负责人:刘茂昌

所在学院：能动学院

一、项目简介

本项目提供一种基于生物质纳米纤维材料的新型生物基复合泡沫的关键制造技术，并开发出具有隔热、保温、阻燃特征的生物基纳米纤维/聚合物复合泡沫。从木材、农作物秸秆等生物质资源中提取高结晶度、高长径比生物基纤维素纳米纤维，与壳聚糖等生物聚合物基体物质协同整合，构筑孔道定向排列的复合泡沫。复合泡沫具有弹性、抗冲击、隔热、保温、阻燃等特征，对包裹于其内部的物品起到多角度的“保护”作用。

二、产品性能优势

该项目使用冰模板结合冷冻干燥技术，可解决现有生物基复合泡沫孔道不能有序排列等问题，项目开发过程中涉及的关键技术包括：

1.生物质材料的高效纳米纤丝化解离技术

木材等生物质材料中包涵纤维素纳米纤丝与半纤维素、木质素等基体物质，这些生物聚合物在木材细胞壁中形成了极其复杂的多层级相互作用，给纤维素纳米纤丝的高效解离带来较大的挑战。关键技术在于在保证纳米纤丝的天然结构性能不受影响的情况下，如何将纳米纤丝高效的从木质细胞壁中分离出来。拟通过化学预处理结合高强度机械解纤策略开展相关研究工作。

2.冰模板诱导纳米纤维-基体物质有序定向组装

将高长径比的生物质纳米纤维素与壳聚糖等基体物质复合，各组分在混合系统中会充分混合并相关扩散。如果要借助冰模板诱导实现各组分间的定向组装，需要在冷冻干燥的过程中产生定向排列的冰晶。其中关键技术在于如何在冷冻时控制冰晶的生长速度以及生长方向。拟通过从不同侧面放置冷源的策略调控冰晶的生长。在实现冰晶定向增长的基础上，借助冷冻干燥方法制备复合泡沫。

3.复合泡沫多组分间的协同作用与多功能集成整合

为了提升复合泡沫的综合性能，需要将多种前驱体复合并借助冷冻干燥方法构筑复合泡沫。如何充分发挥各个组分的结构与性能优势以及组分间的协同作用，实现力学性能、热学性能、阻燃性能等多种功能在生物基复合泡沫上的有效集成整合，是本项目研究的关键所在。需要在充分了解各个构筑单元特征的基础上，充分利用前期搅拌混合、定向冷冻及冷冻干燥过程中衍生的组分间的相互作用，以提升所得复合泡沫的综合性能与功能。

4.保证生物降解性与生物相容性

开发生物基材料的一个主要原因就在于生物质资源可再生、储量丰富且具有生物相容性与生物降解性。为此，在开发满足相关力学性能、热性能等需求的生物基复合泡沫的基础上，要保证复合泡沫仍然具有良好的生物相容性，并且可以生物降解。研究的关键在于引入环境友好的构筑单元以及加工技术，确保研究本身以及所开发复合泡沫在整个生命周期内的环境友好性。

三、市场前景及应用

随着物流的日渐普及，快递用包装材料行业迅速兴起。世界每年包装销售额为5000-6000亿美元左右，包装公司多达10万多家,从业人员超过500万人。然而，限塑令的执行，使得市场对环保型高性能包装材料有着非常大的需求。同时，在一些特殊情况下，如食品、药品、化学品的运输，以及在高温及寒冷地区的物品供应，又对包装材料的力学性能、保温性能、阻燃性能等提出了更高的要求。目前，我国应用于物流的包装型泡沫材料仍以塑料为主，可再生、环保型泡沫材料有着极其大的市场需求，市场空间、前景及潜在利润值巨大。本项目研发的生物基复合泡沫在性能上有望满足甚至超过行业标准要求的各项指标，具有非常大的市场开发前景。本项目产品价格估算为市场上商用产品的200%-300％，但是在生物相容性、生物降解性、保温性能等方面优于商用产品，可在许多特殊需求领域得到应用。通过项目开发，可以进一步提升产品的批量化生产技术并降低成本，增加产品进入市场并获得竞争力的可行性。

四、技术成熟度

□概念验证 □原理样机 □工程样机 √中试 √产业化

五、合作方式

□联合研发 □技术入股 □转让 □授权（许可） √面议

附图