第1章 绪论 天然高分子材料
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14
Natural Polymers
Some terms related to biopolymers
• Renewable A characteristic of a material or resource that is composed of biomass from a living source and which can be continually replenished.
Βιβλιοθήκη Baidu
• 天然高分子材料 • 来源于天然高分子材料的合成聚合物
16
Natural Polymers
• Biodegradable Capable of being broken down especially into innocuous products by the action of living things (as microorganisms)
Natural Polymers
第一章 绪
论
1
Natural Polymers
主要内容
• 高分子材料发展简史 • 合成聚合物材料引发的问题
• 天然高分子材料简介
• 教材及参考书目
2
Natural Polymers
检验真理的标准 实践？ 时间？
美国学习， 不如向自然学习。
与其向
从 未 被 超 越
一 直 被 模 仿
8
Natural Polymers
• 1869年，美国人John Wesley Hyatt把硝化纤维、樟脑和乙 醇的混合物在高压下共热，制造出了第一种人工合成塑料 “赛璐珞”(cellulose)。 “赛璐珞”是由天然的纤维素加工而成的，并不是完全人工 合成的塑料。 • 人类历史上第一种完全人工合成的塑料是在1909年由美国 人Leo Baekeland用苯酚和甲醛制造的酚醛树脂，又称贝克 兰塑料。
24
Natural Polymers
天然高分子材料的特性
• • • • • 来源广泛 可再生 可生物降解 环境友好 生物相容性好
25
Natural Polymers
本课程主要介绍的天然高分子材料
• • • • • • 纤维素 (cellulose) 淀粉 (starch) 甲壳素和壳聚糖 (chitin & chitosan) 胶原和明胶 (collagen & gelatin) 蚕丝和蜘蛛丝（silk and spider silk） 聚(-羟基丁酸酯) (Poly(- polyhydroxybutyrate), PHB)
12
Natural Polymers
合成聚合物材料引发的问题 The problems with synthesized polymers • 能源危机 • 环境危机 (3R工程：Reduction, Reuse, Recycle) • 安全性 (The toxicity of plastics is not fully understood or adequately tested)
多糖
蛋白质 脂肪族聚酯
26
教
材：天然高分子材料，郑学晶等主编
化学工业出版社，2010.12
参考书目：
• 生物高分子材料及应用，郑学晶等主编，化学工业出版社 • 天然高分子改性材料及应用，张俐娜主编，化学工业出版社
• 天然高分子材料，胡玉洁主编，化学工业出版社
• 胶原与胶原蛋白，蒋挺大编著，化学工业出版社
13
Natural Polymers
中国城市垃圾处理情况
• • • • 填埋 landfill 焚烧 incineration 堆肥 composting 综合处理和丢弃 comprehensive disposal and discarding
•可降解聚合物 •可生物降解聚合物
天然高分子材料 Natural polymers/biopolymers
15
Natural Polymers
Biomass • A renewable energy source, is biological material from living, or recently living organisms. • Note: This includes waste of biological origin.
• 甲壳素，蒋挺大编著，化学工业出版社
• 壳聚糖，蒋挺大编著，化学工业出版社 • 生物降解高分子材料及其应用，戈进杰，化学工业出版社 • 天然高分子絮凝剂，肖锦、周勤，化学工业出版社
• 1950s，德国人齐格勒(Karl Ziegler)与意大利人纳塔(Giulio Natta)分别用金属络合催化剂合成了聚乙烯与聚丙烯。
11
Natural Polymers
• 1955年，美国人利用齐格勒-纳塔催化剂聚合异戊二烯， 首次用人工方法合成了结构与天然橡胶基本一样的合 成天然橡胶。 • 1971年，S.L Wolek 发明可耐300oC高温的Kevlar。 • 。。。。。。
必 灾 祸 夭 折
与 天 地 离 德
必 生 生 不 息
与 天 地 合 德
道 天 地 人 法 法 法 法 《 自 道 天 地 道 然
德 经 》 ——
3
Natural Polymers
笑指白莲闲处看 污泥香里养灵珠
出淤泥而不染？
4
Natural Polymers
Lotus effect-超疏水自清洁纳米涂料
18
Natural Polymers
• Low-Carbon Economy A Low-Carbon Economy (LCE) or Low-FossilFuel Economy (LFFE) is an economy which has a minimal output of greenhouse gas (GHG) emissions into the biosphere, but specifically refers to the greenhouse gas carbon dioxide.
易于生物降解的高分子材料：
含糖苷键、肽键和脂肪族酯键的高分子材料
17
Natural Polymers
Carbon Footprint
怎样喝水，其过 程中的碳足迹为0？
A carbon footprint is the total amount of CO2 and other greenhouse gases emitted over the full life cycle of a product or service.
Natural Polymers
高分子科学发展简史
• 。。。。。。 • 15世纪，美洲玛雅人，天然橡胶 • 1812 年，化学家在用酸水解木屑、树皮、淀粉等植物 的实验中得到了葡萄糖，证明淀粉、纤维素都由葡萄 糖组成。
7
Natural Polymers
• 1826年，M. Faraday 通过元素分析发现橡胶的单体分子是 C5H8 ，后来人们测出 C5H8 的结构是异戊二烯。就这样，人 们逐步了解了构成某些天然高分子化合物的单体。 • 1839年，美国人Charles Goodyear发现天然橡胶与硫磺共热 后明显地改变了性能，使它从硬度较低、遇热发粘软化、遇 冷发脆断裂的不实用的性质，变为富有弹性、可塑性的材料。
“低碳经济”的理想形态: 充分发展“阳光经 济”、“风能经济”、“氢能经济”、 “生物质能经济”。
19
Natural Polymers
天然高分子材料简介
• 天然高分子是没有经过人工合成的，天然存在于动物、 植物和微生物内的大分子有机化合物。
20
Natural Polymers
21
Natural Polymers
天然高分子材料的应用涉及人 类生活的方方面面
22
Natural Polymers
Natural polymers
Natural polymers
Synthetic polymers
Natural Polymers
天然高分子及其衍生物性质多样、种类丰富，在众多的应 用中日益重要。生命体能够合成多种多样的高分子，根据 其化学结构的不同可以将天然高分子分为8大类： 1. 核酸，如核糖核酸和脱氧核糖核酸； 2. 聚酰胺，如蛋白质和聚氨基酸； 3. 多糖，如淀粉、纤维素、甲壳素和黄原胶； 4. 有机聚氧酯，如聚羟基脂肪酸酯、聚苹果酸酯和角质； 5. 聚硫酯，最近才见报道； 6. 无机聚酯，以聚磷酸酯为唯一代表； 7. 类聚异戊二烯，如天然橡胶或古塔波胶； 8. 聚酚，如木质素和腐殖酸。
5
Swim Like the Sharks
Shark skin is very rough, covered by little Vshaped bumps, made from the same material as sharks' teeth. The rough surface has been shown to reduce friction when the shark glides through water, which is why sharks are surprisingly quick and efficient swimmers.
9
Natural Polymers
• 1920年，德国科学家Hermann Staü dinger发表了“关于 聚合反应”(Uber Polymerization)的论文，提出：高分 子物质是由具有相同化学结构的单体经过化学反应(聚 合)，通过化学键连接在一起的大分子化合物，高分子 或聚合物一词即源于此。 1953年，Staü dinger获得诺贝尔奖。
10
Natural Polymers
• 1935 年，杜邦公司基础化学研究所有机化学部的卡罗瑟斯 (Wallace H. Carothers，1896-1937)合成出聚酰胺66，即尼 龙。 • 1940s, Peter Debye 发明了通过光散射测定高分子物质分子 量的方法。
• 1948年，Paul Flory 建立了高分子长链结构的数学理论。
Natural Polymers
Some terms related to biopolymers
• Renewable A characteristic of a material or resource that is composed of biomass from a living source and which can be continually replenished.
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• 天然高分子材料 • 来源于天然高分子材料的合成聚合物
16
Natural Polymers
• Biodegradable Capable of being broken down especially into innocuous products by the action of living things (as microorganisms)
Natural Polymers
第一章 绪
论
1
Natural Polymers
主要内容
• 高分子材料发展简史 • 合成聚合物材料引发的问题
• 天然高分子材料简介
• 教材及参考书目
2
Natural Polymers
检验真理的标准 实践？ 时间？
美国学习， 不如向自然学习。
与其向
从 未 被 超 越
一 直 被 模 仿
8
Natural Polymers
• 1869年，美国人John Wesley Hyatt把硝化纤维、樟脑和乙 醇的混合物在高压下共热，制造出了第一种人工合成塑料 “赛璐珞”(cellulose)。 “赛璐珞”是由天然的纤维素加工而成的，并不是完全人工 合成的塑料。 • 人类历史上第一种完全人工合成的塑料是在1909年由美国 人Leo Baekeland用苯酚和甲醛制造的酚醛树脂，又称贝克 兰塑料。
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Natural Polymers
天然高分子材料的特性
• • • • • 来源广泛 可再生 可生物降解 环境友好 生物相容性好
25
Natural Polymers
本课程主要介绍的天然高分子材料
• • • • • • 纤维素 (cellulose) 淀粉 (starch) 甲壳素和壳聚糖 (chitin & chitosan) 胶原和明胶 (collagen & gelatin) 蚕丝和蜘蛛丝（silk and spider silk） 聚(-羟基丁酸酯) (Poly(- polyhydroxybutyrate), PHB)
12
Natural Polymers
合成聚合物材料引发的问题 The problems with synthesized polymers • 能源危机 • 环境危机 (3R工程：Reduction, Reuse, Recycle) • 安全性 (The toxicity of plastics is not fully understood or adequately tested)
多糖
蛋白质 脂肪族聚酯
26
教
材：天然高分子材料，郑学晶等主编
化学工业出版社，2010.12
参考书目：
• 生物高分子材料及应用，郑学晶等主编，化学工业出版社 • 天然高分子改性材料及应用，张俐娜主编，化学工业出版社
• 天然高分子材料，胡玉洁主编，化学工业出版社
• 胶原与胶原蛋白，蒋挺大编著，化学工业出版社
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Natural Polymers
中国城市垃圾处理情况
• • • • 填埋 landfill 焚烧 incineration 堆肥 composting 综合处理和丢弃 comprehensive disposal and discarding
•可降解聚合物 •可生物降解聚合物
天然高分子材料 Natural polymers/biopolymers
15
Natural Polymers
Biomass • A renewable energy source, is biological material from living, or recently living organisms. • Note: This includes waste of biological origin.
• 甲壳素，蒋挺大编著，化学工业出版社
• 壳聚糖，蒋挺大编著，化学工业出版社 • 生物降解高分子材料及其应用，戈进杰，化学工业出版社 • 天然高分子絮凝剂，肖锦、周勤，化学工业出版社
• 1950s，德国人齐格勒(Karl Ziegler)与意大利人纳塔(Giulio Natta)分别用金属络合催化剂合成了聚乙烯与聚丙烯。
11
Natural Polymers
• 1955年，美国人利用齐格勒-纳塔催化剂聚合异戊二烯， 首次用人工方法合成了结构与天然橡胶基本一样的合 成天然橡胶。 • 1971年，S.L Wolek 发明可耐300oC高温的Kevlar。 • 。。。。。。
必 灾 祸 夭 折
与 天 地 离 德
必 生 生 不 息
与 天 地 合 德
道 天 地 人 法 法 法 法 《 自 道 天 地 道 然
德 经 》 ——
3
Natural Polymers
笑指白莲闲处看 污泥香里养灵珠
出淤泥而不染？
4
Natural Polymers
Lotus effect-超疏水自清洁纳米涂料
18
Natural Polymers
• Low-Carbon Economy A Low-Carbon Economy (LCE) or Low-FossilFuel Economy (LFFE) is an economy which has a minimal output of greenhouse gas (GHG) emissions into the biosphere, but specifically refers to the greenhouse gas carbon dioxide.
易于生物降解的高分子材料：
含糖苷键、肽键和脂肪族酯键的高分子材料
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Natural Polymers
Carbon Footprint
怎样喝水，其过 程中的碳足迹为0？
A carbon footprint is the total amount of CO2 and other greenhouse gases emitted over the full life cycle of a product or service.
Natural Polymers
高分子科学发展简史
• 。。。。。。 • 15世纪，美洲玛雅人，天然橡胶 • 1812 年，化学家在用酸水解木屑、树皮、淀粉等植物 的实验中得到了葡萄糖，证明淀粉、纤维素都由葡萄 糖组成。
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Natural Polymers
• 1826年，M. Faraday 通过元素分析发现橡胶的单体分子是 C5H8 ，后来人们测出 C5H8 的结构是异戊二烯。就这样，人 们逐步了解了构成某些天然高分子化合物的单体。 • 1839年，美国人Charles Goodyear发现天然橡胶与硫磺共热 后明显地改变了性能，使它从硬度较低、遇热发粘软化、遇 冷发脆断裂的不实用的性质，变为富有弹性、可塑性的材料。
“低碳经济”的理想形态: 充分发展“阳光经 济”、“风能经济”、“氢能经济”、 “生物质能经济”。
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Natural Polymers
天然高分子材料简介
• 天然高分子是没有经过人工合成的，天然存在于动物、 植物和微生物内的大分子有机化合物。
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Natural Polymers
21
Natural Polymers
天然高分子材料的应用涉及人 类生活的方方面面
22
Natural Polymers
Natural polymers
Natural polymers
Synthetic polymers
Natural Polymers
天然高分子及其衍生物性质多样、种类丰富，在众多的应 用中日益重要。生命体能够合成多种多样的高分子，根据 其化学结构的不同可以将天然高分子分为8大类： 1. 核酸，如核糖核酸和脱氧核糖核酸； 2. 聚酰胺，如蛋白质和聚氨基酸； 3. 多糖，如淀粉、纤维素、甲壳素和黄原胶； 4. 有机聚氧酯，如聚羟基脂肪酸酯、聚苹果酸酯和角质； 5. 聚硫酯，最近才见报道； 6. 无机聚酯，以聚磷酸酯为唯一代表； 7. 类聚异戊二烯，如天然橡胶或古塔波胶； 8. 聚酚，如木质素和腐殖酸。
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Swim Like the Sharks
Shark skin is very rough, covered by little Vshaped bumps, made from the same material as sharks' teeth. The rough surface has been shown to reduce friction when the shark glides through water, which is why sharks are surprisingly quick and efficient swimmers.
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Natural Polymers
• 1920年，德国科学家Hermann Staü dinger发表了“关于 聚合反应”(Uber Polymerization)的论文，提出：高分 子物质是由具有相同化学结构的单体经过化学反应(聚 合)，通过化学键连接在一起的大分子化合物，高分子 或聚合物一词即源于此。 1953年，Staü dinger获得诺贝尔奖。
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Natural Polymers
• 1935 年，杜邦公司基础化学研究所有机化学部的卡罗瑟斯 (Wallace H. Carothers，1896-1937)合成出聚酰胺66，即尼 龙。 • 1940s, Peter Debye 发明了通过光散射测定高分子物质分子 量的方法。
• 1948年，Paul Flory 建立了高分子长链结构的数学理论。