基于nano-Cu2O/海藻酸钙海绵体材料的制备及阻燃、抗菌机理研究

Calcium alginate (CaA) and cuprous oxide nanoparticles (nano-Cu2O) are emerging green flame retardant and antibacterial materials, respectively, therefore, combining CaA and nano-Cu2O to prepare CaA/nano-Cu2O sponge material with flame retardant and antibacterial activity has important application value. Unfortunately，the preparation method and principle need to be further explored, moreover, the mechanism of flame retardant and antibacterial also should be further improved. In this project, firstly, we intend to study on the preparation of nano-Cu2O and doped to CaA macromolecular network via in situ method, then, multifunctional CaA / nano-Cu2O sponge will be further prepared by catalytic gas hole technology. Study on the antibacterial properties of the prepared sponge, Analysis the relationship of nano-Cu2O size , distribution in the sponge and dose-response with antibacterial properties, investigation on its antibacterial mechanism via the effect on the bacterial cell wall, cell membrane, DNA, proteins, et al. evaluation on the performance of flame retardant and the effect of nano-Cu2O and the hole to flame retardant property, to further elucidate flame retardant mechanism of CaA / nano-Cu2O sponge. All these research is of great theoretical significance to speeding up the development of CaA / nano-Cu2O sponge and its later application.

海藻酸钙（CaA）和纳米氧化亚铜（nano-Cu2O）分别是新兴的绿色阻燃材料和抗菌材料，将其复合制备Nano-Cu2O/CaA阻燃抗菌海绵体，因兼具阻燃、抗菌、弹性、吸音、保温等功能而具有重要的应用价值。鉴于该材料制备方法、原理尚不成熟，阻燃、抗菌机理尚不完善，本项目拟通过原位法将nano-Cu2O掺杂到CaA大分子网络，并通过过碳酸钠常温催化发气致孔技术制备这一多元复合材料。通过抗菌性能研究，阐明海绵体中nano-Cu2O粒径、形貌、量效与抗菌性强弱的关系，通过系统研究海绵体对细菌的细胞壁、细胞膜、DNA、蛋白质等的影响，进一步完善其抗菌机理。通过阻燃性能评价，通过气相、凝固相多角度深入探讨海绵体空穴、nano-Cu2O、金属离子、CaCO3对CaA阻燃性能、燃烧性能的影响及其作用机制，阐明阻燃机理。这对多功能Nano-Cu2O/CaA海绵体的制备和应用具有重要的理论指导意义。

因为海藻酸盐基材料是海洋可再生生物材料，而且具有本质阻燃性能，故具有很大的发展潜力。然而，纯海藻酸钙材料有限的阻燃和抗菌性能阻碍了其在该领域的进一步发展。有些研究表明，无机纳米材料可以改善这些缺陷，但无机纳米材料的团聚行为影响了其快速发展。因此，合理构建和设计海藻酸盐基无机纳米杂化材料对其阻燃抗菌性能的提高至关重要。本项目在海藻酸钠凝胶中原位法制备无机纳米粒子、原位催化产气膨化，尔后通过离子交换交联反应获得高阻燃抗菌性能的包括海绵体在内的海藻酸盐基多功能材料，有效提升了阻燃抗菌性能。继而研究了纳米粒子的形成与稳定机制，揭示或者完善了阻燃、抗菌增强机理。本项目具体取得的重要进展如下：开展CaAlg/nano-Cu2O海绵体杂化材料制备工艺条件优化，结构表征、抗菌性能与阻燃机理研究，并进行了CaAlg/nano-CaCO3海绵体部分拓展研究，进一步完善阻燃机理。本项目的实施，不仅发展了海藻酸钙/nano-Cu2O海绵体抗菌阻燃材料的制备技术，完善了阻燃、抗菌理论，而且构建了全新的海藻酸盐基无机纳米材料改性杂化材料研究领域。通过系统研究包括海藻酸钙/nano-Cu2O海绵体阻燃抗菌材料、海藻酸钙/nano-CaCO3海绵体阻燃材料、海藻酸锌/nano-Cu2O阻燃抗菌材料、海藻酸钙/nano-AgCl超低烟阻燃抗菌材料、海藻酸钙/nano-Ag3PO4阻燃抗菌杂化材料、海藻酸钙/nano- Ca2B2O5·H2O阻燃杂化材料、海藻酸钙/nano- CaWO4阻燃荧光材料、海藻酸钙/石墨烯阻燃吸附材料等，不仅使得海藻基杂化材料的极限氧指数超过50%、高达60%，抑菌率超过95%、高达99.7%，而且对无机纳米材料在火灾中对海藻大分子的催化降解作用机制、阻燃、抗菌性能的形成机理进行了补充和完善，为未来发展这一极具产业化和应用潜力的新材料，创建了一种新的构建方案和理论指导与技术支撑。