天然高分子最新研究进展及展望

西北民族大学期末考试

—淀粉精细化学品

论文课题：天然高分子的最新研究进展及展望的综述

学校：西北民族大学

姓名：马文杰

学号：P081914246

院部：化工学院

班级：2008级化学工程与工艺2班

天然高分子的最新研究进展及展望的综述

【摘要】：综述了近年来天然高分子材料的研究进展。主要介绍纤维素、木质

纤维素、淀粉、蛋白质以及天然橡胶等天然高分子通过化学、物理方法以及纳米技术改性制备具有各种功能及生物可降解性环境友好材料的研究状况，并对此类新材料的应用前景进行了展望。

【关键词】：纤维素；淀粉；蛋白质；天然橡胶；研究；进展；展望

前言

人们在远古时期，就已经利用天然高分子为生活资料和生产工具。自然界动植物（包括人类在内）的组成中，高分子占主要成分。生物的物质基础是各种高分子化合物与一些小分子的组合，生命现象是他们相互间的物理、化学现象。“不使用也不产生有害物质，利用可再生资源

合成环境友好化学品”已成为国际科技前沿领

域。近年来,随着我国可持续发展战略的实施,再

生资源产业引起国家政府部门的全面关注和高

度重视。

众所周知，世界石油资源日益减少，原油价格不断上涨，使传统的合成高分子工业的发展受到制约。同时，合成高分子材料很难生物降解，造成的环境污染日益严重。可再生天然高分子来自自然界中动、植物以及微生物资源，它们是取之不尽、用之不竭的可再生资源。而且，这些材料废弃后容易被自然界微生物分解成水、二氧化碳和无机小分子，属于环境友好材料。尤其，天然高分子具有多种功能基团，可以通过化学、物理方法改性成为新材料，也可以通过新兴的纳米技术制备出各种功能料，因此它们很可能在将来替代合成塑料成为主要化工产品。由此，世界各国都在逐渐增加人力和财力的投入对天然高分子材料进行研究与开发。再者，随着全球环保意识的增强，人们也在不断寻找绿色化学产品；研究利用天然高分子材料来生产最新环保产品。近3年，有关天然高分子材料的优秀成果如雨后春笋般不断涌现。本文主要综述纤维素、淀粉、蛋白质以及天然橡胶等主要天然高分子材料的研究进展，并探讨它们的应用前景及展望。

正文

一、天然高分子材料的最新研究进展[1]]

材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人

类文明的重要里程碑，当有人将能源、信息和材

料并列为新科技革命的三大支柱，而材料又是能源

和信息发展的物质基础。

1 纤维素材料[2] [3][4]

纤维素是地球上最古老和最丰富的可再生资源，主要来源于树木、棉花、麻、谷类植物和其它高等植物，也可通过细菌的酶解过程产生(细菌纤维素)。纤维素由p一(1—4)一链接的D．葡萄糖组成，它含有大量羟基，易形成分子内和分

子问氢键，使它难溶、难熔，从而不能熔

融加工。纤维素除用作纸张外，还可用于生

产丝、薄膜、无纺布、填料以及各种衍

生物产品。长期以来，采用传统的粘胶法生

产人造丝和玻璃纸，由于大量使用CS2：而

导致环境严重污染。因此，寻找新溶剂体系

是纤维素科学与纤维素材料发展的关键。最近开发的纤维素有羟丙基甲基纤维素[5][6]、聚丙烯纤维、木质纤维等干粉砂浆添加剂，这些添加剂被广泛用于外墙保温砂浆、内外墙腻子、瓷砖粘结剂、嵌缝剂、界面剂、自流平、地坪砂浆、粉刷石膏等聚合物砂浆中。还有水泥混凝土专用单丝纤维，又称为工程纤维、混凝土纤维、抗裂纤维、防裂纤维或合成纤维，塑料纤维等，是一种以聚丙烯为主要原料，以独特生产工艺制造而成的高强度束状单丝纤维。加入混凝土或砂浆中可有效的控制混凝土（砂浆）固塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂缝，防止及抑止裂缝的形成及发展，大大改善混凝土的阻裂抗渗性能，抗冲击及抗震能力，可以广泛的使用于地下工程防水，工业民用建筑工程的屋面、墙体、地坪、水池、地下室等，以及道路和桥梁工程中。纤维素在加热条件下溶于NMMO，用它纺的丝称为Lyocell(天丝)，其性能优良。

纤维素在各种溶剂体系的溶解过程和溶解机理以及再生纤维素丝[7]、膜材料等已有不少报道。

近3年，细菌纤维素已日益引人注目，因为它比由植物得到的纤维素具有更高的分子量、结晶度、纤维簇和纤维素含量。用硫酸水解细菌纤维素，得到了棒状的纤维素微晶悬浮液。脱盐后，该悬浮液会自发的进行向列型相分离，且持续1周。若向其中加入示踪的电解质溶液(1mmol NaC1)~I]会导致相分离行为变化，即从各向异性转变成手性的向列型液晶。最近，细菌纤维素在生物医学上的应用。他们指出，细菌纤维素的独特纳米[8]结构和性能使其在造纸、电子学、声学以及生物医学等多个领域具有广泛的应用潜力，尤其是作为组织工程材料[9]用来护理创伤和替代病变器官。细菌纤维素薄膜已被用作皮肤伤VI敷料以及微小血管替代物。

木质素是具有更为复杂结构的天然高分子，它含芳香基、酚羟基、醇羟基、羧基、甲氧基、羧基、共轭双键等活性基团，可以进行多种类型的化学反应。它主要用于合成聚氨酯、聚酰亚胺、聚酯等高分子材料或者作为增强剂。接枝共聚是其化学改性的重要方法，它能够赋予木质素更高的性能和功能。木质素的接枝共聚通常采用化学反应、辐射引发和酶促反应三种方式，前两者可以应用于反应挤出工艺及原位反应增容。木质素中的羧基、酚羟基和醇羟基可以与异氰酸酯进行反应制备聚氨酯材料，木质素充当交联剂及硬链段的双重作用，加入部分木质纤维素可以使材料的力学性能明显提高。用2．8％的硝化木质素与蓖麻油基聚氨酯预聚物反应制备出力学性能优良的材料。该复合材料形成接枝型一互穿聚合物网络(IPN)结构，它以硝化木质素为中心连接多个聚氨酯网络而形成一种星型网络结构，由此得到的IPN材料的抗张强度和断裂伸长率都比原聚氨酯提高一倍以上。木质素还是一种优良的填充增强材料，它已替代炭黑作为补强剂填充改性橡胶。木质纤维素的羟基和橡胶中共轭双键的电子云能形成氢键，并且可以与橡胶发生接枝、交联等反应，从而起到增强的作用。木质纤维素填充橡胶，主要通过工艺改良和化学改性解决木质素在橡胶基质中的分散，同时利用木质素分子的反应活性构筑树脂一树脂、树脂一橡胶及橡胶交联的多重网络结构。据报道，相同类型的木质素，在橡胶基质中分布的颗粒尺度越小，与橡胶的相容性越高，则化学作用越强、补强作用愈为明显。通常采用共沉