1、青岛农业大学大学生创新教育立项申请书项 目 名 称 可降解水果套袋材料的研发 申 请 人 吴殿伟 专业班级 制药 09 级 2 班 指导教师 牛永盛 申请日期 2010 年 10 月 18 日一、人员结构：项 目 人 员 情 况姓 名 性别 年龄 学院 专业班级 专长、发表文章及奖励 承担的工作项目主持人 吴殿伟 男 20化学与药学院制药 09级 2 2010 年优秀学生干部学生会副部长姓 名 性别 年龄 学院 专业班级 专长、发表文章及奖励 承担的工作商佩杰 男 20 化学与药学院药学 09级 22010 年“三好学生” 学生会副部长李勇 男 20 化学与药学院应化 09级 12010 年优
2、秀学生干部 学生会副部长项目组主要成员指 导 教 师 情 况姓名 性别 年龄 学历学位 职称 学院 研究方向牛永盛 男 30 博士 讲师 化学与药学院环境友好型高分子材料指导教师情况简介（包括专长、曾发表文章、奖励情况、指导学生情况等）：指导教师情况简介（包括专长、曾 发表文章、 奖励情况、指导学生情况等）：牛永盛，男，博士，讲师，2009 年毕业于吉林大学。 2004-2009 年，作 为联合培养生在中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室，从事席夫碱催化剂及生物高分子材料聚碳酸酯的合成与应用研究工作；2009 年 8 月，被聘任到青 岛农业大学任教，研究 兴趣集中在 CO
3、2 合成脂肪族聚碳酸酯材料合成研究。近年来，在 Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry、Polymer、Macromolecular Chemistry and Physics 等国内外著名期刊共发表科技论文 12 余篇（其中第一作者有 8 篇），其中 8 篇被 SCI 和 EI 收录，其中的 1 篇SCI 收录的文章被引用次数已在 8 次以上，其中的 1 篇 EI 收录的文章被引用次数已在 7 次以上，同时也担任了 Journal of Applied Polymer Science 的 审稿工作。 项目负责人同时也参与了吉林
4、大学高分子材料实验室研究环境友好型高分子记忆性材料的研究工作，参与省级鉴定成果 3 项，主持项目 3 项，其中国家自然基金一项。1 Yongsheng Niu, Wanxi Zhang, Xuan Pang, Xuesi Chen, Xiuli Zhuang, Xiabin Jing Alternating Copolymerization of Carbon Dioxide and Propylene Oxide Catalyzed by CoIII(salen) and Lewis-basic Cocatalyst, Journal of Polymer Science Part A: P
5、olymer Chemistry. 2007, 45: 5050-5056. (SCI，影响因子 3.821)2 Yongsheng Niu, Wanxi Zhang, Hongchun Li, Xuesi Chen, Jingru Sun, Xiuli Zhuang, Xiabin Jing Carbon Dioxide/propylene Oxide Coupling Reaction Catalyzed by Chromium Salen Complexes. Polymer. 2009, 50: 441-449. (SCI，影响因子3.331)3 Yongsheng Niu, Hong
6、chun Li, Xuesi Chen, Wanxi Zhang, Xiuli Zhuang, Xiabin Jing Alternating Copolymerization of Carbon Dioxide and Propylene Oxide Catalyzed by Cobalt Schiff Base Complex Macromolecular Chemistry and Physics 2009, 210, 12241229. (SCI，影响因子2.202)4 Yongsheng Niu, Wanxi Zhang, Xuan Pang, Xuesi Chen, Quanmin
7、g Li, Xiuli Zhuang, Xiabin Jing SalenCoIII(NO2) as Catalyst for the Alternating Copolymerization of Carbon Dioxide and Propylene Oxide. The 9th International Symposium on Polymers for Advanced Technologie 5 Hongchun Li, Jincai Li, Ying Mu. Homo- and copolymerization of 5-ethylidene-2-norbornene with
8、 ethylene by 2-C5Me4-4,6-tBu2C6H2OTiCl2/AliBu3/Ph3CB(C6F5)4 catalyst system and epoxidation of the resulting copolymer, Polymer. 2008; 49: 28392844.6 Hongchun Li, Jincai Li, Yuetao Zhang, Ying Mu. Ethylene/-olefin copolymerization using diphenylcyclopentadienyl-phenoxytitanium dichlorides/Al(i-Bu)3/
9、Ph3CB(C6F5)4 catalyst systems. Journal of Applied Polymer Science. 2008; 109: 30303036.7 牛永盛，张万喜，庞烜，陈学思，姚卫国. 二氧化碳与环氧化物交替共聚催化剂的最新研究. 高分子材料与工程，第 24卷 (2008) 9:6-9.(EI)8 牛永盛 ，张 万喜，庞烜，陈学思. 席佛碱催化剂（salen Co(III)）催化二氧化碳和环氧氯丙烷共聚的研究. 高分子材料与工程，第24卷 (2008) 11:26-28. (EI)9 张万喜，邓长春，牛永盛 (通讯联系人) ，李海红, 赫然 ，邓鹏飏. 辐射交联
10、对EVOH 纳米复合物力学性能的影响. 功能材料 ，第38卷 (2007) 3617-3620. (EI)10 李红姬, 赫然, 张万喜, 孙国恩, 张莉, 牛永盛. 纳米 TiO2/EVA共混复合材料的制备及其性能. 吉林大学学报( 工学版 )，第36卷 (2006) 5:710-714. (EI)11 李红春，牛永盛( 通讯联系人) ，许良，哈森其木格，李久明，刘宗瑞. 4- 二甲氨基吡啶的一锅法绿色和成. 内蒙古民族大学学报，第 15卷 (2009) 4:135-136.12 牛永盛，张万喜. 硅改性丙烯酸酯乳液的最新进展. 上海涂料，第44卷（2006）3:16-19.13 李红春，牛
11、永盛，曲宝涵. 有机硅改性丙烯酸酯乳液的合成及其涂料性能 . 上海涂料，第 47 卷(2009)12:25-26二、创新项目论证（一）研究的目的、意义（包括立项依据、研究现状、目的意义等）果实的病虫害日益严重，而滥 用农药，不 仅会使果实受到污 染，而且有毒物质的残留问题还会严重影响食品安全，影响水果的品质和竞争力。水果套袋技术的使用，在不影响、不损害水果正常生长与成熟的前提下，不仅隔离农药与环境污染使水果无公害，而且通 过隔离病虫害及尘土的作用使成熟水果表面光 洁、色 泽鲜艳，提高了水果档次，效益显 著。改善外观品质和减少农药残留。 1,2 目 前 市 面 上 的 的 水 果套 袋 大 都
12、是 由 聚 乙 烯 材 料 加 工 而 成 ，然 而 使 用 后 ，该 材 料 是 不 可 降 解 的 ，已 成 为 白 色 污染 的 来 源 之 一 。因此寻求绿色 环保、高能效、低成本的新型生物可降解材料 对促进农业可持续发展意义重大。由 CO2 引起的温室效应对人类及万物生存规则和生命的影响与危害，正在逐步的凸 现与加深。 3 目前我国 CO2 排放量位居世界第二，亚洲第一。若能研制成以 CO2为基础原料的水果套袋材料，这是一种最积 极的变废为宝的方法，不 仅能有效地防止聚乙 烯地膜造成的“白色污染”，还能大大减少废气对大气的污染，有助于保 护 生态环境。 4-6另外，将大气中丰富的 C
13、O2资源固定，还能开辟新 资源， 缓解化工原料的短缺状况。 7-11在一定程度上可以解决温室效应、白色污染、农药污染等问题，从而促进社会全面可持续发展。本研究主要是通过 CO2 与环氧化物（如， 环氧丙烷， 环氧环 己烷等）共聚反应合成一种新型的脂肪族聚碳酸酯材料，围绕 增强该材料的生物可降解性、透气性、透光度和机械性能方面来开展，研究 CO2 和环氧化物共聚反 应的聚合机理，研究该材料的结构与降解性能之间的关系。项目的开展不但为相关的 应用基础理论研究奠定基 础，而且有助于提升我国水果套袋材料的档次水平，占领未来可降解性水果套袋材料合成技术的高端， 实现我国果品业的快速、可持续发展，因此具有
14、十分重要的理 论和现实意义。参考文献：1 王连芹. 水果套袋技术. 现代农村科技 J. 2009; 11:34.2 吴纯清, 程昌凤, 唐晓华. 水果套袋技术及其对果实品 质的影响J. 西南园艺, 2001,29(4)：30.3 Darensbourg DJ, Holtcamp MW. Coord Chem Rev 1996;153:155-74.4 Super M, Beckman EJ, Macromol Symp 1998; 127:89-108.5 Darensbourg DJ, Mackiewicz RM, Phelps AL, et al. Acc Chem Res 2004; 3
15、7: 836-844; 6 Coates GW, Moore DR. Angew Chem, Int Ed 2004; 43: 6618-39. 7 牛永盛 ，张 万喜，陈学思等. 二氧化碳与环氧化物交替共聚催化剂的最新研究. 高分子材料与工程，第 24 卷 (2008) 9:6-9.8 牛永盛，张万喜，陈学思等. 席佛碱催化剂（salen Co(III)）催化二氧化碳和环氧氯丙烷共聚的研究. 高分子材料与工程， 第 24 卷 (2008) 11:26-28.9 Niu Y S, Zhang W X, Chen X S, et al. J Polym Sci Part A: Polym Che
16、m 2007, 45:5050. 10 Niu Y S, Li HC,Chen X S, et al. Polymer 2009, 50: 441.11 Niu YS, Li HC, Chen X S, et al. Macromol Chem Phys 2009; 210: 1224.（二）研究的主要内容（包括方案、完成的方法手段、进程计划、目标等）研究方案：(1) 研究脂肪族聚碳酸酯材料的合成反应机理以及材料的 结构与性能之间的理论关系利用我们小组自主研发的 salen 钴催化剂，催化聚合 CO2和环氧丙烷交替共聚反应，主要研究其聚合反应机理；在此基础上， 优化聚合温度、 时间 、溶剂、催
17、化剂的用量等聚合条件以及 CO2 的压力、环氧丙烷的 组成配方，合成新型的脂肪族聚碳酸酯材料。利用差示扫描热分析、核磁共振、元素分析仪 、傅立叶变换红外光谱、X 射线衍射及电镜等手段，跟踪研究合成材料的结构对其力学性能、 热性能及流变性能的影响，初步建立结构与性能之间的理论关系。(2) 研究脂肪族聚碳酸酯材料结构与透光性能之间的关系研究不同种类的环氧化物与 CO2 共聚反应制备高性能、耐候性好的水果套袋材料，研究其配比，研究增塑剂和热稳定 剂对材料的回潮率、增重率、透水性、透湿性、透光性及机械性能的影响，确定共混的最佳比例条件。(3) 研究脂肪族聚碳酸酯材料结构与降解性能之间的关系研究脂肪族聚
18、碳酸酯材料的生物降解性能。利用 试验样品的堆肥降解 实验， 绘制试验样品的生物分解率曲线图。通过 某一特定样品的生物分解曲 线图的研究，构建材料的 诱导期和降解速率与材料结构之间的关系；通过对比不同结构试验样品的生物降解性能，构建材料 结构生物降解性能的关系。完成的方法手段(1) 利用指导老师独立研发的 salen 钴催化剂，催化 CO2 和环氧化物共聚反应。利用质谱分析研究聚合反应的引发基团，并利用 NMR 测试共聚物的 链结 构，通 过改变聚合反应条件来控制聚合物的微观结构。(2) 选择环 氧化物的种 类，同时对合成的材料进行性能测试，改变环氧化物用量及其种类， 通过对材料的回潮率、增重率
19、、透水性、透湿性、透光性及机械物理性能的研究，为水果套袋材料的微观结构供理论依据。(3) 通 过选择增塑剂和热稳定剂的种类及其用量利用共混技术，增加水果套袋材料的韧性和防止水果套袋材料进一步加工过程中的热降解。初步建立微量添加 剂对材料性能之间的关系。(4) 加工成一系列水果套袋薄膜试验样品。通过物理性能测试，构建组成结构性能之间的关系；通过生物降解性能实验。对试验样品进 行了填埋降解 实验，通 过样品的生物分解率曲线图，构建组成 结构生物降解性能之 间的关系。进程计划：2011 年 1 月2011 年 12 月(1) 研究 CO2 和环氧化物共聚反应，优化 CO2压力、温度、时间、溶 剂、催
20、化剂用量等反应条件，研究 CO2 和环氧丙烷 共聚反应的聚合机理。(2) 调节环氧化物的种类和用量，合成不同主链结构的脂肪族聚碳酸酯材料。利用检测手段，研究合成材料的结构对 其力学性能、 热性能及流变性能的影响，初步建立结构与性能之间的理论关系。2012 年 1 月2012 年 12 月(1) 研究增塑剂和热稳定剂对二氧化碳基农用地膜材料的影响。(2) 研究水果套袋材料的降解性能实验：重点研究环氧化物的种 类及其用量引起的链结构对降解性能的影响，以实现 材料的降解为研究目标。研究目标：针对目前水果套袋不可降解的特点，结合专业课程，根据我们小组在该领域的研究理论基础， 通过 CO2和环氧化物共聚
21、反 应机理的研究，合成一种新型脂肪族聚碳酸酯材料，构建水果套袋材料的结构与生物可降解性能之间的关系，为进一步 实现环境友好型水果套袋提供理论和应用的依据。（三）条件分析（包括人员结构、资料准备和实验条件等）人员结构本课题组有较强的专业，3 名学生分 别是制药、 药学和应用化学三个 专业，具有较强的专业基础。另外指导教师正主持多 项研究课题，在高分子材料合成、脂肪族聚碳酸 酯材料制备、具有低温记忆效应的共混多相高分子材料和功能材料的设计及制备技术等研究工作，积累了丰富的经验，形成了一个有实 力的科研团队，具有承担 课题 研究的能力。资料准备为本课题的实施与完成打下了良好的基础。本 课题组已查阅
22、大量的文献资料， 对本课题国内外研究状况有较透彻的了解，并根据 专业课程的学习 已找到了该项研究工作的切入点。指导教师的研究工作主要集中在环境友好型高分子材料的研究。近三年来，在 Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry、Polymer、Macromolecular Chemistry and Physics、高分子材料与工程 等国内外著名期刊共发表科技论文 20 余篇，其中 10 篇被 SCI 和EI 收录，其中文章 Yongsheng Niu, et al. Journal of Polymer Science Part A:
23、 Polymer Chemistry. 2007, 45: 5050-6.已在国际重要期刊上引用高于 8 次，同时也担任了 Journal of Applied Polymer Science 的审 稿工作。指导教师同时也参与了吉林大学高分子材料实验室研究环境友好型高分子记忆性材料的研究工作，完成省 级鉴 定成果 3 项。主持 课题 3 项，其中国家自然基金 1 项。这些工作与 积累， 为本课题的实施与完成打下了良好的基 础。实验条件本项目中需要使用的主要试验设备有：(1) 傅立叶变换红外光谱仪；(2) 差热分析和热重分析仪；(3)色谱 分析仪等大型仪器；(4) 高分子材料材料测试机；(5)
24、成型机；(6) 平板硫化机等高分子材料测试仪器；(7) 荧光光谱仪；(8) 紫外- 红外分光光度计； (9) 拉曼光谱仪；(10) 薄层色谱扫描仪；(11)制备色谱仪等。此外， 实验室中有大量中小型实验仪器装置，如 0.1L, 1L, 5L 的水热合成压力釜、真空线、离心机、旋转蒸发仪等，旋光仪、介 电常数测定仪、比表面测定仪等物理化学常数测定仪器。这些设备实验室均具 备，性能 稳定可靠，维修保养良好，具备进行项目基本性能测试的试验。（四）项目创新点(1) 以 CO2为基 础原料，制备水果套袋材料。 实现 CO2 的固定，这不仅能大大减少 CO2对大气的污染，有助于保 护生态环境，而且更主要的
25、是开辟了新资源，缓 解化工原料的短缺状况。 CO 2 价格便宜，在很大程度上，降低水果套袋的制造成本。 开辟了将 CO2 固定为可降解水果套袋材料的研究领域。(2) 利用 CO2 与环氧化物的共聚反 应，合成新型的脂肪族聚碳酸酯材料。通过调节环氧化物单体的种类和添加量，实现 水果套袋材料的生物可降解性。 通过不同环氧化物单体的引入，改 变了不同的脂肪族聚碳酸 酯材料的结构，由原来的在酶作用下的降解，调解为 非酶条件下可降解。 通过调节环氧化物单体的量可以实现新型碳酸酯材料的高透光性。 增塑剂和热稳定剂的加入是增加水果套袋的韧性和防止材料加工过程中可生物降解塑料的热降解。三、研究成果主要研究阶段
26、 阶 段 及 成 果 形 式2011 年 1 月2011年 12 月2012 年 1 月2012年 12 月 获得三元共聚反应的聚合条件以及聚合反应机理； 核心期刊论文 1 篇以上。 获得具有高性能的水果套袋材料的工艺配方； 核心期刊论文 1 篇以上。最终完成时间 最终成果形式2012 年 12 月 获得具有高性能的水果套袋材料的工艺配方； 核心期刊论文 2 篇以上。四、经费预算总额2000.00 元开支项目（1）调查（差旅费）：300 元（2）资料（包括复印、抄录费）： 500 元（3）材料费：1100 元（4）上计算机费：100 元（5）其他 0.00 元年度预算2011 年 1 月2011 年 12 月 1200.00 元2012 年 1 月2012 年 12 月 800.00 元
