业安全卫生主要设施
三、劳动安全与职业卫生机构
四、消防措施和设施方案建议
第十一章 企业组织和劳动定员 第一节 企业组织
一、企业组织形式
二、企业工作制度
第二节 劳动定员和人员培训
一、劳动定员
二、年总工资和职工年平均工资估算
三、人员培训及费用估算
第十二章 生物基乙二醇项目实施进度安排 第一节 生物基乙二醇项目实施的各阶段
一、建立 生物基乙二醇项目实施管理机构
二、资金筹集安排
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三、技术获得与转让
四、勘察设计和设备订货
五、施工准备
六、施工和生产准备
七、竣工验收
第二节 生物基乙二醇项目实施进度表
一、横道图
二、网络图
第三节 生物基乙二醇项目实施费用
一、建设单位管理费
二、生产筹备费
三、生产职工培训费
四、办公和生活家具购置费
五、勘察设计费
六、其它应支付的费用
第十三章 投资估算与资金筹措 第一节 生物基乙二醇项目总投资估算
一、固定资产投资总额
二、流动资金估算 第二节 资金筹措
一、资金来源
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二、生物基乙二醇项目筹资方案 第三节 投资使用计划
一、投资使用计划
二、借款偿还计划
第十四章 财务与敏感性分析 第一节 生产成本和销售收入估算
一、生产总成本估算
二、单位成本
三、销售收入估算 第二节 财务评价 第三节 国民经济评价 第四节 不确定性分析
第五节 社会效益和社会影响分析
一、生物基乙二醇项目对国家政治和社会稳定的影响
二、生物基乙二醇项目与当地科技、文化发展水平的相互适应性
三、生物基乙二醇项目与当地基础设施发展水平的相互适应性
四、生物基乙二醇项目与当地居民的宗教、民族习惯的相互适应性
五、生物基乙二醇项目对合理利用自然资源的影响
六、生物基乙二醇项目的国防效益或影响
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七、对保护环境和生态平衡的影响
第十五章 生物基乙二醇项目不确定性及风险分析 第一节 建设和开发风险 第二节 市场和运营风险 第三节 金融风险 第四节 政治风险 第五节 法律风险 第六节 环境风险 第七节 技术风险
第十六章 生物基乙二醇项目行业发展趋势分析
第一节 我国生物基乙二醇项目行业发展的主要问题及对策研究
一、我国生物基乙二醇项目行业发展的主要问题
二、促进生物基乙二醇项目行业发展的对策 第二节 我国生物基乙二醇项目行业发展趋势分析 第三节 生物基乙二醇项目行业投资机会及发展战略分析
一、生物基乙二醇项目行业投资机会分析
二、生物基乙二醇项目行业总体发展战略分析 第四节 我国 生物基乙二醇项目行业投资风险
一、政策风险
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二、环境因素
三、市场风险
四、生物基乙二醇项目行业投资风险的规避及对策
第十七章 生物基乙二醇项目可行性研究结论与建议 第一节 结论与建议
一、对推荐的拟建方案的结论性意见
二、对主要的对比方案进行说明
三、对可行性研究中尚未解决的主要问题提出解决办法和建议
四、对应修改的主要问题进行说明，提出修改意见
五、对不可行的项目，提出不可行的主要问题及处理意见
六、可行性研究中主要争议问题的结论
第二节 我国生物基乙二醇项目行业未来发展及投资可行性结论及建议
第十八章 财务报表 第一节 资产负债表 第二节 投资受益分析表 第三节 损益表
第十九章 生物基乙二醇项目投资可行性报告附件
报告用途：发改委立项、政府申请资金、政府申请土地、银行贷款、境内外融资等
北京智博睿信息咨询有限公司 、生物基乙二醇项目位置图 2、主要工艺技术流程图 3、主办单位近5 年的财务报表、生物基乙二醇项目所需成果转让协议及成果鉴定 5、生物基乙二醇项目总平面布置图 6、主要土建工程的平面图 7、主要技术经济指标摘要表 8、生物基乙二醇项目投资概算表 9、经济评价类基本报表与辅助报表 10、现金流量表 11、现金流量表 12、损益表、资金来源与运用表 14、资产负债表 15、财务外汇平衡表 16、固定资产投资估算表 17、流动资金估算表 18、投资计划与资金筹措表 19、单位产品生产成本估算表 20、固定资产折旧费估算表 21、总成本费用估算表
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北京智博睿信息咨询有限公司 、产品销售（营业）收入和销售税金及附加估算表
随着聚合物工业发展，其所导致的环境污染引起 了人们对聚合物废弃物处理问题的关注。泡沫塑料密度小、体积大、不便于集中和运输，而且本身化学性质稳定，具有耐老化、抗腐蚀等特点，日益增长的泡沫塑料垃圾对生态系统的威胁越来越大，引起 了严 重的 “白色污染 ”，世 界上许 多 国家均已立法禁止生产难降解的泡沫塑料产品”。近年来我国泡沫塑料产量每年以约 10％的速度增加。据估算，我国仅电视机用泡沫包装材料每年废弃量就达1．5万t。此外，随着关税壁垒的逐渐弱化，国产商品的出口开始受到“绿色贸易壁 垒”的 困扰。在 这些 “绿 色贸易 壁 垒”中，由于我国的包装材料不合格而被拒之在他 国门外的占相当大的一部分。因此开发并应用具有良好环境相容性的“绿色环保缓冲材料”已成为 21世纪的必然趋势。
淀粉是绿色植物光合作用的最终产物，是生物合成的最丰富的可再生资源，具有品种多、价格便宜等特点。此外，淀粉还具有挤出膨胀性 能和抗静 电作 用，可 以用于包 装运输等领域。淀粉易受微生物侵蚀，具有优 良的生物降解性能。因此，开发淀粉基可降解泡沫塑料不仅为更好地利用丰富的天然资源开辟了一条新的途径，而且还可以解决“白色污染”，给我们现有的生活环境和可持续发展提供良好的“沃土”，另外还能缓解生化能源紧缺的危机。笔者现就国内外淀粉基可降解泡沫塑料的成型方法作一综述，以期为进一步开展绿色缓冲材料的研究提供指导。
1天然淀粉泡沫塑料
天然淀粉包括玉米淀粉,土豆淀粉，小麦淀粉，蜡质玉米淀粉，高度支化土豆淀粉，木薯淀粉以及西米淀粉等[1,2]。一般呈粒状，含有不同比例的直链和支链结构。普通淀粉泡沫塑料大都是开孔结构，泡孔均匀性差，较脆； 而高直链淀粉泡沫塑料则形成闭孔结构，泡孔小而且比较均匀，压缩强度较普通淀粉泡沫塑料小,脆性明显降低。
2变性淀粉泡沫塑料
淀粉是一种强极性的结晶性物质，热塑性差，同时淀粉是亲水生物质，由纯淀粉制备的泡沫塑料不适宜在有水或湿度较大的环境中使用，因而 要对淀粉进行改性，以适应生产和应用的要求。改性淀粉包括酯化淀粉，醚化淀粉,接枝共聚改性淀粉，酸水解淀粉，交联淀粉和酶转化淀粉等[3],其中酯化淀粉，醚化淀粉和接枝共聚改性淀粉较为常见。
3淀粉/合成树膳复合泡沫塑料.1与合成树脂共混
B.Ca rla[4] 等 均 各淀粉与聚合物共混挤出，其中包括聚合物A 可以与淀粉兼容； B 可以与淀粉反应，制得密度为5-1 3 k g/mol的泡沫塑料。A.Y o s h i m i等[5],用淀粉与合成树脂PVA 和E V O H 共混，在非离子表面活性剂，增稠剂及填充材料的存在下，由水发泡制备的淀粉泡沫塑料，具有密度小和表面性能优良等特点。3.2 与PVA 共混
R.L.Shogzen 等[6] 研究 了由淀粉／P V A共混烘焙制备泡沫塑料 的工艺，结果表明，在较低湿度时，8 8 ％ 醇解的 P V A强 度的提高较大，而在湿度较高时，9 8 ％ 醇解的P V A 较大弯曲强度[P V A 的 分子量的提高而增大； 交联剂的加入可以进一步提高耐水性I 微观结构分析发现，膨胀的淀粉颗粒镶嵌在P V A 中，淀粉在烘焙过程中发生凝胶化，P V A 向更高程度的结晶转变。.3与EVOH 共混
J．Y．Chat1等[7]研究了挤出温度及原料湿含量对淀粉基泡沫塑料物理 性能的影响，组分为4 9 ％ 的小麦或玉米淀粉，3 3％ E VOH，1 0.5％ 水，7 ％发泡剂及0.5％的成核剂，由单螺杆挤出，螺杆转速为1 0 0 r mp。结果表明，体积密度随挤出温度的升高而降低，最大膨胀出现140℃，密度是聚苯乙烯的4 — 8 倍。
3.4 与商业化生物降材料共混
Q i F a ngI等[8]用普通(含直链2 5 ％)玉米淀粉和蜡质玉米淀粉与E a s tarBioCopolyeste 14766(E B C)以各种 比例相混合，双螺杆挤出。研究表明，普通玉米淀粉的水溶性指数低于蜡质玉米淀粉，但两种淀粉制得的泡沫塑料具有相似的机械性能； 含EBC10％ 的泡沫塑料的 压缩强度大于含EBC 25％ 的 压 缩强度； 含水19％ 和22％的泡沫制品膨胀率大于含水25％的泡沫制品，含水22％的泡沫制品具有较低的水溶性指数。
4、淀粉基泡沫塑料的成型 挤出发泡
20世纪 80年代末，人们开始利用挤出发泡成型工艺制备淀粉基泡沫塑料，以代替聚苯乙烯(Ps)作松散填充物。其中加工条件、淀粉组成、发泡剂、含水量等对淀粉在挤出机中的发泡行为有很大影响。R．Chinnaswamy等[9] 指出几乎所有的最大膨胀都出现在直链淀粉质量分数为 50％的淀粉中。J．Y．Cha等 发现淀粉基泡沫塑料的性能与发泡时淀粉的含水量及挤出条件有很大关系。V．D．Miladinov等[10]用乙酞化淀粉为原料制备泡沫塑料时发现，成型温度为 120~C时比 160℃ 时所得制 品的弹性 和吸水性 指数低，而压缩 强度 和密度则较大。V．D．Miladinov等[11] 还发现以乙醇为塑化剂和发泡剂挤出发泡乙酞化淀粉时，所得制品的密度较低，弹性指数较高。B．Sandeep等[12] 以淀粉与 Ps及聚甲基丙烯酸 甲酯共混挤 出制得松 散填充 物。结 果发 现，除 密度外，填充物的性能与商业化的同类产品相似。G.M．Ganjyal等[13] 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挤 出发泡，发现纤 维素在低含量时能显著提高泡沫塑料的物理性能，但当纤维素质量分数超过 10％时，泡沫塑料的发泡倍率开始降低，密度增加。GuanJunjie等[14] 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。QiFang等[15] 发现聚乳酸(PLA)的加入明显提高了规整淀粉(含 25％直链淀粉)和蜡质淀粉挤出发泡产品的物理力学性能。增加 PLA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。QiFang等 还利用取代度为 1．78的 乙酸淀 粉和 聚 四亚 甲基 一己二酸 一对苯二酸酯(EBC)挤出得到可生物降解的泡沫塑料，利用红外光谱分析、差示扫描量热分析和扫描电子显微镜表征泡沫的化学结构、热性能及微孔结构。结果表明，EBC含量较低时两种组分具有较强的可混合性，并且具有较高的发泡倍率、弹性指数，较低的密度及可压缩性。EBC含量的增加能降低泡沫塑料的生物降解性。超临界流体挤出发泡
超临界流体挤出发泡是一种新近发展起来的新方法，可以应用于生产淀粉基泡沫塑料。该方法通过向熔体中注入超临界 CO 以形 成微孔结构。G．M．Glenn等[16] 采用 以下两种方式来改善发泡状态：①提高成核率从而提高泡孔的密度；②降低熔体温度。其中方法①通过降低挤出口模直径以提高淀粉／CO：流经挤出口模时的压力 ；而方法②主要是通过引入冷却装置而达到要求。研究表明，当挤出口模直径从 3mm降低到 1．5mm时，泡孔密度增加了4倍。泡孔密度的增加能在较大程度上阻止 CO：逃逸到环境中去，并使发泡倍率提高了 160％。当熔体温度从 60~C降低到40℃时，泡沫的发泡倍率增加了34％。N．Soykeabkaew[17]等” 运用超临界流体挤 出法获得 了泡孔直径为 50—200nm的泡沫，泡孔密 度为 1×10个/cm3利用超临界流体挤出所得淀粉基泡沫塑料的泡孔大小和发泡倍率主要受原料和成型]_艺参数等的影响。超临界CO，作为发泡剂具有表面张力小、类似液体的溶解度和类似气体的扩散系数、易在淀粉熔体中迅速溶解等一系列优点。在气体与淀粉熔体问扩散、混合形成均相体系的过程中，由于螺杆挤出的作用从大的气泡逐渐破裂成小的气泡，气体与淀粉熔体经不断的混合、对流和扩散最终形成均相体系。从加工工艺看，压力、温度和发泡剂浓度也是影响淀粉熔体发泡成型的重要因素。
在发泡过程中，饱和压力高和环境 压力 低造 成了活化 能垒 低，从而 成核率高，易于形成 高密度泡孔。另外，温度对泡孑L密度的影响与气体浓度变化有关，随着温度升高，气体的溶解度降低，使得泡孑L密度降低。但淀粉熔体在高温下粘度降低，对泡孑L长大的阻力减小，因此在较 高的温度 下泡孑L更大，泡孑L密度更低。3 烘培发泡
淀粉的烘焙发泡成型工艺是指将淀粉与发泡剂及其它助剂的混合物在烘焙模型中加热发泡的成型方法。此过程一 般需加入硬脂酸、瓜尔胶等脱模剂，使制品易于脱模。同样，淀粉的组成及加工条件对淀粉烘培发泡成型也有很大影响。J．W．Lawton等 认 为高直链 淀粉具 有最短 的烘焙 时间并能制得密度相对 较低的泡沫塑料。P.Dujdao等[18]将淀粉与聚己内酯(PCL)共混物通过烘焙发泡制得共混物泡沫。PCL的加入增加了泡沫的拉伸强度、断裂伸长率、抗吸水性及生物降解性。P．Dujdao等[19]还研究了淀粉／PLA混合 物与 相关 添IIII的烘 培发 泡 条件，认为相对湿度、保存时间、PLA含量及增塑剂的种类和含量对所制得的泡沫的吸水性、力学性能和酶降解性都有很大的影响。用纯淀 粉生产 的泡 沫塑料 具有 易脆 和低力学 性能 的特点。J．Shey等[20]利用烘焙 发泡 工艺生产 出纤维增 强的谷物和块茎淀粉低密度泡沫塑料，具有和商 业用食 品容器一 样 的弯曲性能。N．Soykeabkaew等[21]认为 5％ ～10％的黄麻或亚麻纤维素的加入均能显著提高淀粉基烘培发泡泡沫塑料的弯曲强度和弯曲弹性模量。研究表明，淀粉基泡沫塑料力学性能的大幅度提高主要归功于纤维和淀粉的强相互作用。R．L．Shogren等[22]的研究表明，添加 5％ ～10％的纤维就能制备较高强度的泡沫塑料，尤其在湿度较高及温度较低时。另外，随着纤维用量增大，烘焙时间增加使得泄沫塑料 的粘度及耐膨胀率增大。4 模压发泡
G．M．Glenn等[23] 研究 了一种加 压／放气 模压发 泡成 型工艺，具体流程为：将淀粉原料在一定条件下置于铝制模具中加热到 230~C，并在 3．5MPa压力下压缩 10s，然后释放压力，气体溢出使淀粉膨胀并填满模具。结果表明，小麦、玉米和土豆淀粉在含水量分别为 17％、17％和 14％时所得制品的某些物理力学性能与商业化食品包装产 品相似，外貌与PS相似。G．M，Glenn等[24]研究了一次性在制品表面形成包覆膜的模压发泡成型方法。此工艺是将原料放于两层聚氯乙烯薄膜之间，然后在 160~C模压成型。结果表明，该制品与未包覆膜的制品相比，具有较高的密度、拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度。同时，制品的耐水性也有很大提高。上述方法中，挤出发泡研究最早，工艺已经成熟；超临界流体挤 出发泡是 目前研究的热点和前沿，可以提高发泡倍率 ；烘焙发泡与挤出发泡只能生产条状和片状的淀粉基泡沫塑料；而模压发泡得到的材料的表面层具有较高密度，内部则具有较高空隙率，可以用来制备形状较为复杂的缓冲发泡材料。
5、结语
近年来，淀粉作为一种比较理想的原材料，在发泡材料领域已经开始被人们重视。采用纯天然材料淀粉及农作物秸秆制备绿色泡沫塑料，是制备 Ps等泡沫塑料的理想的代替品。相信在不久的将来，随着发泡技术的成熟，完全降解的淀粉基泡沫塑料制品将在塑料应用中占有一席之地，为缓减环境污染和发展农村经济做出应有的贡献。今后淀粉基泡沫塑料 的研究工作主要是解决如下几个方 面的问题 ：
(1)设计新的成型工艺，生产预期板状和块状淀粉基泡沫塑料，替代电器和仪表包装中大量使用的 Ps泡沫塑料。
(2)开发完全生物降解的淀粉基泡沫塑料。目前淀粉基泡沫塑料依然含有大量的难以降解的 Ps等原料，有的甚至含量达 70％以上。我国秸秆资源丰富，且大部分都作为燃料烧掉了。可以在淀粉里适当添加秸秆、木粉等原料来制备完全降解泡沫塑料。
(3)进一步研究淀粉的发泡和流变机理，改善淀粉的流变性能，制 备性 能更优的泡沫塑料。
参考文献
[1] BastioliC，eta1．BiodegradableFoamedPlasticMaterials：US，5736586[P]．1998-04-07．
[2] 中国石油和化学工业协会中国石油和化工经济数据快报2006(18)：73． [3] 张绍华．中国包装，2001，4(1)：51—55．
[4] 刘德桃，等．包装工程，2007，28(4)：15—18．
[5] BibyG，et1a．Water—resistantdergadablefoamandmethodofmak— ingthesame：US，6184261[P]．2001—10—17．
[6] BastioliC，eta1．CerealChem，1998，65：138—143． [7] ChinnaswamyR，et1a．jFoodSci，1998，53：834—836． [8] ChaJY，eta1．IndCropsProds，2001，14：23—3O．
[9] MiladinovVD，et1a．IndCorpsPords，2001，13：21—28． [10] MiladinovVD，eta1．IndCropsProds，2000，11：51—57． [11] SandeepB，eta1．IndCropsProds，1995．4：71—77．
[12] GanjyalGM，eta1．Jounrla fo AppliedPolymerScience，2004，93：2627—2633．
[13] GuanJunjie，et1a．Biomacormolecules，2004，5(6)：2329—2339． [14] QiFang，eta1．BioresourceTechnology，2001，78(2)：115一l22． [15] QiFang，eta1．1ndCorpsProds，2001，13：219—227． [16] GlennGM，eta1．CereaChem，1994，71(6)：587—593．
[17] SoykeabkaewN，eta1．CarbohydratePolym，2004，58(1)：53一63． [18] LawtonJW，eta1．CerealChem，1999，76：682—687．
[19] DujdaoP，et1a．PolymerTesting，2004，23(6)：651—657．
[20] DujdaoP，eta1．CarbohydratePolymers，2005，59(3)：329一337． [21] SheyJ，et1a．IndCropsProds，2006，24：34—40．
摘要：金属基复合材料科学是一门相对较新的材料科学，仅有40余年的发展历史。金属基复合材料的发展与现代科学技术和高技术产业的发展密切相关，特备是航天、航空、电子、汽车以及先进武器系统的迅速发展对材料提出了日益增高的性能要求，除了要求材料具有一些特殊的性能外，还要具有优良的综合性能，有力地促进了先进复合材料的迅速发展。单一的金属、陶瓷、高分子等工程材料均难以满足这些迅速增长的性能要求。金属基复合材料正是为了满足上述要求而诞生的。
关键词：金属；金属基复合材料；种类；性能特征；用途 1.金属基复合材料的分类 1.1按 增强体类型分
1.1.1颗粒增强复合材料
颗粒增强复合材料是指弥散的增强相以颗粒的形式存在，其颗粒直径和颗粒间距较大，一般大于1μm。
1.1.2层状复合材料
这种复合材料是指在韧性和成型性较好的金属基 材料中含有重复排列的高强度、高模量片层状 增强物的复合材料。片曾的间距是微观的，所以在正常比例下，材料按其结构组元看，可以认为是各向异性的和均匀的。
层状复合材料的强度和大尺寸增强物的性能比较接近，而与晶须或纤维类小尺寸增强物的性能差别较大。因为增强物薄片在二维 方向上的尺寸相当于结构件的大小，因此增强物中的缺陷可以成为长度和构件相同的裂纹的核心。
由于薄片增强的强度不如纤维增强相高，因此层状结构复合材料的强度受到了限制。然而，在增强平面的各个方向上，薄片增强物对强度和模量都有增强，这与纤维单向增强的复合材料相比具有明显的优越性。1.1.3纤维增强复合材料
金属基复合材料中的一维增强体根据其长度的不同可分为长纤维、短纤维和晶须。长纤维又叫 连续纤维，它对金属基体的增强方式可以以单项纤维、二维织物和三维织物存在，前者增强的复合材料表现出明显的各向异性特征，第二种材料在织物平面方向的力学性能与垂直该平面的方向不同，而后者的性能基本是个向同性的。连续纤维增强金属基复合材料是指以高性能的纤维为增强体，金属或他们的合金为基体制成的复合材料。纤维是承受载荷的，纤维的加入不但大大改变了材料的力学性能，而且也提高了耐温性能。
短纤维和晶须是比较随机均匀地分散在金属基体中，因而其性能在宏观上是各向同性的；在特殊条件下，短纤维也可以定向排列，如对材料进行二次加工（挤压）就可达到。
当韧性金属基体用高强度脆性纤维增强时，基体的屈服和塑性流动是复合材料性能的主要特征，但纤维对复合材料弹性模量的增强具有相当大的作用。1.2按基体类型分
主要有铝基、镁基、锌基、铜基、钛基、镍基、耐热金属基、金属间化合物基等复合材料。目前以铝基、镁基、钛基、镍基复合材料发展较为成熟，已在航天、航空、电子、汽车等工业中应用。在这里主要介绍这几种材料 1.2.1铝基复合材料
这是在金属基复合材料中应用最广的一种。由于铝合金基体为面心立方结构，因此具有良好的塑性和韧性，再加之它所具有的易加工性、工程可靠性及价格低廉等优点，为其在工程上应用创造了有利条件。再制造铝基复合材料时通常并不是使用纯铝而是铝合金。这主要是由于铝合金具有更好的综合性能。1.2.2镍基复合材料
这种复合材料是以镍及镍合金为基体制造的。由于镍的高温性能优良，因此这种复合材料主要是用于制作高温下工作的零部件。人们研制镍基复合材料的一个重要目的是希望用它来制造燃气轮机的叶片，从而进一步提高燃气轮机的工作温度。但目前由于制造工艺及可靠性等问题尚未解决，所以还未能取得满意的结果。1.2.3钛基复合材料
钛比任何其他的结构材料具有更高的比强度。此外，钛在中温时比铝合金能更好地保持其强度。因此，对飞机结构来说，当速度从亚音速提高到超音速时，钛 比铝合金显示出了更大的优越性。随着速度进一步的加快，还需要改变飞机的结构设计，采用更细长的机翼和其他翼型，为此需要高刚度的材料。而纤维增强钛恰好可以满足这种对材料刚度的要求。钛 基 复合材料中最常用的增强体是硼纤维，这是由于钛与硼的热膨胀系数比较接近。1.2.4镁 基 复合材料
以陶瓷颗粒、纤维或晶须作为增强体，可制成 镁基 复合材料，集超轻、高比刚度、高比强度于一身，该类材料比铝基复合材料更轻，具有更高的比强度和比刚度，将使航空航天方面的优选材料。1.3按用途分
1.3.1结构复合材料
主要用作承力结构，它基本上有增强体和基体组成，它具有高比强度、高比模量、尺寸稳定、耐热等特点。用于制造各种航天、航空、电子、汽车、先进武器系统等高性能构建。1.3.2功能复合材料
是指除力学性能外还有其他物理性能的复合材料，这些性能包括电、磁、热、声、力学（指阻尼、摩擦）等。该材料用于电子、仪器、汽车、航天、航空、武器等。
2.金属基复合材料的性能特征
金属基复合材料的增强体主要有纤维、晶须和颗粒，这些增强体主要是无机物（陶瓷）和金属。无机纤维主要有碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硅纤维等。金属纤维主要有铍、钢、不锈钢和钨纤维等。用于增强金属复合材料的颗粒主要是无机非金属颗粒，主要包括石墨、碳化硅、氧化铝、碳化硅、碳化钛、碳化硼等。
金属基复合材料的性能取决于所选用金属或合金基体和增强物的特性、含量、分布等。通过优化组合可以既具有金属特性，又具有高比强度、高比模量、耐热、耐磨等综合性能。
其主要性能有以下几点： 1.高比强度、比模量 2.导热、导电性能好
3.热膨胀系数小、尺寸稳定性好 4.良好的高温性能 5.良好的耐磨性
6.良好的断裂韧性和抗疲劳性能 7.不吸潮、不老化、气密性好 3.结束语
镁是人体必需的金属元素,也是细胞内重要的阳离子,有许多极为重要的生理生化作用。镁作为生物医用植入材料,不但不用考虑释放的微量镁离子对细胞的毒性,而且植入材料中的镁离子在人体内的微量释放还是有益的。多项动物实验表明,镁具有抗动脉粥样硬化的作用[1]。此外,镁基合金具有较高的强韧性和加工性能以及较好的生物相容性。将镁基合金作为生物医用材料的研究已经开展起来。Waksman等[2]将可降解镁合金支架与不锈钢支架相比,发现镁合金支架有相对较少的内膜增生,表明其作为冠状动脉支架材料是安全的。Li等[3]报道了Mg-Ca镁合金作为可降解植入材料具有优良的生物相容性,可以应用在整形外科和骨组织工程上。但镁基合金植入材料在人体体液环境下长时间承力产生的摩擦磨损、应力腐蚀及腐蚀疲劳等破坏现象会影响和缩短植入体的使用寿命。另外,植入材料表面与周围组织匹配性不够好,会影响或降低某些植入体植入后的牢固性和稳定性。近年来,以进一步提高镁合金强韧性、耐蚀性、耐磨性、生物相容性、力学相容性等为目标的改性研究受到许多研究者的关注,势必会进一步提高镁基合金植入材料的使用性能,推动新型可降解镁合金的开发和应用。
1 镁基合金的优势
镁基合金作为生物医用材料,有以下突出优点。
1.1 力学相容性
欲将镁基合金应用于具有承受载荷作用的骨、齿等硬组织的固定、修复和替换,以及起支撑载荷作用的心血管介入支架的制造需要镁基合金与病变或植入部位具有相近的力学性质,以满足治疗部位对材料力学性能的要求,达到医疗器械的治疗目的。本文对镁基合金的力学性能与用量最大、应用范围最广的不锈钢、钛及钛合金的力学性能进行了比较(如表1所示),可以看出镁基合金的压缩强度、弹性模量及密度与骨和牙齿的更为接近。
1.2 生物相容性
镁基合金作为骨科植入材料的尝试可以追溯到1907年,随后在1938-1945年间又有相关的人体植入试验报道。2003年德国Heublein等[6]首次发表了镁合金血管支架的动物植入实验报告,指出镁基合金具有良好的生物相容性。在研究镁基合金生物相容性时,模拟溶液的选择很关键,要选择与材料植入处生理环境相似的溶液进行实验。Akiko等[7]研究了纯镁分别在4种模拟体液中浸渍14天后的降解情况,分析了溶液中化学元素对镁降解速率的影响。最高的降解速率是在0.9%NaCl溶液中,然后依次是E-MEM、Earle's 溶液和 E-MEM+FBS,表明生理溶液会大大影响材料在生物体内的降解。
Gu等[8]认为理想的生物可降解吸收材料在体内应完全降解,且其降解产物对周围组织无害。考虑到材料的细胞毒性和血液相容性,合金元素的选择至关重要。他们将9种元素(Al、Ag、In、Mn、Si、Sn、Y、Zn和 Zr)分别添加到镁中,制成二元镁合金Mg-1%X,通过扫描电镜、X射线衍射仪、拉伸试验、浸泡试验、电化学腐蚀试验、细胞培养和血小板粘附试验,对材料的力学性能、抗腐蚀性能和体外生物相容性(细胞毒性和血液相容性)进行了评价,结果表明,添加合金元素可以影响镁的强度和耐腐蚀性。毒性试验表明,Mg-1%Al、Mg-1%Sn和Mg-1%Zn合金浸提液无细胞毒性,不会显著降低成纤维细胞和成骨细胞的存活率。与纯镁对比,镁合金溶血率更低,黏附的血小板数量也更少,因此适当添加合金元素,可以将镁基合金应用在骨骼和血管植入物材料方面。Song等[9]研究发现,AZ31镁合金具有很好的生物相容性。Zhang等[10]研究了镁基合金(Mn-Zn)的生物相容性,体外溶血率和细胞黏附试验结果证实其具有良好的生物相容性,并能加快前成骨细胞在合金表面的黏附。
1.3 可降解性
镁基合金在人体生理环境中可腐蚀降解,但是与其它类型的可降解材料相比,其具有明显高的强韧性和更优的加工性能。杨柯等[11]发现过热处理后的 AZ31镁合金较铸态和锻态降低了点蚀发生倾向,降解速度更慢。体内植入实验结果表明,其降解速度呈组织依赖性,在骨髓腔内的降解速度更快。植入5周时,镁合金已发生降解,20周时降解更为明显。降解过程中镁合金表面有 Ca-P物质沉积,具有优异的生物活性。Yun等[12]考察了在不同生理溶液中的镁腐蚀电流和腐蚀电位,在磷酸盐缓冲液和McCoy's 5A型培养基-5%胎牛血清介质中的镁腐蚀电位比在去离子水中的高,这是因为镁的腐蚀速率在氯化物溶液中更快。X射线分析表明,在细胞培养基中,样品上形成了含有氧、氯、磷、钾的界面层。U2OS细胞和镁样品共培养1周,虽然出现了样品腐蚀,用MTT法和细胞染色目测观察,未发现明显细胞毒性。此外,通过冯科萨和碱性磷酸酶染色法研究骨组织的形成,结果表明镁适合作为骨植入材料。Yang等[13]通过电化学方法和失重实验考察了镁合金在2种模拟体液(Hank′s和模拟血浆SBP)中的生物腐蚀行为,发现SV/SA之比大大影响镁合金的腐蚀速率。利用这个性质,通过改变SV/SA比值,可使其满足不同的植入要求,如低比值可以用在肌肉方面,高比值可以用在骨髓腔方面。
2 镁基合金的改性研究
镁基合金植入材料在含有有机酸、碱金属或碱土金属离子(Na+、K+、Ca2+)、Cl-等构成的恒温(37℃)电解质环境中,加上蛋白质、酶和细胞的作用,会发生腐蚀反应,腐蚀产物可能是离子、氧化物、氯化物等,它们与临近的组织接触,甚至渗入正常组织或整个生物体中,对机体产生影响或刺激。研究表明,镁基合金在生物体环境中的降解速度太快,会过早地失去其承载能力,达不到预期目的,因此,对镁基合金进行改性研究已经成为可降解镁基合金发展与应用中的一个重要组成部分。采用适宜的改性方法,不仅可以提高镁基合金的耐腐蚀性能,降低其生物降解速率,而且可以进一步提高其力学性能和表面生物活性,加快组织的愈合。目前主要的改性方法有沉积法、等离子体电解氧化法、微弧氧化和添加稀土元素法等。
2.1 力学改性
尹冬松等[14]研究了Zn对Mg-Mn 合金微观组织、力学性能的影响。结果表明,Zn可以明显细化Mg-Mn合金的铸态组织,当合金中Zn含量为3%(质量分数)时,合金的晶粒尺寸由700～900μm减小到50～80μm,拉伸强度提高128.8MPa,屈服强度提高42.6MPa,伸长率提高1倍多。Yu等[15]研究发现,ZK60-Yb镁合金的极限屈服强度和拉伸性能随Yb含量的增加而明显提高。Zhang等[16]通过化学镀层在AZ91D镁合金上沉积Ni-P/Ni-B双涂层,发现镁合金分界面均匀,层间兼容性较好,改性后的镁合金有更高的硬度。Candan等[17]在AZ91镁合金中添加0.2%～1.0% Pb,其抗拉强度和屈服强度分别增加了42%和58%,拉伸性能提高20%,这主要是由于金属间相的抑制而导致其力学性能的增强。Xin等[18]通过过滤阴极电弧沉积系统在AZ91镁合金表面沉积Al2O3/Al双分子涂层,该涂层大大提高了合金的表面强度和弹性模量,并表现出与基底之间良好的粘结强度。
2.2 生物相容性改性
Xu等[19]为了提高镁合金的生物活性,在其表面制备了磷酸钙涂层。在体外细胞增殖实验中,L929细胞表现出良好的黏附特性以及高生长率和增殖特征,表明涂层大大提高了镁合金表面的细胞相容性。另外,常规病理检查和免疫组织化学分析均显示Ca-P涂层具有良好的生物活性,能促进植入物/骨界面早期骨的生长。Song等[20]采用电化学的方法在AZ91D镁合金表面沉积具有生物活性的羟基磷灰石(HA),其可以明显降低合金的降解速率并提高其生物活性,具有成为新型骨植入材料的潜力。Kannan等[21] 的研究结果表明,Ca的添加能大大提高镁合金的一般耐蚀性和抗点蚀性能,降低腐蚀电流,而且表面的薄膜电阻呈现5倍增加。慢应变速率测试表明,与大气中含钙镁合金的极限抗拉强度和断裂伸长率相比,在m-SBF中只在边上有降低,含钙镁合金能用作可降解整形外科移植材料。
2.3 腐蚀行为改性
Wang等[22]在硅酸盐-KOH-乙二醇(基电解质)电解液中加入不同浓度的KF,在AZ31镁合金表面制备了等离子体电解氧化薄膜。在8.0g/L KF电解液中,膜层显示最高的耐蚀性,在NaCl溶液中显示最低的坑蚀趋势。Kang等[23]通过聚合物电镀法在AZ31镁合金表面制备聚合物薄膜,为镁合金提供了有效的耐腐蚀防护。Liu等[24]的研究表明,AZ91中的Ce能减小金相粒径,并在合金内形成Ce化物,抑制材料的阴极反应,阻止氧化物的生成,从而提高合金的耐蚀性。Shang等[25]通过微弧氧化和溶胶-凝胶技术在镁合金表面制备了复合防护层。该复合防护层可通过阻断腐蚀离子与镁合金的接触,大大增强AZ91D镁合金的耐蚀性。另外,Yekehtaz等[26]将甲烷和乙炔注入镁合金,为镁提供了有效的防腐保护。Heakal等[27]发现F-和Cl-溶液能大大改变AZ91D合金行为,并在合金表面形成钝化保护层,提供更好的保护。Liang等[28]研究发现,电解液成分对涂层的演变有很大影响,如涂层的厚度、微结构、成分等。在硅酸盐电解液中形成的等离子体电解氧化涂层,在长期和短期电化学腐蚀实验中,耐蚀性均优于在磷酸盐电解液中形成的涂层。
3 应用研究
2003年德国Biotronik公司生产出第一款可吸收金属支架(Absorbable metal stent,AMS),并于12月在比利时ST-Blasius医院首次植入人体。AMS在植入后几周或2～3个月内发生了降解,可减少再狭窄从而避免各种并发症的发生。特别是Erbel[29]在2007年发表了德国Biotronik公司开发的可吸收镁支架(Absorbable magnesium stent, AMS)在63个病人的心脏冠状动脉植入的临床实验报告,证明了可降解镁合金临床应用的可行性。
在镁基合金作为骨植入材料的研究中,2005年Witte等[30]在《Biomaterials》上发表了镁合金在动物体内的骨植入的实验结果,表明镁合金具有比可降解聚乳酸(PLLA)更优的生物相容性和生物降解性能;但同时也发现WE43镁合金(Mg-4Y-3RE)中的Y和Nd稀土元素聚集在植入部位,不易被周围骨组织吸收。之后他们又相继报道了Mg/HA复合材料和多孔镁在骨修复方面的实验结果。在最近几年中,12个国家或地区的学者们相继发表了可降解镁基材料的研究报道,包括澳大利亚、美国、英国、德国、加拿大、土耳其、新西兰、中国香港、瑞士、韩国、日本以及中国。
4 结语
一、投放附着基的种类
目前，我国刺参养殖投放的附着基可分为两类：一类是重量型不便移动式附着基，主要有石块、瓦片、空心砖、水泥管、瓷管等；另一类是轻便型便于移动式附着基，主要有旧扇贝笼、旧网衣、旧编织袋、树枝、旧汽车轮胎等。
二、投放不同材料附着基的利弊
1. 投放重量型不便移动式附着基的利弊。①投放方法、数量。投放石块做附着基，石块大小一般为10～20千克，堆成条形和锥状，堆距1.5～2米，行距2～3米，高距0.8～1米，每亩投放量为60～90立方米。投放瓦片附着基，可将瓦片搭成“人”字形，按2米间距“一”字形排列；也可将3片瓦为1组捆绑成三角形，20组为1堆，堆距1.5～2米，行距2～3米，一般每亩投放500～650组，每亩投放瓦片1500～2000片。空心砖、水泥管、瓷管附着基的大小要便于搬运，一般规格为15～20厘米，人工排列成条形或“韭”字形，主排距1～1.5米，支排距0.5米，每亩投放量为4000～5000个。②利弊分析。重量型不移动式附着基通过堆列，中间可形成多层、多孔状空隙，很容易沉积有机碎屑、浮泥和附着底栖硅藻，并适宜于藻类的繁殖与生长，便于刺参的藏匿栖息和摄食，更有利于刺参的度夏与越冬。其弊端是建池投入高，工程量大，劳动强度大，底质稀软的池塘极易淤陷，影响附着基的利用率和刺参的成活率。养成清池时比较麻烦与不便，若转产养殖其他品种也将带来很大难度。“一”字形排列的瓦片附着基很容易被潮水冲跨，会降低附着基的利用率，并影响刺参的栖息和度夏的成活率。
2. 投放轻便型便于移动式附着基的利弊。①投放方法、数量。投放旧扇贝笼附着基，一般3个扇贝笼为1组，将两端固定扎紧，堆距1～2米，按行距2～3米排列，或将扇贝笼连接在一起，按2～3米的行距，“一”字形排列，每亩投放400～500组。投放旧编织袋和旧网衣附着基，有的在池底平铺一层编织袋，再在其上按堆距1.5～2米、行距2～3米堆放装满泥砂的编织袋，每堆3～5袋，每亩投放量为2000～3000袋；或将旧编织袋和旧网衣底面绑上坠石，上面绑上浮子，撑直形成一道窄墙，高度为1米，间距为1米，每亩投放500～600条。投放树枝附着基，先将10～15千克的树枝捆绑在一起，内放3片瓦沉入池底，按养殖池塘面积的50%投放。用旧汽车轮胎作附着基，可将汽车旧轮胎截成30～50厘米的碎块，投放于池底，每亩投放量为8000～10000块。②利弊分析。投放轻便型便于移动式附着基能够减少养殖建池投入，降低养殖成本，有利于底栖硅藻的附着和繁殖生长，尤其是软泥池底不会造成附着基淤陷，有利于清污和转养其他养殖品种。特别是旧编织袋附着基，转产时收净刺参、割破泥袋即可，非常简便。其弊端是不能形成自然的多孔洞穴，影响刺参的度夏和越冬以及养殖成活率。底部平铺编织袋的池塘，由于长期淤泥和刺参粪便的沉积，在高温季节往往会起泥皮，污染池水，更容易生长大型海藻及杂草。投放的旧汽车轮胎附着基，在夏季高温期也易产生异味及有毒物质，造成发病和降低刺参养殖成活率。
三、几点建议
在自然海区中，刺参多栖息于潮间带下的岩礁、珊瑚礁或乱石与泥滩结合部，尤其以礁石的背流较静且隐蔽处和海藻丛生处聚集较多。根据刺参的习性，笔者认为应根据不同的自然条件，因地制宜，投放适宜的附着基。
1. 养殖区底质较硬，自身资金充足，附着基材料充裕，运输距离较近，价格适宜，养殖期又较长，最好选用重量型不便移动式附着基，尤以选择石块附着基更佳。石块间能形成多层、多孔空间，既适于底栖硅藻的附着，又能为刺参创造一个良好的栖息环境，更有利于刺参的安全度夏和越冬，提高其养殖成活率。清污难的问题可采用高压水枪冲洗、冲刷的方法来解决。
2. 养殖区域底质稀软，自身资金又不充足，重量型不便移动式附着基资源比较短缺，运输距离较远，价格又较昂贵，养殖期较短或处于试验阶段，最好选择轻便型便于移动式附着基，既节约了资金，又降低了养殖成本，劳动强度小，省工又省力。但轻便型便于移动式附着基效果与重量型不便移动式附着基相比是有差异的。
3. 旧汽车轮胎或未经养殖试验的其他材料附着基，在目前尽量不要采用，容易产生异味、有毒物质以及其他不良反应，从而影响刺参的养殖成活率。
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