生物質材料復習資料

1、生物質材料、緒論環(huán)境：指與人類密切相關、影響人類生活和生產活動的各種自然（包括人工干預下形成的）力量或作用的總和。分為自然環(huán)境和社會環(huán)境。環(huán)境對人類的貢獻：1、它是人類生存與發(fā)展的終極物質來源；2、它承受著人類活動產生的廢棄物和各種作用結果。資源：廣義的資源：指人類生存發(fā)展和享受所需要的一切物質的和非物質的要素。狹義的資源：僅指自然資源材料：指具有一定結構、組分和性能，具有一定用途的物質。環(huán)境材料：具有良好的使用性能和優(yōu)良的環(huán)境協(xié)調性的材料。在加工、制造、使用和再生過程中具有最低環(huán)境負荷、最大使用功能的人類所需材料。既包括經改造后的現(xiàn)有傳統(tǒng)材料也包括新開發(fā)的環(huán)境材料。生物質材料：是指由動物、植

2、物及微生物等生命體衍生得到的材料，主要上由有機高分子物質組成，在化學成分上生物質材料主要由碳、氫和氧三種元素組成。生物質材料的分類：1、按組分：均質生物質材料、復合生物質材料2、按所含化學結構單元：多糖類、蛋白質類、核酸、脂類、酚類、聚氨基酸、綜合類生物質材料的一般特征：1）都含有碳、氫和氧三種元素，部分生物質材料還可能含有氮、硫或者鈉等元素，因此生物質材料歸屬于有機高分子材料，具有有機物和高分子的一般特性特征2）種類多、分布廣、儲量豐富。3）與合成高分子材料相比，都具有較好的生物降解性.4）可再生5）生物質材料能夠進行與功能基相關的聚合物化學反應。6）水分對生物質材料的性能影響明顯7）通常是

3、多組分伴生8）結構和性能變異大、纖維素基材料纖維素：纖維素是構成植物細胞的基本成分，它存在于所有植物當中，是植物界中一種最豐富的可再生的有機資源。綜纖維素：指植物纖維原料中的全部碳水化合物，即纖維素與半纖維素之和。故又稱全纖維素。制備方法：1、氯化法匚”氯氣_乙醇胺的乙醇溶液.，一+，一，一一一無抽提物試料木素被氧化.一贏氯化木素+綜纖維素（白色）2、亞氯酸鈉法無抽提物試料NaClO2HAc6%pH=4.5綜纖維素（白色）3、氧化氯法無抽提物試料ClO2NaHCO3（飽和溶液）,綜纖維素（白色）+氯化木素4、過醋酸法無抽提物試料NaAc+(CH3CH2COO)20+H2O2綜纖維素+氯化木素（

4、溶出）實驗室常用亞硫酸鈉法。纖維素的結構：纖維素是B-D葡萄糖基通過1,4-昔鍵連接而成的線型高分子化合物。構象：gt構象：C6-O6在C5-O5同側而在C5-C4反側tg構象：G-O6在C5-O5反側而在C5-C4同側gg構象：C6-O6在C-O5和C-C4的中間氫鍵對性能的影響：1、通過氫鍵的連接，使整個高分子鏈成為帶狀，從而使它具有較高的剛性。2、對吸濕性的影響氫鍵的形成，使纖維及紙頁的吸濕性降低。3、對溶解度的影響分子問氫鍵破壞程度大的溶解度大。干燥過的纖維素的溶解度小于未經干燥的纖維素的溶解度。4、氫鍵對纖維素的超分子的形成有重要作用，在結晶區(qū)纖維素分子之間形成較多的氫鍵，大量的氫鍵

5、可以提高木材和木質材料的強度，減少吸濕性，降低化學反應等。a、屋丫纖維素：習慣上將B-與丫-纖維素之和稱為工業(yè)半纖維素，以與天然半纖維素區(qū)別綜纖維素漂白化學漿17.5%NaOH20C不溶或24%KOH45min物,綜纖維素的a-纖維素漂白化學漿的1a-纖維素纖維素和抗堿的半纖維素沉淀,吸濕性：在纖維素的無定形區(qū)，游離羥基與極性水分子形成氫鍵結合，使纖維素的水分含量增加的過程。（環(huán)境濕度很大或將現(xiàn)為浸入水中，纖維素的水分會增加，出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象）解吸：因蒸汽分壓下降，無定形區(qū)的氫鍵結合破環(huán)，水分子被釋放的過程。（當環(huán)境濕度較小或對纖維素進行干燥處理，纖維素會失去部分水，出a線縮水現(xiàn)象）吸濕滯后現(xiàn)象：

6、同一相對濕度下，纖維素吸附時的吸著水量低于解吸時的吸著水量的現(xiàn)象。即“進得多，出的少”。纖維素結晶度和性能的關系：纖維結晶度升高，則：1）纖維的吸濕性下降；2）纖維潤脹程度下降；3）纖維伸長率下降；4）纖維的抗強度上升。纖維素的化學反應：酯化反應：Z可以是C、S=OO=S=O。=P-OHO=N=ON=OTi（OH）2、BOH等；X可以是。或S;Y可以是烷基、苯基、烯基或者它們的衍生基團，或者-OH,或者SH或者為空。當纖維素與異氟酸酯反應形成纖維素氨基甲酸酯用下式表示：CellOH+OCNcelloHC醴化反應：1、用堿處理纖維素先制備成堿纖維素，再與鹵代姓烷基化得到Cell-OH+NaOH+

7、RXCellOR+NaX+HOX是Cl或Br,以Cl使用最多；R是烷基或者烷基衍生基團，最常見的是甲基、乙基竣甲基。2、在有機稀釋劑（丙酮、四氫吠喃等）存在下，堿纖維素與環(huán)氧烷通過SN2親核取代反應，制得羥烷基纖維素醴。NaOHCellOH+H2cCHRaCellOCH2CHR/0OHR是烷基或氫，最常見的是環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷。3、堿存在下，堿纖維素與丙烯月青發(fā)生Michael加成反應，制得氟乙基纖維素醴NaOHCellOH+H?C=CHCNCellOCH2CH2CN兩種脂類：纖維素硝酸酯CJLO式0H）,+3nHNCh1.+3nHa0性質：易燃不穩(wěn)定的性質和易引起火災，甚至有產生爆炸的危險應

8、用：含氮量低于10.5%的硝酸纖維素?解性很差，10.5%-11.2%的較多用于賽璐璐，高于12.3%的易于分解爆炸，12.6%以上者常用于制造炸藥。纖維素醋酸酯E&HQ式0H）/“+3mCHC0）Q“椒JCeHQKOCOCHJJ+腦CH&OOH性質：耐熱性提高，不易燃燒，吸濕性小，電絕緣性提高?？捎脕砩a電絕緣紙。應用：最主要的纖維素塑料，P38醴類：乙基纖維素醴（反應式自己寫）性質：是一種熱塑性塑料，具有低密度、較高力學強度、低吸濕性、耐酸、耐堿、耐鹽、抗熱性、耐寒性等特點應用：主要用作于耐寒涂料和耐寒塑料，多用于航空領域羥乙基纖維素醴性質：是一種非離子型水溶性膠體，具有增稠、懸浮、黏合、

9、乳化、成膜、保水、膠體保護等性質應用：廣泛用作表面活性劑、膠體保護劑、分散劑、分散穩(wěn)定劑、黏合劑。淀粉基材料淀粉的結構：淀粉是以顆粒狀存在于植物中，顆粒除含有80%90的支鏈淀粉外，還含有10%20的直鏈淀粉。均為D-叱喃型葡萄糖基，直鏈淀粉是葡萄糖基之間以a-1,4-甘鍵連接的線性多聚物，支鏈的在分支位置由a-1,6-甘鍵連接.糊化：在過量水存在和一定溫度下，整個顆粒突然大量膨脹、破裂，晶體結構消失，最終變成黏稠的糊，這種現(xiàn)象稱為糊化，發(fā)生糊化所需的溫度稱為糊化溫度。變性淀粉：也稱改性淀粉或淀粉衍生物，是指天然淀粉經物理、化學、生物等方法處理改變了淀粉分子中的某些D-叱喃葡萄糖單元的化學結構

10、，同時也不同程度地改變天然淀粉的物理和化學性質，經過這種變性處理的淀粉通稱為變性淀粉。三個衍生物：糊精：局部或部分淀粉的降解產物稱為糊精，分為白糊精、黃糊精和大不列顛膠三種類型。白糊精是淀粉a-1,4鍵斷裂后的降解產物，相對分子質量較低，在水中有一定的溶解性。黃糊精是水解和重聚反應的綜合產物，這兩種反應是相繼發(fā)生的大不列顛膠是將淀粉加熱到180200C,彳溫20h,不加催化劑或者加入少量堿性緩沖物，則可減少淀粉的水解，溶液冷卻時粘度下降較快，具有較好的膠體性質。按來源分類：禾谷類淀粉，薯類淀粉，豆類淀粉，其他淀粉磷酸酯：P86-87接枝淀粉及其應用：淀粉在引發(fā)劑的作用下于單體通過共聚反應而得到

11、的產物稱為淀粉接枝共聚物。制備：物理引發(fā)：輻射引發(fā)、機械方法引發(fā)化學引發(fā)：氧化還原引發(fā)體系、鈾鹽引發(fā)體系、過氧化氫引發(fā)體系、高鈕酸鉀引發(fā)體系、過硫酸鹽引發(fā)體系。應用：吸水劑、絮凝劑、可降解塑料、醫(yī)藥制劑（P92）四、甲殼素基材料結構：n提?。汗獾蓉ひ蝗瘴业男?怩水H詫京i本讀）2焉水快展不正rI-水洗濮處理M洗崢赧處理過裱殼聚糖：甲殼素脫乙酰的產物。采用異相反應，在強堿溶液40%勺氫氧化鈉中、135c氮氣保護下反應3h0分類：a、0、丫三種晶型化學反應：1、堿化：C6-OH和C3-OHt濃堿反應，生成堿化甲殼素。CRC11I2、硫酸酯化:C-11.3、螯合反應：P113低聚殼聚糖的制備方法：酸

12、水解法、氧化法、酶解法酸水解法：殼聚糖在酸性溶液中不穩(wěn)定，會發(fā)生長鏈的部分水解，即糖甘鍵的斷裂，形成許多分子量大小不等的片段，完全水解則變成單糖。氧化法：過氧化氫氧化法最為常見，加入H2c2進行降解反應。酶解法：利用專一性或非專一性酶對甲殼素或殼聚糖進行降解。五、木質素分類：1、愈瘡木基型木素（G木素）：（針葉木）2、愈瘡木基-紫丁香基木素（GS木素）：（闊葉木）3、愈羥木基-紫丁香基對羥基苯基木素：（草類）木素的主體和先體：木素的主體結構為苯丙烷，有三種基本結構單元，即愈瘡木基苯丙烷、紫丁香基苯丙烷和對羥苯基苯丙烷結構。先體：松伯醇，芥子醇和對香豆醇（分別將上圖中的丙基換為丙烯醇）官能團：甲

13、氧基：甲氧基是木素最有特征的功能基，甲氧基的連接部位可以通過氫碘酸甲氧基裂開反應證實。羥基：以醇羥基和酚羥基的形式存在。城基：通過鹽酸胺月虧化法可進行定量測試。木質素化學：木素的改性：胺化改性P207環(huán)氧化改性P20&羥甲基化改性P209六、木材木材的人居環(huán)境特性：1 .木材的視覺特性：指木材的顏色、反射、吸收、花紋等對人類生理與心理舒適性的影響。2 .木材的觸覺特性：人們經常接觸家具或木制品，木材給人的感覺包括冷暖感、粗滑感、干濕感、輕重感、軟硬感、舒適與不舒適感等,與木材的組織構成方式密切相關，不同樹種的木材，具觸覺特性也不同。3 .木材的調濕特性：指靠材料自身的吸濕或解吸作用，緩和環(huán)境的

14、濕度變化，使?jié)穸确€(wěn)定在一定圍。4 .木材的空間聲學特性：木材具有良好的聲共振性和音響性質，木材還具有良好的隔音性能。優(yōu)缺點：優(yōu)點：1、易于加工缺點：1、干縮濕漲2、重量輕、強重比高2、各向異性性3、木材是多孔性材料3、木材具有很大的變異性4、調濕性4、木材易腐、易蟲蝕和易燃5、裝飾性5、木材存在多種天然缺陷一6、療理性7、熱絕緣和電絕緣8、吸收能量特性針、闊葉材的微觀結構對比闊葉樹材不具有管胞木纖維管胞是主要分子，不具韌性纖維。管胞橫切面呈四邊形或六邊形。早晚材的管胞差異較大。具有闊葉樹材管胞（環(huán)管管胞和導管狀管胞）。木纖維（纖維狀管胞和韌性纖2I）是主要分子，細胞橫切面形狀不規(guī)則，早晚材之間

15、差異不大。木射線具射線管胞，組成射線的細胞都是橫臥細胞，多數(shù)是單列。具有橫向樹脂道的樹種會形成紡錘形木射線。不具射線管胞。組成射線的細胞也有都是橫臥的，一般是橫臥和直立，與方形細胞一起組成的較多。射線僅為單列的樹種少，多數(shù)為多列射線，有些含聚合射線。胞間道僅松科某些屬具有樹脂道，其分布多為星散，或短切線狀（軸向正常的為兩個樹脂道隔著木射線并列，而創(chuàng)傷樹脂道呈短切線狀弦向排列）。具有樹脂道。某些樹種具有軸向和橫向兩種。有些僅有軸向，而多數(shù)僅有橫向。軸向胞間道的排列有同心圓狀、短切線狀或星散狀等。礦物質僅少數(shù)樹種細胞含有草酸鈣結晶，不含二氧化矽。在不少樹種細胞中含有草酸鈣結晶，結晶形狀多樣。有些熱

16、帶樹種細胞中含有二氧化矽。半纖維素對木材的影響:1 .對木材強度的影響：半纖維素的變化和損失不但降低了木材的韌性，而且也使抗彎強度、硬度和耐磨性降低2 .對木材吸濕性的影響：是木材中吸濕性強的組分，是使木材產生吸濕膨脹、變形開裂的因素之一。3 .對木材酸度的影響：半纖維素是木材呈現(xiàn)弱酸性的主要原因之一。在潮濕和濕度高的環(huán)境中，半纖維素分子上的乙?；装l(fā)生水解而生成醋酸,這些使木材的酸性增強4 .對制漿造紙質量的影響：半纖維素含量適當?shù)募垵{，打漿時容易吸水潤脹，易于細纖維化，增加纖維比表面積，有利于纖維間形成氫鍵結合，因而可提高紙強度。5 .對纖維板生產工藝的影響木材抽提物：分類：無機溶劑抽出物：水抽出物，稀堿抽出物有機溶劑抽出物：用中性有機溶劑溶抽提