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第十章 天然高分子.pdf
第十章 天然高分子
10.1 纤维素、木质素材料
10.2 淀粉
10.3 甲壳素、壳聚糖材料
主要内容
10.4 其他多糖材料
10.5 蛋白质材料
10.6 天然橡胶材料
传统材料的弊端
• “不使用也不产生有害物质,利用可再生资
源合成环境友好化学品”已成为国际科技前
沿领域。
• 世界石油资源日益减少,原油价格不断上涨,
使传统的合成高分子工业的发展受到制约。
• 合成高分子材料很难生物降解,造成环境污
染日益严重。
塑料的贡献与白色污染
• 塑料被列为20世纪最伟
大的发明之一,塑料的
普及被誉为
白色革命
• 由于塑料包装物大多呈
白色,它们造成的环境
污染被称为
白色污染
白色污染的防治
研究开发降解塑料(1970s)
降解塑料主要有两类:
光降解塑料
生物降解塑料
(如填充淀粉塑料/全淀粉塑料)
天然高分子的优势
• 可再生天然高分子来自自然界中动、植物以及微生物
资源,它们是取之不尽、用之不竭的可再生资源。
• 这些材料废弃后容易被自然界微生物分解成水、二氧
化碳和无机小分子,属于环境友好材料。
• 天然高分子具有多种功能基团,可以通过化学、物理
方法改性成为新材料,也可以通过新兴的纳米技术制
备出各种功能材料。
• 很可能在将来替代合成塑料成为主要化工产品。
现 状
• 世界各国都在逐渐增加人力和财力的投入对
天然高分子材料进行研究与开发。
• 近10 年,有关天然高分子材料的优秀成果如
雨后春笋般不断涌现。
• 主要包括纤维素、木质素、淀粉、甲壳素、
壳聚糖、其它多糖、蛋白质以及天然橡胶等
主要天然高分子材料。
10.1 纤维素、木质素材料
• 纤维素是地球上最古老和最丰富的可再生资源,主
要来源于树木、棉花、麻、谷类植物和其它高等植
物,也可通过细菌的酶解过程产生(细菌纤维素) 。
• 纤维素由β2(1 →4)2链接的D2葡萄糖组成,它含有大
量羟基,易形成分子内和分子间氢键,使它难溶、
难熔,从而不能熔融加工。
• 纤维素除用作纸张外,还可用于生产丝、薄膜、无
纺布、填料以及各种衍生物产品。
• 长期以来,采用传统的粘胶法生产人造丝
和玻璃纸,由于大量使用CS2 而导致环境严
重污染。因此,寻找新溶剂体系是纤维素
科学与纤维素材料发展的关键。
• 最近开发的纤维素溶剂主要有N-甲基吗啉-N-氧化
物(NMMO) 、氯化锂/二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)
、1-丁基-3-甲基咪唑氯代( [BMIM]Cl) 和1-烯丙
基-3-甲基咪唑氯代( [AMIM]Cl) 离子液体等。
• 纤维素在加热条件下溶于NMMO ,用它纺的丝
称为Lyocell (天丝) ,其性能优良。
近30 年,细菌纤维素已
日益引人注目,因为它
比由植物得到的纤维素
具有更高的分子量、结
晶度、纤维簇和纤维素
含量。
• 细菌纤维素的独特纳米结构和性能使其在造纸、
电子学、声学以及生物医学等多个领域具有广泛
的应用潜力,尤其是作为组织工程材料用来护理
创伤和替代病变器官。
• 细菌纤维素薄膜已被用作皮肤伤口敷料以及微小
血管替代物。
• 木质素是由四种醇单体(对香豆醇、松柏醇、5-
羟基松柏醇、芥子醇)形成的一种复杂酚类聚合
物。具有更为复杂结构的天然
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