生物质复合材料论文

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生物材料学作为生命科学和材料科学的前沿性交叉学科，更是优先发展的重点。生物功能材料专业正是根据社会发展的需要，特别是生物医学工程、组织工程和药物释放等交叉学科技术的迅速发展对专业人才的迫切需求而设立的 。生物医用材料的分类生物材料应用广泛，品种很多，有不同的分类方法。通常是按材料属性分为：合成高分子材料（聚氨醋、聚醋、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他医用合成塑料和橡胶等）、天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖等）、金属与合金材料（如钦金属及其合金等）、无机材料（生物活性陶瓷，羟基磷灰石等）、复合材料（碳纤维/聚合物、玻璃纤维/聚合物等）。根据材料的用途，这些材料又可以分为生物惰性（bioinert）、生物活性（bioactive）或生物降解（biodegradable）材料。这些材料通过长期植入、短期植入、表面修复分别用于硬组织和软组织修复与替换。生物医用材料由于直接用于人体或与人体健康密切相关，对其使用有严格要求。首先，生物医用材料应具有良好的血液相容性和组织相容性。其次，要求耐生物老化。即对长期植入的材料，其生物稳定性要好；对于暂时植入的材料，耍求在确定时间内降解为可被人体吸收或代谢的无毒单体或片断。还要求物理和力学性质稳定、易于加工成型、价格适当。便于消毒灭茵、无毒无热源、不致癌不致畸也是必须考虑的。对于不同用途的材料，其要求各有侧重。 常用的医学生物材料 一、医用硅橡胶 医用硅橡胶(silicone rubber)是美容外科中应用较广的生物材料(组织代用品).它是高分子有机化合物聚硅酮的一种橡胶样固体形态,又称二甲基硅氧烷。 二、人工骨 随着生物医学和材料的发展,各种人工制备的生物材料植入骨内替代骨移植,临床应用效果好.这些人工合成或提取的植入材料生物相容性好,对骨形成具有明显的诱导作用,被泛称为人工骨(artificial bone)。 一般而言，临床医学对生物医学材料有以下基本的要求：无毒性，不致癌，不致畸，不引起人体细胞的突变和组织细胞的反应；与人体组织相容性好，不引起中毒、溶血凝血、发热和过敏等现象；化学性质稳定，抗体液、血液及酶的作用；具有与天然组织相适应的物理机械特性；针对不同的使用目的具有特定的功能。物质属性分类根据物质属性，生物医学材料大致可以分为以下几种： 1、生物医学金属材料（biomedical metallic materials）医用金属材料是作为生物医学材料的金属或合金，具有很高的机械强度和抗疲劳特性，是临床应用最广泛的承力植入材料，主要有钻合金（co-cr-ni）、钛合金（ti-6a1-4v）和不锈钢的人工关节和人工骨。镍钛形状记忆合金具有形状记忆的智能特性，能够用于矫形外科、心血管外科。 2、生物医学高分子材料（biomedical polymer）生物医学高分子材料有天然的和合成的两种，发展得最快的是合成高分子医用材料。通过分子设计，可以获得很多具有良好物理机械性和生物相容性的生物材料。其中软性材料常用来作为人体软组织如血管、食道和指关节等的代用品；合成的硬材料可以用来作人工硬脑膜、笼架球形的人工心脏瓣膜的球形阀等；液态的合成材料如室温硫化硅橡胶可以用来作注入式组织修补材料。 3、生物医学无机非金属材料或生物陶瓷（biomedical ceramics）生物陶瓷这类医用材料化学性质稳定，具有良好的生物相容性。生物陶瓷主要包括两类。（1）惰性生物陶瓷（如氧化铝、医用碳素材料等）。这类材料具有较高的强度，耐磨性能良好，分子中的键力较强。（2）生物活性陶瓷（如羟基磷灰石和生物活性玻璃等），这类材料具有能在生理环境中逐步降解和吸收，或与生物机体形成稳定的化学键结合的特性，因而具有极为广阔的发展前景。 4、生物医学复合材料（biomedical composites）生物医学复合材料是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医学材料，主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功能以及人工器官的制造。其中钻合金和聚乙烯组织的假体常用作关节材料；碳-钛合成材料是临床应用良好的人工股骨头；高分子材料与生物高分子（如酶、抗源、抗体和激素等）结合可以作为生物传感器。 5、生物医学衍生材料（biomedical derived materials）生物衍生材料是经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医学材料，经过处理的生物衍生材料是无生物活力的材料，但是由于具有类似天然组织的构型和功能，在人体组织的修复和替换中具有重要作用，主要用作皮肤掩膜、血液透析膜、人工心脏瓣膜等。编辑本段应用广泛，增长迅速生物医学材料应用广泛，仅高分子材料，全世界在医学上应用的就有90多个品种、1800余种制品，西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10%～20%的速度增长。随着现代科学技术的发展尤其是生物技术的重大突破，生物材料的应用将更加广泛。表1列举了生物医用材料的一些典型应用，其应用之广泛可见一斑。编辑本段生物医学材料发展的主要动力生物医学材料得以迅猛发展的主要动力来自人口老龄化、中青年创伤的增多、疑难疾病患者的增加和高新技术的发展。人口老龄化进程的加速和人类对健康与长寿的追求，激发了对生物材料的需求。作为世界人口最多的国家，中国已进入老龄化国家行列，生物材料的市场潜力将更加巨大。 生活节奏的加快、活动空间的扩展和饮食结构的变化等因素，使创伤成为一个严重的社会问题。我国创伤住院年增长率达，高居住院人数第2位。美国1998年用于骨骼-肌肉系统损伤患者的治疗费高达1280亿美元，仅骨缺损患者就达123万，其中80%需用生物医学材料治疗。在全球，心脑血管疾病、各种癌症、艾滋病、糖尿病、老年痴呆症等发病率逐年增加，急需用于诊断、治疗和修复的生物材料。 随着生物技术的发展，不同学科的科学家进行了广泛合作，从而使制造具有完全生物功能的人工器官展示出美好的前景。人体组织和器宫的修复，将从简单的利用器械机械固定发展到再生和重建有生命的人体组织和器宫；从短寿命的组织和器官的修复发展至永久性的修复和替换。这一医学革命（特别是外科学），对生命利学和材料等相关学科的发展提出了诸多需求，对生物医学材料的发展产生了重要的促进作用。发展我国生物医学材料的建议生物医用材料学生物医用材料是材料科学与工程的重要分支，其最大特点是学科交叉广泛、应用潜力巨大、挑战性强。随着新材料、新技术、新应用的不断涌现，吸引了许多科学家投人这一领域的研究，成为当今材料学研究最活跃的领域之一。在我国，生物医学材料的研究虽然取得一些令人瞩目的成果，但整体水平不高，跟踪研究多，源头创新少。在产业化方面，生物医学材料及其制品占世界市场的份额不足2%，主要依靠进口，产品技术结构和水平基本上处于初级阶段。结合我国国情和学科发展趋势，按照"有所为，有所不为，重点突破"的原则，我们建议，应在五个方面开展重点研究。 一是生物结构和生物功能的设计和构建原理研究。着重研究具有诱导组织再生的骨、软骨及肌腱等基底材料和框架结构的设计及其仿生装配； 二是表面/界面过程-材料与机体之间的相互作用机制研究。从细胞和分子水平深入研究材料与特定细胞、组织之间的表面/界面作用，揭示影响生物相容性的因素及本质。 三是生物导向性及生物活性物质的控释机理研究。研究可自控或靶向释放蛋白、基因等特异性生物活性物质的材料的设计以及生物导向性原理；用于组织细胞和基因治疗的半渗透聚合物膜的设计、自装配及特异性细胞密封技术； 四是生物降解/吸收的调控机制研究。研究生物降解/吸收材料的分子结构和生物环境对其降解的影响、降解/吸收速度的调控、降解/吸收及代谢机制，以及降解产物对机体的影响。其目标是为组织工程化人工器官生物材料及药物控释材料的自成、改性方法提供理论基础，实现材料参与生命过程和构建生命组织的目的。 五是材料的制备方法学和质量控制体系研究。主要研究生物医用材料及修复体的计算机辅助设计； 通过上述研究的开展，将使我国生物材料的研究水平有较大提高，为我国生物医用材料科学及其产业的发展奠定坚实的基础。编辑本段意义生物医用材料为挽救生命和提高人民健康水平做出了重大贡献，当前正面临重大突破。我国加入 WTO后，生物医用材料产业将面临更大的挑战和更多的机遇，生物材料科学工作者任重而道远。我们相信，在国家的大力支持下，跨部门、跨学科通力合作，通过走自力更生与技术引进相结合的发展之路，在生物材料组织工程化、分子设计、仿生模拟、智能化药物控释等方面重点投人，生物医用材料必将为全面提高人们的生活水乎，造福人类做出更大的贡献。

新型绿色建材生物质复合材料知识

我国森林资源短缺，因此必须将视野拓展到农作物秸秆、竹材和野生植物茎秆。生物质泛指以二氧化碳通过光合作用产生的可再生资源为原料，生产并使用后，能够自然降解的天然聚合物。下面是我为大家整理的新型绿色建材生物质复合材料知识，欢迎大家阅读浏览。

生物质材料具有可降解特性

生物质材料是指主要含有纤维素、半纤维素和木素的可再生植物材料及其相关废料，可以在大自然中自然降解成无害有机物质被土壤吸收利用的材料。可降解生物复合材料生产以及成为废品后的剩余物也不会造成二次污染。此种生物质材料与使用合成树脂生产的木质复合材料相比，属于完全环保的复合材料，符合现代装饰材料的发展方向。其利用后的废物在回收后可无害化处理，在一定的温度和湿度条件下可降解。

随着人们对生态环境保护与资源可持续利用的日益重视，可降解生物质复合材料研究将不断深入。我国生物质材料的原材料资源丰富，为发展生物质材料提供了可靠的保障。而可降解生物质复合材料也属于生物基的新材料，符合我国中长期环保政策和未来复合材料发展趋势。现在一些一线大都市在建筑装饰领域开始试验绿色环保材料的综合利用方案，现代建筑及公共设施领域的室内装饰材料是应用的主要方向。因为这些复合材料可完全降解的特性，可以用于各种对环境保护要求较高的城市发展需要。

生物质复合材料绿色环保

生物质复合材料在建筑装饰行业应用范围大，无论是室内还是室外生物质复合材料都可应用。典型的生物质材料主要是以木屑、竹子、麦秸、花生壳、棉杆等初级生物质材料为主原料，经特殊工艺处理后加工成型的一种可逆性循环利用、形态结构多样的基础性材料。这些材料不仅不破坏环境，还能保护我们的森林资源，而且绿色无公害，没有毒害气体释放。

这些复合材料力学性能完全符合建筑装饰材料的要求，使用范围正不断扩大，不仅可以做建筑模板材料，也可以作为建筑装饰结构用材等。在室内装饰中，可以作为吊顶材料、墙面材料和地板材料等。几个主要特征可以概括为：1.利用效率高，其原材料实现了资源的综合利用和有效利用;2.适用范围广，可根据使用要求生产出不同性能和形状的制品;3.节能环保，木/塑基材、常用助剂以及产成品均安全环保;4.经济效益好，实现了低价值材料向高附加值产品的转移;5.可再生，其报废产品和回收废料均可100%再利用。

生物质复合材料在建筑装饰中的应用

生物质——聚合物复材料是以热固性或热塑性树脂为基体材料及其他生物质材料组成的多相材料。常用的增强纤维材料有生物质纤维、玻璃纤维、碳纤维、高密度聚乙烯纤维等。聚合物基复合材料密度低、强重比高、耐腐蚀、减振性能好、模量高、热膨胀系数低，是一种高性能工程复合材料，广泛应用于工业和建筑业的各个方面。生物质——聚合物复合材料则是由生物质材料和聚合物基材加工生产的一种新型材料。这种聚合物基复合材料在建筑装饰、交通、环保体育用品等方面应用广泛。

以生物质——聚合物复合材料加工的板材种类很多，也是建筑装饰中最常用的材料。主要有层积复合的板材、混合复合板材和渗透型复合板材等。这些材料可以大量使用在家具制造和建筑装饰领域。这些生物质——聚合物复合材料用于家具制造业已经是一个很成熟的产业，同时应用于民用建筑装饰材料将是一个重要而潜力巨大的市场。这些材料可以作为隔热保温、防腐、装饰效果材料被市场广泛认可。

在生物质聚合物复合材料的表面可作木纹等装饰图案，使之具有与木门窗类似的视觉效果，即满足了人们的感官要求，又比木材耐用。在室内装修中地板往往是装修中的大项目，生物质聚合物复合材料不使用任何胶私剂，作为地板、装饰板不产生甲醛等挥发性有机污染物，装饰工程结束之后就可以入住，不用担心室内空气污染对身体造成伤害。并且由于其具有耐水、耐腐朽、耐摩擦等性能，可用于室内地板、浴室地板及其他室内用高档但价格适中的装修材料，这是传统人造板无法比拟的`。

除了应用于室内装饰外，在园林景观装饰方面也大量使用生物质聚合材料，用生物质聚合物复合材料制作的休闲桌椅、花箱、树箱、果皮箱、垃圾桶、凉亭等各种户外制品和园林景观，具有极似木材的纹理和颜色，给人以自然舒适的感觉，在防水、防潮、防腐、防虫、耐候性等方面都优于防腐木材，在我国一些地区使用普遍。一些城市的花园、路边椅子大部分使用的都是生物质聚合物复合材料。它提供结构复杂、形状多样、色彩斑斓的产品等方面的优势，为园林景观设计提供了极大的创作空间，使设计人员能够创作出比实木材料更加美观别致的园林艺术品。

在室内家居产品方面也大量使用生物质聚合材料，在生物质——聚合物复合材料问世之前，家具的用料一直是以实木和木质人造板为主。由于大幅面的人造板可以方便地直接制作家具的面板、抽屉底板等传统实木家具需要拼接的部分，提高了家具制造效率。尽管现在木质人造板已经普遍应用于家具制造业，但对使用环境造成一定污染的甲醛系胶私剂的应用限制了它的发展，并且主要用于生产低档家具。而生物质聚合物复合材料的出现，在保留了天然木材极富生命力的质感和美丽外观的同时，克服了天然木材在使用中暴露的易变形、翘裂、霉变和易受虫蚁侵害等缺点，同时由于其没有甲醛等挥发性有机物污染，因而更适合做室内外家具。用生物质聚合物复合材料可以制作各类家具，如桌椅、沙发、床柜、书架、衣箱、茶几、屏风、盆架、报纸架等。除了这些用途之外，生物质——聚合物复合材料具有较高的比强度和比模量，其防潮、防腐蚀、防霉性优于木质复合材料，因此可以用做室内外的各种铺板、建筑模板、地板、护栏等。

生物质无机复合材料的应用

生物质无机复合材料主要是指木纤维、竹纤维、麻纤维和农作物秸秆等生物质材料与无机材料复合的新型材料类型。生物质无机复合材料应用历史悠久，来源于植物的天然纤维，如稻草、青草和麦秸等，现在一些发展中国家仍然使用稻草作为纤维材料的增强灰泥砖。由于植物纤维价格便宜、材料丰富和不污染环境，更多的国家对植物纤维增强混凝土的研究产生浓厚的兴趣。另外生物质无机质复合材料中添加粉煤灰、矿渣等材料生产的生物质无机材料也开始大量应用。这类材料主要用于建筑中复合材料、平板、内外墙板以及砌块等。生物质无机复合材料主要优点是轻质、保温、吸声、环境友好、价格低廉。现代建筑装饰过程中生物质纤维无机质复合材料多用于壁板、隔板、覆盖板、天花板、地板、阳台护板、窗台板、钢支架保护板、通风道、废物井壁、管道坑护板、花园栅栏墙建筑构件、阻燃性家具、厨房设备、高温房屋内衬板、浴室贴砖基等。

水泥基生物质复合材料是指由植物纤维或刨花和水泥相混合而压制成型的材料，水泥相当于胶私剂，纤维和刨花为填充材料。由于植物纤维价格低廉、材料丰富、生产工艺简单，植物纤维能够增强水泥基复合材料的性能，这种力学性能优良的材料得到了较好的应用。这些水泥建筑材料强度高，不会出现翘曲或腐烂，不受白蚁危害的影响;也可以提高建筑物的隔音能力和保温隔热性能，其市场潜力巨大。

目前，我国正在积极发展新型墙体材料，把发展节能建筑与贯彻保护耕地、水源、保护环境等基本国策置于同等重要位置，这就为生物质无机质复合材料提供发展空间。

生物质无机质复合材料应用于内墙装修时，安装工艺与纸面石膏板基本相同。具有以下几种：1.水泥刨花板，是以木质刨花和水泥为主要原料压制而成的具有光滑表面、结构密实的人造板，已在许多国家得到广泛应用。水泥刨花板综合了木材与水泥二者的优良特性，具有密度低、强度高、阻燃性好等优良性能;板材不含任何有害的化学物质，对环境和室内空气无污染;有良好的耐候性、抗蚁、抗菌、防水、耐冻和机械加工性能。由于水泥刨花板具有以上特性，而且安装组合方便，因而广泛应用在工农业及民用建筑等方面，如建筑物内外墙板、通风道、高速公路隔音墙、管道坑护板、花园栅栏墙、地下防水构造物与高温房屋内衬板、建筑模板等。2.木材碎料与水泥复合材料，这种复合材料一般分为木质碎料水泥板和木质碎料水泥空心材料。木质碎料水泥复合材料是欧洲最先应用，水泥刨花板与木质碎料水泥复合材料是同时期发展的工艺类型。在我国水泥木质复合材料的研究和应用还处于起步阶段。这种材料具有很高的孔隙率，并含有木质材料成分，具有很强的能量吸收能力。木质碎料水泥复合材料具有良好的隔热性能，一般来讲，孔隙率越高，隔热性能越好。由于里面含有大量水泥成分，木质碎料水泥复合材料具有良好的防火阻燃性能。木质碎料水泥复合材料在建筑工程中应用于屋顶板、隔墙板、地板、外墙罩板、活动房屋、房屋隔音板、高速公路隔音板、建筑墙体砌块、建筑模板和室内装饰中。

石膏刨花板生产加工与水泥刨花板基本相似，其主要是用石膏替代水泥为内部胶私剂。石膏材料具有重量轻、阻燃性好、传热系数小、价格低等优点，主要缺点是比较脆，生产中木质原料弥补其塑性不足。石膏刨花板所用石膏一般为建筑用石膏，其主要成分是半水硫酸钙，吸水后便生成二水硫酸钙，这些生石膏互相交织成网状结构，具有一定的强度。石膏刨花板属于绿色建材类，有广泛的市场。也可以用木质纤维丝替代刨花，这种产品称为石膏木丝板，其性能和用途与石膏刨花板基本相同。

矿渣刨花板是用高炉炼铁的废渣压制板材，原料来源充足，成本低廉，生产周期短，适用于普通刨花板生产线上推广应用。矿渣刨花板是用矿渣粉末和刨花做原料，加入水和少量活性剂，经搅拌、成型、热压而成的一种新型刨花板。其物理力学性能与水泥刨花板相似，还具有良好的保温、隔热和吸音性能，可用于屋面板、简易房、高层建筑。

粉煤灰水泥刨花板也具有优良性能，在建筑上有广泛的用途，其具体应用表现如下：1.高层建筑的外墙板，以钢件做承重件，用粉煤灰水泥刨花板做围护，房屋具有安装简便迅速、维修方便、地基浅、造价低、抗震性能好等优点。高层建筑墙体可满足防火要求，且大大减轻楼房自重。2.建筑物外承重墙和内墙、吊顶等。粉煤灰水泥刨花板用于活动隔墙非常适宜，而且可制成具有储存功能的隔墙。3.防火门、室外家具及地下工程材料，满足防火、防潮、防霉的要求。4.防静电地板，具有很好的防静电性能，可以应用作防静电地板。

生物质金属基复合材料的应用

生物质金属基复合材料是指生物质纤维和碎料与金属网、金属丝和金属粉末等按一定比例复合而压制的板材，具有防静电功能。由于精密仪器室、机房等对防尘和静电防护要求很高，应采用抗静电地板。如电脑设备机房、更衣室、操作室等。木材金属复合材料具有良好的导电性，而且保留了木材的调温、调湿、隔音等性能，同时具有很高的物理力学强度和表面耐磨强度，因此该复合材料可以用作抗静电地板。目前电磁辐射已成为太气、水、噪声污染之后的“第四污染源”，是人类健康的隐形杀手，而木材金属复合材料质量轻，强重比高，保湿、隔音及装饰性好，并且具很高的电磁屏蔽效果。这种材料广泛应用于国家安全机构、驻外使领馆和一些高级人才住所等保密机构的建设等，也应用于银行、保险公司、通信公司等信息保密的商业机构机房的装修以防信息泄露。

未来生物质复合材料基本特征和发展展望

在新科技支持下，生物质装饰材料发展将在多个方面改进发展。其具体发展方向包括以几个方面：1.生物质碳复合材料研究与应用，其主要优点是具有耐火、防腐防霉、热膨胀系数低、抗振性好等优点。比如对竹炭等生物质炭的物理性质、力学性能、特殊功能等进行研究表明竹炭等生物质炭是环境友好型的多功能材料。这种生物质复合材料环保节能、力学强度突出，在建筑装饰方面使用前途广阔。2.新型木质材料与无机质生物矿化复合材料的发展与应用，一般木材改性研究对象是针对砍伐后的木材，在工厂对木材进行工艺处理，是对木材本身存在的缺陷采取事后补救措施。而生物矿化是以生活的立木为研究对象，这样的材料改性从概念上是全新的，它把组织结构和不同功能的细胞结合在一起，构成了一种“活”的材料。将生物矿化引进到木材改性的研究领域中，将研究对象从“死”细胞变为“活”材料，是一种全新的木材改性技术。这不仅高效而且环保，必将促进传统木材改性技术有新的发展。在建筑装饰用材上需要用什么样的木材就将木材改性成所需要的材料类型，这是一种新型的材料加工方式。

生物体能从外界环境中找到各种无机物如二氧化硅、碳酸钙等并引导着这些物质定向结晶，形成形态各异的复杂结构群体如纤维状结构、交错结构、叶状结构等，并且与自身生成的聚合物相结合形成复合材料，科学上用“生物矿化”一词来描述这些复杂结构的形成过程。木材本身能从外界环境中吸收二氧化硅、碳酸钙、草酸钙等无机物，然后与其本身形成一种复合材料，即木材无机质生物矿化复合材料。基于生物矿化原理的木材无机质复合材料探索已经进行多年，也取得了一些成果，但大规模应用还未开始。木材科学与技术的研究开发将更加注重木质材料基本性质的改进，注重赋予其新的功能。木材无机质硅化复合材的研究是以活立木为研究对象，将硅酸钠或正硅酸乙醋或其硅质材料通过一定的方法加入到木材中。在木材的细胞壁内沉淀，成为木材细胞内含物的一种，最后形成木材无机质生物矿化复合材料。为了适应我国木材资源结构的变化，应突破木材的材性研究传统内涵，开创新的外延，促进人工林木材功能性改良的技术进步和发展，未来生物质复合材料发展将更进一步发展，满足社会发展的需要。