纤维素概况简介PPT课件
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中职化学(农林牧渔类)《纤维素》课件
纤维除了直接用于纺织和造纸外，经再生、衍生等改性处理， 可得到性能更好、应用更广泛的材料。
三、纤维素的功能和应用
铜氨人造丝 性能优于原纤维和黏胶纤维
黏胶人造丝 若将其通过狭缝压入酸性凝 固液中，则生成薄膜状，称 为玻璃纸
硝酸纤维 胶棉可用于制胶片、喷漆； 赛璐珞是制备乒乓球、钢 笔杆和玩具等的原料； 火棉可用于制火药
木材
40～60
9～15
二、纤维素的结构
纤维素也是由 D- 葡萄糖组成，但在一级结构中， 葡萄糖之间是以 β-1，4苷键结合在一起的直链型 分子，相邻葡萄糖单元相互扭转 180°；其二级 结构是由多条分子长链相互扭曲成绳状结构的纤 维束，长链之间通过氢键缔合在一起，中间还夹 杂着木质素等物质。
二、纤维素的结构
由于纤维链之间结合比较紧密，水分子难以进入纤维 束中间与苷键作用，因此，纤维素比淀粉更难于水解， 一般要在强酸或稀酸中加热、加压才能水解，水解过 程中，先得到纤维四糖、三糖、二糖，最终是葡萄糖， 由于纤维素水解条件苛刻，得率低，成本高，所以它 的水解应用受到限制。
三、纤维素的功能和应用
在生理上，纤维素只能被纤维素酶（又称 β- 糖苷酶）催化水解， 但不能被淀粉酶催化水解，由于人体内无这种纤维素酶，所以人类 不能消化利用纤维素。但在食草动物（如牛、羊）的消化系统中含 有这种酶，故这些动物可以用草作为营养来源。
• 一些口感不粗糙的食物，比如嫩豌豆、四季豆、黑 豆等豆类，虽然煮熟后质地细腻、口感绵软，但其 中膳食纤维的含量却远高于大家推崇的芹菜。
• 切菜的确可以将蔬菜中的维管束结构切断，但并不 会破坏膳食纤维。
• 虽然膳食纤维的好处很多，不能过量摄取，尤其是 一些特殊人群。
科学探究
羧甲基纤维素的合成 天然纤维素由于分子间和分子内存在很强的氢键作用，分子有很强的 结晶能力，难以溶解和熔融，加工成型性能差，难以与小分子化合物发 生化学反应，直接反应往往得到取代程度不均一的产品，从而限制了纤 维素的使用。
三、纤维素的功能和应用
铜氨人造丝 性能优于原纤维和黏胶纤维
黏胶人造丝 若将其通过狭缝压入酸性凝 固液中，则生成薄膜状，称 为玻璃纸
硝酸纤维 胶棉可用于制胶片、喷漆； 赛璐珞是制备乒乓球、钢 笔杆和玩具等的原料； 火棉可用于制火药
木材
40～60
9～15
二、纤维素的结构
纤维素也是由 D- 葡萄糖组成，但在一级结构中， 葡萄糖之间是以 β-1，4苷键结合在一起的直链型 分子，相邻葡萄糖单元相互扭转 180°；其二级 结构是由多条分子长链相互扭曲成绳状结构的纤 维束，长链之间通过氢键缔合在一起，中间还夹 杂着木质素等物质。
二、纤维素的结构
由于纤维链之间结合比较紧密，水分子难以进入纤维 束中间与苷键作用，因此，纤维素比淀粉更难于水解， 一般要在强酸或稀酸中加热、加压才能水解，水解过 程中，先得到纤维四糖、三糖、二糖，最终是葡萄糖， 由于纤维素水解条件苛刻，得率低，成本高，所以它 的水解应用受到限制。
三、纤维素的功能和应用
在生理上，纤维素只能被纤维素酶（又称 β- 糖苷酶）催化水解， 但不能被淀粉酶催化水解，由于人体内无这种纤维素酶，所以人类 不能消化利用纤维素。但在食草动物（如牛、羊）的消化系统中含 有这种酶，故这些动物可以用草作为营养来源。
• 一些口感不粗糙的食物，比如嫩豌豆、四季豆、黑 豆等豆类，虽然煮熟后质地细腻、口感绵软，但其 中膳食纤维的含量却远高于大家推崇的芹菜。
• 切菜的确可以将蔬菜中的维管束结构切断，但并不 会破坏膳食纤维。
• 虽然膳食纤维的好处很多，不能过量摄取，尤其是 一些特殊人群。
科学探究
羧甲基纤维素的合成 天然纤维素由于分子间和分子内存在很强的氢键作用，分子有很强的 结晶能力，难以溶解和熔融，加工成型性能差，难以与小分子化合物发 生化学反应，直接反应往往得到取代程度不均一的产品，从而限制了纤 维素的使用。
纤维素概况简介
专利
纤维素相关的专利数量也很多，涉及纤维素的制备、改性、应用等方面。
相关行业报告与统计数据
行业报告
一些权威机构和行业协会发布了一系列 关于纤维素及其相关领域的行业报告和 统计数据，涉及市场规模、发展趋势、 竞争格局等方面。
VS
统计数据
一些政府部门和权威机构发布了一系列关 于纤维素及其相关领域的统计数据，涉及 产量、消费量、进出口等方面。
纤维素可以作为食品添加剂，增加食品的口感、 营养价值和饱腹感。
保健食品
某些特殊纤维素的提取物，如菊粉、葡聚糖等， 具有改善肠道健康、降低血糖等保健功能。
替代脂肪
某些高纤维食品可以作为脂肪的替代品，有助于 控制热量摄入和预防肥胖。
纤维素在医药工业中的应用
药物载体
纤维素可以作为药物载体，用于药物缓释和靶向给药系统。
• 纤维素具有高度的吸水性，可以吸收大量的水分并形成凝胶状物质，这 使得它在食品加工和药物制造中具有一定的应用价值。
• 纤维素具有很好的透气性和透湿性，可以作为纺织品和纸张的原料，也 可以用于制造过滤材料和防水材料等。
02
纤维素来源与分布
天然纤维素来源
植物细胞壁
纤维素是植物细胞壁的主要成 分，占植物体干重的比例高达
纤维素在纸张制造中的应用
增强纸张强度
纤维素能够提高纸张的抗 张强度，使纸张更加耐折 、耐磨，延长使用寿命。
提高纸张吸墨性
纤维素具有亲水性，能够 提高纸张的吸墨性能，使 印刷更加清晰、流畅。
降低生产成本
纤维素来源于天然植物， 相比合成材料，可以降低 纸张制造的成本。
纤维素在食品工业中的应用
食品添加剂
纤维素纳米纤维是一种新型纳米 材料，具有优异的力学性能、高 比表面积和良好的生物相容性， 广泛用于复合材料、生物医学、 环境治理等领域。
纤维素相关的专利数量也很多，涉及纤维素的制备、改性、应用等方面。
相关行业报告与统计数据
行业报告
一些权威机构和行业协会发布了一系列 关于纤维素及其相关领域的行业报告和 统计数据，涉及市场规模、发展趋势、 竞争格局等方面。
VS
统计数据
一些政府部门和权威机构发布了一系列关 于纤维素及其相关领域的统计数据，涉及 产量、消费量、进出口等方面。
纤维素可以作为食品添加剂，增加食品的口感、 营养价值和饱腹感。
保健食品
某些特殊纤维素的提取物，如菊粉、葡聚糖等， 具有改善肠道健康、降低血糖等保健功能。
替代脂肪
某些高纤维食品可以作为脂肪的替代品，有助于 控制热量摄入和预防肥胖。
纤维素在医药工业中的应用
药物载体
纤维素可以作为药物载体，用于药物缓释和靶向给药系统。
• 纤维素具有高度的吸水性，可以吸收大量的水分并形成凝胶状物质，这 使得它在食品加工和药物制造中具有一定的应用价值。
• 纤维素具有很好的透气性和透湿性，可以作为纺织品和纸张的原料，也 可以用于制造过滤材料和防水材料等。
02
纤维素来源与分布
天然纤维素来源
植物细胞壁
纤维素是植物细胞壁的主要成 分，占植物体干重的比例高达
纤维素在纸张制造中的应用
增强纸张强度
纤维素能够提高纸张的抗 张强度，使纸张更加耐折 、耐磨，延长使用寿命。
提高纸张吸墨性
纤维素具有亲水性，能够 提高纸张的吸墨性能，使 印刷更加清晰、流畅。
降低生产成本
纤维素来源于天然植物， 相比合成材料，可以降低 纸张制造的成本。
纤维素在食品工业中的应用
食品添加剂
纤维素纳米纤维是一种新型纳米 材料，具有优异的力学性能、高 比表面积和良好的生物相容性， 广泛用于复合材料、生物医学、 环境治理等领域。
《纤维素纤维》课件
结论和要点
纤维素纤维具有广泛的应用领域，市场前景广阔。随着制备技术的进步和可 持续发展的推动，纤维素纤维将迎来更多机遇和发展。
备高纯度的纤维素纤维。
3
纺纱
通过将纤维素溶解成纺丝液，再通过旋 转制备纤维素纤维。
纺丝技术
采用湿法或干法纺丝技术，将纤维素纤 维制成纺丝纤维。
纤维素纤维的应用领域
纺织
纤维素纤维可用于制造高品质纺织品，如衣服、 窗帘和床上用品。
建筑
纤维素纤维在建筑材料中的应用越来越广泛， 如增强混凝土和环保墙板。
生物医学
纤维素纤维被用于制备生物医学材料，如人工 血管和软组织修复支架。
包装
纤维素纤维是一种可降解的包装材料，对环境1 优点
高强度、生物可降解、可再生、可塑性强。
2 局限性
生产成本较高、对环境温度和湿度敏感。
纤维素纤维的市场前景
市场需求
纺织、建筑、生物医学等领域对 纤维素纤维的需求不断增长。
《纤维素纤维》PPT课件
此PPT课件将介绍纤维素纤维的定义、特性、制备方法、应用领域、优点和局 限性、市场前景以及发展趋势。
纤维素纤维的定义和特性
纤维素纤维是由纤维素分子组成的纤维结构。它们具有高强度、耐久性和生 物可降解性，在纺织和材料领域有广泛应用。
纤维素纤维的制备方法
1
化学处理
2
利用化学方法，如酸碱处理和纯化，制
制备技术进步
纤维素纤维制备技术不断改进， 降低了生产成本和环境影响。
替代材料趋势
纤维素纤维作为可降解替代材料 的发展前景广阔。
纤维素纤维的发展趋势
1
改良纺纱技术
2
改进纺纱技术，提高纤维素纤维的纺丝
性能和质量。
《纤维素材料》课件
纤维素材料的应用
纤维素材料广泛用于纺织、建筑、食品包装、生物医药等领域。
纤维素材料的结构
纤维素分子结构
纤维素晶胞结构
纤维素晶体结构
纤维素由数百个葡萄糖分子组成， 通过β-1,4-糖苷键连接形成纤维状 结构。
纤维素晶胞是纤维素分子排列的 基本单位，呈现多层的平行排列。
纤维素晶体由多个纤维素晶胞堆 叠而成，具有规则的结构。
通过切削纤维素块材，获得具有特定形 状和尺寸的纤维素材料。
纤维素材料的应用
纳米纤维素应用
纳米纤维素在纺织、食品、电子等领域具有广泛的应用，可用于增强材料性能。
纤维素复合材料应用
纤维素复合材料在汽车、航空航天等领域有着重要应用，具有轻质、高强度等特点。
纤维素生物材料应用
纤维素生物材料可用于医学领域，如骨组织工程、药物缓释等。
纤维素材料的发展趋势
纤维素转化技术
开发更高效的纤维素转化技术， 利用废弃物和农作物残留物制 备纤维素材料。
纤维素材料在环境保 护和可持续发展中的 应用
纤维素材料具有环保特性，可 用于替代传统的非可再生材料， 实现可持续发展。
纤维素科技产业化的 进展
推动纤维素科技的产业化，促 进纤维素材料在实际应用中的 推广和发展。
纤维素材料的性质
物理性质
纤维素材料具有较低的密度、优异的抗拉强度和弹 性模量。
化学性质
纤维素材料具有一定的酸碱稳定性，溶解性和氧化 性。
纤维素材料的制备
1
溶液法
2
通过将纤维素溶解在溶剂ຫໍສະໝຸດ ，并使溶液析出，制备纤维素材料。
3
网络化学方法
通过纤维素分子间的交联反应，制备出 具有网络结构的纤维素材料。
切削法
纤维素材料广泛用于纺织、建筑、食品包装、生物医药等领域。
纤维素材料的结构
纤维素分子结构
纤维素晶胞结构
纤维素晶体结构
纤维素由数百个葡萄糖分子组成， 通过β-1,4-糖苷键连接形成纤维状 结构。
纤维素晶胞是纤维素分子排列的 基本单位，呈现多层的平行排列。
纤维素晶体由多个纤维素晶胞堆 叠而成，具有规则的结构。
通过切削纤维素块材，获得具有特定形 状和尺寸的纤维素材料。
纤维素材料的应用
纳米纤维素应用
纳米纤维素在纺织、食品、电子等领域具有广泛的应用，可用于增强材料性能。
纤维素复合材料应用
纤维素复合材料在汽车、航空航天等领域有着重要应用，具有轻质、高强度等特点。
纤维素生物材料应用
纤维素生物材料可用于医学领域，如骨组织工程、药物缓释等。
纤维素材料的发展趋势
纤维素转化技术
开发更高效的纤维素转化技术， 利用废弃物和农作物残留物制 备纤维素材料。
纤维素材料在环境保 护和可持续发展中的 应用
纤维素材料具有环保特性，可 用于替代传统的非可再生材料， 实现可持续发展。
纤维素科技产业化的 进展
推动纤维素科技的产业化，促 进纤维素材料在实际应用中的 推广和发展。
纤维素材料的性质
物理性质
纤维素材料具有较低的密度、优异的抗拉强度和弹 性模量。
化学性质
纤维素材料具有一定的酸碱稳定性，溶解性和氧化 性。
纤维素材料的制备
1
溶液法
2
通过将纤维素溶解在溶剂ຫໍສະໝຸດ ，并使溶液析出，制备纤维素材料。
3
网络化学方法
通过纤维素分子间的交联反应，制备出 具有网络结构的纤维素材料。
切削法
药用高分子之纤维素PPT课件
药物制剂加工
药用高分子材料可作为粘合剂、填充 剂、润滑剂等辅料，用于制备各种药 物制剂。
药用高分子材料的发展趋势
新材料与新技术的研发
生物相容性与生物降解性
随着科技的发展，不断有新的药用高分子 材料和制备技术被研发出来，以满足不断 变化的临床需求。
提高药用高分子材料的生物相容性和生物 降解性，使其在体内能够更好地发挥作用 。
分类
根据其来源和性质，药用高分子材料 可分为天然高分子和合成高分子两大 类。
药用高分子材料的应用领域
药物载体
药用高分子材料可作为药物载体，用 于制备缓释、控释、靶向等药物制剂。
药物保护与稳定
药用高分子材料可以保护药物免受环 境因素（如光照、氧气、湿度等）的 影响，提高药物的稳定性。
药物释放控制
药用高分子材料可以控制药物的释放 速度和释放方式，实现药物的定时、 定量释放。
纤维素在胶囊剂中的应用
纤维素是胶囊剂的主要材料之一，具有 良好的成膜性和稳定性，能够有效地保 护药物不受外界环境的影响，同时具有
良好的生物相容性和可降解性。
纤维素胶囊可以分为明胶胶囊和植物胶 纤维素胶囊在药物制剂中主要用于口服、
囊两种类型，其中植物胶囊以天然纤维 外用和植入等给药方式，能够提高药物
个性化与精准医疗
环保与可持续发展
随着个性化医疗和精准医疗的发展，药用 高分子材料在制剂设计中的应用将更加精 细和个性化。
在药用高分子材料的生产和使用过程中， 需要关注环保和可持续发展，采用绿色工 艺和可降解材料，降低对环境的影响。
02
纤维素简介
纤维素的来源与制备
来源
纤维素主要来源于天然植物，如棉花、木材、麻类等。此外，某些微生物也可以产生纤维素。
纤维素和半纤维素PPT幻灯片课件
7
§5-2 纤维素的存在、分离和测定方法 1、存在
纤维素大家并不陌生，如棉花、纸张等，离开 了纤维素，人们无法生活，纤维素是自然界中 储备量最大，分布最广的天然有机物。纤维素 是高等植物成熟细胞壁的主要组成物质。
木材：40%~50% 禾本科植物：40%~45% 苧麻皮：80%~90% 棉花：95%~99% 树皮 ： 20-30%
在上述条件下，非纤维素的碳水化合物也部分被溶出，另 外还有0.1-0.3%的木素仍残留在克贝纤维素中。克贝纤维 素降解较综纤维素稍多，但与工业纸浆中的纤维素相比， 其降解程度则较小，它含纤维素与一部分半纤维素。
11
硝酸乙醇法纤维素
硝酸乙醇法测定纤维素含量是法国人库尔施奈尔和霍费 (Kurschner & Hoffer)所提出：用20%硝酸和80%乙醇的混 合液，在加热至沸腾(75-80℃)的条件下处理无抽提物的植 物纤维原料，使其所含木素变为硝化木素，并溶于乙醇之 中，所得残渣过滤即为硝酸乙醇纤维素。此法使原料中大 部分半纤维素水解，故测定结果较同一原料的克贝纤维素 含量低。而且在测定过程中，纤维素分子链也发生降解， 故其组成，性质与克贝纤维素也有所不同。
不论哪种分离方法，在分离纤维素过程中，纤维素都 受到不同程度的降解，所得的结果均是在特定条件下 获得的，故所得的百分含量值必须冠以其分离方法。
13
§5-3 纤维素大分子化学结构、聚合度和 分子量的测定方法、多分散性和分级
1、纤维素的大分子结构 纤维素是由很多吡喃型D-葡萄糖基，在1-4位 置上彼此以ß-苷键连接而成的线型高聚物， 其结构如下：
14
(1) 结构论证
A 纤维素大分子的结构单元： (a)纤维素的强酸水解
1921年Menier-Willianes 用浓H2SO4水解纯的棉花纤维，分 离出得率为90.7%的结晶D-葡萄糖。这对于确定纤维素聚合物 是由脱水D-葡萄糖的重复单元所组成是一个好的证明。1922 年Irvine和Hirst把棉花醋酸化，转化成纤维素醋酸酯，然后 甲醇解得到得率为95.5%的甲基-D-葡萄糖苷和甲基 -D-葡 萄糖苷的混合物，进一步分析，其产物不含多戊糖，也没有其 它化合物能检查出来，由此证明纯的纤维素只含葡萄糖基。
§5-2 纤维素的存在、分离和测定方法 1、存在
纤维素大家并不陌生，如棉花、纸张等，离开 了纤维素，人们无法生活，纤维素是自然界中 储备量最大，分布最广的天然有机物。纤维素 是高等植物成熟细胞壁的主要组成物质。
木材：40%~50% 禾本科植物：40%~45% 苧麻皮：80%~90% 棉花：95%~99% 树皮 ： 20-30%
在上述条件下，非纤维素的碳水化合物也部分被溶出，另 外还有0.1-0.3%的木素仍残留在克贝纤维素中。克贝纤维 素降解较综纤维素稍多，但与工业纸浆中的纤维素相比， 其降解程度则较小，它含纤维素与一部分半纤维素。
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硝酸乙醇法纤维素
硝酸乙醇法测定纤维素含量是法国人库尔施奈尔和霍费 (Kurschner & Hoffer)所提出：用20%硝酸和80%乙醇的混 合液，在加热至沸腾(75-80℃)的条件下处理无抽提物的植 物纤维原料，使其所含木素变为硝化木素，并溶于乙醇之 中，所得残渣过滤即为硝酸乙醇纤维素。此法使原料中大 部分半纤维素水解，故测定结果较同一原料的克贝纤维素 含量低。而且在测定过程中，纤维素分子链也发生降解， 故其组成，性质与克贝纤维素也有所不同。
不论哪种分离方法，在分离纤维素过程中，纤维素都 受到不同程度的降解，所得的结果均是在特定条件下 获得的，故所得的百分含量值必须冠以其分离方法。
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§5-3 纤维素大分子化学结构、聚合度和 分子量的测定方法、多分散性和分级
1、纤维素的大分子结构 纤维素是由很多吡喃型D-葡萄糖基，在1-4位 置上彼此以ß-苷键连接而成的线型高聚物， 其结构如下：
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(1) 结构论证
A 纤维素大分子的结构单元： (a)纤维素的强酸水解
1921年Menier-Willianes 用浓H2SO4水解纯的棉花纤维，分 离出得率为90.7%的结晶D-葡萄糖。这对于确定纤维素聚合物 是由脱水D-葡萄糖的重复单元所组成是一个好的证明。1922 年Irvine和Hirst把棉花醋酸化，转化成纤维素醋酸酯，然后 甲醇解得到得率为95.5%的甲基-D-葡萄糖苷和甲基 -D-葡 萄糖苷的混合物，进一步分析，其产物不含多戊糖，也没有其 它化合物能检查出来，由此证明纯的纤维素只含葡萄糖基。
《植物纤维素化学》PPT课件
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26
三、纤维素的热降解
热降解是指纤维素在受热过程中，其结 构、物理和化学性质发生的变化。 包括聚合度和强度的下降、挥发性成分 的逸出、质量的损失以及结晶区的破坏。 严重时还产生纤维素的分解，甚至发生 碳化反应或石墨化反应。
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27
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28
四、纤维素表面电化学性质
纤维素纤维在水中表面带负电荷
2
木材组分化学分析
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3
木材成分分析示意图
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4
纤维素是自然界中最丰富的可再生资源:
木材纤维和非木材纤维（竹类、禾草类） 纤维素+半纤维素+木素（80-95%） 在植物纤维中，纤维素是决定纤维特征， 并使它能应用于造纸的物质。
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5
第一节 纤维素分子结构
1、化学结构
纤 维 素 是 由 β-D- 吡 喃 葡 萄 糖 基 彼 此 以 （1-4）-β-苷键连接而成的线性高分子化 学结构为：
由于纤维素分子链中每个失水葡萄糖单 元上有3个羟基，所以，取代度只能小于 或等于3.
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二、纤维素的多相反应与均相反应
1、纤维素多相反应的主要特点 天然纤维素的高结晶性和难溶性，决定 了多数的化学反应都是在多相介质中进 行的。 纤维素分子内和分子间氢键的作用，导 致多相反应只能在纤维素的表面上进行。
意义：纤维素工业带来巨大变革和对纤 维生物质的利用产生重大影响
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21
（1）水体系溶剂：
1）无机酸类 如H2SO4（65%~80%）、HCL （40%~42%）、H2PO4（73%~83%） 和HNO3（84%），这些酸溶解纤维素时， 伴有水解作用，使纤维素发生严重的降 解。
生物质结构化学——第三章 纤维素(1)
(3) 结晶度和可及度的关系：
A = a + ( 100 – a )
A—可及度
—结晶区表面的纤维素分子数
a—结晶度
(4) 测定方法
物理法
结晶度：X-射线衍射法、红外光谱法、密度法
可及度：水解法、重水交换法、甲酰化法
化学法
4、纤维素的细纤维结构
纤维素织态结构模型
结晶区
非结晶区：无定形区
纤维素大分子是一种结晶区和无 定形区交错结合的体系，从结晶区到 无定形区是逐步过渡的，无明显界限， 一个纤维素分子链可以经过若干结晶 区和无定形区。每一个结晶区称之为 微晶体，也称之为胶束或微胞。
OH
OH
HO HO
α -型
O
OH OH
HO HO
在直立键上
β -型
O
OH OH
在平伏键上
为什么在溶液中达到平衡时，β型占64%，而α型仅占36%?为什么β 型在酸中水解速度比α型小的多??
（8）纤维素二糖是支配纤维素分子构象的基本单 元，它的长度约为100nm，即单位为100nm的小分 子重复聚合而成为大分子。
4.1 纤维素织态结构模型
结晶区
1条分子穿过 若干结晶区 和非结晶区
无定形区
（1）结晶区的特点 ：
纤维素分子链取向良好，密度较大，结晶区纤维素的 密度为1.588g/cm3,分子间的结合力强，故结晶区对强度的 贡献大。
（2）非结晶区的特点：
纤维素分子链取向较差，分子排列秩序性差，分子间
距离较大，密度小，无定形区纤维素密度为1.50g／cm3。且
分子间氢键结合数量少，故无定形区对强度的贡献小。
四、纤维素大分子间的氢键及其影响
1.氢键的形成及其性质
纤维素简介
纤维素分子单元构象
纤维素分子单元构象
纤维素分子单元构象
I型纤维素简介
• 植物细胞壁中的纤维素原纤结构其骨架，
原纤埋在半纤维素、果胶和某些蛋白质 构成的基质中，成熟了的细胞壁再与固 结物质——木质素相结合
• 纤维素分为I ,II, III, IV, V五类 • 纤维素I是天然存在的纤维素形式，包
酐以二次螺旋轴维系在一起,重复距离 为1．03×10－9 m
• 在分子链的一端，C1上有一个自由的
半缩醛羟基，在另一端，C4原于上有 一个自由的仲羟基，
纤维素分子单元构象
纤维素分子单元Βιβλιοθήκη 象纤维素分子单元构象• 连接在C5上的伯醇基(-CH2OH)可
以绕C5-C6键旋转，通常接近于三 种基本的构象：gt，gg和tg
纤维素原纤模型
• 缨状原纤结构理论: :一个高分子的
长链可以通过几个结晶区和非品区， 结晶区和非品区之间的过渡是逐渐 的,形成所谓缨状胶束并且,结晶区 和高分子长度之间没有直接关系
纤维素原纤模型
纤维素纤维构成模型
微观
原纤
微原纤
大原纤
纤维素纤维
宏观
纤维素纤维构成模型
微原纤
原纤
The End
内容
• 纤维素化学组成 • 纤维素分子结构 • 纤维素分子单元构象 • I型纤维素简介 • 纤维素原纤模型 • 纤维素纤维构成模型
纤维素化学组成
• 纤维素是天然高分子化合物．经过长期
的研究，确定其化学结构是由很多D— 吡喃葡萄糖酐C5彼此以β(1—4)苷键连 结而成的线形巨分子，其化学式为 C6H10O5，化学结构的实验分子式为 (C6H10O5)。(n为聚合度)，由合碳 44.4％，氢6．17％，氧49.39％三种 元素组成．
纤维素介绍
纤维素醚类的性质：
1）无毒、无味，具有生理惰性； 2）溶液的增稠作用；3）悬浮或胶乳的稳定性； 4）保水性； 5）耦合作用； 6）保护胶体作用； 7）成膜性； 8）粘合性。 此外，部分纤维素醚还具有一些特殊作用，如热致凝胶作用、表面活性作用、泡沫稳定 性、触变性、离子活性和添加凝胶作用等。
纤维素醚已广泛应用于合成洗涤剂、石油、采矿、纺织、造纸、聚合反应、食品、医药、 化妆品、涂料及建材各个方面，有“工业味精”之称。
（2）碱催化烷氧基作用：
NaOH 羟乙基纤维素、羟丙基纤维素和羟丁基纤维素按此机理制备。 Cell OCH2 Cell OH + H2C CH R O
CH R OH
（3）碱催化加成反应－Michael加成反应。一个活化的乙烯基化合物与纤维素羟基发生 加成反应：
最典型的反应为丙烯腈与碱纤维素反应生成氰乙基纤维素：
（1）
H Cell OH + H Cell O H
H Cell （2） O H +X X Cell O H H X Cell + H2O
H
OH
H OH Cell O C = O R Cell O C = O + H 2O R
Cell O + C=O R
（ 3）
H Cell O + OH C OH R H OH Cell O C OH R Cell O C O + H2O + H R
再生纤维素纤维具有独特的光泽、良好的悬垂感、 天然透气性、抗静电性。
生产方法： 粘胶法（服装用） 铜氨法（中空纤维，用作人工肾）
新溶剂法（NMMO）（高强度纤维）
2002年全球纤维素纤维生产能力
商用再生纤维素纤维的物理性能及结构
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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。
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
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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。
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2.纤维素的溶解溶剂体系
NaOH/CS2
铜胺溶剂
NaOH/尿素体系
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。
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。
胺氧化合物体系
离子液体体系
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维素
碱液
平 面 静
态 培 养
连
续 动 态
培养
纤维素，半纤维素，木质素
细菌纤维素（bacterial cellulose）
氢键 共价键
氯乙醇胺法，酸性亚硫酸盐法，过醋酸法
缺点：聚合度低，低 结晶度，
合成路线 人工合成纤维素
酶催化 葡萄糖衍生物的开环聚合
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。