天然建筑材料（共12篇）
天然建筑材料 篇1
节能减排可以说是受到全球关注的一个话题, 因此, 在建筑进行采光设计的过程中, 可持续的天然采光设计必须要进入到设计师的考虑因素, 只有将可持续天然采光设计考虑到建筑采光设计过程中, 建筑才能够得到经济舒适、安全可靠、优质高效的采光环境, 从而使得建筑自身实现零污染目标, 建设完全绿色无污染的建筑物。
1 建筑采光节能设计需要考虑的因素
1.1 协调光、热建筑节能设计的矛盾
阳光中所包含的辐射是建筑对光、热设计过程中的一个主要影响因素, 因此, 在进行节能设计的过程中, 必须要对太阳能辐射保持一个谨慎的态度, 同时要协调的处理好设计要求以及设计分区标准这两个方面所存在的矛盾。
1.1.1 中国所存在的光气候分布图, 将中国的建筑区分为了5个光气候的分区, 因此, 在不同地区进行建筑设计的过程中, 必须要以光气候分布图来作为建筑天然采光设计的指导
在建筑的热能设计上, 以往的建筑热工设计分布图都直接将中国划分成为了5个热工分区。光气候区所使用的指标就是照度, 而我国的热分区中所使用的指标就是指的环境温度。任何同一个地区, 它在一年四季不同时刻都有着不同的光气候区以及热工区域, 从而使得各个地区建筑所需要的采光设计要求也是迥然不同的。因此, 要想使得建筑设计能够达到可持续性采光节能的目的, 就必须要协调好在建筑中所存在的光和热这两者之间的矛盾, 从而定制出科学合理的光气候分布标准以及各项物理参数。
1.1.2 可持续天然采光设计过程中, 不可避免的需要将建筑外部的天然光纤引入到室内, 从而使得建筑的内部达到一定程序的照明视觉效果, 从而减少建筑内部的电能消耗量。
而要实现这一目的, 就需要在建筑设计时加大建筑之间的距离, 从而加大建筑表面阳光照射的面积。而且热工设计则需要建筑在冬季时, 能够最大限度的将阳光引入到室内, 从而提高建筑室内的整体温度, 但是在夏季需要防止外部热量的辐射量, 从而减少室内空调电能的消耗。这些要求都促使了设计师在进行建筑设计的过程中, 必须要合理的控制各个门窗的面积以及位置, 从而减少建筑体型所产生的变化。但是经过这样的设计之后, 建筑设计中热工节能与采光节能这两者就不可避免的出现了冲突、矛盾。因此, 建筑在进行设计的过程中, 必须要在完全平衡这两者之间所存在矛盾的情况下, 还要保持建筑自身的节能设计的最佳效果。
1.2 注重天然采光
采光节能设计必须要考虑天然采光, 而不能一味依赖人工光源。这是因为首先人工光源会影响人们的感受, 光线的温度会给人们带来截然不同的感觉。而自然光在不同的季节、时刻、环境通过合理的设计可以对室内照明产生很好的效果, 其舒适度也远远高于人造光源, 不仅可以使昏暗的房间变得明亮活泼, 还可以塑造室内的艺术空间、营造良好的氛围。其次, 天然光源如得到充分的利用可以节约电能的消耗。在对天然采光设计进行考虑时, 还需要注意的一个问题就是需要配合空调的节能工作。我国大部分地区夏季具有日照时间长、太阳辐射强的特点, 因此在建筑设计时需要合理的利用屋檐、遮阳板、窗帘等调解采光、减少热能消耗、节省电力资源。这种情况在采用玻璃幕墙的建筑中表现得尤为明显, 更需要合理协调采光节能与热能消耗的矛盾。
1.3 根据不同地区环境特点、建筑情况采光节能设计
我国的土地极为辽阔, 不同地区所需要的光照要求和环境有这极大的不同, 并且每个地区的建筑群都有着极大的差别, 因此, 在建筑设计的过程中, 必须要根据地区的不同环境因素、建筑情况来进行天然采光的全局设计。
为节约采光耗能还可以在南向墙面设置镜面材料引入光线, 以改善北面房间的光照度。此外, 为了保证建筑物内日照时间的长度, 还需要考虑植被对光照的影响。绿树枝被对于改善热环境大有裨益, 但是在对其设计时一定要考虑采光需求。
2 具体的采光节能设计 (形状与材料)
采光节能设计的细节, 诸如采光口设计、玻璃的材质、照明设计等等, 需要进行在综合把握以上三个大原则的基础上, 进行合理的规划设计, 以达到节能设计的最佳效果, 为社会能源的和谐发展、建设绿色家园做出贡献。
2.1 窗地比越大, 采光均匀性越好
研究发现, 随着窗地比的增大, 人工照明能耗越小, 房间全年的关灯率就呈现上升的趋势。这是因为窗地比越大, 室内的采光均匀度越高, 室内光线条件的上升当然会促成人工照明能耗的降低。虽然对于采光来讲窗户面积越大越好, 但是建筑设计还需要综合考虑热功耗能 (采暖与制冷) 。因此建筑物的窗地比需要根据不同的光度要求进行不同的设计。如果房间对光度的要求较高则可以适当的扩大窗户面积, 并且辅以其他的外围措施保证房间的保温隔热效果。反之则应当适当缩小窗户的面积以保证室内温度。
2.2 窗户透光率越大, 照度均匀度越高
建筑物窗户的透光率与房间照度均匀值成正比, 即窗户的透光性越好、透光率越大, 房间的照度均匀值越高、光环境越好。因此, 透光率的增大会直接导致人工照明耗能的减少、达到节能的目的。当然, 建筑物能耗还需要考虑热工能耗, 但是窗户的透光率对热工能耗的影响很小, 因此窗户透光率越大, 建筑物的总能耗越低, 节能效果越好。
2.3 窗户相对位置高度越高越节能
随着窗户位置的升高, 近窗处的照度值大幅降低, 这是因为窗台挡住了一部分阳光。而窗户位置越低, 房间内的照度值越高, 照明能耗越低。但是, 窗户位置越低, 室内视觉舒适度会随着降低。因此, 在采光节能设计中, 既要考虑到低窗位对光照值的促进作用, 也要考虑由于光照度平缓对室内人员视觉舒适度的影响。
3 结论
综上所述, 节能设计的两个主要因素就是节流和开源, 因此, 节能设计改革需要减少建筑室内对于石油以及煤炭等不可再生能源的使用。还需要加大对各种再生能源利用的重视, 例如风能和太阳能的开发利用, 只有最大限度的利用自然能源才能够使得建筑节能的效果达到最大化。在建筑能量消耗中, 照明所占用的能源占有着相当大的一部分比例, 这就使得建筑在进行设计的过程中必须要重视建筑采光节能的设计, 使得建筑室内达到较好的可持续天然采光, 彻底实现绿色建筑的目标, 而不仅仅只是从热环境节能上来着手。建筑采光设计也必须要建立在建筑整体性的节能思维基础上, 从而依据当前建筑地区环境特点来分析光和热的环境要求, 使得建筑采光节能达到最好的效果。
参考文献
[1]荆方, 李雯.试论现代建筑的采光节能设计[J].商场现代化, 2011 (19) .[1]荆方, 李雯.试论现代建筑的采光节能设计[J].商场现代化, 2011 (19) .
[2]杨志达.建筑采光设计的几个误区[J].山西建筑, 2009 (13) .[2]杨志达.建筑采光设计的几个误区[J].山西建筑, 2009 (13) .
[3]屈寒飞.建筑设计中自然采光方法的发展趋势及特点[J].热带建筑, 2010 (3) .[3]屈寒飞.建筑设计中自然采光方法的发展趋势及特点[J].热带建筑, 2010 (3) .
天然建筑材料 篇2
欢迎各位领导不辞劳苦来到XXXXX检查天保一期工作，下面由我来给大家就我县的工程完成情况做一下整体的汇报。
我县自XXXXX年天保工程实施以来，在各级政府、林业部门的支持下，在全体林业工作者的共同努力下，取得了可喜的成绩，现就近年来的工作总结汇报如下：
一、工程实施主要情况
（一）基本情况：XXX年来，我县实施了封山育林、飞播造林XXXX亩。工程涉及XXXXX，总面积XXXX，其中林业用地XXXX万亩，有林地XXX万亩，疏林地XXX万亩，灌木林地XXX万亩，未成林造林地XXX万亩，宜林荒山XXX万亩，苗圃XXX万亩。
（二）天保工程建设内容的完成情况
在森林资源管护上，一是签订管护责任书。为了提高管护质量，达到预期的管理效果，我县层层签订了天然林资源保护工程管护责任书，落实了领导责任制。二是落实护林人员，明确管护职责。为了加强天保工程实施县的森林管护力度，保证各项制度和措施
落到实处，坚持常年巡山护林不松懈，我县专职管护人员XXX人，兼职护林员XXX人。县按每XXX亩林就有一名管护人员，分片划段，将人员和责任落实到山头地块。三是管护基础设施方面。在我县天然林保护的重点地段用石头垒砌粉刷XX副大型宣传标语；制作XXXX块长久性悬挂式宣传画等等。
在公益林建设上，为了保障重点公益林工作的顺利开展，我县成立了县、乡（街）两级领导组，以县林业局天保办和各乡（街）林业站为主体，单位领导挂帅，财政纪监介入，林权所有者参加的领导管理组织，定期和不定期进行培训，交流意见和建议，以确保重点公益林责任到人，管护到位，使其发挥最大的生态效益。
（三）天保工程资金的使用与管理情况 严格贯彻落实“严管林、慎用钱、质为先”的林业建设方针，九年间，共使用天保中央基建公益林资金XXXX万，省财政资金共计XXXX万元，其中管护经费XXXX万元，省财政资金余XXX万元，做到了专款专用，重大经费开支严格各项申报、审批、核查、审计等制度的落实。对于工程款的拨付，严格按国家有关规定和合同进行，确保资金使用的合理化，制度化、规范化、杜绝挪用、侵占、转借等违反财政制度的现
象。
二、工程实施取得的主要成效
九年来，通过实施封山育林、飞播造林，收到了较好的生态、经济和社会效益。具体来讲：
社会效益得到显著提高。由于过去植被遭到过度破坏，生态环境的恶化制约着农业生产和人民生活的正常发展，通过实施天保工程，人们的生态意识普遍提高。生态环境得到明显改善，生态恶化的趋势得到了有效控制，使本县农林牧的比例更加协调，农民收入增加，产业结构更趋合理，保障了地方经济的持续、健康、快速发展。
生态效益也初步显现。工程完成后新增有林地XXXX亩，按每亩森林截留降水和减少径流XXX吨计算，每年可涵养水源XXX万吨；按水土保持功能计算，每亩林地可减少土壤流失量XXX吨，每年可减少流入汾河的泥沙XXX万吨,生态效益初步显现并将逐年增加。
经济效益十分喜人。通过实施天保封山育林工程，当地群众获益非浅，不仅带动了苗木业的发展，解决了部分群众的就业，而且使一些群众摆脱贫困，走上致富道路。
在取得这些可喜成绩的同时，也遇到一些问题，一是在我县天然林保护县域内，国营厂矿所架电
线纵横交错，而且大多老化，存在着火灾隐患，给天然林保护工作带来一定困难。
二是植苗造林的部分苗木水源不足，野兔等动物侵害严重，一定程度上影响了苗木的成活率。
还有就是天然林保护方面专业人员少，专业知识不丰富，建议多组织学习参观交流。
天然建筑材料 篇3
1、建筑采光节能设计需要考虑的因素
1.1协调光、热建筑节能设计的矛盾
阳光中所包含的辐射是建筑对光热设计过程中的一个主要影响因素，因此，在进行节能设计的过程中，必须要对太阳能辐射保持一个谨慎的态度，同时要协调的处理好设计要求以及设计分区标准这两个方面所存在的矛盾。
1.1.1中国所存在的光气候分布图，将中国的建筑区分为了5个光气候的分区，因此，在不同地区进行建筑设计的过程中，必须要以光气候分布图来作为建筑天然采光设计的指导。在建筑的热能设计上，以往的建筑热工设计分布图都直接将中国划分成为了5个热工分区。光气候区所使用的指标就是照度，而我国的热分区中所使用的指标就是指的环境温度。任何同一个地区，它在一年四季不同时刻都有着不同的光气候区以及热工区域，从而使得各个地区建筑所需要的采光设计要求也是迥然不同的。
1.1.2可持续天然采光设计过程中，不可避免的需要将建筑外部的天然光纤引入到室内，从而使得建筑的内部达到一定程序的照明视觉效果，从而减少建筑内部的电能消耗量。而要实现这一目的，就需要在建筑设计时加大建筑之间的距离，从而加大建筑表面阳光照射的面积。而且热工设计则需要建筑在冬季时，能够最大限度的将阳光引入到室内，从而提高建筑室内的整体温度，但是在夏季需要防止外部热量的辐射量，从而减少室内空调电能的消耗。这些要求都促使了设计师在进行建筑设计的过程中，必须要合理的控制各个门窗的面积以及位置，从而减少建筑体型所产生的变化。但是经过这样的设计之后，建筑设计中热工节能与采光节能这两者就不可避免的出现了冲突、矛盾。因此，建筑在进行设计的过程中，必须要在完全平衡这两者之间所存在矛盾的情况下，还要保持建筑自身的节能设计的最佳效果。
1.2注重天然采光
虽然人工光照的技术已经相当的成熟，但在建筑的装修设计中，还不不能够完全依赖人工光源，要尽可能多的采用天然采光。这是因为，人体在经常接受太阳光照的同时，人体内会增强相应的钙质，杀死某些病菌，这是人工光源所不具备的优势。而且，利用适当自然光源加进建筑的设计中，可以增强建筑的美观性和自然感，使人们在获得光亮的同时更增添了舒适感。
1.3根据不同地区环境特点、建筑情况采光节能设计
我国地大物博，拥有不同的地质风貌和气候特征，不同地区的建筑风格也有很大的不同，比如说，北方气候比较寒冷干燥，墙体一般较厚，所需的光照比较强，而在南方地区，气候常年温暖，就不需要更多的光照。因此，在建筑物的设计上一定要考虑到因地理环境不同而采用不同的采光设计方案。
2、具体的采光节能设计
采光节能设计的环节包含很多方面，比如说窗户的角度大小、玻璃的质地、人工电流的供给等。如何在节能的基础上，综合这些具体的设计环节进行合理的规划，是保障建筑物整体和谐、可靠的基础。
2.1窗地比越大，采光均匀性越好
什么是窗地比？简单点说就是窗的面积与地面面积的比值，它的大小决定了屋内自然采光的比例。窗地比越大，窗口设计越大，自然采光的水平也越高，相反，窗地比越小，窗口设计越小，自然采光的效果就差些。而人工耗能的照明设备会随着自然采光的强度产生变化，研究证明，采光条件较好的房屋，使用人工照明的能耗就更小些。所以，设计人员一定要仔细计算窗地比的数值情况，虽然根据定率来讲，窗户面积越大越好，但是我们还要考虑，热功能的消耗情况。在北方城市的冬天，窗户面积越大，侵入房间的寒气越足，所需要的热能就越大，从而对热能的消耗也更快，虽然节省了采光方面的成本却增加了热好方面的投入。所以，如何制定正确的窗地比设计，均匀合理的进行采光，是实施节能环节的基本内容之一。
2.2窗户透光率越大，照度均匀度越高
建筑物的采光率与窗户材质的通透性成正比，通透性越好，屋内的采光率越高。而采光率越高，对于人工照明的使用率就越低，对能源的损耗也越低。所以，选择通透性好的玻璃材质会直接减少能源的小号，降低资金的投入，达到节能的目的。
2.3窗户相对位置高度越高越节能
很多人在装修房子的时候，都喜欢采用落地窗，这不仅是为了扩大视野，增强建筑的美观性，还在一定程度上起到了节能的作用。因为自然光一般呈平行状态照射，窗户的位置越靠近地面，所接收到的光照就越多，房间的照明度就越强，人工照明的能耗就越低。但是，并不是所有的建筑都适合采用落地窗的设计。
3、噪声控制在居民建筑设计中的意义
既然噪声污染严重危害着人体的健康，那么噪声控制在居民建筑设计中就具有了相当重要的意义。以前建筑设计人员对噪声的控制设计意识不够，使居民在居住的过程中受到噪音的迫害。所以首先要提高设计人员对噪音防控设计的意识；其次要采用隔音效果较好的墙体；最后，在整个建筑设计中灌输环保节能的理念。只有这样，才能保障人们的正常生产生活活动，创造一个良好的居住环境，满足对建筑设计的需要。
4、居住区交通噪声防治措施
4.1优化总体规划设计
减少噪音污染的有效手段主要有两种，一是从噪声源入手，一是在噪音传播过程中进行阻断。因为噪声的来源太多，不可能完全杜绝噪声的产生，所以为了改善居住环境，大多数人还是采用第二种防治手段。优化总体规划设计是减少居住区交通噪声的有效办法。简单点说就是从噪音源入手，合理的控制小区内车流量的进出，不能只顾环境的优美而让噪声污染有机可趁。
4.2合理设置道路声屏障
在建筑物与干道间设置专门的声屏障，是指特别设计以阻挡交通噪声直接传播来减低噪声水平的构件，比没有屏障时环境噪声有所降低。这个降低值，被称为声屏障的插入损失，它是衡量声屏障性能的重要指标。一般有效的插入损失值在5～10dB（A）左右。设置声屏障必须认真做好可行性研究和实际降噪效果预测工作。建设隔声屏障毕竟投资较大，声屏障的样式是多种多样的，不会是一时的时髦而已，这是我们需要虚心学习并值得借鉴的地方。
4.3利用绿化的降噪作用
上面我们曾说过，大多数人采用阻碍噪音传播途径来减少噪音污染。设置绿化带进行隔音就是这种手段的表现方式之一。其实，绿色植被不仅能够净化空气、美化环境，还能产生降噪的作用。绿化带就像是一堵无形的墙，能把多数的噪音挡在了墙外。这是因为，树木拥有很多分布复杂的树叶，声音在遇到树叶时会产生不规则的反射，由于树叶很多，反射面不平行，所以在不断地反射过程中，噪音逐渐弱化直至消失。
5 结束语
超高层建筑天然地基方案研究 篇4
中环世贸中心及国际财源中心均位于北京市商业中心CBD地区, 仅相距40m。两工程除平面布局差异较大外, 其它设计条件基本相同:均由位于同一底板上的4座塔楼及裙房组成, 最大高度均为150m、核心筒荷载均为780k Pa, 基础埋深均为25m。两工程基底直接持力土层为厚约7m的砂卵石层, 其地基承载力标准值 (fka) 为350k Pa, 其下为厚约5m的粘性土层, 再以下为6m厚的砂卵石。
1 工程特点对比
中环世贸中心四座塔楼平面分布较为紧凑且对称, 纯地下室在塔楼外围面积相对较小, 如此分布形式可以通过采取相应的结构措施增加建筑物整体刚度, 利于协调各建筑物之间的变形;国际财源中心四座塔楼分布比较松散, 东西塔楼距离较大, 东部两座塔楼之间及西部两座塔楼之间都各自设有连接的裙房, 西部两座塔楼荷载呈偏心分布, 纯地下室面积大, 整个建筑物不设沉降缝, 上述设计条件对国际财源中心整个建筑物的变形控制较为不利。
2 地基方案分析
2.1 地基承载力计算
两工程基底直接持力层承载力按《北京地区建筑地基基础设计规范》修正, 修正结果参见表1
从表1几种情况可以看出, 在考虑高层塔楼侧限被纯地下室永久削弱的影响后, 两工程塔楼部分的地基承载力标准值经深宽修正后仍均大于上部结构的最大荷载780k Pa, 故从地基承载力方面考虑, 两工程均能满足采用天然地基的要求。
2.2 软弱下卧层验算
验算土层为基底直接持力层下的粘性土第8层, 验算时基础埋深均考虑侧限削弱, 即均按等效埋深考虑, 即d=deq=12.2m, 水位均按12.0m考虑。
按《北京地区建筑地基基础设计规范》中的公式p0+pz≤fa、《建筑地基基础设计规范》中的公式fa=Mbγb+Mdγmd+Mcck及按《北京地区建筑地基基础设计规范》对第8大层的极限承载力分别进行验算。验算结果见表2~表4
从以上计算得出, 中环世贸中心软弱下卧层的地基承载力可以满足要求;国际财源中心软弱下卧层的地基承载力基本满足要求。
2.3 地基基础变形分析
2.3.1 中环世贸中心沉降及差异沉降分析
采用规范规定的地基变形计算方法对中环世贸中心塔楼的自由沉降进行计算 (dw=12m) 。计算结果表明各塔楼的平均沉降量均在北京规范允许范围10.0cm之内, 故采用天然地基方案具有可能 (各楼经修正后的最终沉降量参见表5和图2。
为进一步确定采用天然地基方案的可能性, 通过专项地基与基础协同作用分析对各部位结构荷载分布和基础刚度进行了多次调整, 调整后建筑物各部位平均、最大沉降量情况参见表6。计算结果表明:主楼与纯地下车库的平均沉降均在规范允许范围内, 而且相邻节点间的差异沉降均小于3‰。在对结构荷载分布进行调整的同时, 上部结构相互之间的连接也得以加强。故从地基承载力、软弱下卧层及地基基础变形三方面考虑, 中环世贸中心均可采用天然地基方案。
2.3.2 国际财源中心沉降及差异沉降分析
西塔楼各建筑物各部位沉降参见图7和图3 (计算地层、水位条件与中环世贸中心相同) 。
根据计算结果, 核心筒部位的平均沉降量已超出北京规范的允许范围, 另核心筒与其外围高层部分的差异沉降也较大, 本工程还不设沉降缝, 这对协调差异沉降更为不利。鉴于此, 国际财源中心西塔楼无采用天然地基的可能。
3 地基方案
中环世贸中心采用了天然地基基础方案, 结构施工完成一年后的变形监测数据表明:该楼最大沉降量为8.0cm左右 (核心筒部位) , 最小沉降量为5.0cm左右 (塔楼边缘) , 比较理想;国际财源中心西塔楼采用了复合地基方案。
4 结论
(1) 超高层建筑荷载大、结构复杂, 必须对地基方案的安全性、经济性、施工可行性和工期等多方面因素进行综合考虑和多方案的综合比较, 优化地基方案, 为超高层建筑的地基基础设计积累经验, 并节省工程费用。
(2) 对于超高层建筑, 即使高度、荷载、埋深和持力层相同, 由于总平面及内部平面布局的差异, 使得在荷载水平和分布特征上仍有较大差异, 故即使地质条件完全相同, 上部结构条件往往决定地基方案的选择。
(3) 地基承载力 (包括地基直接持力层及软弱下卧层) 满足要求是重要的一方面, 另一方面, 地基基础的变形尤其是差异变形问题是确定地基方案的又一关键点。
摘要：本文通过对北京两栋超高层建筑地基方案的对比研究, 阐明了上部平面、空间结构和荷载分布情况对超高层建筑地基方案的重大影响, 同时介绍了超高层建筑采用天然地基方案的分析计算方法。
关键词：超高层建筑,天然地基
参考文献
[1]段晨辉, 某超高层大楼地基基础方案的选型[J], 建筑设计管理, 2009年, 26 (150) :61-63.
[2]张振涛, 王升博, 超高层天然地基基础设计及大体积混凝土冬季施工措施[J], 建筑设计管理, 2009年, 26 (151) :43-44.
[3]金云平, 顾小鲁, 高层建筑天然地基基础的运用[J], 岩土力学, 2001年, 22 (2) :189-191.
[4]DBJ11-501-92, 《北京地区建筑地基基础设计规范》[S].
[5]GB50007-2002, 《建筑地基基础设计规范》[S].
天然气用户申请市场报装材料单 篇5
一、燃气报装申请单（加盖公章）
二、工商营业执照，政府事业单位需提供事业单位法人证书（复印件）
三、组织机构代码证（复印件）
四、税务登记证（复印件）
包装申请单内容需注明包括：
1、单位全称 用户名称需与合同签署单位及包装付费单位一致；
2、用其性质 用其性质分为居民、公服、工业；
3、用其规模 现或改造后用其规模，居民项目需注明是否加装燃气壁挂炉及热水器；
4、总用气量 与设备厂家核算设备每小时及每天所需天然气总量；
5、设备明细 对所有使用天然气的设备进行市场报装申请；
6、用气时间 项目计划申请使用时间；
7、联系方式 法人及项目负责人单位详细联系方式；
天然建筑材料 篇6
当下随着经济的高速发展，一切事物都在经历着巨大的变化，环境问题日益突出，环保问题成为当下社会的主要问题。在包装设计领域设计师们开始愈加重视对天然包装材料的运用与探索，这是一条艰辛却意义非凡的道路，因为设计本身就有局限性，要在此基础上进行包装材料天然性的开发，又要使设计符合大众的审美，确实是有一定的难度，这也是天然材料受到设计师们重视的原因。
包装是对被包裹商品起覆盖作用的保护性单元，竹材料是传统天然包装材料中较为典型的一种，具有研究意义。竹子中通外直，这一特点使其本身就具有了容纳的特性，满足了作为包装材料的首要特性。而位于中国岭南的广西，少数民族习惯使用竹质的天然材料，并且形成了自己具有民族特色的天然竹材料包装，使包装具有环保性的的同时又具有了人文性，因此是非常值得研究探析的。
广西少数民族天然竹材料包装类型
1.硬质包装
硬质包装主要是以天然的竹子，不改变天然竹子的形态来进行包装。但是在调研过程中发现这种直接利用天然竹材料来进行包装的形式在广西少数民族当地应用较为普遍，分析原因是这种方式所带给人们的便利性和竹材料本身的天然性较为容易为人们所接受。使用的普遍性使得这种包装形式成为了当地的一种特色，也便使其具有了人文性，有特色的包装与包装的人文性之间具有一定的联系，产品的包装具有了地域特色，同时会使这种包装的“隐性基因”——人文性，显现出来。
（1）竹饭筒
竹饭筒是广西少数民族独具特色的饮食包装，这种包装形式具有鲜明的民族特色，是将天然竹材料应用到包装的典型。
（2）竹酒筒
广西少数民族喜爱酿酒，这种酒筒合缝处不易漏酒也不容易透气并使酒具有竹子天然的特殊芳香。此种类型的包装大小不一样，用途也不一样，出了作盛酒器，也可以在日常生活中应用到其他发面。
2.软质包装
软质天然竹材料包装主要以竹篾的编织为主，人们将竹子做成柔软的竹条，充分利用竹子的韧性，将竹条进行横向纵向的叠压编织在一起，形成结构来包装物品。这种包装形式有其自身的鲜明特点，具有韧性，并且较为柔软，利于保护物品，同时竹条横向纵向的叠加编织使得包装具有一定的美观性，更加符合包装设计的特点。其所具备的的功能也使其有了与功能对应的结构形态。这种包装形式的出现实际上是人类进步的表现，这种进步不仅仅体现在包装设计的进步，人们在日常生活中会逐渐发现探索天然竹材料的特性，并根据其特性进行各种各样的创造，发明了新的包装形式的同时，也形成了具有人文性质的技能——包装形式的制作方法，并使其具有一定的艺术美。
（1）竹质饭盒
竹制饭盒是广西少数民族人民使用较为普遍的容器，大多用来作为米饭的盛具，形态大多是椭圆形。其制作方法在长期的历史发展中也趋于统一，一般是用粗细不同的竹篾进行编制，由于竹篾的韧性使其编制的缝隙较小，这样更加符合其作为盛米容器的功能。
（2）竹背篓
竹背篓相比于竹质饭盒其不同之处主要在于功能性，竹背篓用来搬运日常生活中的农作物或者是蔬菜水果等。其形态大多是口大底小的圆筒形态，由于使用其大多是运载较为重的物品，为了省力，当地的人们会加一个单肩或者双肩的背带，更加方便活动。并且在设计编织时会根据其不同的用途进行不同的设计，使其功能更加细化，更加充分的体现。
广西少数民族天然竹材料包装的设计美学特征
1.功能美
通过上文的分析，少数民族天然竹材料包装的设计来源于生活又服务于生活，有其特定的功能。这种功能使其在使用过程中给人们带来便利，而这种便利给人们带来了精神上的满足，并且体会到了设计之美，这便是其功能美。
2.造型美
这些天然竹材料包装的形成过程中，人们根据其功能又赋予了它优美的造型。其造型的根本出发点为实用，朴实无华，不追求繁琐。在编制时通过横竖粗细的排列变化使其造型产生对比，竹篾的缠绕飘逸灵动，体现出其天然的艺术特征。
3.技艺美
在这些天然竹材料包装形成的漫长过程中，有其从物质形态到意识形态的一个转化过程。其物质形态是指这些竹材料包装本身的造型及种类，其意识形态是指在这一过程中形成的编制技艺。这些编制技艺有很多的工序，不同的造型有着不同的工序，会形成数量、方向、疏密的变化，在这些变化中寻找到一种符合的编织技艺，充分体现竹材料的天然温和、质朴雅致。
结语
当下的设计逐渐在追求饱含民族性、天然性的设计，包装设计也不例外。广西少数民族天然竹材料包装将设计的物质形态与意识形态结合在一起，这符合当下的设计原则，饱含了天然性的淳朴与民族性的率直，蕴含了很多的设计原则值得我们学习与探索。
（作者单位：山东工艺美术学院）
高性能天然纤维复合材料 篇7
北京玻钢院复合材料有限公司研制成功应用于汽车内饰件的高性能天然纤维复合材料, 产品符合国家产业政策、技术政策, 有较高的技术含量和附加值, 满足了汽车行业对绿色环保材料的需求。
高性能天然纤维复合材料汽车内饰件制备技术, 是以麻类纤维 (黄麻、红麻、苎麻) 为增强材料, 以热塑性树脂 (PP、PC、PE等) 为粘结基体, 通过一定的工艺复合成为板材, 而后经过模压工艺成型为汽车内饰件的综合技术。此种热塑性复合材料与木质材料、塑料材料相比, 兼顾了两者的优点, 具有干湿强度均匀、强度高、尺寸稳定性好、压延性好、容易成型等特点, 可以和多种面料 (针织、无纺布、皮革等) 复合成多种规格汽车内饰部件, 可广泛应用于客、货、轿车的顶棚、门内护板、行李架搁板、高架箱侧围等内饰产品。制成的产品具有质量轻、强度高、韧性好、表面光洁、不易变形、装配方便等优点。其主要技术指标均可满足汽车内饰产品的标准要求, 应用前景十分广阔。
天然建筑材料 篇8
一、一种硅铝酸盐矿物
埃洛石 (Halloysite, 常缩写为HNTs) 是一种硅酸盐矿物, 分子式可以表示为Al2Si2O5 (OH) 4·n H2O, n=0或2, 分别代表脱水和水化状态。埃洛石具有球形、片状和管状结构, 管状结构最为普遍[2]。分子中的硅酸盐组成埃洛石纳米管的管层, 管层向内卷二十几层形成管状结构 (如图1所示) [3]。管内径一般为15~100 nm, 管长一般为500~1000 nm[4], 层间距为10Å[2]。分子含有的水分子位于层间。在100℃下, 层间水分子可脱去, 脱水埃洛石纳米管的层间距缩小为7Å。这个过程不可逆。
二、独特的管状结构
埃洛石纳米管管层的内部结构如图2所示, 管层细分还可分为a, b两层[5]。a层中, 每4个O原子堆积形成1个四面体, Si原子填充在四面体中心, 形成以Si原子为中心的硅氧四面体 (如图2右上角所示) 。这种四面体上方的3个O原子分别与相邻的3个硅氧四面体共用顶点, 这样四面体之间彼此连接 (如图2上部俯视图所示) , 形成一个平面层。四面体的另一个O原子朝下, 参与b层的形成。b层中, 每6个O原子排列形成1个八面体, Al原子填充在八面体中心, 形成以Al原子为中心的铝氧八面体 (如图2右下角所示) 。每个铝氧八面体通过共用3条边与旁边的3个铝氧八面体连接, 形成铝氧八面体层 (如图2下部俯视图所示) 。a层中硅氧四面体向下的O原子与b层的铝氧八面体共用顶点 (如图2左侧下部所示) , 两层就这样形成一个完整的埃洛石层。在b层中每个铝氧八面体的下方, 有3个顶点上的氧连有H原子, 形成Al—OH羟基基团, 氢指向层间 (如图2左侧上部所示) 。
埃洛石纳米管就是由这种内含双层的片卷成的。层片弯卷时, 硅氧四面体在外, 铝氧八面体层在内。因此, 管外壁表面暴露的是O—Si—O基团, 管腔内壁表面暴露的是Al—OH基团 (如图1所示) 。管的层间, 一侧为铝氧八面体, 表面为Al—OH基团, 另一侧为硅氧四面体, 表面为O—Si—O基团。管边缘暴露出硅氧四面体和铝氧八面体中未共用的O原子, 分别以Si—OH和Al—OH基团形式存在。水分子通过氢键作用力而存在于管层内[2], 共存在水分子之间、水分子与硅氧四面体层的表面O原子之间, 以及水分子与铝氧八面体层的表面—OH基团之间的3种氢键。
这种中空、多壁埃洛石纳米管具有较大的比表面积 (比表面积指单位质量物质所具有的表面积) , 表面含有大量羟基和硅氧基, 边缘也含有羟基, 这些特点使其在物质的吸附运输、催化以及纳米反应器等众多领域具有重要的应用价值。以下举例介绍两方面的重要应用。
三、优良的吸附性能
埃洛石纳米管通过其外壁及中空管腔的大表面积, 以及表面羟基和硅氧基, 可以有效吸附物质, 例如有毒的有机污染物和重金属离子, 是一种很好的天然吸附材料[6]。
如果对埃洛石的表面进行修饰, 可以使埃洛石的吸附特性更佳。举一个研究实例[7], 用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵 (C16H33 (CH3) 3NBr, CTAB) 修饰埃洛石, 用于吸附Cr (VI) , 过程如图3所示。让埃洛石表面上羟基―OH与Na Cl反应, 使其转化为―ONa (如图3 (1) 所示) 。然后让―ONa中的Na+与大阳离子C16H33 (CH3) 3N+交换, 表面基团就修饰好了 (如图3 (2) 所示) 。由于Cr (VI) 常以阴离子HCr O4–和Cr2O72–形态存在, 嫁接在埃洛石表面的大阳离子C16H33 (CH3) 3N+对它们具有很强的静电吸引力, 因而有效地将Cr (VI) 束缚在埃洛石表面 (如图3 (3) 所示) 。
具体的实验方法[7]是将埃洛石纳米管放入1 mol·l–1HCl中, 室温下搅拌2 h后静置24 h。过滤, 用去离子水洗至洗涤水的p H为6。将此酸化的埃洛石放入1 m o l·l–1 N a C l溶液中, 室温下搅拌2 0 h后静置4 8 h。过滤、洗涤、干燥后, 得表面上羟基―O H转变为―ONa的埃洛石。取4 g这种埃洛石, 加入到200 m L浓度为0.014 mol·l–1 C TA B溶液中, 6 0℃下机械振摇12 h, 过滤、洗涤、干燥, 即得表面修饰CTAB的埃洛石。25℃下, 取0.5 g经CTAB改性的埃洛石, 加入50 m L 50 mg·L–1 Cr (VI) 溶液中, 振摇。5 min后, 测得每克埃洛石吸附Cr (VI) 的量为4.3mg (即清除率为90%) 。10 min后, 测得每克埃洛石吸附Cr (VI) 的量为4.4 mg (清除率为92%) 。
改性埃洛石可以多次利用。仍以上述实验为例, 每次使用完后, 将0.5 g吸附有Cr (VI) 的埃洛石加入50 m L某种洗脱液中 (洗脱液可以是含1 mol Na2SO4, Na Cl和Na NO3的溶液, 或同时含有1 mol Na NO3和Na OH的溶液) , 振荡1 h, 洗去吸附的Cr (VI) , 然后再用于吸附实验。经过5次这样的吸附、解吸附的过程后, 埃洛石依然具有60%的吸附活性。改性埃洛石可以快速吸附Cr (VI) , 并可回收利用的优点, 使它在去除废水中Cr (VI) 领域具有很好的应用前景。
四、广泛的催化应用
埃洛石纳米管自身具有优良的催化性能, 它的催化作用是通过其羟基酸性来实现的, 可以催化石油裂化、直链脂肪酸与醇的酯化等反应。
在催化领域, 目前埃洛石纳米管的一个热门研究方向是用作其他催化剂的载体。埃洛石纳米管可以通过其表面基团, 在中空管腔或外表面将某催化剂固定下来, 从而提高该催化剂的催化效率。例如, 酶这种生物催化剂, 催化效率高, 专一性强, 但是遇高温、强酸、强碱以及重金属盐容易失活, 使用寿命短, 并难以回收, 应用受到限制。用埃洛石纳米管将酶分子固定下来, 是解决问题的重要方法之一。
以固定α–淀粉酶为例。α–淀粉酶是生命体中专一催化淀粉水解反应的一类酶, 是工业生产中应用最为广泛的酶制剂之一[8]。在p H为6时, 它带有负电荷。而在p H低于8.5条件下, 埃洛石内表面的Al―OH可结合H+, 生成Al―OH2+, 使内表面带上正电荷[9]。因此, 控制适宜的酸度可使α–淀粉酶通过静电作用吸附在埃洛石管的内腔, 从而固定下来, 得到固定酶。举一个这种固定酶与游离酶活性对比研究的实例[10]。将固定酶和游离酶分别分散在p H为6.07的Na H2PO4–Na2HPO4缓冲溶液中, 4℃下振摇, 不同时间下取等分溶液测定酶的相对活性, 研究它们的储存稳定性。结果表明, 储存15天后, 固定酶还保留90%活性, 而游离酶已全部失活 (如图4所示) 。在反应过程中, 没有发现酶脱离埃洛石纳米管, 表明固定效果很好。
其他条件不变时, 改变温度 (50℃~90℃) , 振摇60 min后, 在冰水浴中迅速冷却并测定酶的活性, 研究固定酶的热稳定性。结果发现, 固定化使酶的耐热性大大提高, 80℃下固定酶只损失了19%活性, 而游离酶则损失了87%活性 (如图5所示) 。
此外, 游离酶的最佳催化温度为60℃, 固定化将此温度提高到了70℃, 表明酶可以在更高的温度下正常发挥催化功能。70℃下研究酶的再生效果发现, 固定酶经过连续7次循环后还保留56.2%的初始活性。
五、结束语
与碳纳米管相比, 埃洛石纳米管这种新型纳米材料具有独特的结构特点和明显的资源优势, 对它的研究已经成为国际材料领域的一个前沿和热点。目前该领域的研究还处于初级阶段, 许多问题需要解决。例如, 天然埃洛石矿物常常伴生有许多杂质, 纯度不高, 这限制了它在高科技领域的应用。又如, 在我国管状结构埃洛石矿物大多分布在南方, 北方储量丰富的矿物主要为非管状结构, 其利用受限。针对这些问题, 学者们提出了各种研究策略, 包括人工合成埃洛石纳米管, 将其他结构埃洛石矿物转变为管状纳米管, 利用埃洛石纳米管的表面羟基进行各种修饰, 等等。这些措施可望有效促进埃洛石纳米管在国防、电子、新材料、能源等领域得到更多的应用[1]。
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天然建筑材料 篇9
硅藻土是古代硅藻死后沉积下来的硅质岩, 是一种丰富的价廉的无机材料。它由于具有细腻、松散、质轻、多孔、吸水和渗透性强等特点, 并由于特殊的纳米孔洞结构使其具有许多特殊的性能, 如大的孔隙度, 较强的吸附性、质轻、隔音、耐磨耐热等, 因此具有广泛的用途[5]。硅藻土主要含二氧化硅, 故其表面有丰富的羟基[6], 可以与多种表面改性剂如硅烷偶联剂反应;环氧化天然胶乳由于环氧基的存在, 使其具有极性, 易与极性物质粘合, 可作为表面改性剂中的一种[7,8,9];然而以环氧化天然胶乳作为硅藻土的界面改性剂少见报道。本文采用环氧化天然胶乳作为表面改性剂, 将硅藻土加入天然胶乳中, 以胶乳共混的方式制备硅藻土/天然橡胶复合材料, 对复合材料的硫化、机械及压缩疲劳生热性能进行了探讨, 同时考察了硅藻土在复合材料中的分散与相容性。
1 实验部分
1.1 实验材料与仪器
巴西三叶天然胶乳, 总固含60%, 中国热带农业科学院农产品加工研究所工厂提供;硅藻土, 粒径范围为100nm～5μm, sigma;环氧化天然胶乳, 环氧化度25%, 总固含30%, 中国热带农业科学院农产品加工研究所工厂提供;其他配合剂:硫磺、氧化锌、硬脂酸、促进剂M, 均为常用橡胶工业用品级。
无转子硫化仪 (MDR2000型) , 美国阿尔法科技有限公司;电子万能材料试验机 (Instron 3365型) , 美国英斯特朗公司;动态热机械分析仪 (DMA242C) , 德国Gabo公司;橡胶动态压缩生热仪 (GABOMETER 400) , 德国GABO公司;扫描电子显微镜 (S-4800) , 日本日立公司。
1.2 试样制备
称取少量环氧化天然胶乳与天然胶乳混合均匀, 10min后加入用蒸馏水分散的硅藻土, 继续搅拌30min, 立即用乙醇凝固, 熟化后微波干燥, 采用GB/T15340-94加入硫化配方, 并混炼, 放置12h后于平板硫化机上硫化, 即得样品, 备用。
GB/T15340-94的硫化配方:NR, 100;氧化锌, 6;硫磺, 3.5;硬脂酸, 0.5;促进剂M, 0.5。
1.3 分析与测试
硫化特性按ISO 6502-1999测试;力学性能按GB/T528-1998测试;热机械性能测试条件为:测试温度-120℃～100℃, 频率为5Hz;内生热测试条件为:50Hz, 30℃, 1500s。
2 结果与讨论
2.1 硅藻土/天然橡胶复合材料的硫化特性
由图1和图2可知, 随着硅藻土含量的增加, 复合材料的焦烧时间与正硫化时间均增加, 当硅藻土的加入量为6phr时, 均达到最长。这可能是由于硅藻土表面的羟基即硅烷醇基吸附硫化促进剂, 导致硫化时间延长, 尽管作为表面改性剂的环氧化天然橡胶的加入减少了硅烷醇基的吸附作用, 但是随着硅藻土含量的增加, 环氧化天然橡胶不足以阻止硅烷醇基的吸附效应, 从而使得焦烧及正硫化时间延长[4];随着硅藻土含量的继续增加, 焦烧与正硫化时间减短, 可能是因为在混炼过程中, 材料经历了热历程, 剪切热增加, 导致黏度升高[4]。图4所示的最小扭矩曲线图印证了这点。图3和图4显示, 随着硅藻土含量的增加, 材料的最小和最大扭矩均升高, 最小扭矩的增加表明黏度的增大, 最大扭矩的增加表明材料的交联密度增大, 这说明随着硅藻土用量的增加, 材料的黏度和交联密度增大。
2.2 硅藻土/天然橡胶混炼胶的加工性能
由图5和图6可知, 随着应变的增加, 复合材料的弹性模量降低, 损耗因子增加;从图5可以看出, 硅藻土的加入使混炼胶的Payne效应增强, 这说明硅藻土形成了网络结构, 加工性能稍差;随着应变的增加, 硅藻土的网络结构受到破坏, 弹性模量迅速下降, 弹性模量差值变小, 说明在高剪切速率下加工性能相近。从图6可以得知, 随着应变的增加, 损耗因子增大, 这是随着应变增大共混物网络结构受到破坏, 分子间摩擦增大造成的;图中显示未加入硅藻土的试样 (0phr) 的损耗因子均大于加入硅藻土的其他样品, 这是由于橡胶分子链进入了硅藻土的孔洞, 橡胶分子链运动受到限制, 所以分子内摩擦生热降低, 损耗因子下降。
2.3 硅藻土/天然橡胶复合材料的动态热机械性能分析
由图7可知, 随着硅藻土含量增加, 复合材料的拉伸强度呈现先增大后减小的趋势, 当硅藻土含量为4phr时, 拉伸强度最高, 为28.5MPa, 此时硅藻土与天然橡胶的相容性最好, 分散性也较好, 拉伸强度强度最佳;当硅藻土的含量继续增加时, 类似于纳米级粒子, 硅藻土发生聚集, 相容性与分散性均下降, 从而导致橡胶的拉伸强度降低[10]。
由图8可知, 撕裂强度有明显提高, 与拉伸强度类似, 随着硅藻土含量的增加, 硅藻土/天然橡胶复合材料的撕裂强度先升高后下降。当硅藻土为2phr时, 材料的撕裂强度最高, 为37.9N/mm。
2.3 硅藻土/天然橡胶复合材料的动态热机械分析
由图9可知, 随着硅藻土含量的增加, 复合材料的玻璃化转变温度 (Tg) 由-75.3℃逐渐升高到-68.1℃;一方面, 这可能是由于硅藻土含有孔洞结构, 橡胶分子穿入孔洞, 橡胶分子链的运动受阻, 导致链段松弛转变困难, 从而玻璃化转变温度升高。另一方面, 由于硅藻土与环氧化天然橡胶存在化学作用, 使体系的交联密度增加, 限制了橡胶分子链段的运动, 导致玻璃化转变温度升高。
弹性模量表征材料的刚度, 即材料抵抗变形能力大小, 材料的弹性模量越高, 表示它抵抗变形能力越强。图10为不同硅藻土含量复合材料的储能模量随温度的变化情况。
从图10可以看出, 加入硅藻土的橡胶复合材料的储能模量均高于未加硅藻土的橡胶材料, 这是由于硅藻土的加入提高了材料的刚度和力学性能, 因而储能模量升高, 抗形变能力增强。
2.4 硅藻土/天然橡胶复合材料的压缩疲劳生热性能
由图11可知, 未加硅藻土的天然橡胶的压缩疲劳生热 (ΔT2) 高达29.9K, 加入硅藻土后橡胶复合材料的压缩疲劳生热明显下降。当加入2phr硅藻土时, 复合材料的内生热降低到23.5K, 随着硅藻土含量的增加, 内生热降低不明显, 当硅藻土含量为8phr时, 复合材料的内生热显著降低到18.7K。这可能是由于硅藻土具有特殊的孔洞结构, 进入孔洞中的橡胶大分子链的运动受到限制, 孔洞外天然橡胶大分子受孔洞内橡胶大分子的影响自由活动空间变小, 在受到挤压时分子链间摩擦减少, 硅藻土/天然橡胶复合材料内生热降低。
3 结 论
(1) 通过胶乳共混的方法, 硅藻土较好的分散在天然橡胶中, 并且橡胶分子能进入硅藻土的孔洞结构。
(2) 硅藻土/天然橡胶复合材料的焦烧与正硫化时间随着硅藻土含量的增加, 先增后减;最大与最小扭矩随硅藻土含量的增加而增加。硅藻土的加入使材料加工性能稍有下降, 但是降低了分子内摩擦生热。
(3) 硅藻土/天然橡胶复合材料的拉伸与撕裂强度均有提高, 当硅藻土含量为4phr时, 拉伸强度最高, 为28.5MPa;当硅藻土的含量为2phr时, 撕裂强度最高, 为37.9N/mm。
(4) 硅藻土的加入提高了材料的玻璃化转变温度, Tg由-75.3℃升高到-68.1℃
(5) 由于硅藻土的加入, 使得材料的内生热显著降低, 当硅藻土含量为8phr时, 复合材料的内生热显著降低到18.7K。
摘要：利用环氧化天然胶乳作为硅藻土的界面改性剂, 制备了硅藻土/天然橡胶复合材料, 通过无转子流变仪、电子万能材料试验机和橡胶动态压缩生热仪, 研究了复合材料的硫化特性, 物理机械性能和温升特性。结果表明, 硅藻土/天然橡胶复合材料的焦烧与正硫化时间随着硅藻土含量的增加, 先增后减;最大与最小扭矩随硅藻土含量的增加而增加;硅藻土/天然橡胶复合材料的拉伸与撕裂强度均有提高, 当硅藻土含量为4phr时, 拉伸强度最高, 为28.5MPa;当硅藻土的含量为2phr时, 撕裂强度最高, 为37.9N/mm;由于硅藻土的加入, 材料的内生热显著降低。
关键词：天然橡胶,环氧化天然胶乳,硅藻土,复合材料
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天然建筑材料 篇10
天然高分子一般是指自然界动、植物以及微生物资源中的生物大分子[1]。目前应用于生物医用领域的天然高分子主要包括多糖类和蛋白质类等(表1)。
1 具有特殊功能和生物活性的天然多糖
多糖为单糖组成的天然高分子化合物,广泛地存在于动、植物和微生物体中。纤维素(Cellulose)是地球上最丰富的天然高分子,是自然界中取之不尽、用之不绝的可再生资源。纤维素主要来源于树木、棉花、麻、谷类植物。一些纤维素衍生物,如甲基纤维素、羧甲基纤维素以及羟乙基纤维素等常用作药物载体、药片黏合剂、药用薄膜、包衣及微胶囊材料。
通过细菌的酶解过程产生的纤维素(即细菌纤维素),具有良好的生物相容性、湿态时高的力学强度、优良的液体和气体通透性,能防止细菌感染,促使伤口的愈合。细菌纤维素的应用领域包括:(1)人造皮肤和外科敷料,Biofill®和Gengiflex®是两个典型的细菌纤维素产品,Biofill®已成功地用于二级和三级烧伤、溃疡等的人造皮肤临时替代品[2],Gengiflex®已用于牙根膜组织的恢复[3]。(2)人造血管,Klemm等[4]研究发现内径为1mm的BASYC(BActerial SYnthesized Cellulose,图1)在湿的状态下具有高机械强度,高持水能力,低粗糙度的内径以及完善的生物活性等优良特性,证明了它在显微外科中作为人工血管的巨大应用前景。(3)软骨组织工程,将未经修饰的细菌纤维素应用于人软骨细胞,发现它可以支持软骨细胞增殖,并且用透射电镜可以检测到软骨细胞在支架内部生长网,证明细菌纤维素在软骨组织工程中是一种非常有潜力的生物支架材料[5]。(4)医疗护理品,细菌纤维素具有良好的机械性能、抗形变和撕裂能力,可以用来生产外科手术用品,如外科手术的手套、用于擦拭血液、汗液等的带子[6]。
甲壳素(chitin)是一种广泛存在于昆虫、海洋无脊椎动物的外壳以及真菌细胞中的多糖。壳聚糖(chitosan)是甲壳素脱乙酰基后的产物,具有良好的生物相容性和生物可降解性。在医学领域,壳聚糖可作为生物相容性很好的可降解材料,制成手术缝合线、人造血管和人工皮肤等医疗产品;在药学领域,壳聚糖具有抗肿瘤、治疗心血管疾病和促进伤口愈合等功效[7]。此外,壳聚糖还具有选择性促进表皮细胞生长的独特生物活性,因此可将壳聚糖作为良好的支架材料广泛地应用在组织工程学中[8],如应用于皮肤、骨、软骨、神经等组织工程[9,10,11,12]。将壳聚糖乙酸溶液和聚乙二醇溶液混合后,通过静电纺丝得到纳米纤维[13],研究显示软骨细胞(HTB-94)在该纤维上面繁殖良好(图2),表明壳聚糖复合材料在骨组织材料工程中很有应用前景。
香菇多糖(Lentinan)是从香菇子实体、菌丝体或发酵液中提取出来的一种水溶性葡聚糖,它在水溶液中能形成三螺旋链构象(图3)[14],具有抑制肿瘤、抗菌消炎、抗辐射提高机体免疫力等多种生理活性。日本学者早于80年代开始将香菇多糖作为生物反应调节剂应用于临床;国内也于90年代开始将香菇多糖大量应该用于临床治疗恶性肿瘤及病毒性肝炎等疾病,显示出较好的疗效[15,16]。
从裂褶菌(又名白参、树花)子实体、菌丝体或发酵液中提取出一种水溶性多糖,即裂褶菌多糖(Schizophyllan)。它具有与香菇多糖类似的化学结构(图4a)、三螺旋构象(图4b)[17]和生理活性。近期研究发现[18,19],将裂褶菌多糖的三螺旋链解开得到单股无规线团能与单螺旋的寡核苷酸重新组合成三螺旋构象,可以将寡核苷酸运输进入细胞中(图5),从而提高基因的转染效率。
2 两亲性多糖衍生物
多糖具有良好的生物相容性和降解性,是理想的药物载体原材料。一些水溶性多糖链上存在大量可反应的活性基团(如羟基、氨基和羧酸基团),通过化学反应在亲水性的多糖主链上偶联一些疏水基团(如长链烷基、胆甾基团等),可合成两亲性多糖衍生物(Amphiphilic polysaccharide derivatives)[20]。在水溶液中,两亲性多糖衍生物通过疏水基团间的非极性相互作用力,自聚集形成热力学稳定的纳米胶束,作为载体材料用于药物的传输,有利于实现缓时释放药物的目的[21]。如图6所示,在非极性相互作用力的驱动下,疏水性药物与两亲性多糖衍生物自组装形成载药胶束[22],被负载的药物可通过扩散或多糖衍生物的降解而被缓慢地释放出来。
近几年来本课题组开展了一系列两亲性多糖衍生物的研究工作,已合成出一些两亲性多糖衍生物(表2),并对它们在水溶液中的胶束化行为以及负载药物的性能进行了研究。
胆固醇广泛地存在于动物体内,其多元环状结构表现出极强的疏水性。胆固醇分别与羧甲基纤维素和海藻酸钠反应后可得到两亲性的多糖衍生物[22,23,24]。通过原子力显微镜(AFM)观察到含胆固醇基羧甲基纤维素衍生物(CCMC)形成的胶束形态如图7所示,它们在水溶液中聚集成为粒径约为50 nm的球状粒子[23]。CCMC负载吲哚美辛药物的实验表明[22],在p H为6-8范围内,CCMC胶束负载药物的能力随p H值升高而增加。CCMC载药胶束的体外释放药物行为也显示出对p H值的敏感性,p H值越高载药胶束释放药物的速度越快。吲哚美辛大约在8h后被完全释放出来,即能起到缓释吲哚美辛的作用,将有利于吲哚美辛起到长时间治疗疾病的效果。
聚乳酸、聚己内酯生物相容性很好,在体内能被降解,将它们作为疏水性单体与不同的多糖通过化学反应可合成出各种两亲性多糖衍生物[25,26,27,28]。含聚乳酸侧链的两亲性壳聚糖衍生物胶束对肝癌细胞(Hep G-2)的生长无抑制作用,显示出良好的生物相容性;通过基因转染实验,发现衍生物胶束的转染效率为18%,优于未改性壳聚糖的转染效率,显示出作为性能优良基因载体的应用前景[27]。含脂肪族聚酯侧链的两亲性葡聚糖衍生物胶束对小鼠成纤维细胞(L929)生长无抑制作用,表现出良好的生物相容性;通过小鼠体内代谢动力学实验,发现载药胶束将5-氟尿嘧啶在小鼠体内半衰期提高了4倍;通过体内抑瘤实验,发现载药胶束将肿瘤细胞的杀伤率提高了27.1%[25]。
近期一些对环境敏感的聚合物引起了人们的关注。如聚(N-异丙基丙烯酰胺,PNIPAAM)和聚(N-乙烯基己内酰胺,PNVC)都具有温度敏感性,它们形成的水溶液在温度低于32˚C时为均相溶液,而高于该温度时则会出现相分离现象。该温度点通常被称为最低临界溶解温度(LCST)。利用PNIPAAM和PNVC对温度敏感以及离子多糖对p H敏感的特性,本课题组合成了环境响应型的两亲性多糖衍生物,如温度响应型的PNIPAAm/羧甲基-羟丙基瓜尔胶衍生物[29]以及PNVC/葡聚糖衍生物[31],温度和p H双重响应型的PNIPAAm/羧甲基纤维素衍生物[30]等。研究结果表明,它们在水溶液中随着周围环境(如温度、p H值)的变化会出现相转变现象并伴随有自缔合行为,因而它们在用作智能药物控释载体、蛋白质复性助剂等方面具有较好的应用前景。
3 生物大分子前药
前药(Prodrugs)是原药与载体通过化学键连接起来的一种暂时性化合物,它可以改变或修饰原药的理化性质,在体内降解成原药后再发挥药效。这种概念自从20世纪50年代提出后,已经在药物结构修饰、药物化学发展中发挥了重要的作用,并已成为21世纪药物设计与开发的重要手段。前药设计的目的在于[32]:改善药物的一些不良因素如水溶性低、组织或黏膜刺激等;或者改善药动学上一些影响药效发挥的因素如易降解、半衰期(t1/2)太短或太长、药物透膜能力低,以及缺乏理想的靶向性等。天然高分子生物相容性好,容易被体内的各种酶降解,因而非常适合用作前药的载体材料。
3.1 血清白蛋白载体的前药
血清白蛋白(Albumin)显酸性,可在p H4~9的范围稳定存在,即使将它于60˚C下加热10 h也不会发生变性;血清白蛋白很容易被肿瘤和受感染的组织吞噬,并且具有很好的生物可降解性、无毒性以及无免疫活性。所以,这些特殊的性质决定了血清白蛋白非常适合用作治疗肿瘤的前药载体材料[33]。Wang等[34]将(+)-FDI-CBIM多肽偶联到人体血清白蛋白链上合成出一种前药,动物实验结果表明该前药能明显地抑制结肠癌和乳腺癌肿瘤的生长。Graeser等[35]报道了一种血清白蛋白前药具有非常强的抑制肿瘤生长的能力,在与阿霉素用药量相同的条件下,该前药能抑制62%体积的肿瘤生长。
3.2 多糖载体的前药
果胶(Pectin)存在于植物细胞壁中,它在人体胃和小肠生理环境内能保持结构的完整性,但是在结肠中能被梭杆菌、真杆菌和双歧杆菌等细菌降解,所以果胶被广泛用于结肠靶向前药的载体材料[36]。Xi等[37]合成了以共价键结合的果胶-酮洛芬前药,将其与酮洛芬原药分别通过灌胃方式对大鼠进行给药,一定时间后取出大鼠胃肠道中不同部位的内容物,测定药物的分布。结果表明,酮洛芬原药在大鼠的胃和小肠中均有分布,而从前药中释放的酮洛芬主要分布在大鼠的盲肠和结肠,说明前药具有结肠定位释放药物的性能。
葡聚糖(Dextran)是一种主要由1,6-α-D-吡喃葡糖苷键接而成的多糖,该糖苷键可以被结肠中的细菌酶以及哺乳动物细胞中的葡聚糖酶降解[38,39],因而葡聚糖作为一种前药的载体材料已得到了广泛的研究[40]。Harboe等[41]将药物分子偶联到葡聚糖大分子链的末端合成出一种大分子前药,它在胃和小肠内保持完好;而在结肠中,随着前药中糖苷键被葡聚糖酶的降解,药物被缓慢地释放出来。一些药物如萘普生、布洛芬、5-氨基水杨酸、甲基脱氢皮质甾醇和地塞米松都通过以上方法制备出前药,并且在猪体内外进行了实验,结果发现药物在猪结肠内的释药量是胃肠道内的17倍。这些葡聚糖前药系统能实现药物在结肠部位的靶向缓释,从而提高了药物的生物利用度。
硫酸软骨素(Chondroitin sulphate)是一种存在于动物结缔组织中的黏多醣,它能被人体大肠产生的厌氧细菌降解[42]。Peng等[43]分别将三种不同的非甾体抗炎药布洛芬、酮洛芬、萘普生通过化学键偶联在硫酸软骨素上合成出三种大分子前药,结果发现前药的水溶性比原药的好;药物释放研究表明,三种前药能降低原药对上消化道的损伤,并能缓慢地释放出药物。
本课题组最近的研究结果表明[44],羟乙基纤维素-吲哚美辛前药在模拟胃液和小肠液基本不释放吲哚美辛原药;而在结肠酵解液中,该前药能被结肠细菌酶缓慢降解,进而持续释放出吲哚美辛,具有较好的结肠靶向缓释药物特性。
4 天然高分子类水凝胶
水凝胶是一类吸水后能发生溶胀、并能保持大量水分而不溶解的网络高聚物。物理交联水凝胶可以通过分子间的弱相互作用力形成,如静电作用力、氢键、疏水作用等。而化学交联水凝胶通常是通过化学反应以化学键交联而形成的三维网络聚合物。由于天然高分子材料制备的化学交联水凝胶具有良好的生物相容性、溶胀性和负载的药物不易失活等特性,因此,它们在药物释放和组织工程生物医学领域得到了广泛的应用。
壳聚糖是一种含有氨基阳离子的多糖,具有良好的细胞相容性、抗菌性、形状可塑性和成空性等特点,所以,壳聚糖水凝胶在关节和软骨等组织的构建、基因的传输以及药物控制释放等领域的研究引人注目。Hong等[45]报道,含丙烯酸和乳酸的壳聚糖衍生物在引发剂的作用下生成化学交联水凝胶,软骨细胞能在该水凝胶中生存12天,说明该水凝胶有希望作为可注射的支架材料在组织工程和矫形外科中获得应用。
戊二醛通常作为交联剂用于合成化学交联的壳聚糖水凝胶。近期研究发现[46,47],从栀子果提取出的一种天然葡萄糖配基化合物-京尼平(Genipin)也能与壳聚糖的氨基反应,形成强度较高、可生物降解的水凝胶。值得注意的是京尼平的毒性比戊二醛低5,000~10,000倍[1],因而更适合在生物医学领域中应用。
本课题组最近以大豆蛋白为基质材料[48],在京尼平的交联作用下合成出化学交联的水凝胶(图8)。研究表明固定凝胶化温度为35˚C,当京尼平的加入量由2.5 mmol/L增加至10.0 mmol/L时,凝胶化时间由119.8 min缩短为18.5 min;固定京尼平的加入量为5.0mmol/L,当凝胶化温度由35˚C升高至50˚C时,凝胶化时间由44.7 min缩短为27.6 min。京尼平交联的大豆蛋白水凝胶能吸附蛋白质的模型化合物-牛血清蛋白(BSA),并在p H7.4的PBS缓冲溶液中5h内能缓释BSA,表明该水凝胶可作为蛋白类药物载体在肠部位缓释药物。
大豆蛋白在谷氨酰胺转移酶(transglutaminase)的交联作用下也能形成化学交联的水凝胶[49],凝胶过程的影响因素主要是大豆蛋白和谷氨酰胺转移酶的加入量、凝胶化时间等。以5-氨基水杨酸为模型药物,原位合成了负载5-氨基水杨酸的酶交联大豆蛋白水凝胶,体外释放实验表明,该载药水凝胶能起到缓释药物的作用,因此谷氨酰胺转移酶交联的大豆蛋白可应用于药物释放。
5 展望
天然建筑材料 篇11
【关键词】齿科修复；硬度；天然牙齿；临床对比
【中图分类号】R562.21 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2015）02-0298-02
随着医疗技术的发展，各类金属复合材料在口腔修复及牙科临床中得到广泛应用，通过牙齿固定修复及补缺牙，可取得良好的临床疗效。其中常见的修复材料有钛合金及镍铬合金，为了探讨钛合金及镍铬合金在口腔修复过程中的应用价值。本研究对齿科修复材料耐磨性及硬度与天然牙齿进行比较，现报道如下：
1 资料和方法
1.1 一般资料
选取送风齿科材料有限公司生产的钛合金及镍铬合金作为本组研究材料，2周内拔除天然牙。本研究使用的器械还包括万能摩擦磨损机、维氏硬度计、超声波清洁器等[1]。进行修复材料制备时，取其轴面，使用涡轮机对修复材料进行磨改，保留直径为4mm的釉质平面，厚度>2.0mm，采用白凝塑料恢复剩余高度。根据试验机具的相关要求，将其加工成高度为12.4mm，直径为4mm的圆柱体，然后将镍铬合金及钛合金常规包装成试样，并对其进行研磨、喷砂、硅胶轮抛光及超声清洁，每组均有8个。选取拔除的8颗天然健康牙齿作为对照，且在拔除后均置于4℃的氯化钠溶液中保存，牙齿处理同修复材料制备。
1.2 方法
采用失水法公式进行密度测定，根据密度公式：，将每种材料制成直径为4.0mm，厚度为10mm的3个试样，计算其平均值。使用维氏硬度仪对每种材料进行维氏硬度测量，每种材料表面选12个测量点，计算平均值[2]。做磨损试验，选取直径为20.0mm，采用滑石瓷制成的圆盘状，并将其固定在下磨盘，测试试件固定在夹具上；确定滑石瓷与试件连在一起后，将其浸入人工唾液中；采用电子天平秤称出每种材料的体积损失量，最终得出损失质量[3]。
1.3 统计学处理
采用SPSS17.0统计软件对所有数据进行统计分析，三种材料的密度、维氏硬度及体积损失量计量资料采用独立样本t检驗，以（X±s）单位表示，差异有统计学意义（P<0.05）。
2 结果
比较三种材料的密度、维氏硬度及体积损失量，结果显示镍铬合金的密度优于天然牙齿组，两种材料的密度比较差异显著，以P<0.05为差异有统计学意义；镍铬合金的维氏硬度、体积损失量均优于天然牙齿，但两种材料统计学比较（P>0.05）；钛合金的维氏硬度显著优于天然牙齿（P<0.05），密度与体积损失量优于天然牙齿，但统计学比较差异（P<0.05），详见表1。
3 讨论
随着各类金属复合材料在牙科临床中的广泛应用，对患者进行牙齿修复时，确保修复材料的耐磨性及硬度是非常重要的，其直接关系着修复材料的使用寿命及性能[4]。因此，在对患者的牙齿进行修复时，必须确保修复材料的耐磨性及硬度与天然牙齿相匹配，既要确保修复材料的耐磨性略低于天然牙齿，又要与其相近。因此寻找一种适合于临床要求的修复材料是至关重要的，这就要求需要根据金属材料的耐磨性进行严格筛选[5]。
通过本组对齿科修复材料耐磨性及硬度与天然牙齿进行分析比较，结果表明镍铬合金的密度优于天然牙齿组（P<0.05），镍铬合金的维氏硬度、体积损失量与天然牙齿比较差异不显著（P>0.05）；钛合金的维氏硬度优于天然牙齿（P<0.05），密度与体积损失量与天然牙齿比较差异不显著（P<0.05）。可见钛合金及镍铬合金等修复材料的耐磨性及硬度与天然牙齿还存在一定差异，其不能同时达到密度、维氏硬度、体积损失量保持一致。在实际临床中，齿科修复材料耐磨性及硬度与天然牙齿的对比还需进一步研究。由于本组进行的是体外试验，其未充分考虑到口腔现实条件，而是将试验条件标准化，测定的数值较为客观，加上无法在体外试验中模拟口腔中的真实情况，许多参数均无法模拟，导致试验得出的结果与口腔实践有脱节等弊端[5]。综上所述，镍铬合金的硬度最为接近天然牙齿，钛合金的密度最为接近天然牙齿，在对患者进行口腔修复时，必须根据患者对修复材料的密度及硬度要求来选择修复材料。
参考文献
[1] 陈霜，李国强.齿科修复材料耐磨性及硬度与天然牙齿的比较[J].中国组织工程研究与临床康复，2011，15（3）：511-514.
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[3]马福军，王占红.不同种齿科修复材料与牙釉质磨损性能的临床评价[J].中国组织工程研究与临床康复，2011，15（34）：6407-6410.
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天然建筑材料 篇12
1 天然纤维简介
纤维素是天然纤维的重要组分,含有大量的羟基,易形成分子内或分子间氢键,吸湿率可达8%~12%。天然纤维作为复合材料的增强物,优于传统的玻璃纤维和碳纤维,吸引了许多科研人员的关注[2]。常用于增强聚合物的纤维主要包括麻纤维、木纤维、菠萝叶纤维、棉纤维、竹纤维和椰纤维等[3]。其中,麻类纤维资源非常丰富,种类很多,具有高强低伸的性质。另外,竹纤维、椰纤维和菠萝叶纤维具有很好的力学性能和较高的韧性,在我国分布很广[4]。采用自然界丰富的天然植物纤维作为橡胶的补强体具有明显优势[5]。由于天然短纤维有较强的亲水性和吸湿性,不利于在橡胶中分散以及界面粘合[6],使复合材料在使用过程中出现界面脱开现象,影响材料性能。
普通短纤维长度2~5mm,长径比为100~200,使用前经过表面预处理,然后加入橡胶基体中,采用适当的工艺即可获得最终产品。如今短纤维的应用已经发展到几乎所有的橡胶制品[7]。
由于天然纤维具有的强度和模量,以及生物降解能力,促进了他们与天然橡胶和合成橡胶在制备复合材料中的发展[8,9]。由木质纤维素制成的纤维素短纤维,拉伸强度可达到412~617MPa,弹性模量可达到137~343MPa。
2 短纤维在胶料中的补强机理
短纤维在混炼期间加入胶料中,短纤维会在开炼机上顺着物料的流动方向取向排列[10],排列取向程度决定复合材料物理性能的大小。随着复合材料中纤维含量的增加,纤维逐渐达到最大取向,同时积极参与应力传递。当纤维量在较高的水平时,纤维含量增加将导致团聚,从而阻止应力传递[11]。但纵向取向纤维填充的复合材料比横向取向的复合材料具有更好的拉伸强度,这是因为当纤维纵向取向时,纤维对准负载的方向且纤维均匀转移应力。相反,横向取向时纤维垂直载荷的方向,不能参与应力的分布。同是,加入偶联剂和经过碱处理有助于改善机械性能和介电性能,这是由于较强的纤维-基质界面的交联增加和形成[12]。纤维素纤维表面含有羟基与细小的原纤维,化学性质活泼,易与橡胶基质粘合,是很好的补强短纤维。
3 天然短纤维橡胶复合材料性能的研究
3.1 物理性能
曾铮等[13]以天然橡胶(NR)为基体,研究了纤维素短纤维填充效果。结果表明,经表面处理的短纤维填充的橡胶复合材料具有较好的力学性能,适量的短纤维加入橡胶后,可将纤维的刚性和橡胶的柔性很好的结合起来,使复合材料在保持高弹性的同时,又提高了模量[14]。吴明生等[15]研究了纤维素短纤维的用量对胶料性能的影响,与不加短纤维的胶料相比,加入短纤维15份后,胶料的拉伸强度下降20%左右,断裂伸长率下降17%左右,回弹性下降12%左右,随纤维素短纤维用量增加而下降,但下降幅度不大;胶料的硬度明显增大,在加入量为15份时硬度增大了19%,说明在胶料中加入适量的纤维素短纤维,对胶料的综合物理机械性能有利。Haghighat等[16]研究了纤维素粉末填充丁苯橡胶(SBR)复合材料的物理机械性能。在制备SBR/α-纤维素复合材料时,增加纤维素含量,杨氏模量、硬度和压缩永久变形增加,伸长率和弹性下降;而抗拉强度、撕裂强度和耐磨性在最初纤维素为5份时增加,之后这些性能会随纤维素含量增加而降低。短菠萝叶纤维能增强短菠萝叶纤维-丁腈橡胶的撕裂强度。Martins等[17]发现,用于制备纤维-橡胶复合材料的最佳短纤维长度为10mm剑麻纤维和6mm油棕纤维,此时获得最大的动态模量和拉伸性能。Rahman等[18]对黄麻纤维增强NR复合材料的性能进行了研究,复合材料的拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量和硬度,分别达到30MPa、395MPa、65%、10MPa、2130MPa和79邵氏。漂白大麻纤维增强复合材料的拉伸强度和杨氏模量的增加随纤维含量的增加到了令人难以置信的程度。一般纤维含量的增加,复合材料的杨氏模量增加,在50%麻纤维含量时达到最大值。科研人员用木质纤维和木粉来填充改性橡胶,复合材料的机械性能依赖于填料的含量、分散性和其与橡胶的粘合。该复合材料相比于未填充NR,抗张强度随纤维含量增加显示出下降的趋势。填料填充量增加,材料的拉伸弹性模量增加。木粉表现得像硬质颗粒,因为它有比橡胶基质更高的弹性模量[19]。由于木质纤维或木粉的几何形状使拉伸强度相对较差,不像具有均匀的圆形横截面和特定的纵横比的纤维,不规则形状的填料都不支持应力从橡胶基质转移[20,21]。木粉的掺入不足以使应力在橡胶基质中的均匀传输,导致填料的橡胶界面上的应力集中,增强效果差[22]。不同短纤维用量对短纤维补强三元乙丙橡胶(EPDM)复合材料性能的影响,在短纤维高填充量下,限制基体变形的能力增强,但材料边缘处薄弱点的增加对材料造成的不利影响更大,因此导致材料的拉伸强度仍呈下降趋势[23]。
3.2 硫化和溶胀性能
吴明生等[24]研究了204树脂填充的纤维素短纤维/橡胶复合材料(SFRC)的混炼和疲劳性能。结果表明,随着短纤维用量的增大,排胶温度、SFRC混炼最大功率和门尼黏度都得到提高,这是因为204树脂加入可提高胶料流动性,同时增加了胶料与纤维之间的作用力和胶料的黏度。赵旭升等[25]对改性剑麻短纤维/天然橡胶复合材料的性能进行了研究,发现在硫化胶的拉伸破坏溶胀测试中,不加短纤维情况下,胶体溶胀度随拉伸伸长率不发生变化;而加入短纤维后,溶胀度开始逐渐增大。
3.3 热性能
NR的热降解开始于约200℃,在约475℃基本上完成[26]。不同木质纤维素纤维之间的热行为没有表现出很大的区别,因为它们具有相似的特点,纤维素、半纤维素和木质素热解的温度范围都在从250℃至500℃。Karaagac[27]的研究表明,开心果壳的掺入甚至对炭黑填充NR/SBR混合物的热稳定性产生了负面影响。相比NR和未处理粉末填充的复合材料,碱处理的椰子壳粉填充NR复合材料显示出较低的降解温度。Williams等[28]对橡胶/纤维素晶须复合材料通过热重分析,发现橡胶在氮气气氛下约380℃分解开始,有挥发和热解2个主要的重量损失,热分解约550℃基本上完成。NR/纤维素晶须复合材料中含有10%的纤维素晶须比纯NR显示稍低的起始分解温度(约265℃)。
3.4 吸湿性和抗水蒸汽渗透性
在25℃,75%相对湿度时进行吸湿性测定。Bras等[29]发现甘蔗渣晶须的亲水性导致橡胶纳米复合薄膜的吸湿性增加,当晶须含量超过2.5%(wt,质量分数,下同)时吸湿性非常明显。而晶须含量从5%到12.5%,纳米复合材料薄膜的水份吸附没有增加,并出现轻微的水份吸附减少。随纤维素晶须含量增加,水蒸汽的阻隔性能不断增加,当纤维素晶须的含量增加到7.5%时水蒸汽的阻隔性能开始下降。
Paralikar等[30]研究表明,纤维素晶须用作填料可以减少水蒸气的渗透。另一方面,纤维素晶须的高水份吸附,可能会导致水份渗透增加。
3.5 生物降解性
Berekaa[31]对纤维素晶须橡胶在土壤中的生物降解性进行了研究,结果表明,纤维素晶须的存在能显著提高土壤中橡胶的生物降解性。未处理的NR被埋在土壤4周后失去约19%的质量,而在同一时期,NR含7.5%和12.5%纤维素晶须埋在土壤中则失去了约62%和71%的质量。这是由于纤维素晶须的存在增加土壤中橡胶降解,Kiatkamjornwong等[32]发现添加淀粉的聚乙烯降解较快。因为纤维素生物降解速度比橡胶快,纳米复合材料薄膜中的纤维素成分由微生物消耗的速度高于橡胶引起孔隙度增加、孔隙形成和橡胶基质完整性的损失速度,橡胶基质将被分解成更小的粒子。纳米复合材料的薄膜中含有纤维素晶须比纯橡胶膜降解普遍要快。这些结果与Chuayjuljit等[33]提出的生物降解微晶纤维素增强了NR复合材料的拉伸性能和生物降解性的研究结果相似。
4 总结与展望
综述了天然纤维在橡胶加工中的应用与研究,旨在提供进一步科学研究的信息,加快纤维-橡胶复合材料的优化设计和实施商业化的进程。
未来,积极研究高效天然短纤维改性新方法,使界面黏性得到提升,从而改善短纤维在橡胶基体中的分散,并用新的手段深入研究天然短纤维/橡胶复合材料结构与性能的关系。
摘要：简介天然纤维及其性能,从物理性能、硫化性能、热性能、吸湿性和水蒸气渗透性、生物降解性,综述了国内外有关不同天然短纤维增强橡胶复合材料的研究进展。展望了天然短纤维/橡胶复合材料的发展方向和前景。