从中国科学院青岛生物能源与过程研究所获悉，该所崔球研究员带领的代谢物组学研究组，采用硼离子交联策略，并结合壳聚糖和少量阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）的协同，开发出一种高强、耐火、抗菌的纸浆泡沫。
具有高孔隙率、低密度、轻质的多孔材料在包装、建筑、医疗卫生和化工等领域具有广泛的应用前景。随着人们环保意识的增强和“双碳”战略的需求，利用可再生、可生物降解的纤维素制备多孔材料已成为近年来的研究热点。
纸浆泡沫是一种廉价、环保的新型多孔材料。它以纸浆纤维为原料，利用快速搅拌下表面活性剂在纸浆纤维分散液中发泡，阻止纤维絮聚，而形成均匀的多孔结构，滤水干燥后制得泡沫。但单独使用纸浆纤维制备的泡沫材料强度差、易燃、易染菌，无法满足实际应用的要求。
事实上，植物细胞壁的自支撑作用与其组分间牢固的互锁结构有关。其中，微量的硼离子通过与木质纤维组分含氧基团的共价键结合来增强细胞壁的支撑作用。另一方面，硼酸盐也是一种常用的阻燃剂。
受此启发，研究人员前期进行了概念验证性实验，在纸浆泡沫的成型过程中引入硼离子后，硼离子与纸浆纤维之间产生的交联作用，使纸浆泡沫的机械强度大幅提升，其压缩强度是不含硼离子纸浆泡沫的28倍，并赋予其一定的阻燃和自熄性。
为了进一步提升纸浆泡沫材料的机械强度和阻燃性，赋予其良好的抗菌性，增加其实用性，研究人员在纸浆纤维成型过程中硼离子交联的基础上，继续引入适量的壳聚糖和少量的CPAM。研究证实，由于硼离子可以与纤维素和壳聚糖的羟基形成牢固的共价键，纤维素、壳聚糖和CPAM之间又存在静电结合与分子间氢键作用，这些组分间的协同作用，大幅提升了纸浆泡沫的机械强度，使其在50%应变条件下的压缩强度是同等硼离子交联但不含壳聚糖和CPAM纸浆泡沫的6倍，且高于目前报道的大部分纤维素基多孔材料。
值得一提的是，用量仅为0.5%（相对于纸浆干重）的CPAM取代用量30%的壳聚糖，可获得具有相同机械强度的纸浆泡沫，这能大幅降低纸浆泡沫的制备成本。同时，由于硼离子、壳聚糖和CPAM的协同作用，该纸浆泡沫兼具优异的防火、隔热、抗菌和吸音性。其低密度、高机械强度和良好的隔热性，已经与普通商业用防火矿棉、多孔无机材料和泡沫玻璃产品相当。此外，在泡沫制备过程中产生的滤液可以完全回收再利用。
据介绍，本研究制备的高性能纸浆泡沫有望在高品质包装、隔热、光热转化和吸音等领域中应用。相关研究成果发表在《碳水化合物聚合物》上。
中华人民共和国国家发展和改革委员会 中华人民共和国工业和信息化部 中华人民共和国应急管理部 中华人民共和国生态环境部 中华人民共和国科学技术部 中华人民共和国财政部 中华人民共和国商务部 中国石油和化学工业联合会
江苏省发展和改革委员会 江苏省工业和信息化厅 江苏省财政厅 江苏省生态环境厅 江苏省科学技术厅 江苏省商务厅 江苏省应急管理厅 江苏省市场监督管理局 江苏省统计局
北京市化学工业协会 天津市石油和化工协会 辽宁省石油和化学工业协会 内蒙古石油和化学工业协会 重庆市石油与天然气学会 河北省石油和化学工业协会 山西省化学工业协会 吉林省能源协会 黑龙江省石化行业协会 浙江省石油和化学工业行业协会 安徽省石油和化学工业协会 福建省石油和化学工业协会 江西省石油和化学工业协会 河南省石油和化学工业协会 湖北省石化行业协会 湖南省石油化学工业协会 广东省石油和化学工业协会 海南省石油和化学工业行业协会 四川省化工行业协会 贵州省化学工业协会 云南省化工行业协会 陕西省经济联合会 甘肃省石化工业协会 青海省化工协会
电话：协会：025-8799064 学会：025-86799482
会员服务部：025-86918841
信息部：025-86910067
传真：025-83755381
邮箱：jshghyxh@163.com
邮编：210019
地址：南京市梦都大街50号东楼(省科技工作者活动中心)5楼
增值电信业务经营许可证：苏B2-20110130
备案号：苏ICP备13033418号-1
