改性纳米结晶纤维素对水性聚氨酯浸润性的研究(PDF X页)
专长介绍–纤维素纳米晶体CNC的应用研究和开发
专长介绍 – 纤维素纳 米晶体 (CNC) 的应用研究和开发 艾伯塔省科技创新研究院 (AITF) 运营的纤维素纳米晶体 (CNC) 中试工厂是世界上仅有的几家能大批量生产的设施之一, 可日产几公斤高品质的 CNC 材料。 这一充满活力，有高度灵活性的中试装置具备创造和评估改性 CNC 材料的能力与专长。 创建这一耗资五百五十万加元的中试装置是加拿大和艾伯塔省两级政府与工业界 (艾伯塔太平洋森林工业公司 AlPac) 伙伴关系的合作结果，可以从多种高α- 纤维素含量的纤维原料生产CNC 。自2013 年初以来，该工厂已用硫酸盐木浆纤维（包括针，阔叶木）和溶解浆生产高品质 CNC ，用来进行各种不同应用的测试，其最终目的是为商业化生产做准备。AITF 也有能力用秸秆纤维（例如，亚麻和大麻）生产高品质的 CNC 。无论用何种原料，中试工厂都能够生产出各种形态的 CNC 成品，包括喷雾干燥粉末或各种浓度的悬浮液。 CNC 具有许多有用的特性，包括高强度，光学性能和非常大的表面积。通过中试工厂及它的玻璃衬里反应器，研究人员可以针对一系列广泛用途，动态地评估并验证从各种生物质原料得到的 CNC ，各种应用包括钻井液，采矿尾渣处理，油漆和工业涂料，汽车部件，建材，塑料和包装。 架起发现和商业之间的桥梁 提供的研发项目和服务为艾伯塔在能源与环境， 生物产业和健康等优先领域建立起具有全球竞争力的商业。 AITF 的团队提供了一套从基础科学到更技术性专长的全面技能。我们团队在木材化学，分析表证，和应用开发方面具备相当多的专业知识，并有着中试工厂运作的卓越技能。总之，这一技能，知识和经验的集合，既能确保精确与可控的项目设计，同时又能灵活和及时地交付项目。作为艾伯塔省 CNC 专业大集群的一个活跃成 员，AITF 和 CNC 中试工厂现已定位好并愿意邀请世界各地工业和科研界的潜在伙伴一起合作，为这一充满希望的新材料共同开发新的用途和市场。我们期待着与您讨论关于我们提供 CNC 样品和寻求合作伙伴关系的可能性。 创新动力来自于
纳米纤维素晶体及复合材料的研究进展_王铈汶
2013年第58卷第24期：2385~2392 https://www.wendangku.net/doc/4812599326.html, https://www.wendangku.net/doc/4812599326.html, 引用格式: 王铈汶, 陈雯雯, 孙佳姝, 等. 纳米纤维素晶体及复合材料的研究进展. 科学通报, 2013, 58: 2385–2392 Wang S W, Chen W W, Sun J S, et al. Recent research progress of nanocellulose crystal and its composites with polymers (in Chinese). Chin Sci Bull (Chin Ver), 2013, 58: 2385–2392, doi: 10.1360/972012-1684 《中国科学》杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 进展 纳米纤维素晶体及复合材料的研究进展 王铈汶①②, 陈雯雯②, 孙佳姝②, 黎国康③, 李孝红①*, 蒋兴宇②* ①西南交通大学材料科学与工程学院, 先进材料技术教育部重点实验室, 成都 610031; ②国家纳米科学中心, 中国科学院纳米生物安全性与生物效应重点实验室, 北京 100190; ③中国科学院广州化学研究所, 广州 510650 *联系人, E-mail: xhli@https://www.wendangku.net/doc/4812599326.html,; xingyujiang@https://www.wendangku.net/doc/4812599326.html, 2013-01-14收稿, 2013-05-06接受, 2013-07-08网络版发表 国家自然科学基金(21025520)和北京市自然科学基金(2122058)资助 摘要综述了纳米纤维素晶体(NCC)与高分子复合材料近些年发展的制备方法与潜在应用, 重点介绍了NCC与非极性高分子材料复合物在制备过程中相容性问题的解决办法及复合材 料的成型方法, 并指出无需任何表面修饰和溶剂分散、直接使用工业化的加工方法制备NCC/ 高分子复合物, 才能真正为NCC复合材料打开通往生活应用的大门. 关键词 纳米纤维素晶体 复合材料 表面修饰 相容性 生物质类材料是可再生、可生物降解且储量丰富 的绿色材料. 随着能源问题的日益严峻, 生物质类材 料越来越受到工业和科研人员的关注. 天然纤维素 是生物质的一个大类. 在我国, 最早的天然纤维素类 材料(木材和麻)的加工历史可以追溯到旧石器时代 以前. 然而, 这种宏观的纤维素类材料早已不能满足 现代人类社会对材料性能的要求. 从20世纪80年代 开始, 人们已经开始研究并掌握木材等天然纤维素 在纳米尺度的增强单元——纤维素纳米晶体(NCC)的 提取方法. 作为天然纤维素最基本的增强单元, NCC 通常呈棒状, 具有比凯芙拉纤维高的杨氏模量和比 一般陶瓷低的热膨胀系数. 因此, 近些年来利用天然 纤维素中提取的NCC制造高性能的复合材料引起了 科研人员的极大兴趣. 本文将聚焦近十年来以NCC 为第二相、高分子材料为基体的复合材料的研究进展, 重点综述复合物的界面相容性的制备及改善方法. 1 纤维素纳米晶体的制备 NCC广泛存在于植物(见图1所示)、动物和微生 物天然合成的纤维素中. 由于非晶体区域纤维素分 子排列松散, 从天然纤维素中提取、制备NCC的原 理是在酸、酶、氧化剂等的作用下, 非晶体区域优先 于晶体区域发生反应, 生成小分子而被去除, 留下纳 米尺度的纤维素晶体. 从20世纪80年代到现在, NCC的制备已经发展 出了酸解、酶解和氧化三大类方法, 其中硫酸水解是 最主流的制备方法. 值得注意的是, 不同的制备方法 得到NCC的表面性质不尽相同, 且对NCC的表面修 饰和后续应用影响较大. 如图2所示, 用浓硫酸水解 法制备NCC, 会在NCC表面留下磺酸酯基团[2], 而 盐酸水解制备的NCC表面有更多羟基. 磺酸酯基团 电离后使NCC表面带负电, 不仅有利于NCC在水溶 液中的稳定分散, 而且可以利用其表面带负电的性 质进行后续的层层自组装(LBL)、阳离子表面活性剂 或金属阳离子沉积等表面修饰. 在Fischer-Speier酯 化法中, 常使用醋酸作为水解试剂和催化剂, NCC表 面会修饰上乙酰基[3]. 随着NCC表面乙酰化程度提 高, NCC疏水性增强, 当乙酰化程度足够高时, NCC 可以很好地分散在乙酸乙酯和甲苯中, 通过这种方 法获得的NCC将能够与疏水性高分子基体有更好的 相容性. 过硫酸铵氧化法制备NCC是新近发展的一 种方法, 其优势在于用于制备NCC的原料不要求一
纤维素纳米纤维
纤维素纳米纤维 众所周知，植物的基本组成单位是细胞，其主要结构为纤维素纳米纤维，纤维素纳米纤维是拉伸纤维素链的半结晶纤维束。纤维素纳米纤维不仅纤细，而且纤维素分子链可以拉伸和结晶，所以其质量仅为钢铁的1/5，强度却是钢铁的5倍以上。另外，其线性热膨胀系数极小，是玻璃的1/50，而且其弹性模量在-200～200℃范围内基本保持不变。弹性模量约140GPa，强度2～3GPa。不同于石油基材料，作为生物基材料，更环保。 图1 纳米纤维素微观结构作为下一代工业材料或绿色纳米材料，目前已在全世界积极地开展有关制造和利用这种纤维素纳米纤维的研究。用木材浆粕等植物类纤维材料制造纤维素纳米纤维的各种方法相继被开发出来。在低浓度（约百分之几）下进行的浆粕纤维分解技术有高压高速搅拌方法、微射流法、水中逆流碰撞法、研磨机研磨法、冷冻粉碎法、超声波分丝法、高速搅拌法和空心颗粒粉碎法等。纤维素纳米纤维重要的特征是可以用所有的植物资源作为原料。除木材外，还可以从稻杆和麦杆等农业废弃物、废纸、甘蔗和马铃薯的榨渣，以及烧酒气体等的工业废弃物中制得直径为10～50nm的纳米纤维。如果有效利用轻薄且宽域分布的生物资源的特点，则可以制造和利用取自唾手可得资源的高性能纳
米纤维。日本等发达国家已经实现了纤维素纳米纤维的工业化生产。轻量、强度高的纤维素纳米纤维作为复合材料，可制造汽车零部件和家电产品外壳、建筑材料等；利用气体阻隔性可制造屏障薄膜；利用其透明性可制作显示器和彩色滤光器、有机EL基板、太阳能电池板等；利用耐热性可制造半导体封装材料和柔性基板、绝缘材料等；利用黏弹性能，可生产化妆品、药品、食品、伤口敷料如细胞培养基材、分离器和过滤器以及特殊功能纸张等。在石油工程领域，纳米纤维素凝胶可作为井下流体助剂，不发生体积收缩；可用于钻井液降滤失剂、页岩抑制剂、增稠剂等，改善相关流体的性能。《石油工程科技动态》所有信息编译于国外石油公司网站、发表的论文、专利等，若需转载，请注明出处！中国石化石油工程技术研究院战略规划研究所
天然纤维素纳米粒子的制备及性质
2008年11月Nov .2008 华南师范大学学报(自然科学版) JOURNAL OF S OUTH CH I N A NORMAL UN I V ERSI TY (NAT URAL SC I ENCE E D I TI O N ) 2008年第4期 No .4,2008收稿日期:2007-10-10 作者简介:石光(1973-),女,吉林四平人,博士,华南师范大学副教授,主要研究方向:高分子聚合物功能材料与复合材料,Email:shiguang@scnu .edu .cn . 文章编号:1000-5463(2008)04-0068-06 天然纤维素纳米粒子的制备及性质 石 光,孙 林,陈锦龙,孙丰强 (华南师范大学化学与环境学院,广东广州510631) 摘要:分别以二甲基亚砜(DMS O )前处理过的棉纤维和没有经过二甲基亚砜前处理的棉纤维为原料制备了纤维素纳米粒子.通过TE M 、WXRD 、I R 、DSC 、TG A 及元素分析等手段对其结构和性能进行了表征.TE M 表明其形态为长度在数百纳米,直径在数十纳米的棒状粒子.I R 分析表明2种情况下制得的纤维素纳米粒子和棉纤维具有相同的特征官能团.元素分析表明,该纳米粒子中碳、氧元素百分含量比棉纤维的更接近于理论值,而氢元素百分含量略高于理论值.WXRD 分析表明纤维素纳米粒子和棉纤维属于同一种晶型,经过DMS O 前处理制得的纤维素纳米粒子结晶度略有下降.热分析表明纤维素纳米粒子热稳定性低于棉纤维,经过DMS O 前处理得到的纤维素纳米粒子表现更明显. 关键词:棉纤维;纤维素纳米粒子;DMS O;结构与性能 中图分类号:063 文献标识码:A THE PREPARAT I O N AN D PR O PERT I ES O F NATURAL CE LL ULO SE NAN O PART ICL E SH I Guang,S UN L in,CHE N J in -l ong,S UN Feng -qiang (School of Che m istry and Envir onment,South China Nor mal University,Guangzhou 510631,China ) Abstract:A kind of cellul ose nanoparticle was p repared fr om cott on fibre as received and p re -treated with D MS O res pectively .The p r operties were characterized by TE M,WXRD,I R,DS C,TG A and ele ment analysis .The results indicated that cellul ose nanoparticle has a r od 2like shape,the length is about several hundreds nano meter and the dia meter is about dozens of nano meter .The nanoparticle has the sa me functi onal gr oup with neat cellul ose,and carbon and oxygen ele ments content in the nanoparticles are more cl ose t o the theoretical value than what of the neat cellul ose .The hydr ogen ele ment content is higher than the theoretical value .The nanoparticle has the sa me crystal type as the neat cellul ose,and the ther mal stability of the nanoparticle is worse than what of the neat cellul ose,es pecially in p re -treated nanop 2articles . Key words:cott on fibre;cellul ose nanoparticle;DMS O;structure and p r operties
利用X射线衍射法测定竹材纤维素结晶度
粗纤维素提取及测定方法 一、仪器用具： 粉碎机一台，研钵、水力抽气装置一套，恒温水浴一台，万分之一天平一台，100mL三角瓶两个，150mL容量瓶一只，50mL、100 mL 量筒各一个，10mL吸管一只，可控电烘箱一台，电炉一个，古氏干锅两只（25mL），干燥器，1.0mm圆孔筛，两个1000mL的容量瓶。 二、试剂 1，醋酸和硝酸混合液：取10mL比重1.4的硝酸加到100mL80%的硝酸中，充分混匀，保存于容量瓶中。 2，乙醇、乙醚。 3，酸洗石棉;用1.25%碱洗液至中性，在用乙醇、乙醚先后各洗三次，待乙醚挥发净备用。 4，脱脂棉。 三、原理; 根据纤维素性质较稳定的特点，试样用乙酸和硝酸混合液加热处理，淀粉、多缩戊糖、木质素、半纤维素、色素、单宁和脂肪等其他物质，受到水解而被基本除去，纤维素被保留下来，采用抽滤法滤出纤维，在分别用水、乙醇、乙醚除去水溶性、醇溶性、脂溶性物质，然后把残渣烘干称重，计算粗纤维素含量。 四、操作方法 1、试样处理：取净样50g用40目筛底粉碎，然后用1.0mm圆孔筛筛选，残留下的用研钵研碎，使之通过1.0mm圆孔筛，装入磨口瓶中备
用。 2、准备抽气装置：用胶管连接抽气泵、抽气瓶、连接好水源。用蒸馏水将备用的石棉分成粗细两部分，先去粗的，后用细的石棉铺垫，厚度均匀不透光为宜，用少量的乙醇、乙醚分别倾入坩埚进行抽洗，将坩埚送入105℃箱内烘干至恒重。 3、硝化处理：称取试样1g左右，倒入100mL三角瓶中，加入25mL 醋酸和硝酸的混合液，盖上容量瓶盖，放入98℃水浴中（一般浸入水中1.5cm）。准确加热20分钟，倒是取出用冷水冷却至室温，倾入坩埚中进行抽泣过滤。用热水洗净附着瓶壁上的纤维素（注意不要把泥沙倒入坩埚内）。用水洗去酸液，再用20ml乙醇、乙醚先后各分成两次洗涤，再用脱脂棉擦干净外部，送入105℃的烘箱中烘至恒重。 4、结果计算： 粗纤维%（干基） = % 100 ) 100 ( 1 2? - - M W W W 式中：W~试样重量； W2~粗纤维和坩埚重量； W1~坩埚重量； M~水分百分比。 注：1）用本方法消化时, 对温度较敏感, 应十分注意温度的控制, 一般将水加热沸腾, 去掉离电热管较远的两孔盖子即可达到98℃。 2）坩埚铺垫不宜过薄, 因细小纤维素会漏掉, 过厚过滤困难。 3）三角瓶上加盖子目的是：（a）加强三角瓶在水中的稳定性;(b)
纳米晶体纤维素的生产挑战及使用领域
纳米晶体纤维素的生产挑战及使用领域 纳米晶体纤维素可以从多种纤维素来源中分离出来，下面是搜集的一篇关于纳米晶体纤维素提取应用探究的，欢迎阅读参考。 众所周知，纤维素是可再生的聚合物资源，被认为是一种取之不尽用之不竭的原料，从纤维素中提取出的纳米晶体纤维素(nanocrystallinecel-lulose,NCC)是最丰富的生物聚合物，也是最有潜力的材料。 分离提取NCC需要经过两个阶段。第一阶段是原材料的预处理，即对木材和植物(包 含基质材料---半纤维素、木质素等)的完全或部分分离以及分离有纤维质的纤维。第二阶 段是受控制的化学处理，通常水解作用除去纤维素聚合物的无定型区。本文概述了NCC 的提取方法及过程，并分析了生产NCC所面临的挑战和NCC的应用范围及领域，以期为NCC的相关研究提供参考。 1、纳米晶体纤维素的提取 纳米晶体纤维素(NCC)可以从多种纤维素来源中分离出来，包括植物、动物(被囊)、 细菌和藻类等。NCC几乎可以从任何纤维素材料中萃取出来，在实践过程中，研究人员 倾向于从木材、植物和一些相对较纯的纤维素如微晶纤维素(mi-crocrystallinecellulose,MCC)或漂白的牛皮纸浆等原料中提取。木材因其天然丰度、广泛 的利用度和高含量的纤维素而成为纤维素的主要来源。 由于上述几种原料易得到，可以保证实验室提取出NCC的纯度[1],还可以从MCC、 滤纸或相关产品中精制出NCC.此外，被囊动物的长度和高结晶度[2]使其成为备受青睐的NCC来源，虽然它的广泛使用受到高成本收割和有限利用率的限制。 1.1木质纤维素生物质的预处理 木材和植物等原料的预处理过程相似，采用的是在纸浆和造纸工业中通常使用的技术。在实践中，木质素阻碍木材分离成纤维，所以木质素脱离是生成NCC的必要步骤。例如Siquera等[3]和Smook等[4]描述了制浆和漂白过程，主要是由化学处理(制浆)的生物质 先切取解聚，并最终溶解木质素和半纤维素，之后用氧化剂(如氧气或NaClO2氧化)漂白。 蒸汽爆炸过程是另一个有效的预处理方法，用于将木质类生物质转化，最终达到分离纳米纤维的目的[5,6].在过去的二十年里，蒸汽爆炸的预处理技术一直是研究热点，特别 是因为其得到的原料更适合用于酶水解[7].在此过程中，生物质样品首先磨碎，然后在 200~270℃的温度下、14×105~16×105Pa的压力下进行短时间(20s~20min)的高压蒸汽 处理。打开蒸煮器后压力迅速下降，材料暴露于正常的大气压下引起爆炸导致木质纤维素
纳米纤维素晶体
南京林业大学 课程设计报告 题目：纤维素纳米晶的制备与性能 学院：理学院 专业：材料化学 学号：101103227 学生姓名：朱一帆 指导教师：郭斌 职称：副教授 二0一三年十二月三十日
摘要 纤维素是自然界中最丰富的天然高分子聚合物之一，不仅是植物纤维原料主要的化学成分，也是纸浆和纸张最主要、最基本的化学成分。由于其天然性和生物可降解性，在现在能源缺乏的时代，纤维素有很大的发展空间。纳米纤维素是直径小于100nm 的超微细纤维，也是纤维素的最小物理结构单元元；与非纳米纤维素相比，纳米纤维素具有许多优良特性，如高结晶度、高纯度、高杨氏模量、高强度、高亲水性、超精细结构和高透明性等，加之具有天然纤维素轻质、可降解、生物相容及可再生等特性，其在造纸、建筑、汽车、食品、化妆品、电子产品、医学等领域有巨大的潜在应用前景。 本文介绍了纳米纤维素晶体(NCC)及其一些制备方法、性质、研究现状和应用，展望了NCC作为一种纳米材料的美好前景，是21世纪可持续发展研究的重要课题。 关键词：纳米纤维素晶体；制备方法；性质；应用
Abstract Cellulose is one of the nature's most abundant natural polymers，not only the main chemical components of the plant fiber materials , pulp and paper but also the most important and basic chemical composition of the pulp and paper. Due to its natural and biodegradable cellulose has much room for development in the era of the lack of energy. Nano-cellulose is ultra-fine fibers of less than 100 nm in diameter, the smallest physical structure of the cellulose unit Dollar；compared with non-nano-cellulose, nano-cellulose has many excellent characteristics such as high crystallinity, high purity, high Young's modulus, high strength, high hydrophilicity, the hyperfine structure, and high transparency, https://www.wendangku.net/doc/4812599326.html,bined with the characteristics of natural cellulose lightweight, biodegradable, biocompatible and renewable, so it has huge potential applications in the field of paper, construction, automotive, food, cosmetics, electronic products and medical. This article describes what's the NCC and some preparation methods, nature, current research and applications. And looking up theNCC as a prospect of a better future nanomaterials. This research is an important issue for sustainable development in the 21st century. Key words: Nanocrystallinecellulose; preparation methods; properties;applications
纳米纤维素的表征-制备及应用研究
纳米纤维素的表征\制备及应用研究 1、前言 纤维素主要由植物的光合作用合成,是自然界取之不尽,用之不竭的可再生天然高分子,除了传统的工业应用外,任何交叉结合纳米科学、化学、物理学、材料学、生物学及仿生学等学科进一步有效地利用纤维素资源,开拓纤维素在纳米精细化工、纳米医药、纳米食晶、纳米复合材料和新能源中的应用,成为国内外科学家竞相开展的研究课题。 在纳米尺寸范围操纵纤维素分子及其超分子聚集体,设计并组装出稳定的多重花样,由此创制出具有优异功能的新纳米精细化工品、新纳米材料,成为纤维素科学的前沿领域[1]。 1.1 纳米纤维素的特性 纳米纤维素是令人惊叹的生物高聚物,具有其它增强相无可比拟的特点:其一,源于光合作用,可安全返回到自然界的碳循环中去;其二,既是天然高分子,又具有非常高的强度,杨式模量和张应力比纤维素有指数级的增加,与无机纤维相近。纳米管是迄今能生产的强度最高的纤维,纳米纤维素的强度约为碳纳米管强度的25％,有取代陶瓷和金属的潜质;其三,比表面积巨大,导致其表面能和活性的增大,产生了小尺寸、表面或界面、量子尺寸、宏观量子隧道等效应[2]。 1.2 纳米纤维素分类 纳米纤维素超分子以其形貌可以分为以下3类:纳米纤维素晶体(晶须)、纳米纤维素复合物和纳米纤维素纤维。 1.2.1 纳米纤维素晶体 利用强酸水解生物质纤维素,水解掉生物质纤维素分子链中的无定形区,保留结晶区的完整结构,可以制得纳米微晶纤维素。这种晶体长度为10nm～1μm,而横截面尺寸只有5～20nm,长径比约为1～100,并具有较高的强度。若再进一步对纳米微晶纤维素进行强酸水解处理或高强度超声处理,将会得到形态尺寸更加精细的纤维素纳米晶须[3],纳米晶须具有比纳米微晶纤维素更高的比表面积和结晶度,使其在对聚合物增强方面可发挥出更大的作用。 1.2.2 纳米纤维素复合物 纳米尺寸的纤维素用于复合物性能增强,归因于纳米纤维索高的杨氏模量和微纤丝的均匀分布。纳米纤维素复合物的强度高,热膨胀系数低,透光率高,环境友好,完全降解,源于可持续性资源,废弃后不伤害环境,同时能够容易处置或堆肥[4]。
对纳米纤维素的制备自己的一点想法
加之以前对纳米纤维素的了解和最近看的有关纳米纤维素制备的资料。对于目前纳米纤维素的制备无非就是化学、生物合成、机械物理、人工合成等方法。但是这几种方法的缺陷又使得纳米纤维素的制备在工业化量产过程中又遇到了瓶颈问题。像以强酸处理为代表的的化学方法，反应设备要求高、回收和处理残留物困难，酸量大，产率低；而生物合成方法，所使用的细菌不受控制，耗时长，成本高，价格高；机械物理方法，能耗比较高，制得纤维素尺寸基本不够纳米级别；人工合成好像正好相反，合成的纤维素晶体颗粒又太小。综合以上几种方法可以看出，现在所采用的纳米纤维素制备方法基本都是‘杀敌一千，自损八百’的状态。如何找到一种高效率制得纳米纤维素的方法，又能把制备纤维素成本降到可以转化为工业生产，这样才能真正的推动纳米纤维素与化学、物理学、生物学及仿生学交叉结合产业的发展。 既然几种单一的方法不能高纯度的制备纳米纤维素，为何不换一种思路，两种方法结合起来制备是否效果会更好？根据木材纤维细胞的微细纤维的微细结构分析，原细纤维与原细纤维之间是聚糖通过分子间的作用相连接。所以要实现对原细纤维的分离可先对聚糖与原细纤维的链接部位用定向同位素或者荧光标记元素（是什么化学元素不知道，待以后去探知。假设存在）对其进行标记以得到定位的目的；接下来用可以识别标记同位素或荧光标记元素的定向靶向分子或者射线分子（是什么分子或者射线分子不知道，待以后探知。假设存在）对其进行定向爆破，达到对原细纤维定向剥离的目的。然后再机械分
离理论上就可得到纯度极高的纳米纤维素。 靶向分子定向爆破法步骤 定向标记后的模型 微细纤维微细结构模型 靶向分子定向爆破模型 对原细纤维与聚糖链 接部位进行标记 靶向分子定向爆破 原细纤维剥离
纤维素的大分子结构
第三节棉纤维的结构 棉纤维的结构一般包括大分子结构、超分子结构和形态结构。棉纤维的性能基本上由这些结构所决定。因此，了解棉纤维结构可为检验棉花品质提供理论基础。 一、棉纤维的大分子结构 成熟的棉纤维绝大部分由纤维素组成。纤维素是天然高分子化合物，其分子式为（C6H10O5），大分子结构式如图1-3所示。 图1-3 纤维素大分子结构式 纤维素是一种多糖物质，每个纤维大分子都是由n个葡萄糖剩基，彼此以1-4苷键联结而形成的。所以，纤维素大分子的基本链节是葡萄糖剩基，在大分子结构式中为不对称的六环形结构，也称“氧六环”。相邻两个氧六环彼此的位置扭转180°，依靠苷键连成一个重复单元，即大分子单元结构是纤维素双糖，长度为1.03nm,是纤维素大分子结构的恒等周期。纤维素大分子的空间结构，如图1-4所示。 图1-4 纤维素大分子空间结构示意图 纤维素大分子的官能团是羟基和苷链。羟基是亲水性基团，使棉纤维具有一定的吸湿能力；而苷键对酸敏感，所以棉纤维比较耐碱而不耐酸。此外，纤维素大分子中氧六环之间距离较短，大分子之间羟基的作用又较多，所以纤维素大分子的柔曲性较差，是属于较僵硬的线型大分子，棉纤维表现为比较刚硬，初始模量较高，回弹性质有限。 二、棉纤维的超分子结构 超分子结构是指大于分子范围的结构，又称“聚焦态结构”。 （一）大分子间的结合力 棉纤维中大分子之间是依靠分子引力（又称“范德华力”）和氢键结合的。 1．分子引力 分子引力是永远存在分子间的一种作用力，是由偶极分子之间的静电引力、相邻分子之间诱导电动势引起的诱导力以及相邻原子上电子云旋转引起瞬间偶极矩产生的色散力综合组成。它的强度比共价键的强度小得多，而且与分子间的距离有关，作用距离约为0.3-0.5nm，当分子间距离大于0.5nm时，这种作用力可忽略不计。 2．氢键 氢键是大分子侧基上（或部分主链上）极性基团之间的静电引力。它的结合力略大于分子引力，在作用距离约0.23-0.32nm条件下能使相邻分子较稳定地结合。 （二）结晶态和非结晶态 纤维中大分子的排列是比较复杂的，一般存在两种状态，即某些局部区域呈结晶态，另一些局部区域呈非结晶态。纤维中大分子在规律地整齐排列的状态都叫“结晶态”，纤维中呈现结晶态的区域叫“结晶区”。在纤维的结晶区中，由于大分子排列比较整齐密实，缝隙孔洞较少，分子之间互相接近的各个基团的结合力互相饱和，因而纤维的吸湿较困难，强度较高，变形较小。棉纤维结晶区内结晶结构的最小单元，即单元晶格是由五个平行排列的纤维素大分子在两个氧六环链节长的一段上组成，中间的一个大分子与棱边的四个大分子是倒向的。不同种类的纤维素纤维其晶胞尺寸是不相同的。棉纤维和麻纤维单元晶格的尺寸为a=0.835nm，b=1.03nm，c=0.795nm，?＝84°,称为“纤维素Ⅰ晶胞”，如图1-5所示。粘胶
纤维素的结构及性质
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：C 6H 10 O 5 化学结构的实验分子式为 （C 6H 10 O 5 ） 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％，氢含量为％，氧含量为％。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 O O O O O O O O 1→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 聚合度几百到几万4000200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。天然纤维素原料不溶于水，也不溶于一般有机溶剂，在常温下，也不为稀酸和稀碱所溶解。 三．纤维素的分类 按照聚合度不同将纤维素划分为：α-纤维素、β-纤维素、γ-纤维素，据测α-纤维素的聚合度大于200、β-纤维素的聚合度为10～100、γ-纤维素的聚合度小于10。工业上常用α-纤维素含量表示纤维素的纯度。 综纤维素是指天然纤维素原料中的全部碳水化合物，即纤维素和半纤维素的总和。
微晶纤维素
微晶纤维素是一种白色、无臭、无味、多孔、易流动粉末，不溶于水、烯酸、氢氧化钠溶液及一般有机溶剂。聚合度约220，结晶度高。为高度多孔颗粒或粉末。 一、微晶纤维素主要有三大特性： 1、吸附性：为多孔性微细粉末，可以吸附其他物质如水、油及药物等。比表面积随无定形 区比例的增大而增大。 2、分散性：微晶纤维素在水中经剧烈搅拌，易于分散生成奶油般的凝胶体。胶态微晶纤维 素因含有亲水性分散剂，在水中能形成稳定的悬浮液，程不透明的“奶油”状或凝胶状。 3、反应性能：在稀碱液中少部分溶解，大部分膨化，表现出较高的反应性能。 二、微晶纤维素在国内应用领域： 1、医药卫生：①微晶纤维素分子之间存在氢键，受压时氢键缔合，故具有高度的可压性， 常被用作于粘合剂；压制的片剂遇到液体后，水分迅速进入含有微晶纤维素的片剂内部，氢键即刻断裂，因此可做为崩解剂。此外微晶纤维素的密度较低，比溶剂较大，粒度分布较宽，又常被用作稀释剂。②医药行业中MCC主要被用在两个方面，一是利用他在水中强搅拌下易于形成凝胶的特性，用于制备膏状或悬浮状类药物；二是利用其成型作用，而用于医用压片的赋形剂。目前医药行业中压片赋形剂可分为两类，一是传统方法使用淀粉赋形剂；第二类是利用新型的纤维素赋形剂。使用淀粉的工艺必须经过造粒阶段，而使用MCC则因为其流动性好，本身具有一定的粘合性直接压片，因此能工艺简化，生产效率得以提高，例外使用MCC还有服用后崩解效果好、药效快、分散好等优点，因此使用MCC在压片赋形剂上得以广泛推广应用。 2、微晶纤维素在食品工业领域的应用：
微晶纤维素作为食品添加剂的主要作用有：泡沫稳定性；高温稳定性；液体的胶化剂； 悬浮剂；乳化稳定性等。其中乳化稳定性是微晶纤维素在食品工业领域最主要的功能。 3、微晶纤维素在轻工化工领域的应用： ①陶瓷业：陶瓷厂在陶土中添加微晶纤维素，不仅能增湿坯强度，提高半成品率，而 且焙烧时烧除微晶纤维质使陶瓷具有质轻透明的特色。 ②玻璃业：微晶纤维素胶液能在玻璃表面形成极黏的膜涂层，能为玻璃纤维提供纤维 素的表层，使其能用一般的纺织机器加工。 ③涂料业：在涂料中添加微晶纤维素，能使涂料具有触变性，以控制涂料的粘度、流 动性及涂刷性能。 4、微晶纤维素在日常化学工业中的应用： ①某些等级的微晶纤维素用于化妆及皮肤护理品的制造，甚至包含尿素这样难以掺和 的配料，同起耐热稳定剂的作用。 ②微晶纤维素与细砂、高岭土等混合，可制成含磨料的卫浴、厨房及手部皮肤的清洁 剂。 ③将微晶纤维素与羧甲基纤维素钠盐、有机物及水混合，可制成服装洗涤过程的保护 性胶体。 三、医药行业中微晶纤维素用于粉末直接压片的特点： ①可以使易吸潮的药物（土霉素、食母生、酵母片等）避免湿热的阴影，克服粘冲、 劣片的现象，有利于提高片剂的质量。
第三章 纤维素纤维的结构和性能
第三章纤维素纤维的结构和性能 天然纤维素纤维（棉、麻） 纤维素纤维 再生纤维素纤维（粘胶纤维、铜氨纤维、醋酯纤维） §3.1纤维素纤维的形态结构 一棉纤维的形态结构 棉纤维是种子纤维，其主要成分为纤维素、果胶、蜡质、灰分、含氮物质。 外形：上端尖而封闭，下端粗而敞口，细长的扁平带子状，有螺旋状扭曲，截面呈腰子形，中间干瘪空腔。 最外层：初生胞壁 从外到里分三层：中间：次生胞壁 内部：胞腔 1 初生胞壁 决定棉纤维的表面性质，它又分为三层，最外层为果胶物质和蜡质所组成的皮层。因而具有拒水性，在棉生长过程中起保护作用。但在染整加工中不利。 2 次生胞壁 纤维素沉积最后的一层，是构成纤维的主体部分，纤维素含量很高，其组成和结构决定棉纤维的主要性能。 3 胞腔 输送养料和水分的通道，蛋白质、色素等物质的残渣沉积胞壁上，胞腔是棉纤维内最大的空隙，是染色和化学处理时重要的通道。 二麻纤维的形态结构 麻纤维主要有：苎麻、亚麻是属于韧皮纤维，以纤维束形式存在 单根纤维是一个厚壁、两端封闭、内有狭窄胞壁的长细胞 苎麻两端呈锤头形或分支亚麻两端稍细呈纺锤形纵向有竖纹和横节 主要化学组成和棉纤维一样是纤维素，但含量低。
§3.2纤维素大分子的分子结构 纤维素是一种多糖物质，其大分子是由很多葡萄糖剩基连接而成，分子式为（C6H10O5）n复杂的同系物混合物，n为聚合度，棉聚合度为2500~ 10000，麻聚合度为10000~ 15000，粘胶纤维聚合度为250~ 500 纤维素大分子的化学结构是由β-d-葡萄糖剩基彼此以1，4-甙键连接而成，结构如下 每隔两环有周期性重复，两环为一个基本链节，链节数为（n-2）/2，n为葡萄糖剩基数，即纤维的聚合度，葡糖糖剩基上有三个自由存在的羟基，其中2，3位上是仲羟基，6位上伯羟基
纤维素
纤维素 学号：97 姓名：邱艺娟 摘要：纤维素（cellulose）是天然高分子化合物，由多个β-D-吡喃葡萄糖基彼此以1，4-β苷键连接而成的线型高分子，其化学式为C6H10O5，化学结构的实验分子式为（C6H10O5）n （n为聚合度），由质量分数分别为%、%、%的碳、氢、氧3种元素组成。纤维素是一多羟基葡萄糖聚合物，经过特定的物理或化学改性后，具有不同的功能特性，可以粉状、片状、膜、纤维以及溶液等不同形式出现，因此用纤维素开发的功能材料极具灵活性及应用的广泛性。关键字：性质结构；来源；功能化方法；功能材料；应用；展望 一、纤维素的性质结构 纤维素的化学结构是由D一吡喃葡萄糖环经β-1，4-糖苷键，以C1椅式构象联结而组成的线形高分子直链多糖。由于纤维素大分子上存在着很多强反应性的-OH，在其分子内部，分子之间以及纤维素与水分子之间均可以形成氢键。而氢键使纤维素具有结晶性、吸水性、自组装性、化学活性以及形成原纤结构等多种特殊性能。 纤维素的结构可以分为3层：单分子层，纤维素单分子聚合物；超分子层，自组装结晶的纤维素晶体；原纤结构层，纤维素晶体与无定形纤维素分子组成的基元继续白组装而形成更大的纤维结构及各种微孔等。 二、纤维素来源 纤维素一般是从是棉花、木材、禾草类，麻类韧皮等植物中得来的。除了植物以外，细菌和动物也可以产生纤维素。例如，木醋杆菌能够合成细菌纤维素；核囊纲的一些物种可以合成动物纤维。现如今，人工合成纤维素的科研方面进展突飞猛进，人工合成纤维素的聚合度可以达到为20-50，并且具有较高纯度，较高结晶度，及不含有木质素等杂质的优点。三、纤维素功能化方法 纤维素是一种直链多糖，分子结构中大量羟基的存在，使其在分子链之间和分子链内部
天然纤维素结晶变体I、结晶变体II简谈
天然纤维素结晶变体I、结晶变体II简谈（作业1） 摘要：纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。在自然。具有一定构象的纤维素高分子链按一定的秩序堆砌，便成为纤维素的微晶体，微晶体的组成单元称为晶胞。在纤维素中存在着化学组成相同，而单元晶胞不同的同质多晶体（结晶变体）,常见的结晶变体有四种,即纤维素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。本文将这种介绍纤维素Ⅰ、纤维素Ⅱ之间的转化。 关键字：纤维素结晶变体转化结构 1、简述纤维素 纤维素是由D-吡喃型葡萄糖基（失水葡萄糖）组成。简单分子式为(C 6H 10 O 5 )n； 化学结构式可用下二式表示： 霍沃思式是由许多D-葡萄糖基（1-5结环）,藉 1-4,β-型联结连接起来的,而且连接在环上碳原子 两端的OH和H位置不相同，所以具有不同的性质。 式中n为聚合度。在天然纤维素中,聚合度可达10000 左右；再生纤维素的聚合度通常为200～800。在一个样品中，各个高分子的聚合度可以不同，具有多分散性。 椅式由于内旋转作用，使分子中原子的几何排列 不断发生变化，产生了各种内旋转异构体，称为分子 链的构象。纤维素高分子中，6位上的碳-氧键绕5 和6位之间的碳-碳键旋转时,相对于5位上的碳-氧 键和5位与4位之间的碳-氧键可以有三种不同的构 象。如以g表示旁式,t表示反式，则三种构象为gt、 tg、和gg。多数人认为,天然纤维素是gt构象，再生纤维素是tg构象。
在纤维素分子链中，存在着氢键。这种氢键把链中的O 6(6位上的氧)与O 2' 以及O 3与O 5' 连接起来使整个高分子链成为带状，从而使它具有较高的刚性。在 砌入晶格以后, 一个高分子链的O 6与相邻高分子的O 3 之间也能生成链间氢键。 2、纤维素结晶变体及其结构 纤维素的聚集态结构是研究纤维素分子间的相互排列情况（晶区和非晶区、晶胞大小及形式、分子链在晶胞内的堆砌形式、微晶的大小）、取向结构（分子链和微晶的取向）等。天然纤维素和再生纤维素纤维都存在结晶的原纤结构，由原先结构及其特性可部分地推知纤维的性质，所以为了解释以纤维素为基质的材料的结构与性能关系，寻找制备纤维素衍生物的更有效方法，则研究纤维素合成的机理、了解纤维素的聚集态结构，在理论研究和实际应用方面都有重要的意义。为了深入研究纤维素的聚集态结构，必须了解纤维素的各种结晶变体，这些结晶变体都以纤维素为基础，有相同的化学成分和不同的聚集态及结构。纤维素有五类多种结晶变体（同质异晶体，polymorph）,即纤维素Ⅰ、纤维素Ⅱ、纤维素Ⅲ、纤维素Ⅲ、纤维素Ⅳ、纤维素Ⅳ、纤维素Χ，他们之间可以互相转化。 纤维素Ⅰ是纤维素天然存在形式，又叫原生纤维素，包括细菌纤维素、海藻和高等植物（如棉花、麻、木材等）细胞中存在的纤维素。由于Χ射线衍射设备和研究方法的改进，特别是计算机模拟技术的应用，从20世纪70年代起，应用模型堆砌分析方法已能够定量地确定纤维素及其衍生物链构象中的键长、键角配糖扭转角（φ和ψ）、配糖角（τ）、测基-CH2OH的旋转角（X），链的极性、旋转和相对位移及分子内和分子间的氢键，这使纤维素晶胞架构的研究建立在全新的近代科学基础上，并取得了重大进展。关于纤维Ⅰ晶胞的结构，主要的突破是解决了链极性（即方向）的问题。这方面研究以美国的Blackwell和Sarko 为代表。 纤维素Ⅱ是原生纤维素经由溶液中再生或丝光化得到的结晶变体，是工业上使用最多的纤维素形式。除了在Halicystis海藻中天然存在外，纤维素Ⅱ可以用以
教学课题∶纤维素纤维的结构与性质
教学课题：纤维素纤维的结构与性质 教学目的：1、了解纤维及纺织纤维的概念及纤维的分类；2、理解麻纤维与棉纤维的结晶构造对纤维材料机械性能影响；3、掌握纤维素的化学性质 教学重点：纤维及纺织纤维的概念/纤维素的化学性质 教学难点：纤维素纤维的结构 教学内容 一、纤维概念 纤维：直径一般为几微米，而长度比直径大百倍、千倍以上的细长物质称做纤维。纺织纤维：可以用业制造纺织制品（纱、线、绳等）的纤维。 聚合度：小分子通过聚合反应生成的聚合物中小分子的个数。 结晶度：表示大分子结晶区含量大小的指标。 二、纺织纤维必须具备的性质 1、牢度：纺织纤维必须具有相当之抗张强度，强度之最低限度可定为20千克/平方毫米或1.5克/旦尼尔（Denier） 2、长度：纤维长度，愈长愈佳。如长度在五毫米以下，则不易纺纱。 3、粗细：纤维愈细，纺成之纱线及织成之织物愈精致。但若过细时，则强度随之变弱。一般人造纤维之直径约在0.01至0.04毫米之间。 4、延展性及弹性：供制衣用者可弯曲不致折断,且能恢复原状等特性。这些性质，皆与弹性及延展性直接有关，故纺织纤维必须具有适当之弹性及延展性。 5、胶著性：纺织纤维须具备能互相缠绕或胶著以成坚固纱线之特性，此性质大半因纤维之形状而定。如棉纤维纤维扭曲，毛织维表面具有鳞片组织，因而易于互相缠绕而胶著。这种性质于制造人造短纤维时，尤其重要。 6、保温性：衣服主要功能之一，为具有防寒御暑之性能，故纺织纤维必为热之不
良导体。 7、耐久性：纺织纤维于织造、加工及使用时，均须承受相当程度力之作用，如无耐久之力，实无法使用。 8、不溶性：纺织纤维不但须有不溶于水的特性，即使对于肥皂水、弱碱、弱酸水等亦须不溶，因无论在织物之制成、加工过程中或制后使用时，皂水及弱碱、弱酸液，均为无法避免接触之物。 9、手感:手感柔软、乾、不粗硬， 第一节纤维素纤维的结构与性质 一、纤维素 1、纤维素（cellulose）：由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。 2、纤维素的来源：（1）棉花的纤维素含量接近100％，为天然的最纯纤维素来源。（2）木材中，纤维素占40～50％，还有10～30％的半纤维素和20～30％的木质素（3）麻、麦秆、稻草、甘蔗渣 3、纤维素的用途：塑料、炸药、电工及科研器材；纤维素是重要的造纸原料；食物中的纤维素（即膳食纤维）对人体的健康也有着重要的作用。 二、纤维素的物理结构 （1）两相结构理论：纤维素大分子之间有结晶区和非结晶区（无定形区）相互交错连接起来。主要论点如下： ①两相结构理论认为：在结晶区纤维素分子链排列定向有序，具有完全的规整性，并且依靠在纤维素侧链的氢键结合，组成一定的结晶格子。 ②在非结晶区，纤维素分子不呈定向有序，规则性不强，不构成结晶格子。但也不象液体那样杂乱无序，只是排列不整齐，结合比较松散。