高分子科学导论天然高分子材料
高分子材料科学导论教学设计
高分子材料科学导论教学设计一、教学目标•了解高分子材料的基本原理和应用领域；•掌握高分子材料的结构、性质、制备和加工技术；•培养学生解决实际问题的能力；•发展学生的创新思维和动手实践能力。
二、教学内容和教学方法1. 教学内容章节名称第一章高分子材料科学概述第二章高分子材料特性和结构第三章高分子材料制备和加工技术第四章高分子材料应用领域第五章高分子材料创新思维培养与动手实践2. 教学方法本课程采用多种教学方法：•讲授与讨论相结合。
通过讲述高分子材料的原理和应用，引导学生了解和发现其中的问题点，激发学生的探究欲，通过讨论和交流加深对知识的理解。
•理论知识与实践相结合。
通过给学生布置实验和实践任务，领导学生参观高分子材料生产企业，提高学生动手实践能力及理论应用能力。
•课堂讨论和小组互动。
在学生学习过程中，老师和学生之间互动交流，激发学生求知欲望和创新能力。
•信息技术与教学相结合。
采用多媒体课件、网络课堂等先进教学手段，使教学内容更加生动形象。
三、教学过程与安排1. 第一周：导论和基础概念•介绍高分子材料科学的特点、基础理论和发展历程；•学习高分子材料科学的基础概念，包括高分子物质、聚合物、共聚物等。
2. 第二周：高分子材料的性质和结构•学习高分子材料的结构多样性；•学习高分子材料的性能多样性。
3. 第三周：高分子材料的制备与加工•介绍高分子材料的制备方法，包括原位聚合、加成聚合、离子聚合等；•学习高分子材料的加工技术，包括挤出、注塑、压延、吹膜等。
4. 第四周：高分子材料的应用领域•介绍高分子材料在工业生产中的广泛应用领域，如塑料制品、橡胶制品、纺织品、合成材料等。
5. 第五周：高分子材料的动手实践•学习高分子材料的实验操作；•根据教师指导，选择多种高分子材料进行制备和加工。
四、考核形式和评价标准1. 考核形式•平时成绩：包括出勤、作业、讨论等，占总成绩30%；•实验报告：占总成绩20%；•期中考试：占总成绩25%；•期末考试：占总成绩25%。
第二章天然以及人造高分子材料
造纸技术
造纸生产分为制浆和造纸两个基本过程。 制浆就是用机械的方法、化学的方法或者两 者相结合的方法把植物纤维原料离解变成本色 纸浆或漂白纸浆。 造纸则是把悬浮在水中的纸浆纤维，经过各 种加工结合成合乎各种要求的纸页。
第二章天然以及人造高分子材料
合成物质替代天然物质的思考
➢天然物质生成速度慢，资源有限。
第二章天然以及人造高分子材料
天然橡胶
从天然产胶植物中制取的橡胶。天然橡 胶是一种以聚异戊二烯为主要成分的天然 高分子化合物。其成分中91％～94％是聚 异戊二烯，其余为蛋白质、脂肪酸、灰分 、糖类等非橡胶物质。天然橡胶是应用最 广的通用橡胶。
第二章天然以及人造高分子材料
橡胶树
世界上约有2000种不同的植物可生产 类似天然橡胶的聚合物，真正有实用价值 的是三叶橡胶树。
皮革技术
目前，市场上流行的皮革制品有真皮和人造皮 革两大类，而合成革和人造革是由纺织布底基或无 纺布底基，分别用聚氨酯涂复并采用特殊发泡处理 制成的，有表面手感酷似真皮，但透气性，耐磨性 ，耐寒性都不如真皮。
第二章天然以及人造高分子材料
造纸技术
中国四大发明之一，人类文明史上的一项杰出的成就。
第二章天然以及人造高分子材料
第二章 天然和人造高分子材料
第二章天然以及人造高分子材料
天然和人造高分子定义
天然高分子： 存在于自然界中的高分子 化合物称为天然高分子。
人造高分子： 通过化学方法对天然高分 子加工，改变其加工成型 性能和使用性能得到的高 分子化合物称为人造高分 子。
第二章天然以及人造高分子材料
天然和人造高分子 天然和人造高分子无毒、环保、可生物 降解、具有生物相容性等优点。
第二章天然以及人造高分子材料
高分子科学导论天然高分子材料课件
壳聚糖
总结词
天然高分子材料中唯一一种阳离子型高 分子，具有良好的生物相容性和可降解 性等优点。
VS
详细描述
壳聚糖是由N-乙酰葡萄糖胺通过β-1,4糖 苷键连接而成的线性高分子，广泛存在于 甲壳类动物的外壳中。壳聚糖具有良好的 生物相容性和可降解性，可用于药物载体、 组织工程、环境保护等领域。壳聚糖可通 过化学改性等方法进行修饰，提高其性能 和应用范围。
木质素
总结词
天然高分子材料中结构最复杂的一种，具有优良的耐热性、耐腐蚀性和绝缘性等。
详细描述
木质素是由苯丙烷结构单元构成的芳香族高分子，广泛存在于植物细胞壁中，主要起到增强细胞壁的 作用。木质素的结构复杂，具有优良的耐热性、耐腐蚀性和绝缘性，可用于制造塑料、胶粘剂、染料、 香料等产品，也可用于生物医学领域。
蛋白 质
总结词
天然高分子材料中功能最多样化的一种，具有生物活性 和生物相容性等优点。
详细描述
蛋白质是由氨基酸分子通过肽键连接而成的生物大分子， 是生命活动中必不可少的物质。蛋白质具有多种生物功 能，如催化、运输、识别、防御等，同时具有良好的生 物活性和生物相容性，可用于药物传递、组织工程、生 物传感器等领域。蛋白质的来源丰富，可通过动物、植 物和微生物进行提取和制备。
例如，近年来科学家们发现了一些具有特殊性能的天然高分 子材料，如抗菌、防霉、自修复等功能，这些材料在医疗、 环保、食品等领域有着广泛的应用前景。
天然高分子材料的功能化与高性能化
功能化和高性能化是天然高分子材料的另一个重要发展趋 势。通过化学改性、物理改性等方法，可以使天然高分子 材料具有更加优异的性能，满足各种不同的需求。
高分子科学导论
02
高分子化合物的基础知识
高分子化合物的定义与分类
总结词
高分子化合物是由大量重复单元通过共价键连接而成的长链聚合物，具有相对分子质量 大于10000的特点。根据来源和合成方法，高分子化合物可分为天然高分子和合成高分
子两大类。
详细描述
高分子化合物是由大量重复单元通过共价键连接而成的长链聚合物，其相对分子质量通 常大于10000。根据来源和合成方法，高分子化合物可以分为天然高分子和合成高分子 两大类。天然高分子主要存在于自然界中，如纤维素、蛋白质和淀粉等；而合成高分子
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理论计算方法
理论计算方法是利用数学和物理学的理论模型和计算方法， 对高分子材料的结构和性能进行预测和模拟。
理论计算方法可以对高分子材料的分子结构、聚集态结构、 热力学性质、动力学性质等进行计算和预测，从而为实验 研究和实际应用提供理论支持。
理论计算方法还可以通过对高分子材料的微观结构和宏观 性能之间的关系进行建模和模拟，以揭示其内在机制和变 化规律。
则是通过化学反应人工合成的，如聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等。
高分子化合物的结构与性质
总结词
高分子化合物的结构由其重复单元、序列、构型和构象等因素决定，表现出独特 的物理和化学性质。
详细描述
高分子化合物的结构由其重复单元、序列、构型和构象等因素决定。这些因素会 影响高分子化合物的物理和化学性质，使其表现出独特的性质。例如，高分子化 合物的热稳定性、机械性能、溶解性和反应活性等都与其结构密切相关。
03
高分子材料的特性与应用
高分子材料的物理性质
热性质
高分子材料通常具有较高的热 稳定性，不易燃烧，熔点和玻
璃化温度较高。
高分子科学导论
高分子科学导论是关于高分子材料的合成、结构和性能以及应用等方面的一门科学。
它涵盖了高分子的合成反应、聚合物的结构与性能、聚合物的成型加工以及通用高分子材料和新型高分子材料等方面的基本内容。
在高分子合成反应方面，高分子科学导论介绍了自由基聚合反应、离子型聚合、配位聚合反应等聚合实施方法，以及逐步聚合反应等反应类型。
此外，还介绍了高分子的合成原理，包括单体、引发剂、催化剂等原料的选择和制备，聚合反应的条件和实施方法等。
在聚合物的结构和性能方面，高分子科学导论介绍了聚合物的分子结构、聚集态结构以及分子运动等方面的知识。
此外，还介绍了聚合物的力学性能、溶液性质、物理性能等方面的实验测定方法和技术。
在聚合物的成型加工方面，高分子科学导论介绍了塑料、橡胶、纤维等高分子材料的成型加工技术，包括挤出成型、注塑成型、压缩成型、压注成型等塑料成型方法，以及橡胶的挤出成型和注射成型等加工技术。
此外，还介绍了纤维纺丝的原料制备、熔体或溶液的制备以及纺丝成型等方面的知识。
在通用高分子材料和新型高分子材料方面，高分子科学导论介绍了塑料、橡胶、纤维等通用高分子材料的种类、性能和用途，以及新
型高分子材料的研发和进展。
此外，还介绍了高分子材料的应用领域和市场前景等方面的知识。
总之，高分子科学导论是一门涉及高分子材料合成、结构与性能以及应用等方面的综合性学科，对于深入了解高分子材料的性质和应用具有重要意义。
最新13-高分子科学导论-天然高分子材料ppt课件
• 纤维素的分子间存 在非常强烈的氢键， 使得其具有更高度 的结构有序性，耐 化学腐蚀性和耐溶 剂性。
Source of the Cellulose
• 棉花：是棉属植物种子的表皮毛， 是自然界纯度最高的纤维。
• 木材：是自然界中纤维素最主要 的来源。
• 草类：包括禾本科和竹科等植物 的茎。
Application of the Cellulose
Application of the Cellulose
Application of the Cellulose
• 纤维素通过水解可用于生产微晶纤维素和葡萄糖浆； • 通过接枝共聚等改性可得到具有各种新功能的材料，如抗酶抗菌材料、
离子交换材料、膜材料、高吸水性材料等； • 通过化学和生物技术，将有可能生产出食品、燃料及多种基本有机合成
• 淀粉是自然界中产量仅次于纤维素的碳水化合物，是由 D-葡萄糖通过α糖苷键组成的多聚糖。
• 未经改性处理的淀粉称为原淀粉，呈颗粒结构有一定大小和形状，水分 含量高，蛋白质少的淀粉颗粒较大。
• 淀粉颗粒具有结晶结构，结晶结构占颗粒体积25% ~ 50%。
Source of the Starch
• 淀粉
Modification of the Cellulose
• 纤维素改性可以使之具有更好的溶解性和加工性。 • 酯化
• 无机酯包括碳酸酯、硝酸酯、磷酸酯等；有机酯包括醋酸酯、磺酸 酯、氨基甲酸酯等。
• 醚化 • 羧甲基纤维素、羟烷基纤维素、甲基纤维素芳基和芳烷基纤维素等。
• 接枝与交联 • 卤化与氧化
漂白、晾干
虾蟹壳
hydrolysis
Chitin: x << y; Chitosan: x > y
高分子科学绪论要点
CH 2-CH CH 2-CH CH 2-CH
实际上 Cl
Cl
Cl
CH2 CH OH
概念上
H2C CH Cl
聚氯乙烯
聚乙烯醇 CH2 CH OH
1.2 高 分 子 基 本 概 念
高分子化合物 Polymeric Substance
或称聚合物，是由许多单个高分子（聚合物分子）组成的 物质。
小分子 单体
HOCH2CH2OH HO(CH2)3OH
-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n-(OC-Ph-COOCH2CH2CH2O)m-
共聚物
HO-(CH2)5COOH
HOCH2COOH
CH2=CH2
假设
CH2=CHCH3
-[O(CH2)5CO]m-[OCH2CO]n-
共聚物
( CH2CH2-CH2CH)n CH3
1.6 高 分 子 的 化 学 结 构
而异戊二烯则可形成四种不同的单体单元：
异戊二烯:
CH 3 H2C CH C CH2
CH2 CH C CH3 CH 2
CH 3 CH2 C
CH
CH 2
聚二甲基硅氧烷
CH 3 Si O CH 3
CH3 CH3 Si Si O CH3 CH3
性质和 用途
1.3 高 分 子 的 分 类
塑料
以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂 和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。
纤维 橡胶 涂料
纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100 倍。
具有可逆形变的高弹性材料。
1.2 高 分 子 基 本 概 念
根据IUPAC1996年之建议：Excerpt from Pure Appl. Chem. 1996, 68, 2287 -
高分子科学导论天然高分子材料41页PPT
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
高分子科学导论天然高分子材料
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
高分子材料导论
材料化学导论教案第一篇高分子材料导论目录第一章概论1.1 高分子科学的历史、现状和未来1.2 高分子科学的重要性1.3 高分子的定义、基本概念、分类和命名1.3.1 定义1.3.2 基本概念1.3.3 分类1.3.4 命名1.4 分子量和分子量分布1.5 高分子结构的一般特点1.5.1 一级结构1.5.2 二级结构1.5.3 三级结构和四级结构1.6 高分子性质的一般特点1.6.1 力学性质1.6.2 热性质1.6.3 溶解性第二章天然高分子2.1 多糖类2.1.1 纤维素2.1.2 淀粉2.1.3 甲壳素、壳聚糖2.2 天然橡胶2.3 蛋白质2.4 核酸第三章链式聚合反应3.1 概述3.1.1 一般特征3.1.2 链式聚合反应的单体3.2 自由基链式聚合反应3.2.1 自由基聚合的基元反应3.2.2 链引发反应3.2.2.1 引发剂种类3.2.2.2 引发分解动力学3.2.2.3 引发剂效率3.2.2.4 引发剂的选择3.2.2.5 其他引发作用3.2.3 聚合速率3.2.3.1 概述3.2.3.2 聚合动力学研究方法3.2.3.3 自由基聚合微观动力学3.2.3.4 自由基聚合基元反应速率常数3.2.3.5 温度对聚合速率的影响3.2.3.6 自动加速现象3.2.4 分子量和链转移反应3.2.4.1 无链转移时的分子量3.2.4.2 链转移反应对聚合速率和聚合度的影响3.2.5 阻聚和缓聚3.2.5.1 阻聚剂和阻聚机理3.2.5.2 烯丙基单体的自阻聚作用3.2.5.3 阻聚效率和阻聚常数3.2.6 反应速率常数的测定3.2.7 分子量分布3.2.8 聚合方法3.2.8.1 本体聚合3.2.8.2 溶液聚合3.2.8.3 悬浮聚合3.2.8.4 乳液聚合3.3 阳离子聚合反应3.3.1 阳离子聚合的单体3.3.2 阳离子聚合引发剂体系及引发作用3.3.3 溶剂3.3.4 阳离子聚合反应机理3.4 阴离子聚合反应3.4.1 阴离子聚合的单体3.4.2 阴离子聚合引发体系和引发作用3.4.3 阴离子聚合引发剂和单体的匹配3.4.4 溶剂3.4.5 聚合反应机理3.5 自由基聚合与离子聚合的比较3.6 配位聚合反应简介3.6.1 引言3.6.2 配位聚合的基本概念3.6.3 Ziegler-Natta引发体系3.6.4 α-烯烃配位聚合的机理3.7 链式活性聚合反应3.7.1 活性聚合的定义与一般特征3.7.2 活性聚合的实现3.7.3 活性聚合的应用第四章逐步聚合反应4.1 概述4.1.1 逐步聚合反应的一般特征4.1.2 逐步聚合类型4.1.3 缩聚合反应4.2 逐步聚合反应的单体4.2.1 逐步聚合反应常见的单体4.2.2 反应基团的数目与官能度4.3 线型缩聚反应4.3.1 线型缩聚和成环倾向4.3.2 线型缩聚机理－逐步和平衡4.4 线型缩聚动力学4.4.1 缩聚反应速率及其测定4.4.2 官能团等活性概念4.4.3 线型缩聚动力学4.4.4 其他逐步聚合的动力学问题4.5 线型缩聚物的分子量及分子量分布4.5.1 反应程度对聚合度的影响4.5.2 缩聚平衡对聚合度的影响4.5.3 线型缩聚物聚合度的控制4.5.4 线型缩聚物的分子量分布4.6 非线型逐步聚合反应4.6.1 一般特征4.6.2 凝胶化作用和凝胶点4.6.3 凝胶点的测定方法4.7 逐步聚合反应实施方法4.7.1 逐步聚合的热力学和动力学特征4.7.2 逐步聚合实施方法第五章聚合物的化学反应5.1 概述5.2 聚合物化学反应的分类、特征及其影响因素5.2.1 聚合物化学反应的分类5.2.2 聚合物化学反应的特征5.2.3 聚合物化学反应的影响因素5.3 聚合物的相似转变及其应用5.3.1 引入新基团5.3.2 基团的转化5.4 聚合度变大的化学转变及其应用5.4.1 交联5.4.2 接枝5.4.3 嵌段共聚5.4.4 扩链5.5 聚合度变小的化学转变－聚合物的降解5.5.1 水解、化学降解和生化降解5.5.2 热降解5.5.3 机械降解和超声波降解5.5.4 热氧化降解和稳定5.6 聚合物的防老化5.7 自然降解高分子的设计第六章聚合物的结构6.1 高分子链的二级结构6.1.1 高分子链的内旋转构象6.1.2 高分子链的柔顺性及其结构影响因素6.1.3 高分子链的构象统计6.2 高分子链的三级结构6.2.1 结晶结构6.2.1.1 樱状微束模型6.2.1.2 高分子单晶及折叠链模型6.2.1.3 高分子的晶胞结构6.2.1.4 球晶6.2.1.5 串晶和伸直链晶体6.2.1.6 结晶能力与结晶度6.2.1.7 结晶速度6.2.1.8 结晶的熔融6.2.2 取向结构6.2.3 液晶态结构6.2.4 高分子共混物的形态结构第七章聚合物的性质7.1 聚合物的溶液性质7.1.1 分子间相互作用和溶度参数7.1.2 溶剂的选择7.1.3 分子量及其分布测定方法7.1.3.1 端基分析法7.1.3.2 膜渗透压法7.1.3.3 气相渗透法（VPO法）7.1.3.4 光散射法7.1.3.5 粘度法7.1.3.6 凝胶色谱（GPC）7.2 聚合物的热性质7.2.1 形变－温度曲线7.2.2 玻璃化转变7.2.2.1 T g的测定和自由体积理论7.2.2.2 影响T g的因素7.2.2.3 聚合物的耐热性7.2.3 高弹态7.2.4 流动温度和粘流态7.2.4.1 流动温度7.2.4.2 粘流态7.3 聚合物的力学性质7.3.1 应力－应变曲线7.3.1.1 什么是应力和应变7.3.1.2 极限强度7.3.1.3 玻璃态聚合物拉伸时的应力－应变曲线7.3.1.4 结晶态聚合物拉伸时的应力－应变曲线7.3.1.5 影响聚合物强度的结构因素和增强增韧途径7.3.2 聚合物的力学松弛――粘弹性7.3.2.1 静态粘弹性现象7.3.2.2 动态粘弹性现象7.3.2.3 聚合物主要力学性质各参量之间的关系7.4 聚合物的电学性质7.4.1 聚合物的介电性7.4.2 聚合物的导电性7.4.3 聚合物的静电现象第一章 概论1.1 高分子科学的历史、现状和未来人类直接利用天然高分子，可以追溯到远古时期，比如利用纤维素造纸，利用蛋白质练丝和鞣革，利用生漆作涂料和利用动物胶作墨的粘合剂等等。
高分子材料导论
高分子材料导论高分子材料是一类具有高分子结构的材料，其分子量较大，通常由重复单元组成。
高分子材料广泛应用于塑料、橡胶、纤维等领域，对于现代工业和生活起着重要作用。
本文将对高分子材料的基本概念、特点、分类以及应用进行简要介绍。
首先，高分子材料的基本概念是指分子量较大的化合物，由许多重复单元通过共价键相连而成。
这些重复单元可以是相同的，也可以是不同的，形成不同结构和性质的高分子材料。
高分子材料通常具有较高的分子量和较长的链状结构，因此具有良好的延展性、韧性和耐磨损性。
其次，高分子材料的特点主要包括高分子结构、多样性和可塑性。
高分子材料的分子量通常在千到百万之间，具有较高的分子量和链状结构。
由于其分子结构的多样性，高分子材料的性能也具有多样性，可以通过改变单体的种类和比例来调控材料的性能。
同时，高分子材料具有良好的可塑性，可以通过加工成型来制备各种形状的制品。
高分子材料根据其来源和性质可以分为天然高分子和合成高分子两大类。
天然高分子主要包括橡胶、纤维素、蛋白质等，具有天然存在和生物可降解的特点。
合成高分子则是通过化学合成或聚合反应制备而成，包括塑料、合成纤维、合成橡胶等，具有多样性和可定制性的特点。
在应用方面，高分子材料被广泛应用于塑料制品、橡胶制品、纤维制品、涂料、胶粘剂、包装材料等领域。
其中，塑料制品是高分子材料的主要应用领域之一，包括塑料薄膜、塑料容器、塑料管材等，广泛应用于日常生活和工业生产中。
另外，橡胶制品也是高分子材料的重要应用领域，包括轮胎、密封件、橡胶管等，对于汽车工业、建筑工程和航空航天等领域起着重要作用。
总的来说，高分子材料作为一类具有重要应用价值的材料，在现代工业和生活中发挥着重要作用。
随着科学技术的不断发展，高分子材料的研究和应用将会更加广泛和深入，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
浅谈天然高分子
浅谈天然高分子高分子分为天然高分子和人工合成高分子。
天然高分子是指自然界中动、植物以及微生物资源中的大分子。
纤维素、天然橡胶等都属于天然高分子。
人工合成高分子主要包括化学纤维、合成橡胶和合成树脂（塑料），也称为三大合成材料。
此外，大多数涂料和黏合剂的主要成分也是人工合成高分子。
天然高分子是生命起源和进化的基础。
在很早以前，人类就已经利用天然高分子材料作为生活资料和生产原料，并掌握了其中的加工技术。
如利用蚕丝、棉、毛织成织物，用竹、棉、麻造纸等，特别市我国，造纸术曾是我国的四大发明之一。
另外还有利用桐油和大漆等天然高分子材料作为油漆、涂料制作漆制品也是我国古代的传统技术。
在自然界，通过有机体自然生长而形成的高分子物质称为天然高分子。
有机体的生长是无限重复的，因此，天然高分子资源是取之不尽、用之不竭的可再生资源。
其次，天然高分子大都具有生物可降解性，因此天然高分子材料属于绿色材料。
实际上，天然高分子的种类很多。
按物质属性可分为有机天然高分子、无机天然高分子和金属天然高分子，但通常所说的天然高分子往往专指有机天然高分子；按生物质来源可分为植物天然高分子、动物天然高分子和微生物天然高分子；按自然环境来源可分为陆地天然高分子和海洋天然高分子等等。
工业应用领域的天然高分子主要为纤维素、半纤维素、木素、天然橡胶、淀粉、蛋白质和甲壳素/壳聚糖等。
用作工业原料和材料的天然高分子主要来源于动物和植物。
纤维素是由许多D-葡萄糖基通过1,4-β-苷键连接而成的线状高分子化合物。
工业纤维素主要来源于植物纤维素。
植物纤维素主要来源于木材，部分来源于非木材。
木材依其性状分为：针叶树材和阔叶树材。
木材通过化学方法将其非纤维素成分去掉，即可获得纤维素，这些纤维素大都以纤维的形态存在。
通常木材中的纤维素含量为50%左右。
非木材包括草类（或称禾本科，如麦草、稻草、芦苇、竹子等）、韧皮类（麻类、桑皮、构皮、檀皮等）、种毛类（棉花）等。
第一章天然高分子的概念
• 天然高分子化学
——指研究天然高分子的结构、聚合、化学 反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方 面的一门新兴的综合性学科。
天然高分子结构
高分子是由许多结构相同的单体聚合而成的， 分子量往往高达几万、几十万。 高分子是长短、大小不同的高分子的混合物。 与分子形状、大小完全一样的一般小分子化合 物不同，其分子量只是平均值，称为平均分子 量。
第一章
Hale Waihona Puke 天然高分子的概念天然 高分子化学
天然 高分子
高分子 科学
概念
• 天然高分子 • 高分子科学 ——指没有经过人工合成的，天然存在于动
——范围界定为“包括了天然高分子化学、 物、植物和微生物内的大分子有机化合物。 高分子合成化学、高分子物理化学、高聚物应 用和高分子物理等”高分子化学的科学。
天然高分子结构
其结构的形状也很特别，高分子是由单体彼此 连接而成的长链。有些高分子长链之间又有短 链相结而成网状。
由于大分子与大分子之间存在引力，这些长链 不但各自卷曲而且相互缠绕，形成了既有一定 强度、又有不同程度弹性的固体。
自然界的动植物包括人体本身，就是以高分 子为主要成分而构成的，高分子的分子内含 有非常多的原子，以化学键相连接。
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• 未经改性处理的淀粉称为原淀粉，呈颗粒结构有一定大小和形状，水分 含量高，蛋白质少的淀粉颗粒较大。
• 淀粉颗粒具有结晶结构，结晶结构占颗粒体积25% ~ 50%。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
Source of the Starch
能，研究者们开始致力于天然高分子的改性研究，并 已成为近年来的研究热点。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
Classification of the Natural Polymers
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
• 多聚糖类 • 淀粉、纤维素、木质素、甲壳素、
• 多聚肽类 • 蛋白质、酶、激素、蚕丝。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
Advantage of the Natural Polymers
• 价格低廉、来源广泛，在自然界动植物中广泛存在。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
Advantage of the Natural Polymers
• 绿色、清洁、具有可生物降解性和可再生性，
二氧化碳
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
Application of Starch
•
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
另外在石油工业、造纸工业、纺织工业等领域中淀粉也常被用做增稠剂 纤维素是自然界中存在量最大的天 然高分子化合物。
• 纤维素由很多 D-吡喃葡萄糖单元以 β(1-4)苷键连接而成。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
Polysaccharide
淀粉 纤维素
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
壳聚糖
• 自然界存在 着大量的多 糖类高分子
Conformation of Polysaccharide
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
OH
HO
O
HO OH OH
α-D-Glucose
Starch (helix)
Chitosan
• 壳聚糖的化学名称为： β-(1,4)-聚-2-胺基-D-葡萄糖。 • 壳聚糖具有较强的刚性结构和强烈的分子间氢键作用，具有稳定的结晶
结构因此具有较好的耐溶剂性和耐化学腐蚀性。 • 壳聚糖分子结构单元中含有氨基，因此具有较好的生理活性和吸附性。
清洗，去除无机盐和蛋白质
Chitin
• 醚化 • 羧甲基纤维素、羟烷基纤维素、甲基纤维素芳基和芳烷基纤维素等 。
• 接枝与交联 • 卤化与氧化
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Application of the Cellulose
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Application of the Cellulose
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高分子科学导论天然高 分子材料
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2020年4月9日星期四
Natural Polymers
• Natural polymers are polymers produced by living organisms.
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Natural Polymer
• 木材：是自然界中纤维素最主要 的来源。
• 草类：包括禾本科和竹科等植物 的茎。
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Modification of the Cellulose
• 纤维素改性可以使之具有更好的溶解性和加工性。 • 酯化
• 无机酯包括碳酸酯、硝酸酯、磷酸酯等；有机酯包括醋酸酯、磺酸 酯、氨基甲酸酯等。
漂白、晾干
虾蟹壳
hydrolysis
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Chitin: x << y; Chitosan: x > y
Chitosan
Application of Chitosan
• 壳聚糖具有较强的吸附性，可用于香烟过滤嘴和絮凝剂等 • 壳聚糖由于具备良好的成膜性和抑菌性，因此被应用在以下领域：
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Fibrous protein
纤维状蛋白质分子的形状为线形。按构象分为三类: • α-螺旋结构，如羊毛角蛋白、肌蛋白、血纤维蛋白、胶原蛋白； • β-片层结构，如羽毛中的p-角蛋白、蚕丝中的丝心蛋白 (silkfibroin)； • 无规线团，如花生蛋白、酪蛋白和卵蛋白。 • 这类蛋白质可一应用到食品、化妆品、服装以及环境友好材料中。
• 纤维素是高等植物细胞壁的主要成 分，主要来源为木材等。
• 纤维素具有一定的 结晶性；
• 纤维素的分子间存 在非常强烈的氢键 ，使得其具有更高 度的结构有序性， 耐化学腐蚀性和耐 溶剂性。
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Source of the Cellulose
• 棉花：是棉属植物种子的表皮毛 ，是自然界纯度最高的纤维。
• 纤维状蛋白（Fibrous protein）是一种长形、呈丝状的蛋白质粒子，仅存 在于动物体内。
• 球状蛋白质（Globular protein）一般呈球状，结构紧密，溶于水。 • 膜蛋白（Membrane protein）是指能够结合到细胞的膜上的蛋白质的总
称。而细胞中一半以上的蛋白质可以与膜以不同形式结合。
• 对于螺旋结构，氢键存在于单 个分子链中，而对于折叠结构 氢键存在于相邻的链间。
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Tertiary Structure of the Protein
三级结构是在二 级结构的基础上进一 步盘绕，折叠形成的 。三级结构主要是靠 氨基酸侧链之间的疏 水相互作用，氢键， 范德华力和静电作用 维持的。
• 遗传信息物质 • DNA、RNA
• 动植物分泌物 • 生漆、天然橡胶、虫胶。
Polysaccharide
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Polysaccharide
• 糖类通称为碳水化合物，分为单糖、低聚糖和多聚糖三大类。 • 单糖是最简单的碳水化合物，如葡萄糖、果糖、木糖等。 • 低聚糖是由二个至十个单糖分子经由糖苷键连接而成的化合物。 • 多糖是由十个以上的单糖分子经由糖苷键连接而成的碳水化合物。
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Globular protein
• 多肽链自身扭曲折叠成特有的球形，如肌红蛋白、血红蛋白、酶等，都 是球状蛋白质。
• 这类蛋白质具有较高的生理活性，因此常被应用于药物、保健品中。
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Enzyme
• Enzymes are proteins that catalyze (i.e., increase the rates of) chemical reactions. In enzymatic reactions, the molecules at the beginning of the process are called substrates, and the enzyme converts them into different molecules, called the products.
HO HO
OH O OH
OH
OH
OH
O HO
O HO O
O O
OH
OH
β-D-Glucose
Cellulose (sheet)
OH
HO
O
HO
OH α-D-Glucose OH
OO HO HO
OO O H HO HO
OO H
Dextran (coil)
Starch
• 淀粉（starch）是植物体中贮存的养分，贮存在种子、水果、块茎、根茎 中，各类农作物中的淀粉含量都较高，大米中含淀粉 62 ~ 86％，麦子中 含淀粉 57~75％，玉米中含淀粉 65~72％，马铃薯中则含淀粉 12~14％， 是我们饮食中碳水化合物的主要来源。
Classification of the Protein
功能
实例
结构蛋白
胶原蛋白
角蛋白
调控蛋白
酶 胰凝乳蛋白酶
溶菌酶 荷尔蒙 缓激肽
胰岛素 转运蛋白
血红蛋白
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肌血蛋白
描述
结缔组织，包括：骨、软骨、肌腱、血管 覆盖保护组织：毛发、蹄、爪、羽毛、喙、指甲
与消化行为有关，分解由胰腺分泌的多肽 与消化行为有关，在许多天然产物如蛋清中存在 ，分解多糖。 调控血压；存在于血浆中 维持葡萄糖的正常新陈代谢
Application of the Cellulose
• 纤维素通过水解可用于生产微晶纤维素和葡萄糖浆； • 通过接枝共聚等改性可得到具有各种新功能的材料，如抗酶抗菌材料、
离子交换材料、膜材料、高吸水性材料等； • 通过化学和生物技术，将有可能生产出食品、燃料及多种基本有机合成
原料。
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• 医用材料：医用纤维和膜功能材料。 • 保鲜剂：壳聚糖具有明显的保鲜、防腐作用。
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Polypeptide
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Protein
• 蛋白质由 C、 H、O、N、S等元素组成，特种蛋白质还含有铜、铁、磷 、铂、锌、碘等元素。
• 组成蛋白质的单体为氨基酸，蛋白质水解得到各种α-氨基酸的混合物。 • 仅有大约20种氨基酸是维持生命存在所必不可少的。在这20种氨基酸中
，有11种可以在人体中合成，其余9种从食物中获得。 • 不同的组合方式使蛋白质具有众多不同的种类，从而也具有不同的性能
。
• 蛋白质是由天然产生的不同种类的 L-α-氨基酸以酰胺键(—CO—NH—) 结合生成的共聚物，这些酰胺键也被称为肽键 (peptideIinkages)。