科技日報記者1月23日從中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所獲悉，該所崔球研究員帶領(lǐng)的代謝物組學(xué)研究組，采用硼離子交聯(lián)策略，并結(jié)合殼聚糖和少量陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）的協(xié)同，開發(fā)出一種高強(qiáng)、耐火、抗菌的紙漿泡沫。

具有高孔隙率、低密度、輕質(zhì)的多孔材料在包裝、建筑、醫(yī)療衛(wèi)生和化工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)和“雙碳”戰(zhàn)略的需求，利用可再生、可生物降解的纖維素制備多孔材料已成為近年來的研究熱點。

紙漿泡沫是一種廉價、環(huán)保的新型多孔材料。它以紙漿纖維為原料，利用快速攪拌下表面活性劑在紙漿纖維分散液中發(fā)泡，阻止纖維絮聚，而形成均勻的多孔結(jié)構(gòu)，濾水干燥后制得泡沫。但單獨使用紙漿纖維制備的泡沫材料強(qiáng)度差、易燃、易染菌，無法滿足實際應(yīng)用的要求。

事實上，植物細(xì)胞壁的自支撐作用與其組分間牢固的互鎖結(jié)構(gòu)有關(guān)。其中，微量的硼離子通過與木質(zhì)纖維組分含氧基團(tuán)的共價鍵結(jié)合來增強(qiáng)細(xì)胞壁的支撐作用。另一方面，硼酸鹽也是一種常用的阻燃劑。

受此啟發(fā)，研究人員前期進(jìn)行了概念驗證性實驗，在紙漿泡沫的成型過程中引入硼離子后，硼離子與紙漿纖維之間產(chǎn)生的交聯(lián)作用，使紙漿泡沫的機(jī)械強(qiáng)度大幅提升，其壓縮強(qiáng)度是不含硼離子紙漿泡沫的28倍，并賦予其一定的阻燃和自熄性。

為了進(jìn)一步提升紙漿泡沫材料的機(jī)械強(qiáng)度和阻燃性，賦予其良好的抗菌性，增加其實用性，研究人員在紙漿纖維成型過程中硼離子交聯(lián)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)引入適量的殼聚糖和少量的CPAM。研究證實，由于硼離子可以與纖維素和殼聚糖的羥基形成牢固的共價鍵，纖維素、殼聚糖和CPAM之間又存在靜電結(jié)合與分子間氫鍵作用，這些組分間的協(xié)同作用，大幅提升了紙漿泡沫的機(jī)械強(qiáng)度，使其在50%應(yīng)變條件下的壓縮強(qiáng)度是同等硼離子交聯(lián)但不含殼聚糖和CPAM紙漿泡沫的6倍，且高于目前報道的大部分纖維素基多孔材料。

值得一提的是，用量僅為0.5%（相對于紙漿干重）的CPAM取代用量30%的殼聚糖，可獲得具有相同機(jī)械強(qiáng)度的紙漿泡沫，這能大幅降低紙漿泡沫的制備成本。同時，由于硼離子、殼聚糖和CPAM的協(xié)同作用，該紙漿泡沫兼具優(yōu)異的防火、隔熱、抗菌和吸音性。其低密度、高機(jī)械強(qiáng)度和良好的隔熱性，已經(jīng)與普通商業(yè)用防火礦棉、多孔無機(jī)材料和泡沫玻璃產(chǎn)品相當(dāng)。此外，在泡沫制備過程中產(chǎn)生的濾液可以完全回收再利用。

據(jù)介紹，本研究制備的高性能紙漿泡沫有望在高品質(zhì)包裝、隔熱、光熱轉(zhuǎn)化和吸音等領(lǐng)域中應(yīng)用。相關(guān)研究成果發(fā)表在《碳水化合物聚合物》上。（科技日報） 

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