13-高分子科学导论-天然高分子材料PPT课件

• 天然高分子是指没有经过人工合成，天然存在于动植物 和微生物体内的大分子有机化合物。
• 天然高分子都是处在一个完整而严谨的超分子体系内， 一般是多种天然高分子以高度有序的结构排列起来。
• 天然高分子作为可再生、可持续发展的资源，在能源问 题日益紧迫的今天，开始表现出越来越重要的经济和战 略意义。
• 人类对天然高分子的利用始终伴随着人类的进化与发展。 与人的社会生产和生活密不可分。
• 接枝与交联 • 卤化与氧化
2021
19
Application of the Cellulose
2021
6
Classification of the Natural Polymers
• 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。
• 遗传信息物质
• DNA、RNA
• 动植物分泌物
• 生漆、天然橡胶、虫胶。
2021
7
Polysaccharide
2021
8
2021
3
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。
2021
4
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
水 堆肥
阳光
农作物
可降解制品
农产品
提取
2021
• 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。
2021
18
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。
2021
15
Application of Starch
• 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、
粘合剂、胶凝剂等不同的用途。
2021
16
Cellulose
• 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。
• 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%。
2021
12
Source of the Starch
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。
2021
9
Polysaccharide
OH
OH
OH
H
OH H
OH H
OH
H
H
H
OH H
OH H
OH H
O
O
O
O
OH
H OH
H
淀粉
纤维素
OH
H OH
H H
OH
O H
OH O
H H
OH
O
H HH
OH OH
OH O
H H
OH O
H
H
H
OH
O O
H H
OH
OH
• 自然界存在 OH
H
O
H
O
H H
O
OH H
O
H
H H
O
OH H
O
H
H
NH2
着大量的多
OH H
H
H
NH2
O
糖类高分子
H
NH2
壳聚糖
2021
10
Conformation of Polysaccharide
OH
HO
O
HO OH OH
α-D-Glucose
Starch (helix)
HO HO
OH O OH
OH
β-D-Glucose
OH
OH
O HO
O HO O
O O
OH
OH
Cellulose (sheet)
OH
HO
O
ຫໍສະໝຸດ Baidu
HO
OH α-D-Glucose OH
OO
OO H
O OO
H
HO HO
HO HO
2021
Dextran (coil) 11
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。
• 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。
2021
17
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。
天然高分子
5
Disadvantage of the Natural Polymers
• 一般的天然高分子加工性能都很差，难以通过常用塑 料的加工方法成型；
• 力学性能、耐环境性能等存在缺陷，应用范围较窄； • 因此为了拓展天然高分子的应用范围、提高其使用性
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。
• 淀粉
2021
13
Topology of starch
2021
14
Modified Starch
淀粉本身不具有熔点，加热后容易发生分解和氧化反应，因此需要进行 改性处理。 • 物理变性：包括预糊化淀粉、γ-射线、超高频辐射处理淀粉、机械研磨 处理淀粉、湿热处理淀粉等。 • 化学变性：用各种化学试剂处理得到的变性淀粉。其中有两大类：一类 是使淀粉分子量下降，如酸解淀粉、氧化淀粉、焙烤糊精等；另一类是使淀 粉分子量增加，如交联淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉、接枝淀粉等。 • 酶法变性（生物改性）：各种酶处理淀粉。如环糊精、麦芽糊精、直链 淀粉等。 • 复合变性：采用两种以上处理方法得到的变性淀粉。如氧化交联淀粉、 交联酯化淀粉等。采用复合变性得到的变性淀粉具有两种变性淀粉的各自优 点。
Introduction to Polymer Science
Natural Polymers
2021
1
Natural Polymers
• Natural polymers are polymers produced by living organisms.
2021
2
Natural Polymer