生物质材料复习资料

生物质材料

一、绪论

环境：指与人类密切相关、影响人类生活和生产活动的各种自然（包括人工干预下形成的）力量或作用的总和。分为自然环境和社会环境。

环境对人类的贡献：

1、它是人类生存与发展的终极物质来源；

2、它承受着人类活动产生的废弃物和各种作用结果。

资源：广义的资源：指人类生存发展和享受所需要的一切物质的和非物质的要素。

狭义的资源：仅指自然资源

材料：指具有一定结构、组分和性能，具有一定用途的物质。

环境材料：具有良好的使用性能和优良的环境协调性的材料。在加工、制造、使用和再生过程中具有最低环境负荷、最大使用功能的人类所需材料。既包括经改造后的现有传统材料也包括新开发的环境材料。

生物质材料：是指由动物、植物及微生物等生命体衍生得到的材料，主要上由有机高分子物质组成，在化学成分上生物质材料主要由碳、氢和氧三种元素组成。

生物质材料的分类：

1、按组分：均质生物质材料、复合生物质材料

2、按所含化学结构单元：多糖类、蛋白质类、核酸、脂类、酚类、聚氨基酸、

综合类

生物质材料的一般特征：

1）都含有碳、氢和氧三种元素，部分生物质材料还可能含有氮、硫或者钠等元素，因此生物质材料归属于有机高分子材料，具有有机物和高分子的一般特性特征

2）种类多、分布广、储量丰富。

3）与合成高分子材料相比，都具有较好的生物降解性.

4）可再生

5）生物质材料能够进行与功能基相关的聚合物化学反应。

6）水分对生物质材料的性能影响明显

7）通常是多组分伴生

8）结构和性能变异大

二、纤维素基材料

纤维素：纤维素是构成植物细胞的基本成分，它存在于所有植物当中，是植物界中一种最丰富的可再生的有机资源。

综纤维素：指植物纤维原料中的全部碳水化合物，即纤维素与半纤维素之和。

故又称全纤维素。

制备方法：

1、氯化法

无抽提物试料氯气

木素被氧化

化木素综纤维素（白色）抽提

+

2、 亚氯酸钠法

3、 二氧化氯法

4、过醋酸法

实验室常用亚硫酸钠法。

纤维素的结构：

纤维素是β-D 葡萄糖基通过1,4－苷键连接而成的线型高分子化合物。 构象：gt 构象：C 6-O 6在C 5-O 5同侧而在C 5-C 4反侧

tg 构象：C 6-O 6在C 5-O 5反侧而在C 5-C 4同侧 gg 构象：C 6-O 6在C 5-O 5和C 5-C 4的中间 氢键对性能的影响：

1、通过氢键的连接，使整个高分子链成为带状，从而使它具有较高的刚性。

2、对吸湿性的影响

氢键的形成，使纤维及纸页的吸湿性降低。

3、对溶解度的影响

分子间氢键破坏程度大的溶解度大。

干燥过的纤维素的溶解度小于未经干燥的纤维素的溶解度。

4、 氢键对纤维素的超分子的形成有重要作用，在结晶区纤维素分子之间 形成较多的氢键，大量的氢键可以提高木材和木质材料的强度，减少吸湿性，降低化学反应等。

（白色）

综纤维素无抽提物试料2HAc 6%

无抽提物试料

综纤维素（

白色）2

NaHCO 3

（饱和溶液）氯

化木素+无抽提物试料

综纤维素

氯化木素+22

70+

+（溶出）

℃

(CH CH COO)O

α、β、γ纤维素：习惯上将β-与γ-纤维素之和称为工业半纤维素，以

与天然半纤维素区别

吸湿性：在纤维素的无定形区内，游离羟基与极性水分子形成氢键结合，使纤维素的水分含量增加的过程。（环境湿度很大或将现为浸入水中，纤维素的水分会增加，出现膨胀现象）

解吸：因蒸汽分压下降，无定形区的氢键结合破环，水分子被释放的过程。（当环境湿度较小或对纤维素进行干燥处理，纤维素会失去部分水，出a 线缩水现象）

吸湿滞后现象：同一相对湿度下，纤维素吸附时的吸着水量低于解吸时的吸着水量的现象。即“进得多，出的少”。 纤维素结晶度和性能的关系：

纤维结晶度升高，则：1）纤维的吸湿性下降；

2）纤维润胀程度下降； 3）纤维伸长率下降； 4）纤维的抗张强度上升。

纤维素的化学反应： 酯化反应：

Z 可以是 C 、S=O 、O=S=O 、O=P —OH 、O=N=O 、N=O 、Ti (OH)2、B —OH 等；X 可以是O 或S ； Y 可以是烷基、苯基、烯基或者它们的衍生基团，或者-OH ，或者SH ，或者为空。

当纤维素与异氰酸酯反应形成纤维素氨基甲酸酯用下式表示：

醚化反应：

1、用碱处理纤维素先制备成碱纤维素，再与卤代烃烷基化得到

Cell

O

C

NH

O R

Cell

OH + OCN

R

Cell

OR + NaX + H 2

O Cell OH + NaOH + RX

综纤维素的

α-

纤维素 综纤维素

漂白化学浆

17.5%NaOH 20℃ 或24%KOH

45min 不 溶 物 漂白化学浆的 α-纤维素

纤维素和 抗碱的半纤维素 醋酸 沉淀，β-纤维素 溶液，γ-纤维素

X 是Cl 或Br ，以Cl 使用最多；R 是烷基或者烷基衍生基团，最常见的是甲基、乙基羧甲基。

2、在有机稀释剂（丙酮、四氢呋喃等）存在下，碱纤维素与环氧烷通过SN2

亲核取代反应，制得羟烷基纤维素醚。

R 是烷基或氢，最常见的是环氧乙烷和环氧丙烷。

3、碱存在下，碱纤维素与丙烯腈发生Michael 加成反应，制得氰乙基纤维

素醚

两种脂类：纤维素硝酸酯

性质：易燃不稳定的性质和易引起火灾，甚至有产生爆炸的危险

应用：含氮量低于10.5%的硝酸纤维素溶解性很差，10.5%-11.2%的较多用

于赛璐璐，高于12.3%的易于分解爆炸，12.6%以上者常用于制造炸药。

纤维素醋酸酯

性质：耐热性提高，不易燃烧，吸湿性小，电绝缘性提高。可用来生产电

绝缘纸。

应用：最主要的纤维素塑料，P38

醚类：乙基纤维素醚（反应式自己写）

性质：是一种热塑性塑料，具有低密度、较高力学强度、低吸湿性、耐酸、

耐碱、耐盐、抗热性、耐寒性等特点

应用：主要用作于耐寒涂料和耐寒塑料，多用于航空领域 羟乙基纤维素醚

性质：是一种非离子型水溶性胶体，具有增稠、悬浮、黏合、乳化、成膜、

保水、胶体保护等性质

应用：广泛用作表面活性剂、胶体保护剂、分散剂、分散稳定剂、黏合剂。 三、 淀粉基材料

淀粉的结构：淀粉是以颗粒状存在于植物中，颗粒内除含有80%~90%的支链淀粉外,还含有10%~20%的直链淀粉。均为D-吡喃型葡萄糖基，直链淀粉是葡萄糖基之间以α-1,4-苷键连接的线性多聚物，支链的在分支位置由α-1,6-苷键连接.

糊化：在过量水存在和一定温度下，整个颗粒突然大量膨胀、破裂，晶体结构消失，最终变成黏稠的糊，这种现象称为糊化，发生糊化所需的温度称为糊化温度。

变性淀粉：也称改性淀粉或淀粉衍生物，是指天然淀粉经物理、化学、生物等方法处理改变了淀粉分子中的某些D-吡喃葡萄糖单元的化学结构，同时也不同程度地改变天然淀粉的物理和化学性质，经过这种变性处理的淀粉通称为变性淀粉。

OCH 2

CH OH

R

Cell

NaOH

H 2C

CH R

Cell

OH + Cell OH + H 2C CH

CN Cell O CH 2CH 2CN