纤维素材料PPT课件

(3) 纤维素中的羟基:
含有三个游离醇羟基，其中在C6上的羟基为伯羟基，而
C2、C3上的羟基为仲羟基。
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(4) 纤维素大分子中的末端基 一端为还原性末端基； 另一端为非还原性末端基。
还原性末端基
非还原性末端基
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二、 纤维素的物理结构
1、纤维素结晶变体 纤维素——一种同质多晶物质 五种结晶体形态：纤维素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X
纤维素链分子很长，在5000~10000 × 10-10 m之间；
➢结晶区的长度大约为2000 × 10-10 m； ➢ 无定形区的的长度约为300~400 × 10-10 m； ➢ 纤维素链可以重复穿过结晶区和无定形区。
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① 缨状微胞结构理论 纤维素纤维是由晶区和非晶区构成，同一大分子可以连
纤维素 Ⅰ平 行链结构
纤维素 Ⅱ 反平 行链、相似的氢 键链片结构
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（4）纤维素Ⅳ晶 纤维素Ⅳ晶——由纤维素Ⅰ、纤维素Ⅱ或纤维素Ⅲ在极性液
体中加以高温处理而生成的，故有“高温纤维素”之称。
纤维素Ⅲ Ⅰ
260℃甘油中热处理
纤维素Ⅳ Ⅰ
纤维素Ⅱ或 Ⅲ Ⅱ
水或甘油中热处理
纤维素Ⅳ Ⅱ
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纤维素Ⅳ Ⅰ和纤维素Ⅳ Ⅱ 区别 ①单位晶胞参数相同
②分子链极性和堆砌不相同
纤维素Ⅳ Ⅰ
平行链结构
纤维素Ⅳ Ⅱ
反平行链结构
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（5）纤维素Ⅹ 纤维素Ⅹ是纤维素新的结晶变体。它是用浓HCl（重
量百分数38 ~ 40.3 %）作用于纤维素而发现的。 特征： ①纤维素Ⅹ的聚合度很低； ②纤维素Ⅹ单位晶胞大小与纤维素Ⅳ几乎相等； ③纤维素Ⅹ晶胞形式：单斜晶胞或正交晶胞；
研究方法：将纤维素水解成纤维素叁糖、纤维素贰糖，最后 一个产物是葡萄糖单元 ——纤维素的结构单元。
1921年，Mener-Willians 浓H2SO4水解纯的棉花纤维
结果：90.7 %的结晶D-葡萄糖。
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1922年，Irvine和Hirst； 棉花醋酸化→纤维素醋酸酯→甲醇解
结果：95.5 %的甲基α-D-葡萄糖苷和甲基-β-D-葡萄糖苷的混合 物，不含戊糖和其它物质。
特点：纤维素Ⅲ的形成有一定的消晶作用，当氨或胺除去 后，结晶度和分子排列的有序度都下降了。该方法可用于处 理棉织物，用以提高棉纱和织物的机械性能、染色性和尺寸 稳定性。
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纤维素Ⅰ和纤维素Ⅱ分别制得纤维Ⅲ的X-RD和FTIR图不同
纤维素Ⅰ 纤维素Ⅱ
稀酸或热水 处理还原
不稳定性
纤维素Ⅲ Ⅰ 纤维素Ⅲ Ⅱ
和893 cm-1两个峰的强度比值，称之为红外（IR）结晶指数。
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5、纤维素的可及度
利用某些能进入纤维素物料的无定形区而不能进入结晶区的 化学试剂，测定这些试剂可以到达并起反应的部占全体的百分 率称为纤维素物料的可及度。
可及度A和结晶度Xc的关系
A＝σXc+（100-Xc） 式中：
σ—结晶区表面部分的纤维素分数；
可用下列方法制成:
① 以浓碱液作用于纤维素而生成碱纤维素，再用水洗涤得到 的纤维素。这样生成的纤维素Ⅱ，一般称丝光化纤维素； ② 将纤维素溶解后再从溶液中沉淀出来； ③ 将纤维素酯化后，再皂化成纤维素； ④ 将纤维素磨碎后并以热水处理。
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CelluloseⅠ (parallel chain)
Swellen fibre
第2章 纤维素
Chapter 2 Cellulose
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纤维素是地球上最古老和最丰富的天然高分子
主要来源于树木、棉花、麻、谷类等植物。
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内容提要
一、纤维素的结构； 二、纤维素的物理及化学性质； 三、纤维素的衍生物及其改性材料； 四、纤维素的研究进展；
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2.1 纤维素的结构
一、 化学结构
1838年，法国科学家Anselme Payen 第一次分离并命名纤维素。
纤维素→溶于40 % HCl或 72 % H2SO4 →冲稀至含酸低于1 % →煮沸数小时 结果：纤维素几乎完全成葡萄糖，其得率达理论值的96~98 %
纤维素甲基化→甲基纤维素→水解得2,3,6—三甲基葡萄糖。
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化学结构式：（C6H10O5）n (1)葡萄糖单元—β-D-吡喃葡萄糖； (2)葡萄糖基的键合—β-1-4糖苷键连接；
纤维呈现出伸展链的结晶，而再生纤维素和一些纤维素衍生物呈 现出为折叠链的片晶。
纤维素分子链主要部是线型的β-联接，但在折叠处则是βL联接。
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4、纤维素的结晶度
纤维素的结晶度Xc
纤维素的结晶度的测定方法
X-素样品的红外光谱，然后计
算波数为1372 cm-1和2900 cm-1两个峰的强度比值，或1429 cm-1
（1）纤维素Ⅰ晶 —天然存在的纤维素形式，包括细菌纤维素，海藻和高等
植物（如棉花、木材、苎麻等）细胞壁中存在的纤维素。
结构特征：纤维素Ⅰ晶是由平行分子链有规则排列组成的。 形属单斜晶系，单位晶胞在各方面重复延展，形成结晶区。
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（2）纤维素Ⅱ晶 ——纤维素Ⅱ晶经由溶液中再生或经丝光处理得到的结晶
变体，是工业上使用最多的纤维素形式。
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2、纤维素结晶变体的相互转化
纤维素Ⅰ族和纤维素Ⅱ族之间通过化学方法或热处理相互转变
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3、纤维素的结晶结构理论 纤维素大分子的集聚态理论：
据X-射线的研究，纤维素大分子的集聚一部分的分子排列比 较整齐，有规则，呈现清晰的X-射线图，这部分称之为结晶区；
另一部分的分子链排列不整齐，比较松弛，但其取向大致与纤 维轴平行，这部分称之为无定形区。
CelluloseⅡ (anparallel chain)
纤维素Ⅱ的结晶结构
两条分子链反平行堆砌
特征：氢键平均长
度较纤维素Ⅰ短，
热力学较稳定。
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（3）纤维素Ⅲ晶 纤维素Ⅲ—将纤维素用液态氨或有机胺类（甲胺、乙胺、丙
胺等）润胀生成氨纤维素，然后将溶剂蒸发使其分解后形成的 一种低温变体。
单位晶胞参数：
续地通过一个以上的微胞（晶区）和非晶区，晶区和非晶区 间无明显的界面，分子链以缨状形式由微包边缘进入非晶区。
微胞是纤维素分子的聚集体，是有真正界面的棒状物。
② 缨状原纤结构理论 缨状微胞是长的缨状原纤的极限情况，即当结晶期间在核
频繁、原纤中的晶区变很短的情况。
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③ 折叠链结构理论 纤维素在结晶体内的排列是平行的，按目前的观点，天然微细