生物质材料复习资料

生物质材料 一、 绪论 环境：指与人类密切相关、影响人类生活和生产活动的各种自然（包括人工干预下形成的）力量或作用的总和。分为自然环境和社会环境。 环境对人类的贡献： 1、它是人类生存与发展的终极物质来源； 2、它承受着人类活动产生的废弃物和各种作用结果。 资源：广义的资源：指人类生存发展和享受所需要的一切物质的和非物质的要素。 狭义的资源：仅指自然资源 材料：指具有一定结构、组分和性能，具有一定用途的物质。 环境材料：具有良好的使用性能和优良的环境协调性的材料。在加工、制造、使用和再生过程中具有最低环境负荷、最大使用功能的人类所需材料。既包括经改造后的现有传统材料也包括新开发的环境材料。 生物质材料：是指由动物、植物及微生物等生命体衍生得到的材料，主要上由有机高分子物质组成，在化学成分上生物质材料主要由碳、氢和氧三种元素组成。 生物质材料的分类： 1、按组分：均质生物质材料、复合生物质材料 2、按所含化学结构单元：多糖类、蛋白质类、核酸、脂类、酚类、聚氨基酸、综合类 生物质材料的一般特征： 1）都含有碳、氢和氧三种元素，部分生物质材料还可能含有氮、硫或者钠等元素，因此生物质材料归属于有机高分子材料，具有有机物和高分子的一般特性特征 2）种类多、分布广、储量丰富。 3）与合成高分子材料相比，都具有较好的生物降解性. 4）可再生 5）生物质材料能够进行与功能基相关的聚合物化学反应。 6）水分对生物质材料的性能影响明显 7）通常是多组分伴生 8）结构和性能变异大 二、 纤维素基材料 纤维素：纤维素是构成植物细胞的基本成分，它存在于所有植物当中，是植物界中一种最丰富的可再生的有机资源。 综纤维素：指植物纤维原料中的全部碳水化合物，即纤维素与半纤维素之和。故又称全纤维素。 制备方法： 1、 氯化法 2、 亚氯酸钠法 3、 二氧化氯法 4、过醋酸法

实验室常用亚硫酸钠法。 纤维素的结构： 纤维素是β-D葡萄糖基通过1,4－苷键连接而成的线型高分子化合物。 构象：gt构象：C6-O6在C5-O5同侧而在C5-C4反侧

tg构象：C6-O6在C5-O5反侧而在C5-C4同侧 gg构象：C6-O6在C5-O5和C5-C4的中间 氢键对性能的影响： 1、通过氢键的连接，使整个高分子链成为带状，从而使它具有较高的刚性。 2、对吸湿性的影响 氢键的形成，使纤维及纸页的吸湿性降低。 3、对溶解度的影响 分子间氢键破坏程度大的溶解度大。 干燥过的纤维素的溶解度小于未经干燥的纤维素的溶解度。 4、 氢键对纤维素的超分子的形成有重要作用，在结晶区纤维素分子之间 形成较多的氢键，大量的氢键可以提高木材和木质材料的强度，减少吸湿性，降低化学反应等。 α、β、γ纤维素：习惯上将β-与γ-纤维素之和称为工业半纤维素，以与天然半纤维素区别 吸湿性：在纤维素的无定形区内，游离羟基与极性水分子形成氢键结合，使纤维素的水分含量增加的过程。（环境湿度很大或将现为浸入水中，纤维素的水分会增加，出现膨胀现象） 解吸：因蒸汽分压下降，无定形区的氢键结合破环，水分子被释放的过程。（当环境湿度较小或对纤维素进行干燥处理，纤维素会失去部分水，出a线缩水现象） 吸湿滞后现象：同一相对湿度下，纤维素吸附时的吸着水量低于解吸时的吸着水量的现象。即“进得多，出的少”。 纤维素结晶度和性能的关系： 纤维结晶度升高，则：1）纤维的吸湿性下降； 2）纤维润胀程度下降； 3）纤维伸长率下降； 4）纤维的抗张强度上升。 纤维素的化学反应： 酯化反应： Z可以是 C、S=O、O=S=O、O=P—OH、O=N=O、N=O、Ti (OH)2、B—OH等；X可以是O或S； Y可以是烷基、苯基、烯基或者它们的衍生基团，或者-OH，或者SH，或者为空。

当纤维素与异氰酸酯反应形成纤维素氨基甲酸酯用下式表示： 醚化反应： 1、用碱处理纤维素先制备成碱纤维素，再与卤代烃烷基化得到 X是Cl或Br，以Cl使用最多；R是烷基或者烷基衍生基团，最常见的是甲基、乙基羧甲基。

2、在有机稀释剂（丙酮、四氢呋喃等）存在下，碱纤维素与环氧烷通过SN2亲核取代反应，制得羟烷基纤维素醚。 R是烷基或氢，最常见的是环氧乙烷和环氧丙烷。 3、碱存在下，碱纤维素与丙烯腈发生Michael 加成反应，制得氰乙基纤维素醚 两种脂类：纤维素硝酸酯 性质：易燃不稳定的性质和易引起火灾，甚至有产生爆炸的危险 应用：含氮量低于10.5%的硝酸纤维素溶解性很差，10.5%-11.2%的较多用于赛璐璐，高于12.3%的易于分解爆炸，12.6%以上者常用于制造炸药。 纤维素醋酸酯 性质：耐热性提高，不易燃烧，吸湿性小，电绝缘性提高。可用来生产电绝缘纸。 应用：最主要的纤维素塑料，P38 醚类：乙基纤维素醚（反应式自己写） 性质：是一种热塑性塑料，具有低密度、较高力学强度、低吸湿性、耐酸、耐碱、耐盐、抗热性、耐寒性等特点 应用：主要用作于耐寒涂料和耐寒塑料，多用于航空领域 羟乙基纤维素醚 性质：是一种非离子型水溶性胶体，具有增稠、悬浮、黏合、乳化、成膜、保水、胶体保护等性质 应用：广泛用作表面活性剂、胶体保护剂、分散剂、分散稳定剂、黏合剂。 三、 淀粉基材料 淀粉的结构：淀粉是以颗粒状存在于植物中，颗粒内除含有80%~90%的支链淀粉外,还含有10%~20%的直链淀粉。均为D-吡喃型葡萄糖基，直链淀粉是葡萄糖基之间以α-1,4-苷键连接的线性多聚物，支链的在分支位置由α-1,6-苷键连接. 糊化：在过量水存在和一定温度下，整个颗粒突然大量膨胀、破裂，晶体结构消失，最终变成黏稠的糊，这种现象称为糊化，发生糊化所需的温度称为糊化温度。 变性淀粉：也称改性淀粉或淀粉衍生物，是指天然淀粉经物理、化学、生物等方法处理改变了淀粉分子中的某些D-吡喃葡萄糖单元的化学结构，同时也不同程度地改变天然淀粉的物理和化学性质，经过这种变性处理的淀粉通称为变性淀粉。 三个衍生物： 糊精：局部或部分淀粉的降解产物称为糊精，分为白糊精、黄糊精和大不列颠胶三种类型。 白糊精是淀粉α-1,4键断裂后的降解产物，相对分子质量较低，在水中有一定的溶解性。 黄糊精是水解和重聚反应的综合产物，这两种反应是相继发生的 大不列颠胶是将淀粉加热到180~200℃，保温20h，不加催化剂或者加入少量碱性缓冲物，则可减少淀粉的水解，溶液冷却时粘度下降较快，具有较好的胶体性质。 按来源分类：禾谷类淀粉，薯类淀粉，豆类淀粉，其他淀粉 磷酸酯：P86-87 接枝淀粉及其应用： 淀粉在引发剂的作用下于单体通过共聚反应而得到的产物称为淀粉接枝共聚物。 制备：物理引发：辐射引发、机械方法引发 化学引发：氧化还原引发体系、铈盐引发体系、过氧化氢引发体系、高锰酸钾引发体系、过硫酸盐引发体系。 应用：吸水剂、絮凝剂、可降解塑料、医药制剂（P92） 四、 甲壳素基材料 结构： 提取： 壳聚糖：甲壳素脱乙酰的产物。采用异相反应，在强碱溶液40%的氢氧化钠中、135℃氮气保护下反应3h。 分类：α、β、γ三种晶型 化学反应： 1、碱化：C6-OH和C3-OH与浓碱反应，生成碱化甲壳素。 2、硫酸酯化： 3、螯合反应：P113 低聚壳聚糖的制备方法：酸水解法、氧化法、酶解法 酸水解法：壳聚糖在酸性溶液中不稳定，会发生长链的部分水解，即糖苷键的断裂，形成许多分子量大小不等的片段，完全水解则变成单糖。 氧化法：过氧化氢氧化法最为常见，加入H2O2进行降解反应。 酶解法：利用专一性或非专一性酶对甲壳素或壳聚糖进行降解。 五、 木质素 分类：1、愈疮木基型木素（G木素）：（针叶木）

2、愈疮木基-紫丁香基木素（GS木素）：（阔叶木） 3、愈羟木基-紫丁香基对羟基苯基木素：（草类） 木素的主体和先体：木素的主体结构为苯丙烷，有三种基本结构单元，即愈疮木基苯丙烷、紫丁香基苯丙烷和对羟苯基苯丙烷结构。 先体：松伯醇，芥子醇和对香豆醇（分别将上图中的丙基换为丙烯醇） 官能团： 甲氧基：甲氧基是木素最有特征的功能基，甲氧基的连接部位可以通过氢碘酸甲氧基裂开反应证实。 羟基：以醇羟基和酚羟基的形式存在。 羰基：通过盐酸胺月亏化法可进行定量测试。 木质素化学： 木素的改性：胺化改性P207、环氧化改性P208、羟甲基化改性P209 六、 木材 木材的人居环境特性： 1. 木材的视觉特性：指木材的颜色、反射、吸收、花纹等对人类生理与心理舒适性的影响。 2. 木材的触觉特性：人们经常接触家具或木制品，木材给人的感觉包括冷暖感、粗滑感、干湿感、轻重感、软硬感、舒适与不舒适感等，与木材的组织构成方式密切相关，不同树种的木材，其触觉特性也不同。 3. 木材的调湿特性：指靠材料自身的吸湿或解吸作用，缓和环境的湿度变化，使湿度稳定在一定范围内。 4. 木材的空间声学特性：木材具有良好的声共振性和音响性质，木材还具有良好的隔音性能。 优缺点：