天然高分子材料改性及应用考前复习资料精装版

1.天然高分子化合物：相对分子质量高达几千到几百万，有许多相同的结构单元通过共价
键重复连接而形成的化合物。

分类：合成高分子化合物（有机合成高分子化合物、无机高分子化合物）和天然高分子化合物（天然橡胶、多糖类、核酸、蛋白质、石棉）
2.高分子材料：由高分子化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶黏剂和高
分子复合材料。

按来源分类：天然高分子材料（纤维、淀粉、天然橡胶）、半合成高分子材料（硝化纤维、粘胶纤维）、合成高分子材料（有机玻璃、涤纶，尼龙）
3.天然高分子化合物／材料的来源：动物、植物、微生物
4.天然高分子改性途径和方法：天然高分子的溶解和熔融、衍生化改性、接枝共聚、物理
共混、互穿聚合物网络
5.天然高分子材料的特点：Ａ．优点：价格低廉，来源广泛；绿色清洁，具有可生物降解
性和可再生性Ｂ．缺点：一般天然高分子加工性能差，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。

6.热分析技术特点：应用广泛，技术方法多样，动态条件下快速研究物质热特性的有效性
7.三大热分析法区别：热重分析法（ＴＧ）：样品质量变化对温度的关系
差热分析法（ＤＴＡ）：样品和参比物之间的温度差对温度的关系
示差扫描量热法（ＤＳＣ）：样品和参比物之间的热流量差对温度的关系
８．红外光谱的定义：样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或者转动引起偶极矩的净变化，使振－转能级从基态跃迁到激发态，而形成的分子吸收光谱称为红外光谱（ＩＲ）．波长：０.８～１０００ｕｍ
频率：１２５００～１０ｃｍ－１
９．红外光谱特点：Ａ．有机化合物的红外光谱可以提供丰富的结构信息Ｂ．应用广泛（固体、液体、气体）Ｃ．常规红外光谱仪结构简单、价格不贵Ｄ．样品量少，可达微克量级Ｅ．主要用于定性分析，也可用于定量分析
１０.红外光谱仪分类：色散型（光源、样品室，单色器、检测器、记录显示装置）、干涉型（光源、迈克尔逊干涉器、样品室、检测器、计算机）
１１.干涉型红外光谱仪的特点：扫描速度快、分辨率高、精度大、灵敏度高、研究范围广原理：光源――干涉仪――样品――样品吸收特征波数的能量－－检测器检测到干涉光强度，得到干涉图――计算机将干涉图进行傅里叶变换，得到红外吸收光谱图
１２.衍射：衍射也叫绕射，光遇到障碍物或小孔后，偏离直线传播，且强度随位置变化，在屏上出现明暗相间的条纹的现象。

产生条件：当障碍物的线度与波长有相同的数量级时，即会出现衍射现象。

实质：大量原子散射波相互干涉的结果。

１３.Ｘ－ｒａｙ特点：高能光子能穿透一定厚度的物质，可以使荧光物质发光，照相乳胶感光、气体电离性质：不可见穿透力强在电磁波中不偏转普通光栅不能使之发生衍射应用：物相分析，结晶度测量，晶粒尺寸测量
１４.布拉格方程：Ｒ＝２ｄｓｉｎƟ＝ｎƛ即干涉加强的条件：晶体中任意两相邻原子面
上的原子散射波在原子面上反射方向的光程差是波长的整倍
应用：结构分析，光谱学
１５．显微技术：透射电镜（放大倍数高、分辨率高，由电子光学系统、电源与控制系统、真空系统组成）、扫描电镜（也叫扫描电子显微镜，放大倍率高、分辨率高景深大、保真度好、样品制备简单，由真空系统、电子束系统、成像系统组成）、原子力显微镜（原子级的高分辨率、提供真正的三维表面图、观察活的生命样本、成像范围小速度慢、针尖易磨损且无法修复、易受污染切难清洗，由力检部分、位置检测部分、反馈系统组成）
纤维素材料部分：
１. 纤维素的溶剂：衍生化溶剂、非衍生化溶剂（水相体系、非水相体系）
２. 纤维素的溶解方式有：直接物理溶解、部分衍生化溶解
３. 衍生化溶剂：在溶解过程中与纤维素反应生成部分取代的反应中间体的溶剂（二甲亚砜／多聚甲醛体系、ＮａｏＨ／ＣＳ２）
４. 非衍生化溶剂：与纤维素不发生化学反应的溶剂
５. 再生纤维素纤维：用纤维素为原料制成的结构为纤维素ＩＩ的再生纤维。

具有独特的光泽、良好的悬垂感、天然透气性、抗静电性的特点
６. 再生纤维素的制备方法：黏胶法、铜氨法、新型溶剂法
７. 纤维素衍生物：是指纤维素分子链中的羟基集团部分或者全部被酯化或者醚化而形成的一系列化合物，主要分为纤维素酯和纤维素醚两类。

８. 举例说明纤维素醚的制备过程：羧甲基纤维素（ＣＭＣ）的制备：纤维素和碱生成碱纤维素的碱化反应：
碱纤维素和一氯乙酸的醚化反应：
９. 纤维素改性方法：衍生化改性、物理共混改性、纤维素的接枝共聚和交联等化学改性
１０.纤维素改性途径：纤维素酯化、醚化、共混改性、复合改性、接枝共聚、交联改性
１１.纤维素改性材料在造纸行业的应用：Ａ．羧甲基纤维素（ｃｍｃ）用于高档纸张的表面施胶，作为纸质的改良剂，使纸张具有高致密性，良好的抗墨水渗透性，提高纸张强度和柔韧性。

Ｂ．部分纤维素的接枝共聚物可作为造纸木浆的水凝胶剂和超吸水剂Ｃ．交联反应可改变纤维素和织物的性质，提高纤维素的抗皱性、粘弹性以及纤维素的强度等。

淀粉部分：
１. 淀粉是一种多糖。

淀粉可分为直链淀粉（１０％－２０％糖淀粉）和支链淀粉（胶淀粉８０％－９０％）。

前者以α-1,4-糖苷键相连而成，后者以α-1,4-糖苷键和α-1,6-糖苷键连接。

直链淀粉分子量较小，在50000左右，支链淀粉分子量比直链淀粉大得多，在60000左右。

直链淀粉在水溶液中的三种构型：螺旋、间断式螺旋和无规线团
２. 支链淀粉与直链淀粉的区别：直链淀粉在水溶液中并不是线性分子，能溶于热水而不成糊状，遇碘显蓝色，成膜性和强度很好，粘附性和稳定性较支链淀粉差，糊化温度较高，具有抗润胀性，水溶性较差，不溶于脂肪；支链淀粉分子相对较大,一般由几千个葡萄糖残基组成.支链淀粉难溶于水,其分子中有许多个非还原性末端,但却只有一个还原性末端,故不显现还原性，支链淀粉遇碘显紫红色，在冷水中不溶，与热水作用则膨胀而成糊状。

３. 淀粉的颗粒特性：热特性、光学性能（偏光十字）、晶体结构、形貌特征（圆形、卵形、多边形）、淀粉的糊化、淀粉的老化等
４. 淀粉糊化：淀粉颗粒不溶于冷水，若在冷水中，淀粉粒因其比重大而沉淀，但将淀粉乳加热，淀粉颗粒可逆性吸水膨胀，可加热至某一温度时，颗粒会突然膨胀，达到原体积的几倍到几十倍，晶体结构消失，变成半透明粘稠的糊状物质。

淀粉糊化温度为５５度－７８度。

影响糊化的因素：淀粉颗粒的大小、含水量、添加物、酸度等。

５. 淀粉老化：淀粉溶液或者淀粉糊在室温或者低温下静置一定时间，浑浊度增加，溶解度降低，甚至出现浑浊，如果冷却速度快，溶胶体变成凝胶体，这种现象成为淀粉老化。

老化温度：０－４度。

影响因素：温度、ＰＨ、分子量大小、分子结构等
６. 变性淀粉：变性淀粉是以原淀粉（又称天然淀粉）为主要原料，采用化学法或物理法或生物方法进行变性处理，以改变原淀粉的物理、化学特性，从而改善淀粉的性能，扩大其应用范围。

这种经过二次加工改变原淀粉性质的淀粉称为变性淀粉。

７. 变性淀粉在造纸行业中的应用：
湿部――上网――压榨――干燥――压光――卷取――涂布
湿部添加剂：主要用来提高纸张的物理强度，提高细小纤维和填料的留着率，提高滤水性能，改善施胶效果。

层间喷雾剂（上网）：表面喷雾：提高纸和纸板的挺度、表面强度和环压强度等；层间喷雾：喷雾在多层纸板的复合处，起层间增强作用。

表面施胶剂（干燥）：增强纸页的抗水性、表面强度，提高耐破度、耐着度等。

涂布粘合剂（涂布）：能提供刮刀涂布流动性，有较宽的粘度范围，具有良好的保水性和粘结性以及胶溶性。

瓦楞纸粘合剂、纸袋纸粘合剂、瓶标签纸粘合剂、胶粘带粘合剂、信封邮票用粘合剂。

８.甲壳素壳聚糖：壳聚糖是甲壳素N-脱乙酰基的产物，一般而言，N一乙酰基脱去55%以上的就可称之为壳聚糖。

化学名为β-(1→4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，结构如图所示：
脱乙酰基程度(D.D)决定了大分子链上胺基(NH2)含量的多少。

在相同分子量时，随着脱乙酰度的增加，壳聚糖在稀溶液中分子尺寸，特性粘度和扩张因子等增加，而特性比和空间位阻因子随着脱乙酰度的增加而减少。

物理性质：白色或灰白色半透明的片状或粉状固体，无味、无臭、无毒性，纯壳聚糖略带珍珠光泽。

在特定的条件下，壳聚糖能发生水解、烷基化、酰基化、羧甲基化、磺化、硝化、卤化、氧化、还原、缩合和络合等化学反应，可生成各种具有不同性能的壳聚糖衍生物，从而扩大了壳聚糖的应用范围。

上述反应在甲壳素和壳聚糖中引入了大的侧基，破坏了其结晶结构，因而其溶解性提高，可溶于水，羧甲基化衍生物在溶液中显示出聚电解质的性质。

在制造过程中甲壳素与壳聚糖相对分子质量的大小，一般用粘度高低的数值来表示。

商品壳聚糖视其用途不同有三种不同的粘度，即高粘度产品为0.7～1Pa·s、中粘度产品为0.25～0.65 Pa·s、低粘度产品<0.25 Pa·s。

在相同分子量时，随着脱乙酰度的增加，壳聚糖在稀溶液中分子尺寸，特性粘度和扩张因子等增加，而特性比和空
间位阻因子随着脱乙酰度的增加而减少。

pH值的不同使氨基（—NH2）的电荷状态发生改变，pH值低时，壳聚糖从链状向球状分子变化，粘度减少，；pH值高可使壳聚糖从球状向链状分子变化，粘度加大。

粘度除了受氨基含量及溶解时pH值的影响外，还与温度、壳聚糖相对分子质量及溶液中离子的种类有关。

甲壳素壳聚糖在造纸方面的应用：
1.造纸施胶剂：
表面施胶剂：壳聚糖在水溶液中显正的ζ电位，具有一定的阳离子性和良好的成膜性，较好的渗透性和抗水性，适用于作造纸的表面施胶剂，壳聚糖本身还是
一种防腐剂，对纸张还起到良好的防蛀、防腐的作用
浆内施胶剂：将壳聚糖与氯乙酸反应，制得溶于水的羧甲基壳聚糖，其溶液用作纸浆的施胶剂，具有高的干湿耐破度和撕裂度，且表面光滑，书写顺畅，具有良
好的印刷性能，不受紫外线照射而褪色。

2、增强剂：分别作湿强剂和干强剂，脱乙酰度增加，纸张强度增加
3、助留助滤剂：壳聚糖与乙酸等酸性溶液配成水溶液，直接做助留剂，具有明显的助留助
滤效果。

4、纸张表面改性剂：壳聚糖作为纸张表面处理剂，可大大提高纸张的强度、光洁度和耐磨
性。

在抄造绝缘纸时加入适量（0.5%——2%）的壳聚糖做吸附剂，可以提
高纸的强度和绝缘性。

也可用于电容器纸、防水纸、吸附纸等特种纸方面。

5、打浆度改进剂：可以提高抄纸速度，节约蒸汽。

6、还可用作吸附剂、絮凝剂、杀菌剂、离子交换剂、膜制剂等，还用于纸浆造纸的废水处
理，壳聚糖与硫酸铝进行复配，用于纸浆造纸的废水处理，可提高COD的
除去率。

化学改性淀粉：氧化淀粉、交联淀粉、磷酸酯淀粉、羟烷基淀粉、羧甲基淀粉、醋酸酯淀粉、阳离子淀粉、接枝共聚淀粉、酸变性淀粉、两性多元变性淀粉
物理改性淀粉：抗性淀粉、缓慢消化淀粉、糊精、预糊化淀粉、微波改性淀粉、超高压改性淀粉、微细化淀粉、超声波改性淀粉、颗粒状冷水可溶淀粉。