天然纤维素结晶变体I结晶变体II简谈

纤维素的结构引言纤维素（cellulose）是一种天然聚合物，它是植物细胞壁的主要成分，也是地球上最常见的有机化合物之一。

纤维素的结构不仅具有重要的生物学功能，而且在工业上有着广泛的应用价值。

本文将深入探讨纤维素的结构特点，包括化学组成、分子结构、晶体结构等方面的内容。

化学组成纤维素的化学式为（C6H10O5）n，其中n代表纤维素分子中重复单元的数量，可以是很大的一个数。

纤维素由葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而成，因此纤维素可以看作是由许多葡萄糖分子组成的长链聚合物。

分子结构纤维素分子的结构比较复杂，由于葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接，使得纤维素分子呈现出直链的结构。

纤维素分子中的葡萄糖单元可以同时在链的不同位置上水解，因此纤维素分子具有较高的反应性。

纤维素分子的分子量较大，通常在几万到几十万之间。

纤维素的分子量与纤维素的来源有关，不同的植物纤维素具有不同的分子量分布。

晶体结构纤维素的晶体结构是纤维素研究的重要内容之一。

纤维素在自然界中以纤维素微纤维的形式存在，这些微纤维进一步结合形成纤维素纤锥，最终形成纤维素晶体。

纤维素晶体的晶格结构较为复杂，包含有多种晶体面。

其中最具有代表性的是纤维素I和纤维素II晶体。

纤维素I晶体是最常见的纤维素晶体形态，其晶体结构由两层纤维素链平行排列而成。

纤维素II晶体是较不常见的一种形态，其晶体结构由三层纤维素链交叉排列而成。

纤维素晶体具有很高的结晶度和强度，这使得纤维素在工业上具有广泛的应用。

纤维素的晶体结构还影响了纤维素的物理化学性质，如吸水性、热稳定性等。

分子间作用力纤维素分子之间通过多种分子间作用力相互吸引和排斥。

这些分子间作用力包括静电相互作用、范德华力、氢键等。

静电相互作用是纤维素分子间作用力的一种主要形式，纤维素分子中含有大量的羟基，这些羟基带有部分电荷，从而形成静电相互作用。

范德华力是一种瞬时极化引起的作用力，也是纤维素分子间相互吸引的重要力量。

NMMO法制备丝瓜络再生纤维膜袁波;王迎;张剑【摘要】NMMO was used to prepare cellulose membrane of luffa fiberand its characters and structure were investigated by SEM,FTIR,XRD and TG.SEM result showed that the luffa membrane has an asymmetrical thin skin layer.The characteristic peak shape of the cellulose membrane was observed by FTIR.X ray diffraction analysis showed that the crystalline modification of cellulose membrane made by NMMO process was cellulose Ⅱ.TG analysis shows that the luffa membrane has good therm al stability and satisfied with application requirement.%采用NMMO工艺制取丝瓜络纤维素膜,并对纤维素膜进行表征.利用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱分析仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、热力学分析仪(TG)对丝瓜络纤维膜进行表征.SEM结果显示丝瓜络纤维素膜的厚度非常薄,并且膜的表面非常致密；FTIR光谱图显示丝瓜络纤维素膜的特征峰的形状与丝瓜络纤维的特征峰相似,显示出纤维素特征；XRD曲线图显示丝瓜络纤维素膜的纤维素结晶由纤维素Ⅰ变为纤维素Ⅱ；TG曲线图表明丝瓜络纤维素膜具有良好的热稳定性能,符合应用要求.【期刊名称】《大连工业大学学报》【年(卷),期】2013(032)003【总页数】3页(P199-201)【关键词】丝瓜络纤维;N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO);再生纤维素膜;成膜结构【作者】袁波;王迎;张剑【作者单位】大连工业大学纺织与材料工程学院,辽宁大连 116034;大连工业大学纺织与材料工程学院,辽宁大连 116034;大连工业大学纺织与材料工程学院,辽宁大连 116034【正文语种】中文【中图分类】TS102.20 引言纤维素膜材料具有性能优越、可生物降解等特性,在制膜工业中起着非常重要的作用。

一.结构纤维素是一种重要的多糖，它是植物细胞支撑物质的材料,是自然界最非丰富的生物质资源。

在我们的提取对象－农作物秸秆中的含量达到450－460g/kg。

纤维素的结构确定为β—D-葡萄糖单元经β－（1→4）苷键连接而成的直链多聚体，其结构中没有分支.纤维素的化学式：C6H10O5化学结构的实验分子式为(C6H10O5）n早在20世纪20年代,就证明了纤维素由纯的脱水D-葡萄糖的重复单元所组成,也已证明重复单元是纤维二糖。

纤维素中碳、氢、氧三种元素的比例是：碳含量为44。

44%，氢含量为6.17％，氧含量为49.39％。

一般认为纤维素分子约由8000～12000个左右的葡萄糖残基所构成。

O OOOOOOOO1→4）苷键β-D-葡萄糖纤维素分子的部分结构（碳上所连羟基和氢省略）二．天然纤维素的原料的特征做为陆生植物的骨架材料,亿万年的长期历史进化使植物纤维具有非常强的自我保护功能。

其三类主要成分－纤维素、半纤维素和木质素本身均为具有复杂空间结构的高分子化合物，它们相互结合形成复杂的超分子化合物，并进一步形成各种各样的植物细胞壁结构。

纤维素分子规则排列、聚集成束,由此决定了细胞壁的构架，在纤丝构架之间充满了半纤维素和木质素。

天然纤维素被有效利用的最大障碍是它被难以降解的木质素所包被。

纤维素和半纤维素或木质素分子之间的结合主要依赖于氢键,半纤维素和木质素之间除了氢键外还存在着化学健的结合，致使半纤维素和木质素之间的化学健结合主要在半纤维素分子支链上的半乳糖基和阿拉伯糖基与木质素之间。

表:植物细胞壁中纤维素、半纤维素、和木质素的结构和化学组成项目纤维素木质素半纤维素结构单元吡喃型D－葡萄糖基G、S、H D-木糖、苷露糖、L-阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖醛酸结构单元间连接键β-1，4-糖苷键多种醚键和C—C键,主要是β—O-4型醚键主链大多为β—1,4—糖苷键、支链为β—1，2-糖苷键、β—1,3—糖苷键、β-1，6—糖苷键聚合度几百到几万4000 200以下聚合物β—1,4-葡聚糖G木质素、GS木质素、GSH木质素木聚糖类、半乳糖葡萄糖苷露聚糖、葡萄糖甘露聚糖结构由结晶区和无定型区两相组成立体线性分子α不定型的、非均一的、非线性的三维立体聚合物有少量结晶区的空间结构不均一的分子，大多为无定型三类成分之间的连接氢键与半纤维素之间有化学健作用与木质素之间有化学健作用天然纤维素原料除上述三大类组分外，尚含有少量的果胶、含氮化合物和无机物成分。

互穿聚合物网络(IPN）天然纤维素包括细菌纤维素、海藻和高等植物(如棉花、苎麻、木材等)均属于纤维素I型。

纤维素I分子链在晶胞内是平行堆砌的，纤维素II是纤维素I经由溶液中再生(regeneration)或经丝光处理(mercerization)得到的结晶变体，是工业上使用最多的纤维素形式。

纤维素II 与纤维素I有很大的不同，它是由两条分子链组成的单斜晶胞，属于反平行链的堆砌。

纤维素是一种β-(1-4)-D-糖苷键连接的线型高聚物，由X 射线衍射发现存在四种结晶形态，即纤维素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ，不同晶型纤维素的C1，C4 和C6 的化学位移具有明显的差别，这种差别可能是因为不同晶型纤维素的链构象转变或晶体堆砌对吡喃葡萄糖单元C4 和C6 的影响差异造成的.基于在非晶区的链段运动显示窄谱线，而晶区的刚性链以及分布在非晶区的刚性链产生宽谱线，因此可以利用宽、窄谱线的峰面积（S b 和S n）求取结晶度χ c纤维素I和纤维素II在C6上的差别就是因为吡喃葡萄糖单元C6位羟基的构象不同，纤维素I为t - g构象，纤维素II和无定型纤维素则为g - t构象。

天然纤维素I也存在两种不同的晶体结构，即纤维素Iα和Iβ。

13C NMR谱指出它们之间最大的差别在C1的化学位移上，I α为单峰，Iβ为双峰。

高分子链构象参数：无扰尺寸(A)：A 值愈小，高分子链愈柔顺。

A 值只取决于高分子的近程结构，与高聚物的分子量无关。

空间位阻参数(σ)：空间位阻参数是指由于高分子链的内旋转受阻而导致分子尺寸增大程度的量度，其值愈小，高分子链愈柔顺Flory 极限特征比(C∞)：Flory 极限特征比是指高分子链由于键角限制和空间位阻造成分子链伸展的程度，。

一般来说，C ∞愈小，链愈柔顺。

合成的柔顺性高聚物的C值在5~7 范围内，而天然高分子多数高于此范围。

持续长度(q)：持续长度q 广义为高分子链在第一个键方向上的投影，它表征分子链的支撑能力。

纤维素的结晶度名词解释纤维素的结晶度是一项重要指标，反映了纤维素结晶的程度。

结晶度受到多种因素的影响，其中包括纤维素的种类、分子量、温度、湿度和外界胁迫等。

结晶度可以用实验法来测量，如X射线粉末衍射（XRD）和拉曼光谱（Raman）等。

纤维素是一种天然多糖，分子构型是一种纤维状结构，具有独特的晶体学性质，易形成结晶物。

结晶度反映了某种物质结晶能力的强弱，它是衡量纤维素的一个关键指标，与多种特性有关，如纤维素的抗腐蚀性、透明性、抗紫外线性等。

纤维素的结晶度主要受到温度和湿度的影响。

随着温度的升高，结晶度也会增加，因为温度的升高会使纤维素分子的运动加快，导致晶体结构形成的能力增强。

另外，也可以通过调节温度来控制结晶度。

随着湿度的增加，结晶度也会减小，因为湿度的增加会使纤维素分子之间的作用力增强，使得分子之间的结合力增强，影响晶体结构形成的能力。

纤维素的分子量也会影响其结晶度。

分子量越小，结晶度越高，而分子量越大，结晶度越低，因为大分子量会减小纤维素分子之间的作用力，影响晶体结构形成的能力。

外界环境也会影响纤维素的结晶度。

如有聚合物胁迫，会使纤维素分子发生变化，影响晶体结构形成的能力。

因此，要保持纤维素结晶度较高，最好在室内温度和湿度较低的环境中保存纤维素，以降低外界胁迫的影响。

另外，纤维素的结晶度也受纤维素的种类的影响。

不同类型的纤维素具有不同的晶体学性质，因此具有不同的结晶度。

结晶度的差异可能是由于纤维素分子结构不同所导致的，因此，在考虑结晶度时，应关注不同类型的纤维素。

综上所述，纤维素的结晶度受到多种因素的影响，如纤维素的种类、分子量、温度、湿度和外界胁迫等。

结晶度是衡量纤维素特性的重要指标，可以通过实验法测量。

为了保持纤维素的结晶度较高，应选择温度和湿度较低的环境，尽量减小外界胁迫的影响。