纤维素概况简介.pptxVIP

天然高分子纤维素概述 黄金、耿浩然 1.纤维素简介 纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～30%的木质素 1.1纤维素的分类 植物纤维素 细菌纤维素（bacterial cellulose） 人工合成纤维素 合成路线 酶催化 葡萄糖衍生物的开环聚合 缺点：聚合度低，低结晶度， 纤维素，半纤维素，木质素 氢键 共价键 氯乙醇胺法，酸性亚硫酸盐法，过醋酸法 碱液 平 态 培 养 面 静 连 续 动 态 培 养 1.2纤维素的结构 纤维素分子式：C6H10O5，无色，无味，无臭，不溶于水和一般有机 溶剂，纤维素的自然水解产物是纤维二糖，最终水解产物是葡萄糖。说明纤维素的重复单元是纤维二糖，且纤维素中的葡萄糖是通过β-（1,4）苷。 1.3纤维素的超分子结构 纤维素大分子为无支链的线形分子。从X射线和电子显微镜观察可知，纤维素呈绳索状长链排列，每束由100-200条彼此平行的纤维素大分子链聚集在一起，形成直径约10-30nm的微纤维。若干根微纤维聚集成束，形成纤维束。在植物细胞壁中，纤维素，一般与木质素，半纤维素，淀粉类物质，蛋白质和油脂相伴生。 1.4纤维素晶须和纳米微晶制备 天然植物纤维素具有复杂的多级结构，一根纤维素由若干纤维素微纤维组成的，一根纤维素微纤维有由若干根纤维素分子组成的。纤维素中农分布着纳米级的晶须和无定型的部分，依靠分子内及分子间数量众多的氢键和范德华力维持着自组装的大分子结构和原纤的形态。用强酸，碱或者酶处理天然纤维，即纤维被拆分为更细小的微纤维。 1.5纤维素的液晶结构 由于纤维素的主链结构呈半刚性，理论上纤维素及其衍生物在适当的溶剂中可以形成液晶相，三氟乙酸和氯代烷烃的混合溶液是纤维素的良溶剂，纤维素分子在这些溶剂中为轮旋结构。 2.纤维素的溶解溶剂体系 NaOH/CS2 铜胺溶剂 胺氧化合物体系 离子液体体系 NaOH/尿素体系 2.1NaOH/CS2体系作为溶剂生产黏胶人造丝 2.2铜胺溶剂 将氢氧化铜溶于氨水中，可以形成深蓝色的Cu(NH3)(OH)2络合物，称为铜胺溶液，对纤维素有很强的溶解能力。铜胺中的Cu2+可以优先与纤维素吡喃环C2，C3位的羟基形成五元螯合物，破坏纤维素分子内与分子间的氢键，因而纤维素纤维可以溶解在高浓度的铜胺溶液中 2.3胺氧化合物体系 N,N-二甲基乙酰胺/氯化锂（DMAc/LiCl）多组成溶剂可以很好地溶解纤维素，而且在溶解过程中纤维素没有明显的降解现象。一般认为，Li+与DMAc的羰基形成偶极-离子络合物，该络合物阳离子与纤维素羰基中的的氧原子作用，而Cl-与纤维素的羟基中的H原子形成氢键，从而破坏了纤维素分子内和分子间的氢键。 2.4离子液体体系 离子液体是由有机阳离子与无机阴离子构成的离子化合物，在室温或者室温附近温度下呈现液体状态，又称低温熔融盐。在加热条件下，离子液体中的离子对发生解离，形成游离的阳离子，和阴离子Cl-，阴离子Cl-与纤维素大分子链中羰基上的氢原子形成氢键，而游离的阳离子与纤维素大分子链中的羟基上的氧原子作用，从而破坏了纤维素中原有的氢键，导致纤维素在离子液体中的溶解。 2.5NaOH/尿素体系 纤维素在室温下不能完全溶解在NaOH/尿素水溶液中，但是将NaOH/尿素水溶液预冷至-12~-10 ℃却可以快速溶解纤维素。 NaOH/尿素水溶液在低温下形成了高度稳定的氢键网络结构，创建了新的复合物，通常在NaOH水溶液中，OH-和Na+离子分别以你［OH(H2O) n］-和［ Na(H2O) m ］+形式存在。在室温时，水和缔合物之间的快速交换使［OH(H2O) n］-和［ Na(H2O) m ］+难以形成和保持新络合物结构，而在低温条件下，慢的交换使缔合离子则容易保持它们的结构。因此，在-12 ℃时［OH(H2O) n］-更容于与纤维素链结合形成新的氢键缔合物，导致纤维素分子内和分子间氢键破坏，使纤维素溶解。