植物纤维化学十篇

植物纤维化学篇1

关键词：林产化工；课程实验；教学改革

根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》，高等教育应优化结构办出特色并重点扩大应用型、复合型、技能型人才的培养规模。我校作为我国林业和生态环境领域高等院校的排头兵，正全面进入向研究型大学发展的转型期。学校正逐步深化6项改革(教学科研、学科管理、人事制度、内部治理结构、产学研合作、大学文化)，以创新人才培养为根本，以学科建设为龙头，以实际人才建设为突破，以体制机制改革为动力，以办学条件建设为支撑，向建设“国际知名、特色鲜明、高水平研究型大学”的目标迈进[1]。倡导素质教育和创新人才的培养，逐步构建以个性和创新原则为核心的教学新理念已成为我校建设和发展的重要指导思想，并将贯穿于大学生培养的每个教学阶段[2]。

1 实验教学在植物纤维化学课程中的重要性

植物纤维化学作为我校部级特色专业—林产化工的一门重要的专业基础课，主要研究木质纤维原料的生物结构及其所含各组分，特别是纤维素、半纤维素和木素3种主要组分的化学组成、化学结构、物理和化学性质[3]。随着石油、天然气、煤炭等不可再生的化石能源的日益枯竭，各国掀起了生物质资源利用研究的热潮。林木生物质作为其中一种重要的可再生资源，可通过化学和生物加工产生具有高附加值的化工中间体、精细化学品、材料和能源，从而缓解化石能源危机，减少温室气体排放，促进社会可持续发展[4]。前国务院副总理李岚清同志曾指出“大学本科的教育重点在于教好基础课和专业基础课，要使学生知识面宽一些，为学生今后的学习和发展打下一个好基础”[5]。作为一门理论性和实践性均较强的课程，植物纤维化学涉及诸多基础理论知识，包括植物学、仪器分析、有机化学、物理化学等，同时涵盖了林产化工的纸浆造纸、香料与色素、松香松节油、天然高分子等众多专业领域，是培养该学科创新型人才最重要的基础课程。作为创新型、应用型人才培养环节，实验教学在培养学生“知行统一”方面起着重要的作用。通过植物纤维化学的实验教学，不仅能使学生加深对基本理论的理解，熟练掌握实验方法及基本操作技能，而且激发了学生的学习兴趣，培养其观察、分析和解决问题的能力，养成严谨、细致、实事求是的科学态度，它是提高学生实践能力、创新意识和创新思维的重要手段。

实验教学是教学体系的重要组成部分，是一个系统工程。不同于理论课的讲授，实验教学是以学生为主体，学生在教师的指导下动手完成教学内容，并通过教师的引导和启发来分析和解决实验过程中出现的不同现象和问题。由于个体差异，即便使用同样的原料、试剂和操作指南，实验过程和结果都可能不同，这也就促进了大学生通过对实验结果的对比、分析，对实验过程中的现象和问题进行深入、全面的思考，提出可能的影响因素及解决问题的思路。它打破了理论课程统一计划、统一模式、同一标准、批量生产的教学模式，是现阶段教学过程中最有条件、最容易培养综合能力的教学环节。同时，实验教学过程中学生和教师的互动交流，使学生逐步学习到教师分析、解决问题的思维模式和应对方法，获得潜移默化的影响，接受到无法用言语表达的源自实践活动的默会知识[6]。

在当今的知识经济时代，教师的工作应该实现由“教书”向“育人”转变，从“教会知识”向使学生“学会学习”，使学生的学习从“接受”向“创造”转变，实现经验型教师向研究型教师的转变，真正落实“以人为本”的教育方针[7]。这就要求教师不仅要系统掌握所教课程的基础知识，还要具备研究问题的素养和能力，善于把研究与教学实践结合起来。实验教学所需要的创造性和探究性能力，可以作为提高教师研究素养的一条有效途径。对于林产化学加工工程这门学科，利用林木生物质基原料研发生产材料、能源及化学品是当今世界各国研究的热点领域，是缓解化石能源危机、优化能源结构、减少温室气体排放、保护生态环境和促进社会可持续发展的重要举措。因此，从事相关领域教学工作的教师应抓住这一契机，努力提升自身科研水平，利用我国丰富的林木生物质资源，为促进我国生物基产品产业发展贡献自己的力量。

2 目前实验教学存在的问题

2.1 实验室建设投入的不足

高校实验室是进行实验教学，开展科学研究的重要基地，但是各个专业实验室往往存在着实验经费短缺、仪器设备老化、设施落后等现象，严重影响了实验教学质量的提高和学生综合能力的培养。例如，木质纤维原料基本成分中木质素含量的测定包括酸不溶和酸溶木质素两个部分，酸溶木质素的测定需要使用紫外分光光度计，而酸溶木质素含量测定的内容并没有列入传统实验讲义中。另外，采用硫酸水解法测定酸不溶木质素含量的同时，纤维素和半纤维素降解成单糖溶解于水解液中，通过高效液相色谱或离子色谱分析可测定其单糖的组成及含量，进而可以分析得到纤维素组分的含量和半纤维素组分的组成及含量，也是对原有实验中α纤维素和聚戊糖含量测定的进一步验证(见表1)。由于经费有限，林化实验室没有购进现代化的分析仪器，此分析方法在实验讲义中也未予以考虑。

植物纤维化学篇2

节能的

木质素有望成为廉价碳纤维的主要材料

据了解，这项技术经充分试验，可以从竹子、木材、果枝、灌木、芦苇、秸杆等植物中有效地分离提取出纤维素、半纤维素、木质素及各种有机成分，原料利用率极高。该项目延伸技术涉及到纺织、造纸、能源、化工、建材及航空航天、军事等几大领域。该项技术的问世突破了行业一直延用的传统“酸碱法”制浆技术的瓶颈。首先，从源头解决了制浆造纸业“黑液”的排放问题，同时获得了多种高价值副产品，这项技术对当前节能减排、发展低碳循环经济起到了一定的推动作用。

但是由于大量木质素的混入，浆粕质量低，难于漂白，产品不能长期保存，应用范围窄，只能做一些低档次产品，不能实现植物的高使用价值。

该项新技术将植物分离成为纤维素、新型半纤维素、新型高纯度木质素三种成份，其分离步骤先将植物分为综纤素和木质素，综纤素即纸浆，根据需要再将综纤素通过物理法可分为纤维素和半纤维素。

让植物原始材料回收循环利用率100%

据悉，该技术基本上可以使植物原始材料得到100%的利用，而传统化学方法只以提取植物中的综纤维素为目标产品，使得植物原始材料利用率约为植物的30%～40%，很多物质被浪费，包括大部分的木质素，以及少量纤维素和半纤维素均以污染和废弃物处理。传统化学方法提取植物中的综纤维素可利用机械浆能够达到90%以上。

采用此技术提纯的三种成分具有如下特征：纤维素特征是微细纤维或长纤维状态，不同的植物及残余木素显现浅黄色或白色，由于木质素基本脱除属于高质量的纤维素浆，纯度>90%，白度60%～85%ISO，与高级化学浆质量相当，远优于其他的半化学浆和机械浆；新型半纤维素特征是末状固体，浅黄色或白色，成份主要是多缩戊糖，含量>50%，属于新型植物产品，具有广泛用途，目前尚无工业化分离生产植物半纤维素的工艺技术和应用厂家；新型高纯度木质素特征是黑色固体，具有热融性、灰分可小于1%，木质素分子量

从源头上做到零污染、零排放

这项新技术将植物中三大成分纤维素、半纤维素、木质素以及微量的成分，全部分离提取成高价值产品，废料为零，既没有污染排放的源头存在，并且采用封闭式生产，参与植物反应的原料全部回收循环利用，从而实现零污染、零排放。相比传统的制浆造纸工业制取的目标是植物成份中的纤维素，所有的木质素和部分半纤维素，作为废弃物和生产负担，与化学药品混合反应，形成制浆废水，具有高COD、BOD、SS、AOX负荷，在自然界中难降解，对生态造成破坏，环境受到严重的污染，成为污染的主要源头。

在自然界中，木质素的储量仅次于纤维素，而且每年都以500亿吨的速度再生。制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约1.4亿吨纤维素，同时得到5000万吨左右的木质素副产品，但迄今为止，超过95%的木质素仍以“黑液”的形式直接排入江河或浓缩后烧掉，很少得到有效利用。在该项技术延伸研发中，木质素可成为不依赖煤炭和石油为原料而获得的碳纤维材料。该技术产生的碳纤维可以是熔融纺直径5至20微米长丝碳纤维、熔喷直径小于5微米超细碳纤维、静电纺丝直径小于100纳米的碳纤维，其性能可以达到高强度、高模量、高弹性等要求。

新兴的

未来时装将“一扫即成” 第一件3D打印时装真人秀

有人预言称2013年是3D打印年，近日，在纽约时装走秀活动上，第一件条3D打印服装给我们带来了惊喜。

具有“缪斯女神”之称的蒂塔·万提斯在曼哈顿出席一个私人走秀活动时身着一身尼龙网格礼服，这身礼服的设计灵感来源于著名的斐波那契数列，由Michael Schmidt和Francis Bitonti设计收藏。

此设计是全球第一件3D打印礼服。这件礼服由设计师Michael Schmidt和建筑师Francis Bitonti设计，Michael Schmidt特介绍说，这件裙子的骨架是在著名3D打印公司Shapeways用粉状尼龙3D打印出来，再仔细地涂满黑漆，最后镶嵌上约12000颗黑色施华洛世奇水晶，耗时三个月制作完成的。虽然Shapeways公司信誓旦旦用来打印的尼龙粉质地轻薄，但到底是否舒服，也只有看起来是被塞进鸟笼子的万提斯本人清楚了。

Francis Bitonti在介绍自己的设计作品时表示：“3D打印技术已经延伸到各行各业，在时尚界这就意味着你天马行空的设计理念都将会展现在作品上。当万提斯出场时，那礼服就好像具有魔力一般涌动在她周围，但是3D打印服装的设计还有待改进，比如如何调整服装的版型以满足人体曲线，如何做出收紧的效果，网格的设计中如何灵活应用等等。”

Bitonti很久以前就有将3D打印技术与时装相结合的想法。他利用万提斯提供的尺寸设计出了一个3D模型，再根据Schmidt画的草图，用当前最高端的设计软件Maya画出图样，接着运用Rhino软件将2633个独立的环或线相连接，EOS P350激光烧制而成的17个部分手工拼接，才算是大功告成。“这件礼服如果由手工制作，价格不菲。”他表示。但是如今服装设计行业对手工制作的需求还很庞大。

设计师Scott说：“3D打印技术对时尚市场有着极大的影响潜力，这是一个将手工业与时装设计相结合的契机，一旦我们制作的机器能够满足时装制作的要求，人们只需要站在房间里进行3D扫描，一件衣服就做成了。”

新工艺

“透心凉”夏装纤维制造工艺获专利授权

炎炎夏日，酷暑难耐时总会联想到一句冷饮广告词“晶晶亮，透心凉！”。近日，一款“透心凉”超爽凉感保健聚酯纤维制造方法获得专利授权，该面料由上海德福伦化纤有限公司成功研发。

该公司技术人员介绍，该项技术采用无机纳米超爽凉感聚酯母粒与聚酯切片混合，经聚酯纤维生产工艺制作成超爽凉感保健聚酯纤维。该纤维与普通聚酯纤维相比能提高凉爽感20%以上，并赋予产品极佳的防紫外、吸湿排汗、降温、抗菌和保健功能。

植物纤维化学篇3

[关键词]真皮多能干细胞；皮肤光老化；移植; 大鼠

[中图分类号]Q813.1[文献标识码]A[文章编号]1008-6455（2014）09-0726-04

Treatment skin photoaging of rat by dermal multipotential stem cells

LEI Xu-Guang,ZHANG Yong-yu,DONG Yan,YANG Xian-lu

(Department of Medical Cosmetic Surgery,Weihai Hospital,Weihai 264200,Shandong,China)

Abstract:ObjectiveTo explore further effect of histological repair for skin photoaging in rats by dermal multipotential stem cells (DMSCs) transplantation.Methods 58 SD rats were randomly divided into normal group (8 rats) ,cell transplantation group(25 rats) and PBS control group(25 rats).The rats of cell transplantation group and PBS control group were made into skin photoaging model by using the UVA and UVB ultraviolet light irradiated at the same time. DMSCs were isolated in vitro, then 1 ml cell suspension of DMSCs (about 1×106) or equivalent PBS were multi-point injected into photoaging skin of rats, rats of normal group did not make any processing. After 4 weeks and 8 weeks of cell transplanted, the collagen fibers and elastic fibers changes in full layer of photoaging skin were observed by using VG and Weigert staining respectively. Meanwhile,the expression change of vimentin in dermis layer were detected by using immunohistochemistry staining.Results After photoaging damaged, there are more new collagen fibers and elastic fibers in damaged skin tissue were observed in the DMSCs transplantation group, and the number of fibroblast which are vimentin positively staining in dermis layer of rats in DMSCs transplantation group were obviously more than PBS control group, which were mainly distributed in the dermis superficial layer at 4 weeks after cell transplanted, and observed in full dermis layer 8 weeks post cell transplantation.ConclusionDMSCs transplantation could obviously benefit to repair the damaged tissue of skin photoage.

Key words:dermal multipotential stem cells; skin photoage; transplantation; rats

皮肤光老化后引起皮肤粗糙、松弛、萎缩，出现皱纹和色素沉着，毛细血管扩张、紫癜甚至诱发皮肤癌，严重影响人类健康和美容[1]。光老化后皮肤组织中成纤维细胞的数量和质量下降、胶原纤维和弹力纤维发生变性降解，导致皮肤不足以维持正常的组织构建。目前所具有的治疗手段均不能使这些病理变化得以有效逆转。真皮多能干细胞(dermal multipotential stem cells，DMSCs)是存在于真皮组织中的一类具有高度增殖和多向分化潜能的细胞群体，研究显示，DMSCs可在一定条件下不仅可分化成纤维细胞，还能向成骨细胞、软骨细胞、神经样细胞转化[2-3]，在组织修复和再生医学领域中有着广阔的应用前景。但目前先有利用DMSCs治疗组织损伤相关疾病的报道，本文旨在应用光老化损伤大鼠模型观察DMSCs对组织修复的影响。

1材料和方法

1.1 主要试剂与仪器：DMEM培养基(Gibco公司，美国)；DAPI、II胶原酶（sigma公司，美国）、FBS(Gibco公司，美国)；碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）、胰蛋白酶（Hyclone 公司，美国）；兔抗鼠波形蛋白（Vimentin）多克隆抗体、CD34兔抗鼠多克隆抗体（Chemicon 公司，美国）；弹力纤维染色试剂盒、胶原纤维染色试剂盒（福州迈新生物技术开发有限公司）；倒置相差显微镜、荧光显微镜（Olympus公司，日本）；15wUVA和UVB紫外灯（上海西格玛电器有限公司）。

1.2 实验动物：58只成年健康SD大鼠，雌雄各半，体重(210±20)g，第三军医大学实验动物中心提供，动物合格证号SCXKC（渝）2013-005。

1.3 DMSCs的分离培养[4]：取出生3天的SD乳鼠断颈处死后，75%酒精浸泡5min，无菌剥离背部全层皮肤，以PBS液反复漂洗后，除去脂肪及皮下结缔组织，将其剪成约5mm×5mm大小皮片，用0.5g/ml胶原酶于4℃条件下消化14～16h后，机械分离表皮和真皮，将真皮剪成1mm3大小的组织块，加入0.25%胰蛋白酶于37℃条件下消化30min，用含10%FBS的DMEM培养基终止消化，经300目钢网过滤，收集滤液，1000rpm离心5 min，细胞沉淀悬浮于完全培养液（含DMEM、10ng/ml bFGF、10%FBS，100U/ml青霉素）中，调整细胞密度以2×105个/ml接种于培养瓶内，在37℃、5% CO2、饱和湿度条件下培养6h后，更换新鲜培养基以去除未贴壁细胞，继续培养,每3天换液1次。

1.4DMSCs鉴定[5]：取原代培养的DMSCs，将细胞浓度调至1×105/ml接种于预置盖玻片的24孔培养板中，用完全培养基在37℃、 5%CO2饱和湿度条件下培养，1天后细胞贴附于玻片后，取出爬片，通过形态学、CD34免疫荧光染色进行细胞鉴定。

1.5 实验分组及皮肤光老化模型[6]制备：SD大鼠58只，分为正常对照组（8只），PBS对照组（25只）及DMSCs移植组（25只）。所有大鼠均剪除背部约5cm×5cm区域的毛发,正常对照组不做任何处理。PBS对照组和DMSCs移植组则以15W UVA和UVB紫外灯并排置于大鼠背部皮肤区正上方35cm处照射，每日2h，隔日剃除大鼠照射区新生毛发，观察大鼠皮肤变化。连续照射60天后，各组随即取死2只大鼠，行组织病理学检测以确定模型制备成功。

1.6 DMSCs移植：制模成功后，取第三代DMSCs以0.05%胰酶消化制成细胞悬液，PBS洗涤两次，重悬后用PBS调整细胞密度为1×106个/ml备用。DMSCs移植组在大鼠光老化皮肤的上下左右4个区域的真皮深层内，用2ml注射器吸取1ml（1×106 个）细胞悬液直视注射，每个注射点间直径为2cm，与边缘间间隔为1cm，每点0.25ml。PBS对照组以同样的方法注射等体积的PBS液。

1.7 组织学检测：光老化造模成功后，各组分别取2只大鼠处死，取照射部位皮肤组织行胶原纤维染色（VG染色）和弹力纤维染色（Weigert染色）；DMSCs移植后4周、8周处死各组大鼠，取移植区2.5cm×2.5cm大小皮肤组织，常规固定包埋，连续切片（片厚约4μm），分别采用VG染色、Weigert染色及Vimentin免疫组织化学染色观察组织胶原纤维、弹力纤维和成纤维细胞的改变。染色步骤如下：①VG染色：具体操作步骤照试剂盒说明书进行；组织切片常规脱蜡至水，分别滴加碘液、硫代硫酸钠、流水冲洗后，滴加醛品红染液、橙黄G染液，镜下观察控制染色时间，脱水、透明、封片；②Weigert染色：具体操作步骤照试剂盒说明书进行；切片脱蜡水化后，分别滴加苏木素、三氯化铁等量混合液、盐酸分化后，滴加酸性品红和苦味酸混合液染色5～10min，透明、封固后显微镜观察；③Vimentin免疫组织化学染色：切片用3%H2O2灭活内源性过氧化物酶，高压抗原修复后，5%山羊血清封闭30min，滴加兔抗鼠Vimentin（1:200）多克隆抗体，4℃过夜。二抗为生物素标记羊抗兔IgG，37℃孵育30min，PBS充分洗涤后再滴加SABC复合物室温作用20min，DAB显色，苏木素复染后观察。以胞质呈淡黄色者为阳性。

1.8 统计学处理：所有数据以均值±标准差（x±s）表示，经SPSS17.0统计软件处理。多组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD法，P

2结果

2.1 大鼠皮肤光老化模型鉴定：大鼠皮肤经紫外灯照射后光老化区出现深大皱纹、变厚变硬、弹性差，毛发脱落，色素沉着等改变；VG染色见胶原纤维断裂，明显变性、均质化，形成块状；Weigert染色弹性纤维增多、变粗、排列紊乱，部分区域聚集、缠结。

2.2 DMSCs形态及鉴定：DMSCs于培养12h后即可观察到部分贴壁，贴壁的细胞大部分为多角形、椭圆形，72h后大部分贴壁细胞变为梭形或多角形，多呈集落样生长；接种6～7天覆盖面积达90%以上，细胞呈放射状或漩涡状排列；免疫荧光检测结果显示：DMSCs胞浆CD34表达阳性，呈明亮的绿色荧光，而不表达上皮细胞标志的CK19，提示该细胞为间质来源，PBS替代一抗的空白对照未见阳性信号。

2.3 DMSCs移植后胶原纤维和弹力纤维的变化：VG染色结果显示，DMSCs移植后4周，在损伤区域皮肤真皮层内聚集、缠结的变性胶原纤维明显减少，并见少量新生胶原（图1C）；至第8周，延伸至皮下组织及真皮深层变性胶原纤维基本消失，出现大量深染、排列有序的新生胶原纤维，皮肤结构层次清晰（图1E）。Weigert染色结果显示，在DMSCs移植组后第4周的真皮层内，变性弹力纤维明显减少（图2C）；第8周则基本消失，组织形态接近正常（图2E）；而对照组仍可见少量变性的弹力纤维分布于组织中（图2F）。

2.4 DMSCs移植后成纤维细胞的变化：波形蛋白免疫组织化学染色结果显示，与对照组相比，DMSCs局部多点注射后4周，移植组可见较多的成纤维细胞，主要分布于真皮浅层；治疗第8周，仍有较多的成纤维细胞散在分布于真皮层；两组间Vimentin染色光密度值具有统计学意义（P

3讨论

近年来大量研究发现，皮肤组织真皮层内存在一类具有自我更新能力和多向分化潜能的细胞群即DMSCs，其体外培养呈现纺锤样、长梭形生长形态，表达间充质干细胞典型的表面标记，在一定实验条件下具有促进脊髓神经、软骨缺损等组织修复的作用[7-8]，特别值得一提的是，DMSCs不仅缩短感染创面愈合时间，加速创面修复，还能促进创面皮肤神经修复，在皮肤组织的创伤修复的治疗中具有无可比拟的作用[9]。

笔者前期研究发现，DMSCs移植对于紫外线诱导的光老化皮肤模型大鼠具有良好的治疗作用，但DMSCs移植对光老化皮肤真皮组织内部的病损改变的影响却不得而知。本实验结果显示，无论是变性的胶原纤维还是弹力纤维，DMSCs移植后均得以有效的清除，同时笔者还发现有较多胶原纤维新生。胶原纤维是人体皮肤中最主要的结构蛋白，也是含量最丰富的蛋白质。在真皮中聚集成与皮面平行的粗大纤维束，相互交织成网，是维持皮肤张力和承受拉力的重要成分，也是维持皮肤饱满充盈的物质基础。同时，紫外线照射导致弹力纤维变性，引起异常的、无定形的弹力纤维变性物质在真皮层沉淀，并取代正常的胶原纤维和弹力纤维，使皮肤失去弹性，血管壁变薄，变脆等改变更是皮肤光老化病损改变的病理基础。此种病理转变对维持病损后皮肤组织的外观形态至关重要。

实验中笔者还观察到DMSCs移植后真皮层内成纤维细胞明显多于对照组，说明DMSCs移植可有效延缓皮肤真皮层内成纤维细胞的损伤。成纤维细胞是真皮组织中最重要细胞组分，主要合成分泌胶原纤维、弹力纤维，蛋白多糖等基质。所以笔者大胆推测，DMSCs移植后成纤维细胞的有效存活和功能再生是DMSCs移植治疗皮肤光老化的重要机制之一，然而DMSCs通过何种途径维持成纤维细胞的数量及功能，有待进一步深入研究。

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植物纤维化学篇4

[关键词] 骨髓间充质干细胞；肺纤维化；成纤维细胞；肺泡损伤

[中图分类号] R256.1 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2016）07（b）-0034-04

[Abstract] Pulmonary fibrosis caused by various reasons is a chronic inflammatory interstitial lung disease. There are many medicine used in clinic including hormone， immunosuppressor， cytotoxic agents， antifibrotic drug， immunomodulator and so on， but clinical experience confirms that the curative effect is not so good. Therefore， it is important to ascertain the pathogenic mechanism of pulmonary fibrosis， and seek valid treatment method. In recent years， bone marrow-derived mesenchymal stem cell （BMSCs） transplantation as a novel bio-therapy method has become one of the hotest points in the field of medicine. BMSCs may offer the means of recapitulating several mechanisms （inhibiting inflammatory response， promoting epithelial tissue repair， reducing the collagen deposition， inhibiting the expression of matrix metalloproteinases， etc， that are sufficient for alleviating pulmonary fibrosis. And BMSCs could become the seed cells treating pulmonary fibrosis because of the typical biological character. But recent research finds that there are some differences between the opportunity to BMSCs implantation and therapeutic effect. This review will provide an overview on the role of bone marrow-mesenchymal stem cell in pulmonary fibrosis.

[Key words] Bone marrow-derived mesenchymal stem cell； Pulmonary fibrosis； Fibroblast； Alveolar damage

肺纤维化为慢性进展性、消耗性疾病，致死率较高，预后差，确诊后平均生存年限均小于5年。近年来患病率逐年升高，每10万人患病例数从6.8例增加至16.3例，其最终导致肺功能丧失呼吸衰竭，严重影响人们的生活[1]。引起肺间质纤维化的危险因素众多，其中主要包括吸入灰尘、粉尘、烟尘；长期大量吸烟；服用或接触胺碘酮、博来霉素等相关药物；以及基础疾病如结缔组织或血管炎性疾病等[2]。当外界危险因素作用于机体后至肺纤维化形成大概可分为3个阶段：①急性肺毒性阶段：即外界毒性刺激可引起DNA双链的断裂，并且引起肺泡上皮细胞凋亡和坏死；②炎症阶段：免疫细胞进入肺内并且释放各种各样的可促进肺纤维化形成的细胞因子；③胶原蛋白沉积阶段：当肺纤维化发生时，正常的肺间质增大，被增殖的纤维母细胞和平滑肌细胞填充，基质金属蛋白酶表达增高并且参与受损肺组织结构的重建。研究表明，骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）移植可对损伤的肺组织具有保护作用，并且通过阻断肺纤维化形成的信号通路来抑制纤维化的发生[3]。本文将通过以下几个方面具体介绍BMSCs在肺纤维化中的作用。

1 骨髓间充质干细胞的生物学特性

当肺组织损伤时，BMSCs可感知损伤信号，并且迁移并定植到受损组织参与组织损伤与修复。经尾静脉或器官移植的BMSCs可定植于肺、心、脾、肝、小肠等器官，并且可最早、最大量的定植于肺组织。Lee等[4]研究表明，经小鼠尾静脉注射荧光标记的BMSCs，可检测到BMSCs在肺脏组织内的迁移和定植率是最高的，1 h后可高达83%，24 h定植率为42%，随时间延长含量降低，而在心脏、脾脏、肝脏、小肠1 h定植含量小于1%，24 h后含量几乎为零。Zangi[5]实验研究也得到类似结果。在博来霉素诱导的肺纤维化小鼠模型中发现，受损肺组织部位的细胞可产生一种可溶性细胞因子如粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）、粒细胞集落刺激因子（G-CSF）等调节骨髓池中的干细胞数量，从而通过SDF-1/CXCR4轴刺激BMSCs增殖并且迁移至损伤的肺组织，发挥减轻博来霉素导致的肺组织损害的作用。BMSCs的这种可感知受损信号并迁移至损伤部位的功能为其在肺纤维化中的运用提供理论基础。

2 骨髓间充质干细胞可分化为Ⅱ型肺泡上皮细胞

BMSCs具有多向分化潜能，体外培养发现，在不同的培养条件下BMSCs可增殖分化为不同类型细胞，如Ⅱ型肺泡上皮细胞，来参与受损组织的修复[6]。肺部上皮细胞分为Ⅰ型、Ⅱ型肺泡上皮细胞，正常情况下Ⅰ型肺泡上皮细胞只占肺泡上皮细胞群的40%左右，其主要作用为水和离子的转运、宿主防御、肿瘤抑制；其余为Ⅱ型肺泡上皮细胞，其除了可以合成和分泌肺泡表面活性物质、细胞因子、生长因子受体、酶及其他基质蛋白外，还能在肺泡上皮损伤后增殖分化成为Ⅰ型肺泡细胞对肺组织进行修复，Ⅱ型肺泡上皮细胞具有干细胞的功能，可参与肺的损伤与修复，有“修复细胞”的美誉[7-8]。在肺纤维化发生早期阶段，外界有毒物质刺激使肺泡结构受损，Ⅱ型肺泡上皮细胞损伤、凋亡和坏死，这也是肺纤维化早期重要的特征，当其出现过度凋亡时就容易造成肺组织修复异常，从而导致肺纤维化的发生和肺实质的重构[9]。肺纤维化发展过程中，MSCs可分化为Ⅱ型肺泡上皮细胞，并且在一定程度上修复受损肺组织部位的干细胞池[10]，使肺泡表面受损的肺泡上皮细胞来源增加，从而增加其损伤修复能力从而来缓解肺纤维化的发生。同时BMSCs还具有抗肺上皮细胞凋亡作用，它能抑制促凋亡蛋白Bax的表达，减少肺损伤的Ⅱ型肺泡上皮细胞的凋亡[11-12]。当Ⅱ型肺泡上皮细胞出现过度凋亡时容易造成肺组织修复异常，从而导致肺纤维化的发生和肺实质的重构，而BMSCs可阻断该过程的发生对肺组织具有保护作用。

3 骨髓间充质干细胞抑制炎性反应及旁分泌功能

在肺纤维化早期阶段，BMSCs可通过抑制前炎症信号通路和上调抗炎通路来保护受损的肺组织[13-14]。Oriz等[15]报道称，BMSCs可产生高水平的IL-1受体拮抗剂，从而阻断IL-1的前炎症细胞因子，降低前炎症细胞因子、血管生成因子、一氧化氮等。同时MSCs可降低支气管肺泡灌洗液中的巨噬细胞炎症蛋白-2和TNF-α水平来保护受损的肺部组织，并且提升血浆和支气管肺泡灌洗液中的IL-10的水平。IL-10为单核细胞分泌的一种抗炎细胞因子，它可下调T1细胞因子的表达[16-17]。在博来霉素诱导的肺纤维化发生时，BMSCs可通过分泌IL-1ra细胞因子来降低纤维化后期胶原蛋白的堆积和基质金属蛋白酶的水平[18]。IL-1ra是一种细胞因子，在肺部损伤时，它能够和主要的炎症因子IL-1β和IL-1特异性的竞争受体，发挥抗炎效应。在博来霉素诱导的肺纤维化早期，由于博来霉素的刺激作用，大量细胞因子如INF-α、IL-2、IL-1β、IL-4水平升高，BMSCs移植后可大大降低这些细胞因子的水平，从而减弱和抑制炎性反应，缓解肺纤维化的发生。另外，BMSCs还具有旁分泌多种细胞因子的功能，如肝细胞生长因子、干细胞因子、基质源因子1α、转化生长因子-β、肿瘤坏死因子-α等，调节促炎/抗炎因子的平衡，进而来调节内皮细胞和上皮细胞的通透性，降低炎性反应，加强组织修复[19-20]。并且BMSCs本身具免疫原性，可减轻宿主的免疫排斥反应，进而减弱肺纤维化发生时的炎性反应，起到保护肺组织的作用。

4 骨髓间充质干细胞对肌成纤维细胞活化和细胞外基质的影响

肺纤维化的典型表现为进行性的细胞外基质沉积，肺间质增多，肺组织结构破坏，肺功能逐步丧失[21]。肌成纤维细胞活化是肺纤维化发生的关键环节，高表达α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA），肌成纤维细胞来源主要由上皮-间质转化和原位成纤维细胞的激活与转化[22-23]。TGF-β在促进肌成纤维细胞活化中起关键作用。外源性的移植BMSCs可阻断TGF-β/Smad通路，来减少肌成纤维细胞活化，进而抑制肺纤维化的进程[24-25]。博来霉素诱导的肺纤维化动物模型肺组织高表达基质金属蛋白酶如MMP2、MMP9、MMP3使胶原蛋白堆积，早期经尾静脉注射BMSCs可减少成纤维细胞向肌成纤维细胞的转化，并抑制基质金属蛋白酶的表达，从而降低胶原蛋白的沉积，减缓肺纤维化。

5 骨髓间充质干细胞或可诱导加重肺纤维化

一些学者认为[26]，BMSCs也许是病理状态下肺纤维发生时纤维母细胞主要来源。肺纤维化的形成过程十分复杂，其中包括外周血单核细胞分化成的纤维细胞和成纤维细胞样的祖细胞。体外研究发现[27]，BMSCs可产生Wnt蛋白和TGF-β，从而使成纤维细胞增殖和细胞外基质的形成，这更增加了BMSCs促进纤维母细胞堆积和胶原沉积的可能性。有研究证明[28]一定条件诱导下，BMSCs可向成纤维细胞分化，以表皮生长因子对体外生长的BMSCs进行诱导分化，培养14 d后细胞呈现均一的纤维细胞样带有长突起的纺锤形细胞，Ⅰ、Ⅲ型胶原染色均为阳性。He等[29]亦证实在碱性成纤维细胞生长因子的诱导下BMSCs分化为成纤维细胞，如此可以推测临床上如果在肺纤维部位移植BMSCs，其在局部生长因子刺激下或可直接分化为肺成纤维细胞。也有研究证明在一定条件下BMSCs可分化为肌成纤维母细胞、合成细胞外基质、表达α-SMA，进而促进纤维化的发生[30]。

6 骨髓间充质干细胞植入时机的选择与疗效差异

有学者认为[31-32]，不同时机植入BMSCs对治疗肺纤维化的疗效不尽相同。崔瑗等[31]的实验研究为监测不同时间BMSCs对博来霉素诱导的肺纤维化动物模型的影响，实验发现用博来霉素刺激实验动物造模后分别于第1天和第7天给予尾静脉移植BMSCs，对模型动物肺组织病理分析发现，诱导肺纤维化模型后第1天给予干预比第7天给予干预治疗效果要明显；并且在肺损伤第1天给予BMSCs干预治疗的动物模型肺组织内可检测到外源性来源的BMSCs细胞，而在第7天给药组却没有类似结果。分析其原因可能与博来霉素刺激后第7天给予移植BMSCs干预肺脏对BMSCs的趋化作用降低有关。Epperly等[30]的报道证明，损伤后中晚期植入携带绿色荧光蛋白基因的BMSCs细胞在接受照射的受体小鼠内经历了一个从巨噬细胞到成纤维细胞的转变，该时期正是其肺泡纤维化迅速发展的时期，因此晚期植入BMSCs甚至可能起到促进肺纤维化作用。由上可以得出这样的结论BMSCs 对于肺纤维的治疗作用有可能越是在肺组织损伤的早期移植MSCs，其控制肺纤维化的效果越好。

目前BMSCs移植在肺纤维化治疗中作用效果的研究仍未定论，综合现有文献结论笔者认为，在肺纤维早期肺泡上皮损伤及炎症阶段BMSCs通过其自身的优势可发挥一定抗纤维化作用；随着肺纤维化的进程的发展，在肺纤维化中后期BMSCs移植或可加重肺纤维化的程度。因此未来BMSCs移植在肺纤维化治疗方面的运用仍需进一步的研究，探明BMSCs移植的最佳时机及移植的最佳剂量并进而研究其作用机制，以期找到治疗肺纤维化的合理的治疗方案。

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植物纤维化学篇5

树木只是造纸的原料之一。在我国古代通常是采取麻类、树皮和竹子等来造手工纸。而在18世纪末叶，欧洲的机制纸兴起后，才改用树木(木片)造纸。所以，现代造纸工业所用的原料可分为两大类：第一类是植物纤维，第二类是非植物纤维。前者包括有木材、竹子、芦苇、草类等。后者包括有玻璃丝、碳素纤维、尼龙纤维、金属丝等。此外，还有高分子树脂(如聚丙烯)、无机物(如石灰石粉)等也列入第二类。植物纤维原料主要用来生产普通纸；非植物纤维原料多用于制造特种纸。

在我国，造纸工业所用的植物纤维原料中：木材占20％，芦苇占13％，竹子占15％，稻麦草占22％，废纸占30％。而在国外经济比较发达的国家，他们的造纸工业所用的植物纤维原料：木材占90％，其他(含废纸)只有约10％。

目前，一般用于书写、印刷、包装的普通纸，仍旧是以植物纤维为主要原料制成的，约占总产量的95％。其他的纸张则为5％。由此可知，纸张不一定要用树木才能做成，造纸的原料多得很。当然，由于树木的纤维比较好，因此用它造的纸质量一般都比较高。

为什么报纸长期放置会变黄发脆?

纸张的基本原料是纸浆。一般纸浆大多数是来自植物――比如木材、草类等，经过一系列的处理后才能得到的。所谓纸浆，就是由许多单根纤维与水分组合而成的“集体户”。那些细长如丝的纤维中，则包含有纤维素、木素、半纤维素等化学成分。

在造纸工业中上，把植物原料经过物理和化学加工从而取得纤维的工作叫做制浆。制浆工序包括有切片、筛选、蒸煮、洗涤、漂白等一系列操作，其目的就是要除掉木素、适当保留半纤维素、最大限度地分离提取纤维素。所以，生产的纸张一般都是白色的，但是纸内的纤维中或多或少地残留有木素(肉眼是看不到的)。刚印的报纸虽然也是白色的、上边还有(酸性)油墨字。自然，它里边也少不了存有木索。

木素这个化学物质，具有高分子的立体结构，其中含有活泼性很大的化学基团，性质既顽强又敏感。因为在制浆过程之中，虽然经受强碱、强酸的处理，木素有一部分被打垮了，但仍旧“顽强抵抗”着，所以在纤维中仍然残留着一定数量的木素。也就是说，纸张内也或多或少地“隐藏”着木素。一旦纸张放置了较长的时间，受到日光曝晒或者与空气中的氧发生化学反应后，木素分子中对紫外光和氧分子特别敏感的化学基团，就会由无色转变为有色基团――黄褐色。再加上空气中飘浮的酸性物质以及酸性油墨的侵蚀。于是，报纸就变得发黄、发脆了。为什么湿纸不结实，一戳就破?

纸张主要是由植物纤维彼此交织形成的。在纤维与纤维之间，是通过纤维素大分子的羟基所形成的氢键结合起来的。

在造纸过程中，按照工艺流程，先将分散于水中的纤维(纸浆)经过脱水，然后再压榨挤干，最后是烘缸干燥。其间，利用水分子架起了“水桥”。水桥就是利用水分子自身的极性架起的一座“桥”，拉近纤维素分子之间的羟基达到很小的距离，于是便引起氧原子的负电性去吸引氢原子的正电性。如此众多的氢氧原子相联结的化学键，被称为氢键。氢键的键能比一般共价键小，可是许多许多个氢键结合的总能量却是很大的。因此，由于氢键结合，干纸就表现出了很好的强度，即结实、不容易破。

如果把纸泡在水里，换句话说就是让水分子挤进纸中的纤维之间，把原来已经紧密结合的纤维素分子推开，也就是水分子打破了氢键结合，其结果是使纤维网络遭到了巨大的损坏。于是，氢键破坏即纸张的强度也遭到了严重的摧毁，湿纸就变得十分软弱，一戳就破了。

为什么湿纸干了后会起皱?

一般情况下，纸张内所含有的水分(8％)应与周围空气中的相对湿度(即空气含有的水分)保持平衡。这时如果纸张被水打湿了，必然会引起局部变化。这是些什么样的变化呢?

第一，当液态水与纸面局部接触，这一部位会出现“粗化”的物理变化，即发生了纤维隆起和纤维翘起。这个现象是纤维形态的一种不可逆的转变；第二，水分子继续向纸页内渗透，会使纤维网络组织发生局部变形，导致纤维内部和纤维之间出现应力释放。这种变形也是不可逆的；第三，当纸页上水分蒸发后，原来的纤维之间发生了“位移”。在伴随着新的纤维结合键的形成，也丧失原有网络被破坏后再连接的可能性，这也是不可逆的变化。于是，被水润湿过再干燥的纸面，不仅抗张强度下降约lO％，而且还有不可能抹掉的皱纹。这是三种不可逆的变化的结果。

有没有法子让被水打湿了的纸干后不起皱呢?完全不起一点皱是不可能的。只有一个办法可以减轻这个现象，那就是当纸张被水打湿后，马上用吸水纸或(质量较好、表面平整的)卫生纸，分别贴附在湿纸的两面，再用重物压紧。经过24～36个小时的时间，等纸干了就会发现“皱纹”不是那么明显了。

为什么用纸锅能够烧开水呢?

纸锅烧水的关键是看用什么样的纸。过去，有人用牛皮纸折成纸盒装水，放到电炉上加热，不久水就开了。这是一种物理现象，可以启发人们更多的思考。因为纸页比较薄、比表面积大、传热速度快，加上水的温度低，所以即便是薄薄的纸也能承受加热作用。但是，严格地说这种“纸锅”烧开水，是一种科学游戏，没有实用价值。

植物纤维化学篇6

对我国罗布麻的分布及生长特点进行综述，并通过相关数据分析了罗布麻纤维的物理、化学性能。

关键词：罗布麻；生长特点；物理性能；化学性能

罗布麻是生长在我国新疆孔雀河及塔里木河沿岸的一种野生植物，属多年生草本宿根植物。罗布麻自然分布在我国西北、华北地区，但分布最多、最集中的地方还是新疆南部。由于它主要生长在罗布平原，所以我国林业科技工作者将其命名为罗布麻。目前我国罗布麻种植面积有2000多万亩。

1 罗布麻的生长特点

我国主要有三个罗布麻品种：红麻、白麻、大花罗布麻，原称“野麻”、茶叶花（又名泽漆麻、红麻、麻、野茶叶、红根草，英文名称Apocynum venetum Linn）。罗布麻是夹竹桃科多年生落叶直立半灌木，有白色乳汁，花形聚伞，红白相间，枝为紫红色或淡红色，十分好看。叶对生，呈椭圆状披针形，长1.5mm～5.5mm，宽0.5mm～1.5mm，先端钝圆，有小芒尖，基部宽楔形，边缘有不明显的细锯齿。聚伞花序顶生，花冠粉红色、浅紫红色，钟形，先端五裂，两面具颗粒状突起；圆锥状聚伞花序顶生或侧生，花紫红色，花茎5mm～7mm。种子长圆形，顶端簇生白色细长毛。花期6月～7月，果期8月～9月，花期长达3个多月。茎高1m～4m，根深2m～3m，能生长一二十年，地上茎每年清明节前后出苗，秋后死亡。茎皮可剥取高级可纺纤维。

罗布麻的抗逆性极强，不怕盐碱和风沙，它的栽培特性为抗盐碱、抗大气干旱、抗风沙、抗寒冷。种植成活即可生存百年以上，每年割取地上部分综合利用，第二年春又萌新枝，取之不尽，不需要灌溉、施肥、打药，只做简单的管理即可正常生长。新疆有着丰富的野生罗布麻资源，主要分布于塔里木盆地塔里木河和孔雀河流域，据不完全统计，新疆南部就有53万公顷（约800万亩）以上。上世纪90年代，由于开垦拓荒而对罗布麻乱采滥伐，造成野生罗布麻受到大面积的破坏。加之农业灌溉面积的不断增大，水资源严重缺乏，新疆南部罗布麻生存环境极度恶化，面积有所减少。国家自2000年以来启动博斯腾湖向塔里木河输水工程后，塔河支流依拉河得到有效治理，流域内的野生胡杨林、红柳、甘草、白刺、罗布麻等野生植被明显恢复，林区植被覆盖率已提高到30%，个别区域达到80%。同时当地政府加大了对野生资源的保护和合理利用，野生罗布麻干麻年产量恢复到了24.4万吨。巴州地区有关科研和技术推广部门也成功地研究开发出人工栽培技术，罗布麻产量得到稳步提高。

2 罗布麻纤维的物化性能

2.1 罗布麻纤维的物理性能

罗布麻纤维是一种韧皮纤维，它位于罗布麻植物茎秆上的韧皮组织内，纤维细长而有光泽，呈非常松散的纤维束，个别纤维单独存在。罗布麻单纤维是一种两端封闭、中间有胞腔、中部粗而两端细的细胞状物体，截面呈明显不规则的腰子形，中腔较小，纤维纵向无扭转，表面有许多竖纹并有横节存在，纤维外观形态见图1。纤维细度约为0.3tex～0.4tex，长度与棉纤维相近，平均长度为20mm～25mm，但长度差异较大，差异幅度为10mm～40mm，细胞宽度约为10μm～35μm，纤维洁白，质地优良。但由于其表面光滑无卷曲，抱合力小，在纺织加工中容易散落，制成率低，且影响成纱质量。罗布麻是麻类纤维中品质仅次于苎麻的优良纤维，若以单纤维与棉纤维或化学纤维混纺，效果较好。

罗布麻纤维内部为空腔，纤维在接收太阳光紫外线时，紫外线被无规则折射并被吸收；另外，麻纤维是呈束纤维存在，其中有相当比例的半纤维素也会大量吸收紫外线。试验证明麻质面料吸收屏蔽紫外线达到96%，比棉纤维高出66%。

罗布麻的化学组成与其他麻类纤维化学组成比较见表2[1]。

罗布麻的化学组成与其他麻类纤维有一定的区别。其果胶含量13.14%，水溶物含量17.22%，居各麻类纤维之冠；木质素含量12.14%，高于苎麻、亚麻、大麻、蕉麻和剑麻；而纤维素含量40.82%是所有麻类纤维中最低的，但也有资料报道约为62%～72%，与亚麻纤维的含量相当。罗布麻纤维的化学组成决定了它的理化性能。根据罗布麻纤维射线衍射与红外光谱分析结果，其内部结构与棉、苎麻极为相似，内部分子结构紧密，在结晶区中纤维大分子排列较为整齐，结晶度与取向度均较高。

罗布麻纤维性能与其他几种主要麻类纤维性能的比较见表3。

2.2 罗布麻纤维的化学性能

2.2.1 罗布麻纤维的药用性能

罗布麻为夹竹桃科茶叶花属植物，含强心甙类（西麻甙、毒毛旋花子甙）芸香甙、多种氨基酸（谷氨酸、丙氨酸、颉氨酸）、槲皮素等。中医理论认为，罗布麻性凉甘苦，具有清热、平肝、熄风、降压、利尿等作用。制成的罗布麻茶、罗布麻药片和罗布麻烟等可治疗高血压等症。罗布麻的枝叶内的白色乳汁含罗布麻苷，对心脏病、高血压有疗效，是目前国内外广泛用于临床的复方罗布麻降压药片的制药原料。地上部分中医入药，用作清热降火、平肝熄风，主治头痛、头晕、失眠等症。

2.2.2 罗布麻纤维的抑菌性能

试验表明，罗布麻纤维具有良好的抑菌性，对白色念珠菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌等有明显的抑制作用，对皮肤病、褥疮、湿疹和妇科疾病有较好的防治作用，同时对感冒、慢性支气管炎等疾病也有一定的防治作用。

洗涤后纤维的药用效果依然存在，洗涤30次后无菌率仍高于一般织物的10倍～20倍[2]。对此，青岛大学纺织服装学院进行了严谨的试验研究，并得出了客观的数据，以棉纤维与罗布麻纤维作对比，见表4和图2结果[3]。

由表中数据可以看出罗布麻纤维对革兰染色菌类都有一定的抗菌抑菌性能，尤其是绿脓杆菌的作用能力比较强。

图2中：a1～ a4分别为罗布麻纤维对金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、白色念珠菌作用后的结果；b1～ b4分别为棉纤维对金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、白色念珠菌作用后的结果。

罗布麻的发现和使用已有上千年历史了，随着对罗布麻相关研究的进一步深入，它“野生纤维之王”的美誉正逐步显现，它的独特价值将会被人们更好地开发和利用。

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植物纤维化学篇7

纸浆报验时通常成张大包捆扎（不论是否打孔），湿的或干的；但也有成块状、卷状或呈粉末状及粉片状的。木浆可呈棕色或白色，它可用化学品半漂白或漂白，也有的未经过漂白。木浆加工后如果进行了旨在提高其洁白度（亮度）的任何处理，均视为半漂白或漂白。纸浆除用于造纸行业外，一些纸浆（尤其是漂白浆）还可作为纤维素的原料用于制造各种产品，例如人造纤维纺织材料、塑料、清漆及炸药，也可用于加工牲口饲料。

木浆

木浆是国际贸易上最重要的纸浆，根据加工方法分为“机械木浆”、“化学木浆”、“半化学木浆”或“化学机械木浆”。制浆木材一般分为两种，一种叫针叶材，属于裸子植物，如松树、云杉、冷杉等，其质地较软；另一种叫阔叶材，属于被子植物，如杨树、白桦、椴木等，其质地较硬。针叶材的质地较软、颜色较浅、纤维较长，适宜生产优质纸浆，抄造高级纸张，故认为针叶材的质量较好。

机械木浆（归入税目4701）

机械木浆是指仅通过机械加工方法获得的木浆，机械法制浆实质上是磨浆，即在水冲刷下通过机械碾磨将已去树皮及节瘤的木材离解或碾磨成木质纤维。木材未经预蒸汽处理而碾磨生产出来的叫“白”机械木浆，其纤维脆弱易断裂。碾磨前可先将木材进行预蒸汽处理，得褐色的韧度较大的纤维。

机械木浆的主要品种有：

（1）石磨木浆，圆木或木块在常压下用磨石磨碎而得；

（2）加压石磨木浆，圆木或木块在加压磨石中磨碎而得；

（3）木片机械木浆，木片在常压下通过圆盘磨浆机制得；

（4）热压木片机械木浆，木片经高压汽蒸处理后再经过圆盘磨浆机制得。

机械木浆的优点是得浆率高，缺点是木素含量高、纤维比较短，所得产品较为脆弱。因此机械木浆通常不单独使用，一般与化学木浆混合使用，新闻纸通常就是用这种混合浆制得的。

化学木浆

化学木浆是先将木材切成木片或木粒，然后用化学品加以处理制得。经过这种处理，去除了大部分木质素和其他非纤维素物质。化学木浆分为溶解级化学木浆和非溶解级化学木浆。

（1）溶解级化学木浆（归入税目4702）

溶解级化学木浆是指温度在20℃时浸入含18%氢氧化钠的苛性碱溶液内，一小时后，按重量计含有92%及以上的不溶部分的碱木浆或硫酸盐木浆，或者含有88%及以上的不溶部分的亚硫酸盐木浆。对于亚硫酸盐木浆，按重量计灰分含量不得超过0.15%。

常用的化学品有氢氧化钠（“烧碱”法）、氢氧化钠与部分转化为硫化钠的硫酸钠的混合物（“硫酸盐”法）、亚硫酸氢钙或亚硫酸氢镁（“亚硫酸盐”法）。

溶解级化学木浆较用同样原料制得的机械木浆纤维要长，纤维素要多。这种木浆经专门精制或提纯以适应其用途的需要。它被用来制造再生纤维素、纤维素醚和纤维素酯，以及这些材料的产品，例如板、片、膜、箔、带、纺织纤维和特种纸张（例如感光纸、滤纸和植物羊皮纸的纸基）。按其最终用途或最终产品，也被称为粘胶纸浆、醋酸纤维纸浆等。

（2）非溶解级化学木浆

①碱木浆或硫酸盐木浆(归入税目4703)

碱木浆或硫酸盐木浆是用强碱溶液蒸煮通常为木片状的木材制得。碱木浆用的煮液是氢氧化钠溶液；硫酸盐木浆用的煮液是经改性的氢氧化钠溶液。因为在调制煮液的过程中使用了部分转化为硫化钠的硫酸钠，所以制得的木浆称为“硫酸盐”木浆。硫酸盐木浆用于生产吸水产品以及需具有高抗撕裂度、抗张强度和耐破度的纸和纸板。

注意：“绒毛浆”是硫酸盐木浆中的代表品种。绒毛浆是一种由木纤维制成的纸浆，而非用棉短绒制成的纸浆。可通过化学或化学机械方法制造，用做绒毛浆的木浆包括硫酸盐木浆、亚硫酸盐木浆和漂白的化学热磨机械浆。绒毛浆的特点是吸液性能好，主要应用于妇女卫生产品、婴儿纸尿裤及无尘纸、非织造布等一次性卫生产品。 通过化学法制得的绒毛浆相对纯度较高，吸液性能较好，是最好的绒毛浆。国际贸易中常见的绒毛浆多为硫酸盐木浆，且绒毛浆均为漂白木浆，根据其纤维组成和加工方法一般归入4703.2100或4703.2900，而不应归入4706.1000（棉短绒纸浆）。

②亚硫酸盐木浆（归入税目4704）

用亚硫酸盐和亚硫酸氢盐制得的木浆称为亚硫酸盐木浆，常用制浆化学品有亚硫酸氢钙、亚硫酸氢镁、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢铵，这些化学品可在调制煮液的过程中使用。这种制浆法广泛应用于处理云杉纤维。

这种木浆可单独使用或与其他纸浆混合使用，用于制造各种书写或印刷纸张，也用于制造防油纸或高光泽透明纸。

通过机械和化学联合制浆法制得的木浆（归入税目4705）

这类木浆又分别称为半化学木浆、化学机械木浆。

半化学木浆是经两种工艺处理制得，首先将通常为木片状的木材在浸煮器中用化学方法软化处理，然后再进行机械磨浆。这种木浆含有大量杂质和木质物质，主要用于制造中等质量的纸。半化学木浆一般又被称为半化学中性亚硫酸盐纸浆、半化学亚硫酸氢盐纸浆或半化学牛皮纸浆。

化学机械木浆是将木材碎片、刨花、锯末或类似品在磨浆机中通过摩擦作用磨成纤维状。为便于溶解纤维，在磨浆时或作为预处理加入了少量的化学品。也可对木材在不同压力和温度下，进行不同时间的蒸煮处理。根据生产时所采用的复合工艺及各道工艺的次序不同，化学机械木浆又称为化学热压机械木浆、化学木片机械木浆或热压化学机械木浆。化学机械木浆主要用于生产新闻纸、薄棉纸及图表纸。

其他纤维状纤维素浆

除木浆外，棉短绒、稻草、针茅、亚麻、苎麻、黄麻、大麻、西沙尔麻、甘蔗渣、竹子及各种草及芦苇也都是传统的造纸原料。

棉短绒纸浆（归入税号4706.1000）

棉短绒纸浆是用纺织行业不具有可纺性的通常长度不超过5毫米的棉短绒（归入税目1404，一般用于生产人造纤维、火药或造纸）制成。

其他纤维状纤维素浆（归入税目4706）

（1）机械法制其他纤维状纤维素浆归入税号4706.9100。

（2）化学法制其他纤维状纤维素浆归入税号4706.9200。

（3）机械化学法制其他纤维状纤维素浆归入税号4706.9300。

从回收（废碎）纸或纸板提取的纤维浆（归入税号4706.2000）

这类纸浆报验时通常为压打成包的干燥片状，由不同成分的纤维素纤维混合组成，可经漂白或未漂白。这些纸浆是通过清洁、筛分及精化等一系列机械或化学工序制得，根据所用原材料和加工程度的不同，纸浆中会含有少量的油墨、粘土、淀粉、聚合物涂料或明胶等残余物质。

回收（废碎）纸或纸板（归入税目4707）

回收（废碎）纸或纸板包括削、切、剪、撕的废纸及纸板、旧报纸和旧杂志、校样、报废印刷品及类似废品，也包括纸和纸板的碎料。这些废碎品报验时一般压打成包，通常用于制造纸浆，根据原纸品的种类及纸浆成分的不同归入税目4707项下的不同税号。必须注意，即使这些废碎品用于制浆以外的其他方面（例如，包装），也仍归入税目4707项下。但是纸丝（即使是以废纸制成），也不归入税目4707，而应归入税目4823（其他纸制品）项下；用于回收贵金属的含贵金属或贵金属化合物的废碎纸或纸板归入税目7112（含有贵金属或贵金属化合物的废碎料，主要用于回收贵金属）项下。

背景资料

植物纤维化学篇8

关键词蒸汽爆破;技术研究;预处理;木质纤维素

中图分类号 S210.7 文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)11-0278-03

在当今世界上,石油、煤、天然气等化石能源的储量是有限的,随着人类文明的进一步发展,对各种能源的需求量也是越来越大。石油、煤、天然气等化石能源的储量随着人类的开采渐趋枯竭。这就促使人们致力于各种低成本、可再生的新能源的开发[1]。植物纤维具有天然、可再生等特性[2],因此利用植物纤维这一巨大的可再生资源,提供人们所需的能源和其他化工产品已成为一种趋势。植物纤维的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素,它们主要存在于细胞(纤维是植物细胞中的一种主要细胞形式),其中,纤维素是纤维的骨骼物质,而木质素和半纤维素以包容物质的形式分散在纤维之中及周围[3]。研究表明,利用酸或酶水解技术可以将其中的纤维素和半纤维素转化为单糖,并可进一步发酵成酒精、糖醛、丙酮、丁醇等化工原料或生产蛋白饲料等其他高附加值产品[4,5],甚至可以通过一些手段,将植物纤维中的纤维素、半纤维素以及木质素转化为生物汽油等产品。但是,由于植物纤维本身构造的原因,对其进行直接酶解的利用率极低,因此需要对其进行预处理。

蒸汽爆破(简称“汽爆”)预处理是近年来发展迅速的一种预处理方法。原料用蒸汽加热至180~235℃,维压一段时间,在突然释压喷放时,产生二次蒸汽,体积猛增,在机械力的作用下,将固体物料结构破坏[6]。

1蒸汽爆破技术的发展及其应用

蒸汽爆破技术始于1926年,为间歇法生产,主要用于生产人造纤维板。从20世纪70年代开始,此项技术被广泛用于动物饲料的生产和从木材纤维中提取乙醇和特殊化学品。其后此项技术得到很大发展,应用领域逐步扩大,发明了连续蒸汽爆破法生产技术及设备,如加拿大Stake Technology公司开发的连续蒸汽爆破法工艺及设备,并产生许多专利。80年代后期,Stake Technology公司将此项技术应用于制浆造纸领域,并与加拿大魁北克大学共同研究,对杨木及许多非木材纤维原料进行了大量的蒸汽爆破试验,取得了很好的结果。

蒸汽爆破技术最早由Mason发明并用于制浆过程,称为Masonite法[7,8]。随后,在此工艺基础上,人们对蒸汽爆破制浆进行了大量的研究与改进,产生了Stake和Kokta法以及其他一些重要的爆破工艺,如Iotech和Siropulper。目前,蒸汽爆破技术用于制浆已经达到工业化,成为该技术应用最广、研究最深入的一个领域。

蒸汽爆破技术还广泛用于动物饲料加工,尤其是草食动物粗饲料的加工。刘东波等[9]用小鼠对汽爆秸秆的饲用安全性进行测试。试验表明,秸秆汽爆后安全无毒,可以作为动物饲料,并且可以提高动物对饲料的消化率。另外,还可以刺激动物的免疫反应,增强动物的免疫能力。目前,利用蒸汽爆破技术加工动物饲料已经达到工业化。

利用蒸汽爆破技术处理秸秆,将其进行糖化发酵后制备燃料酒精,已经成为目前研究的主要内容之一。秸秆经过蒸汽爆破之后,其酶解率可达80%~90%,比未经汽爆的秸秆酶解率提高了60%~70%。另外,陈洪章等[10]研究发现,麦草秸秆经汽爆后,其半纤维素和部分木质素降解为分子物质,并且使纤维疏松,具有多孔性。

另外,蒸汽爆破技术还广泛应用于制糖、建材、发酵剂以及木质纤维素原料预处理[11]等领域。随着研究的深入,在植物纤维的高效分离和纤维素预处理活化、固体废弃物处理等领域中,蒸气爆破技术将得到更多的关注和更广泛地应用。

2蒸汽爆破的作用过程及原理分析

蒸汽爆破主要是利用高温、高压水蒸汽处理纤维原料,并通过瞬间释压过程实现原料的组分分离和结构变化。植物细胞中的纤维素为木质素所粘结,在高温、高压蒸汽作用下,纤维素结晶度提高,聚合度下降,半纤维素部分降解,木质素软化,横向连接强度下降,甚至软化可塑。当充满压力蒸汽的物料骤然释压时,孔隙中的水汽急剧膨胀,产生“爆破”效果,可部分剥离木质素,并将原料撕裂为细小纤维[12]。在蒸汽爆破过程中,具有细胞结构的植物纤维原料在高压、高温介质下汽相蒸煮,半纤维素和木质素产生一些酸性物质,使半纤维素降解成可溶性糖;同时,复合胞间层的木质素软化并部分降解,从而削弱了纤维间的粘结。然后瞬间迅速减压,介质和物料共同完成物理的能量释放过程。物料内的汽相介质喷出,瞬间急速膨胀,同时物料内的高压液态水迅速暴沸形成闪蒸,对外做功,使物料从胞间层解离成单个纤维细胞。

蒸汽爆破过程可以分为2个阶段[13,14]:一是汽相蒸煮阶段。具有细胞结构的植物纤维原料在高温、高压介质下汽相蒸煮,高压蒸汽渗入到物料内的空隙,半纤维素和木质素产生一些酸性物质,使半纤维素降解成可溶性糖;同时,复合胞间层的木质素软化并部分降解,降低了纤维的粘结强度,而产生纤维素链的类酸性降解、热降解和物理断裂。二是爆破阶段。在汽相饱和蒸汽和高温液态水2种介质共同作用下,通过骤然释压,介质和物料共同完成物理能量的释放,这一过程为瞬间的绝热过程,并对外做功。软化的物料在膨胀气体的冲击下产生剪切力变形运动,并发生分离。在这一过程中,已渗入纤维素内部微原纤晶体束间的蒸汽水分子以气流的方式高速瞬间释放出来,会使纤维素的微纤丝及晶胞间产生摩擦和碰撞,使晶区变小,可及的晶区表面增大,非晶区和晶区的氢键发生断裂和重排。

一般认为,在蒸汽爆破过程中,存在着以下几方面的作用[15,16]:一是类酸性水解作用及热降解作用。蒸汽爆破过程中,高压蒸汽进入纤维原料中,并渗入纤维内部的空隙。在水蒸汽和热的联合作用下产生纤维原料的类酸性降解以及热降解,低分子物质溶出,纤维聚合度下降。二是类机械断裂作用。在高压蒸汽释放时,已渗入纤维内部的热蒸汽分子,以气流的方式从较封闭的孔隙中高速瞬间释放出来,纤维内部及周围热蒸汽的高速瞬间流动,使纤维发生一定程度上的机械断裂。这种断裂不仅表现为纤维素大分子中的键断裂、还原端基增加、纤维素内部氢键的断裂,还表现为无定形区的破坏及部分结晶区的破坏。三是氢键破坏作用。在蒸汽爆破过程中,水蒸汽渗入纤维各孔隙中并与纤维素分子链上的部分羟基形成氢键。同时,高温、高压、含水的条件又会加剧对纤维素内部氢键的破坏,游离出新的羟基,增加纤维素的吸附能力。瞬间释压爆破使纤维素内各孔隙间的水蒸汽瞬间排除到空气中,打断纤维素分子内的氢键。分子内氢键断裂的同时,纤维素被急速冷却至室温,使得纤维素超分子结构被“冻结”,只有少部分的氢键重组。这样溶剂分子容易进入片层间,而渗入的溶剂进一步与纤维素大分子链进行溶剂化,并引起残留分子内氢键的破坏,加速葡萄糖环基的运动,最后导致其他晶区的完全破坏,直至完全溶解。四是结构重排作用。在高温、高压下,纤维素分子内氢键受到一定程度的破坏,纤维素链的可动性增加,有利于纤维素向有序结构变化。同时,纤维素分子链的断裂,使纤维素链更容易再排列。

3蒸汽爆破功率分析

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由于蒸汽爆破过程时间极短,可以视为绝热膨胀。有效爆破功率Pe是以时间度量的有效爆破功。因此Pe可以用下式表示[6]:

M=φαρV

式中:M-T时间内膨胀的介质量;ΔH-爆破前后介质焓差;T-爆破时间;φ-爆破系数,与物料有关;α-物料中气态介质所占比例;ρ-爆破前爆破介质密度;V-爆破前物料体实际体积;s、L、m分别代表气相介质、高温液态水和爆破物料。

上述公式可以定性说明以下几个问题:一是汽相介质。在物料间隙中的饱和蒸汽的爆破系数φ接近于1,也就是说物料中的饱和蒸汽绝大部分以爆破的方式膨胀。α代表物料中气态介质所占比例,液体比例大,爆破效果就差,因此物料中含水量对爆破作用影响较大。随着爆破压力增加,ρ值和ΔH值升高。据物性手册介绍,汽相的焓低压时上升较快,在2.0MPa基本达到最大。因此,并非压力越高越好。另外,压力过高,操作时间极短,更不易控制。二是液态介质。单位体积液态水和相同温度下水蒸气的热焓值相比大得多,但它的膨胀系数极小,这部分焓差需转化为蒸汽才有爆破作用。虽然可以减压闪蒸,但由于汽化阻力太大,只有少量的汽化。因此,φ系数极小。三是爆破时间。物料的膨胀系数更小,但它对爆破时间和出料口处汽相流失产生一定影响。出料口越小,更多气体热能转化为动能,但出料时间加长,使较多气体在出料口流失,因此出料口必须有一定比例。另外,物料的比表面积越小,即物料的尺寸大些,可以减小出料口气体流失。

4影响蒸汽爆破的主要因素

影响蒸汽爆破的主要因素有以下几个方面[14,17-19]:

(1)纤维原料的种类和来源。蒸汽爆理对纤维原料的组分分离和超分子结构的影响与纤维原料的种类及来源有密切关系。有关研究指出,蒸汽爆破的效果与原料的孔隙度也密切相关,纤维原料的形态结构和超分子结构的变化程度取决于原料的孔隙度。孔隙度大,则有利于爆理,孔隙度小,则要求更剧烈的爆破条件。

(2)蒸汽爆破前的预浸处理。预浸处理的主要目的是将纤维软化,有利于爆破时纤维在不受机械损伤情况下分离。同时预处理使纤维发生一定的润胀,有利于加大水蒸汽的渗入程度,加大水合作用,从而提高处理效果。

(3)爆破压力和维压时间。蒸汽爆破过程实际就是纤维原料高温软化,在削弱纤维素间的粘结前提下,突然减压时介质的急速膨胀作用将纤维分离。如果介质爆破功率越大,则纤维离解程度越高。维压时间的长短,影响到物料中半纤维素的降解和木质素的软化程度以及介质的渗透程度。

爆破压力与维压时间具有相互影响的关系,在国内外研究者中普遍使用爆破强度(logR0)表示。其中R0用下式表示:

R0=texp(T-100/14.75)

式中:t-维压时间,min;T-温度,℃。

(4)爆破后纤维的后处理方式。蒸汽爆理后纤维的不同后处理方式对纤维原料的组分分离及超分子结构也有一定的影响。水、稀碱及乙醇等都是较常用的后处理试剂。爆理后用冷水及热水处理试样,能进一步除去爆理试样的水溶物组分。而稀碱抽提则可将残留的半纤维素和碱溶木质素除去。乙醇代替水处理蒸汽爆破试样,可以阻止爆破后分离的纤维素链的进一步靠近和氢键的重新生成,有利于提高蒸汽爆破纤维的可及度。

5蒸汽爆理方式

蒸汽爆理方式可以分为批式(非连续)处理、连续处理和液相处理3种。批式处理是指,物料投入密闭反应器后,依次经过高温高压、骤然爆破的处理,在这期间不另进行投料。连续式处理是指,物料以一定的速度投入汽爆反应器,经过处理后,以一定的速度排出,从而使整个反应器中的物料保持恒定。目前连续汽爆设备如Stake Technology公司开发的Stake汽爆系统,该系统主要由水平高压消化器(反应器)和1个排料阀门系统构成。其消化器可以通过1个共轴往复喂料器实现连续供料,物料在消化器内的停留时间可以通过喂料器和排料阀门系统控制。液相处理则指的是,先将原料粉碎为1mm以下的颗粒,加水等调成浆状,再通过均质机高压阀进入塞流反应器,反应后物料排出。处理效果受料浆的流速、温度、压力和反应时间等的影响[6]。

批式处理具有设备简单、成本较低的特点,适合于实验室和小型工厂的原料处理,但处理的效率相对低于连续式处理。连续式处理的处理能力较大,效率较高,适合于大型工业应用。但连续式处理的设备较少,目前仅有加拿大的Stake Technology公司拥有此产品,设备价格昂贵。而液相处理需要先对物料进行粉碎,能耗较高,处理后物料的含水量大,容易产生水污染等问题。

6结语

现今,蒸汽爆破技术不仅被广泛应用于食品生产、饲料加工、制糖、建材、发酵剂等行业,而且将其作为木质纤维素酶解制备燃料乙醇的预处理技术也得到了应用。对蒸汽爆破技术,特别是对连续式处理技术和装备开展深入系统的研究,对于开发和利用新能源具有十分重要的现实意义。

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植物纤维化学篇9

【关键词】高速公路;养护;经济;治理;环保;以人为本

前言

近年来随着我国高速公路建设的飞速发展，从1988年第一条高速公路建成通车以来，预计2014年底，高速公路通车里程将达11.17万公里，跃居世界第一。高速公路里程的日益增加加快了经济的快速发展，但是高速公路的不断增加及其科技含量的提高也给高速公路的养护工作提出了越来越多新的问题。在高速公路使用寿命期限内，随着年限的增加，高速公路在其自身使用功能不断下降的同时各种病害也会日益严重。与高速公路建设已取得的巨大成就及远景目标相比，高速公路的养护管理工作却滞后。如何解决公路建设与养护管理之间日益尖锐的矛盾，合理和及时的养护工作显得尤为重要，如何采用科学合理的养护技术，以延长高速公路的使用寿命以及减少养护工作的时间，已引起人们的重视。高速公路养护管理是一项复杂的系统工程，涉及面广、技术性强、难度大，正确理解和评价高速公路的运营状况和服务水平，根据实际情况安排养护维修，不断探索管理新思路，创建安全、舒适、快捷、美观的行车环境，是每位养护管理工作者应积极探索的问题。

一、路基边坡病害原因分析

路基边坡发生破坏的原因很复杂，除与路基形式有关外，地基情况没有勘探清除，设计缺陷、没有按规定施工等，都可能导致出现破坏。破坏的主要原因主要是：雨水冲刷、排水不畅、填料不佳、填挖交界及台阶处理不当、交通事故等等。边坡稳定性分析一般分两个方面，其一是搞清楚最不利工况下边坡稳定系数值，按此来判断边坡的稳定性;其二是将边坡稳定系数与工程设计要求的稳定安全系数进行比较，以此来判断边坡的稳定性是否满足要求。由于边坡加载、混凝土板遇雨水强度降低、坡脚切坡及填土质量不好、压实度达不到要求等额外因素的影响，都会导致边坡失稳。这些偶然因素在高速公路的边坡病害中均有一定的表现。

二、植物纤维毯高速公路养护的概念与施工要点

1、引述。十报告明确提出建设“美丽中国”，给我们交通行业指出了节能环保、技术创新的发展道路，随着重建轻养的观念的转变，路桥隧养护更应在发展中创新，追求经济、环保、美丽……笔者所从事的高速公路路基是采用砂砾土填筑而成，所含的砂砾为全是滚圆形状，汛期季节，路基冲刷甚至塌方时有发生，使得路基防护成为今后的一个重要课题。

2、产品简介。植物纤维毯主要以各种植物纤维材料（如稻秸、麦秸、玉米秆、棉秆、椰壳纤维、大麻、黄麻、亚麻、天然杂草）为原料，结合各种灌、草植物的合理配置，以及保水剂、营养基质的添加，生产多用途的“植物纤维毯”，是近年来国际公认的最有效、最简捷、最廉价的护土保墒、防风固沙、抗冲刷的绿化节能环保产品，并在这个领域获得了多项专利。

3、植物纤维毯说明。一种农林固体废弃物再生利用的新技术;不需占用有限的可耕地种植草坪;运输过程不带土，因此不会产生弃土弃渣;由工厂规模化生产，是由合成纤维和植物纤维加工而成，主要用于提高植物成活率，有效控制水土流失，成地毯状产品。植物纤维毯铺设完成就能发挥护土、固种作用，使传统的低效率水土保持技术模式发生根本性的转变，大幅度提高水土流失治理效率和效果，是一种可以简化种植过程、提高种植质量的施工模式。

植物纤维毯技术本着叶落归根、秸秆还田涵养土壤的理念，将农、林产业中过剩的生物质资源转化为生态环境保护工程的工业化生产的工程技术产品，能够快捷、方便的异地转移用于植被缺失地区，有效的改善表层土壤结构，增强抵御风蚀、水蚀能力;创造相对优势的局域生态环境，有效呵护植物种子萌芽、出苗、展叶，促进多元化植被形成和演替进程。实现生物质材料快速覆盖，抗逆性种源快速回归，地表微生态环境迅速改善，多元化植被快速恢复的目标。

植物纤维毯铺设完成就能发挥护土、固种作用，使传统的低效率水土保持技术模式发生根本性的转变，大幅度提高水土流失治理效率和效果，是一种可以简化种植过程、提高种植质量的施工模式。根据坡比和坡长，可以使用不同抗拉强度的网和缝合线;根据抗侵蚀要求和目标植被需要，可以采用秸秆、椰丝等不同生物质材料组成不同厚度和混合比例的基质层，可以加入不同配方的种子和营养物质。纤维毯覆盖地表既起到固土、护土作用，也能保种、育苗，维系植物生长所需。种子落地生根，植株体发育生长，直到枝叶伸展、根深蒂固都可以在植物纤维毯的呵护下完成。随着植株体木质化程度提高，植被生态护坡的作用增强，纤维毯逐步降解成为地表腐质层。

4、植物纤维毯施工作业。①植物纤维毯不需要特别的铺装设备，首先将作业面上原有绿化杂草连根清除。②人工挖除原护坡上的石灰土，清理石块，草根等垃圾。③回填绿化土、碎土、整坡、夯实。④而后将植物纤维毯沿坡面由上至下铺于坡面上，纤维毯与坡面之间保持平顺，坡顶需预留40～80cm，埋于土中并压实;两毯之间搭接5-10cm，再用专用固定钉等将纤维毯搭接缝锁定，毯面按一定间隔钉钉固定防止移位就可以了。基本要领是：自上而下、顺展铺设、压头埋脚、左右搭接。植物纤维毯能在坡面构建一个具有自身生长能力的防护系统，通过毯状物的初期基本防护功能和植被的后期生长对边坡进行柔性和动态加固，同时可根据边坡沉降蠕动做适应性调整。

三、植物纤维毯试验段

因2013年梅雨期间，致使砂砾卵石土部分路段边坡塌方严重，有的塌方深度达到半米以上，养护施工单位现场勘查时做出人工夯实培土、空心六角块防护的施工方案。并做了试验段，因人工夯实根本无法达到高速公路施工时压实设备的功效，人工培土“贴膏药”式的补土养护只能治标，无法达到保护路基稳定的目的。一场大雨后又要抢修，空心六角块防护的段落，水总是从砂砾石和土的缝隙处钻出，造成空心六角块整体塌陷，后又打入木桩，仍未能切实解决水冲毁现象。针对此情况，经过多方调研，引进国内外先进的植物纤维毯做试验段，探索新型养护，起到圬工防护中防坍塌的同样效果，且造价降低至45%左右，纤维毯降解期长达5年，施工半年内，植物根系即可起到边坡防护效果，且渗水速度较快。现经过一年的试验，防护效果良好，植物根已起到良好的防护作用。

四、植物纤维毯特点

1、施工铺设简便，人均每天可铺设一千平米，大大提高了施工速度，降低了人工成本;与传统草坪相比可节水70%以上。

2、主要有二种系列产品。一种为强力纤维固土毯，由合成纤维网加农作物秸秆和其它植物纤维组成，主要用于坡度大、冲刷力大、硬地质面、风力大或地质松软等环境，需要植物迅速覆盖的工程;另一种为可降解纤维固土毯，由黄麻纤维网加农作物秸秆和其它植物纤维组成，主要用于洼地、低流量渠道、斜坡小、冲刷力小等环境使植物迅速覆盖的工程。

3、基本要求。高速公路的养护是高速公路管理工作的重要组成部分。高速公路建成投入运营后。随着时间的推移，累计交通的增大，使用性能会逐渐衰减，并出现病害。为了保证高速公路快速、畅通、安全、舒适、景观、环保、经济的使用功能.保持高速公路的原设计状态。必须坚持“预防为主。防治结合”的方针，采取合理的养护技术和措施.进行经常性、及时性、长期性、预防性、高质量的养护维修。其目的是能够经常保证公路上的各种工程及设施。如路基、路面、桥涵、隧道、挡土墙、防护坡、绿化以及护栏、照明、标志、监控设施等处于完好状态。

植物纤维化学篇10

【关键词】聚醚醚酮；复合材料；种植体；生物活性

【中图分类号】R318.08【文献标识码】A【文章编号】1003—6350（2016）02—0279—03

作为聚芳醚酮家族的一员，聚醚醚酮(PEEK)是一种特种热塑性聚合物，具有高强度、高刚度、耐腐蚀、抗水解等良好的机械性能及生物相容性[1]，在航空航天、石油化工、汽车及机械制造等领域成功的应用[2]。与钛相比，聚醚醚酮的弹性模量更接近于人体皮质骨，具有良好的塑性能力和射线半透射性，在临床检查(如X线、CT、MRI)和诊断时不需要拆除。20世纪90年代，作为金属植入物的替代品，聚醚醚酮复合材料越来越多的应用于骨科和创伤等领域[3]。1992年，聚醚醚酮首次在牙科中应用，主要用于制造正畸用咬合棒及种植体的临时基台和愈合帽[4]。

1PEEK生物复合材料的种类

随着材料科学、现代生命科学和尺度化学等学科的交互渗透，纳米改性技术的飞跃进步，复合材料合成、制备以及生物改性等关键技术的不断突破，PEEK生物复合材料的研究得到了迅猛发展，各类新型的PEEK基生物复合材料相继出现，提高了PEEK的力学性能，改善了其生物活性。下面，就目前常见的医用PEEK复合材料进行阐述。

1.1纳米活性粒子充填PEEK复合材料

不同种类的纳米无机活性粒子充填PEEK可明显改善PEEK的表面活性。目前，常用的PEEK无机填料主要包括羟基磷灰石(HA)、氟磷灰石(FA)、纳米TiO2等。1.1.1纳米羟基磷灰石PEEK复合材料(HA/PEEK)人体骨组织主要是由纳米级的羟基磷灰石晶体和胶原构成。将HA与PEEK共混制备HA/PEEK复合材料，能显著提高PEEK的生物活性。Yu等[5]将HA/PEEK复合材料浸泡在模拟体液(SBF)中4周。研究发现，各组复合材料表面均出现一层类骨磷灰石膜，成骨效能良好，生物活性随着HA体积分数的增加而增加。Gabriel等[6]对制备的体积分数为0~50%HA晶须增强HA/PEEK复合材料进行纹理分析和拉伸测试后得出，HA晶须和PEEK基体间有较强的界面连接，10%和20%的HA晶须增强PEEK复合材料分别具有90MPa和75MPa的抗拉强度，与人皮质骨的纵向拉伸强度相近，是具有优良的力学性能和生物活性的骨科植入材料。1.1.2纳米氟磷灰石PEEK复合材料(FA/PEEK)氟离子具有抑菌作用，能够减少细菌对复合材料的黏附，较少炎症的发生。纳米氟磷灰石中的氟离子基团较HA中的羟基小，取代羟基后其晶体结构比HA更紧密，提高了材料的稳定性。因此，将纳米级的氟磷灰石晶体与PEEK进行共混改性也是制备新型医用PEEK复合材料的一个不错选择。周聪颖等[7]将柱状纳米FA/PEEK和PEEK种植体各10颗分别植入6只犬的下颌前磨牙区，术后第8周和12周各随机处死3只实验犬。测试结果显示：与PEEK相比，纳米FA/PEEK种植体8周末和12周末的MAR和BIC值较高(P<0.05)，周围新生骨的形成和成熟较快。研究表明，纳米FA/PEEK与骨床结合较佳，成骨效能较好，有利于新骨生长。Li等[8]通过将喷砂和未喷砂纳米FA/PEEK种植体植入Beagle犬的前磨牙区的实验表明，喷砂组的纳米FA/PEEK种植体周围骨体积和骨小梁数量明显高于未喷砂组，生物相容性和成骨性能更优良。可能是由于纳米晶体尺寸减小，增加了材料表面的粗糙度，从而使成骨细胞的成骨功能和代谢活动增强。1.1.3纳米二氧化钛PEEK复合材料(TiO2/PEEK)二氧化钛具有良好的生物相容性、生物活性和亲水性，将纳米TiO2和PEEK共混制备纳米TiO2/PEEK复合材料能显著提高PEEK的生物活性。Tsou等[9]进行了纳米TiO2/PEEK和PEEK的细胞实验，结果表明，纳米TiO2/PEEK比纯PEEK具有更好的成骨细胞相容性。Wu等[10]通过将合成的纳米TiO2/PEEK复合材料进行体内外研究发现：纳米TiO2能促进细胞附着和新骨的再生，改善了PEEK的生物学性能；纳米TiO2/PEEK植入物的周围新生骨体积大约是PEEK的两倍。可见，纳米TiO2提高了植入物周围的骨再生能力，显著地提高了PEEK的生物活性。

1.2纤维增强PEEK复合材料

纤维是指一些直径仅为几微米至几十微米的具有特殊尺寸效应的线性材料。很多纤维均与PEEK有较好的亲和性，将其与PEEK制备成高性能复合材料，可以提高PEEK的弹性模量、机械强度和尺寸稳定性等。目前常用碳纤维(CF)、玻璃纤维(GF)与PEEK制备复合材料。1.2.1碳纤维增强PEEK复合材料(CFR-PEEK)30%碳纤维增强聚醚醚酮复合材料，其弹性模量与骨组织相似，在骨科领域得到了广泛的临床应用。适量CF的加入可以降低材料的摩擦系数和磨损量。刘瑞[11]将CFR-PEEK植入物植入大耳白兔的下颌骨缺损处，于术后8周、12周和16周处死，获取骨组织标本。CFR-PEEK植入物与宿主骨组织交界处骨痂形成量均明显多于对照组，且CFR-PEEK与骨组织结合牢固，具有良好的成骨效能和生物相容性。石志才等[12]将CFR-PEEK植入物植入犬的L6~7椎间，研究发现，复合材料的小孔内有新的骨组织长入，具有良好的成骨效能。此外，有学者在此基础上对CFR-PEEK进行了表面改性，制备出钛/羟基磷灰石双涂层CFR-PEEK复合材料(Ti/HA/CFR-PEEK)和铜镍镀层碳纤维增强聚醚醚酮复合材料，并对其性能进行了研究分析。Stübinger等[13]通过将制备的CFR-PEEK、Ti/CFR-PEEK和Ti/HA/CFR-PEEK种植体植入羊骨盆的研究发现，与未涂层CFR-PEEK相比，Ti/CFR-PEEK或Ti/HA/CFR-PEEK具有较好的生物力学性能和更高的种植体-骨结合率，成骨效能较好。Di等[14]用Cr2O3/H2SO4溶液化学蚀刻CFR-PEEK，然后化学镀铜电镀镍在其表面制备CU/Ni镀层CFR-PEEK复合材料。研究发现，化学蚀刻后CFR-PEEK复合材料的C=O键增多，表面的亲水性能增加，在CFR-PEEK复合材料的表面出现裂隙和部分碳纤维，黏结强度增加。当Cu作为填料时，材料的表面形成薄的、均匀的转移膜，能大大降低材料的磨损率，提高其耐磨性[15]。1.2.2玻璃纤维增强聚醚醚酮复合材料(GFR-PEEK)玻璃纤维具有弹性模量高、强度高、热稳定性好及膨胀系数稳定等特点。顾有伟等[16]将玻璃纤维经上胶剂处理后与PEEK复合制备成GFR-PEEK复合材料，并对其力学性能进行测试。结果显示复合材料的力学性能和抗冲击韧性得到提高。经上胶剂处理后，玻璃纤维表面与PEEK的黏结强度提高，而且对材料因外力而产生的裂纹有阻止作用。

1.3多元共混PEEK复合材料

虽然PEEK与纳米HA或FA共混制备的复合材料均能使其成骨活性明显提高，但其脆性较大，力学性能降低。采用多元共混的方法在HA/PEEK复合材料中添加氟离子、碳纤维或微量元素锶，不仅能弥补上述缺点，同时也改善了PEEK的生物活性。1.3.1纳米氟化羟基磷灰石PEEK复合材料(FHA/PEEK)由于表面粗糙的结构和纳米FHA晶体的协同效应，粗糙表面的纳米FHA/PEEK种植体的生物活性得到提高。Wang等[17]将通过多元共混制备的纳米FHA/PEEK复合材料进行体内外实验。体外实验结果显示，纳米FHA/PEEK复合材料的初始细胞黏附和增殖能力均得到提高且抗菌性能较佳。与光滑组相比，粗糙组的碱性磷酸酶活性和细胞矿化较高，成骨效能较好。体内试验发现，纳米FHA/PEEK组的新生骨体积显著高于纯PEEK组。研究表明，纳米FHA/PEEK复合材料的体外生物相容性和抗菌活性均得到提高，并促进其在体内的骨整合，具有应用于牙组织工程的潜力。1.3.2碳纤维增强聚醚醚酮纳米羟基磷灰石生物复合材料(PEEK/n-HA/CF)刘学勇等[18]制备了不同HA体积分数的PEEK/n-HA/CF复合材料，并将其浸提液与大鼠成骨细胞进行体外培养。研究表明，各组复合材料均无细胞毒性作用，具有良好的细胞相容性和成骨效能，当HA质量分数为20%时，生物活性最强，有望成为一种新型的骨科植入物。Xu等[15]将未处理、喷砂、等离子体处理的PEEK/n-HA/CF种植体分别植入6只比格犬的下颌双侧第三、第四前磨牙牙槽窝内。研究显示，喷砂和等离子体处理的PEEK/n-HA/CF三元复合材料具有促进MG-63细胞增殖分化以及骨整合作用，新生骨体积显著高于PEEK/n-HA/CF组。有学者指出，适度的表面粗糙度能显著增加细胞附着和增殖，促进碱性磷酸酶(ALP)的生产活性和钙结节的形成，增强PEEK/n-HA/CF种植体的生物活性[19]。1.3.3含锶羟基磷灰石增强聚醚醚酮复合材料(Sr/HA/PEEK)锶是一种生物活性元素，能促进成骨细胞的附着和矿化，诱导骨生成，降低骨折风险。Wong等[20]首先制备了含锶羟基磷灰石，然后将其与PEEK进行共混，制备Sr/HA/PEEK复合材料。力学性能测试显示Sr/HA体积分数为25%和30%的复合材料的弯曲模量分别为9.6GPa和10.6GPa，弯曲强度分别为93.8MPa和89.1MPa，显著高于PEEK，力学性能优异。模拟体液中进行的MG-63细胞实验显示，Sr/HA/PEEK复合材料表面磷灰石的形成和细胞矿化均较HA/PEEK和PEEK高。可见，Sr/HA/PEEK复合材料具有良好的力学性能和成骨效能。

2展望

尽管目前的研究已经制备了许多性能优异的PEEK生物复合材料，但距其在临床的广泛应用还存在一定的距离。随着CAD/CAM数字加工和3D打印技术的飞速发展以及生物关键技术的相继突破，在不久的将来有望通过综合运用多种改性技术制备生物相容性更加优异的PEEK生物复合材料，并将其在医用植入领域广泛应用，造福广大患者。

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