吸波性淀粉基生物泡沫的初步研究开题报告

1. 研究目的与意义

近几十年，由于石油工业快速发展，大批的塑料新品种也随之而生，塑料质轻、防水、耐腐蚀、强度大等优良的综合性能使其广为使用^[1]。泡沫塑料是塑料中的一大类, 也是现代塑料工业的重要组成部分 。泡沫塑料是聚合物基体和发泡气体的复合材料, 具有密度小、导热率低、隔热、吸音及缓冲等优良性能 ,价格低廉 ,制造工艺简单, 因而在工业、农业、军事、日用品和办公用品等各方面得到广泛应用。但由于大多泡沫塑料制品如 :聚苯乙烯 、聚乙烯、聚丙烯 、聚氯乙烯 、聚氨酯等泡沫塑料难以降解, 在实际应用中带来巨大的环境污染。

同时用于合成塑料产品的石油资源正日益枯竭，石油资源是种不可再生资源^[2]。石油是现代工业和现代文明的物质基础，是国民经济不可或缺、无法替代的重要能源和工业原料，国民经济对石油具有很强的依赖性。近年来，我国经济保持持续稳定增长，石油消费量稳步提升，2008-2016 年期间，国家石油表观消费量从 2008 年的 3.65 亿吨增加至 5.78 亿吨，累计增长58.34%。我国石油和化工行业取得了显著的发展成就，石化经济总量位居全球第二。石化行业迅速发展为我国经济社会建设做出了巨大贡献，但行业发展方式依然较粗放，发展质量较国外发达国家仍有很大差距。按我国的石油开采能力，中国将面临石油枯竭的局面，油气后备资源不足。

在日新月异的社会中，我们的日常生活少不了电器，各种电子设备在正常工作时都会产生电磁波。现在我们所处的环境频率在30000mhz内的电磁辐射充斥着我们的空间，破坏了良好的电磁生态环境，构成了现代社会新的隐形杀手。现代人每天接受的电磁辐射强度要比几百年前所接受的来自自然界的电磁辐射高2亿倍，目前，电磁辐射已成生态环境的第四大污染源，联合国人类环境会议已将防止电磁辐射污染列为环境保护项目之一。

2. 国内外研究现状分析

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。淀粉挤出发泡成型最早用在食品中。 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。yogaraj 等^[4]认为淀粉发泡材料的性质与所用淀粉的种类、发泡剂(水)、添加剂以及挤出条件如温度和螺杆结构有很大的关系, 并得到了密度为 22～ 30kg /m3 的泡沫材料。 chinnaswamy 等^[5]研究了不同温度对各种直链含量的淀粉的影响。 结果发现几乎所有的最大发泡倍率都出现在直链含量为 50 %的淀粉中。之后淀粉的发泡技术逐年发达。淀粉的烘焙发泡成型工艺是淀粉与助剂、发泡剂的混合物在烘焙模型中加热发泡的成型方法。lawton 等^[6]通过研究认为高直链淀粉具有最短的烘焙时间并能制得相对最轻的碟子。 glenn 等^[7]利用烘焙法生产纤维增强具有低密度泡沫塑料性能的谷物和块茎淀粉发泡材料。制得的纤维增强淀粉泡沫具有与商业用食品容器泡沫一样的弯曲性能。wang 等^{[ 8]}建立了一种数学模型以描述淀粉基挤出发泡的发泡膨胀现象。 现有的发泡方法有烘培发泡，微波发泡，挤出发泡，模压发泡等多种。特别是近年出现的超临界熔融发泡的新成果用于淀粉发泡后取得了巨大的成功。近年来, 科研人员广泛开展了诸如淀粉基发泡材料技术的研究, 取得了很大的突破。

随着科学技术特别是电子技术的发展，在生产和生活中使用的电子产品越来越多，为人类的文明和进步做出了巨大贡献，但是电子产品间电磁波的相互干扰以及对环境的生存和发展带来了很大的危害，同时电磁波在现代化战争中有了广泛应用。电磁波的吸收防护引起了人们的广泛关注。目前，国内外防止电磁波影响的主要方法就是利用吸波材料^[10]。

charanjeet singh等^[11]制备了锶取代钡铁氧体ba(1-x )srxfe12o19。发现，随着锶取代量的增多，小晶粒出现并逐渐增多，平均晶粒尺寸减小。g.mendoza-surez 等^[12]通过调节 fe/ba 比例及热处理条件，获得一系列钡铁氧体粉末。发现，fe/ba 比例的变化导致产物中bafe12o19 和 bafe2o4 的比例发生改变，直接导致产物磁性能变化，而且热处理温度和时间对饱和磁化强度有着显著的影响。meshram 等^[13]通过烧结干磨等方法制备的 m型六角钡铁氧体粉末，在 8.5~11.8ghz 频带内具有较好的吸收效果，最小吸收量为 10db，可用来伪装目标。任慧等^[14]采用溶胶-凝胶与自蔓延燃烧相结合的方法制备出了粒径为 30~40nm 的碳-纳米铁氧体复合材料。徐劲峰等^[15]采用柠檬酸盐溶胶-凝胶法制备了 z 型平面六角铁氧体纳米晶，并对其进行离子取代和稀土掺杂。采用 x 射线衍射 (xrd)、透射电镜 (tem)对其物相组成、显微结构进行研究发现在1250~1275℃焙烧温度下就可形成均匀单一的铁氧体纳米晶；磁性能和吸波特性研究表明，纳米晶的磁性能和吸波特性明显优于传统方法制备的铁氧体粉末。曹茂盛等^[16]研究了添加不同质量分数纳米碳管的聚酯基复合材料的电磁波吸收性能，发现添加质量分数为8％的聚酯基复合材料在8~40ghz波段有明显的吸波性能，随着材料厚度的增加，吸收峰向低频移动。传统吸波材料有铁氧体，金属微粉，碳化硅，石墨等，新型吸波材料有纳米材料，多晶铁纤维等。

3. 研究的基本内容与计划

4. 研究创新点

关于多孔性泡沫，目前已经有大量的报道，但并非都适用于医用凝血材料，本次研究是通过配方优化使得淀粉基生物泡沫这种潜在的吸波材料具备基本的物理与热性能。本实验是以大豆淀粉，壳聚糖以及吸波物质混合形成共混物，经过微波膨胀得到发泡塑料，测定发泡塑料的气孔结构，电磁波性能，膨胀率，表观密度，并讨论材料孔径分布与力学性能之间的关系。在实验范围内，找出吸波性淀粉基生物泡沫吸波性能和发泡效果（密度，孔径分布）的方案。