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1、-西北民族大学期末考试淀粉精细化学品论文课题：天然高分子的最新研究进展及展望的综述学校：西北民族大学*： 马文杰*： P081914246院部： 化工学院班级： 2021级化学工程与工艺2班天然高分子的最新研究进展及展望的综述【摘要】：综述了近年来天然高分子材料的研究进展。主要介绍纤维素、木质纤维素、淀粉 、蛋白质以及天然橡胶等天然高分子通过化学、物理方法以及纳米技术改性制备具有各种功能及生物可降解性环境友好材料的研究状况，并对此类新材料的应用前景进展了展望。 【关键词】：纤维素 ；淀粉；蛋白质 ；天然橡胶；研究；进展；展望前言人们在远古时期，就已经利用天然高分子为生活资料和生产工具。自然界动
2、植物包括人类在内的组成中，高分子占主要成分。生物的物质根底是各种高分子化合物与一些小分子的组合，生命现象是他们相互间的物理、化学现象。不使用也不产生有害物质 ，利用可再生资源合成环境友好化学品已成为国际科技前沿领域。近年来,随着我国可持续开展战略的实施,再生资源产业引起国家政府部门的全面关注和高度重视。众所周知，世界石油资源日益减少，原油价格不断上涨，使传统的合成高分子工业的开展受到制约。同时，合成高分子材料很难生物降解，造成的环境污染日益严重。可再生天然高分子来自自然界中动、植物以及微生物资源，它们是取之不尽、用之不竭的可再生资源。而且，这些材料废弃后容易被自然界微生物分解成水、二氧化碳和无
3、机小分子，属于环境友好材料。尤其，天然高分子具有多种功能基团，可以通过化学、物理方法改性成为新材料，也可以通过新兴的纳米技术制备出各种功能料 ，因此它们很可能在将来替代合成塑料成为主要化工产品。由此，世界各国都在逐渐增加人力和财力的投入对天然高分子材料进展研究与开发。再者，随着全球环保意识的增强，人们也在不断寻找绿色化学产品；研究利用天然高分子材料来生产最新环保产品。近3年，有关天然高分子材料的优秀成果如雨后春笋般不断涌现。本文主要综述纤维素、淀粉、蛋白质以及天然橡胶等主要天然高分子材料的研究进展，并探讨它们的应用前景及展望。正文一、天然高分子材料的最新研究进展1材料是人类赖以生存和开展的物质
4、根底，是人类文明的重要里程碑，当有人将能源 、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱，而材料又是能源和信息开展的物质根底。1 纤维素材料2 34纤维素是地球上最古老和最丰富的可再生资源，主要来源于树木、棉花、麻、谷类植物和其它高等植物，也可通过细菌的酶解过程产生(细菌纤维素)。纤维素 由 p一(14)一 的 D葡萄糖组成，它含有大量羟基，易形成分子内和分子问氢键，使它难溶、难熔 ，从而不能熔融加工。纤维素除用作纸*外，还可用于生产丝 、薄膜 、无纺布 、填料 以及各种衍生物产品。长期以来，采用传统的粘胶法生产人造丝和玻璃纸，由于大量使用CS2：而导致环境严重污染。因此，寻找新溶剂体系是纤维素科学
5、与纤维素材料开展的关键。最近开发的纤维素有羟丙基甲基纤维素56、聚丙烯纤维、木质纤维等干粉砂浆添加剂，这些添加剂被广泛用于外墙保温砂浆、内外墙腻子、瓷砖粘结剂、嵌缝剂、界面剂、自流平、地坪砂浆、粉刷石膏等聚合物砂浆中。还有水泥混凝土专用单丝纤维，又称为工程纤维、混凝土纤维、抗裂纤维、防裂纤维或合成纤维，塑料纤维等，是一种以聚丙烯为主要原料，以独特生产工艺制造而成的高强度束状单丝纤维。参加混凝土或砂浆中可有效的控制混凝土砂浆固塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂缝，防止及抑止裂缝的形成及开展，大大改善混凝土的阻裂抗渗性能，抗冲击及抗震能力，可以广泛的使用于地下工程防水，工业民用建筑工程的屋面
6、、墙体、地坪、水池、地下室等，以及道路和桥梁工程中。纤维素在加热条件下溶于 NMMO，用它纺的丝称为 Lyocell(天丝 )，其性能优良 。纤维素在各种溶剂体系的溶解过程和溶解机理以及再生纤维素丝7、膜材料等已有不少报道 。近 3年，细菌纤维素已日益引人注目，因为它比由植物得到的纤维素具有更高的分子量、结晶度 、纤维簇和纤维素含量。 用硫酸水解细菌纤维素 ，得到了棒状的纤维素微 晶悬浮液。脱盐后 ，该悬浮液会自发的进展向列型相别离 ，且持续 1周 。假设向其中参加示踪的电解质溶液(1mmol NaC1)I会导致相别离行为变化，即从各向异性转变成手性的向列型液晶。最近，细菌纤维素在生物医学上的
7、应用。他们指出，细菌纤维素的独特纳米8构造和性能使其在造纸 、电子学 、声学以及生物医学等多个领域具有广泛的应用潜力， 尤其是作为组织工程材料9用来护理创伤和替代病变器官。细菌纤维素薄膜已被用作皮肤伤VI敷料以及微小血管替代物。木质素是具有更为复杂构造的天然高分子 ，它含芳香基 、酚羟基、醇羟基 、羧基、甲氧基、羧基 、共轭双键等活性基团，可以进展多种类型的化学反响。它主要用于合成聚氨酯、聚酰亚胺、聚酯等高分子材料或 者作为增强剂 。接枝共聚是其化学改性的重要方法，它能够赋予木质素更高的性能和功能。木质素的接枝共聚通常采用化学反响、辐射引发和酶促反响三种方式，前两者可以应用于反响挤出工艺及原位
8、反响增容。木质素中的羧基、酚羟基和醇羟基可以与异氰酸酯进展反响制备聚氨酯材料，木质素充当交联剂及硬链段的双重作用 ，参加局部木质纤维素可以使材料的力学性能明显提高。用28的硝化木质素与蓖麻油基聚氨酯预聚物反响制备出力学性能优良的材料。该复合材料形成接枝型一互穿聚合物网络(IPN)构造，它以硝化木质素为中心连接多个聚氨酯网络而形成一种星型网络构造 ，由此得到的IPN材料的抗*强度和断裂伸长率都比原聚氨酯提高一倍以上。 木质素还是一种优良的填充增强材料 ，它已替代炭黑作为补强剂填充改性橡胶。木质纤维素的羟基和橡胶中共轭双键的电子云能形成氢键，并且可以与橡胶发生接枝 、交联等反响 ，从而起到增强的作
9、用。木质纤维素填充橡胶 ，主要通过工艺改 良和化学改性解决木质素在橡胶基质 中的分散 ，同时利用木质素分子的 反响活性构筑树脂一树脂 、树脂一橡胶及橡胶交联的多重网络构造 。据报道 ，一样类型的木质素 ，在橡胶基 质中分布的颗粒尺度越小，与橡胶 的相容性越高 ，则化学作用越强 、补强作用愈为明显。通常采用共沉淀、干混 、湿混工艺将木质素填充橡胶 ，并借助搅拌和射流产生剪切力细化木质素颗粒以及水等小分子抑制木质素粒子间的粘结。通过动态热处理 、羟甲基化等技术 ，可以实现木质素粒子在纳米尺度的分散 ，在橡胶中的相尺寸到达 100300nm。将木质素进展甲醛改性后 ，降低了由于酚羟基所引起 的木质素
10、分子自聚形成的超分子微粒 ，提高粒子与橡胶基质的外表亲和力并促进 了分散 ，而且还增强了木质素本体的强度H 。此外 ，Martins10等 最近报道 了有关木质素单分子膜对溶于水 中的金属离子，如 Pb2+ 、Cu2+ 、Cd2+ 的敏感性研究 。他们发现这种单分子膜对游离金属离子非常敏感 ，可以作为高特异性识别重金属离子感应器。木质纤维素111213本身也是褐煤的天然产物。不同于其他生物基填充物，比方木材、草、秸秆、稻壳，总部位于美国康涅狄格州的New Polymer Systems(NPS)公司的改性木质纤维素具备高防湿性和耐高加工温度的特点。这种新型填料还有助于提高热塑性塑料的物理特性，
11、包括刚性、拉伸强度和弯曲强度。改性复合木质纤维素的大局部参数与木粉填料很接近。这种新型填料可与聚丙烯、聚乙烯和聚酰胺复合使用。NPS新型填料目标应用包括景观、屋顶建筑、排水管和汽车零部件。NPS称，该产品是唯一足够耐高温、可与尼龙混合的生物基填料。此外，这种填料磨蚀性较低，且比常见的矿物填料如滑石要轻得多。由于木质纤维素的本钱较低，来源充足，且可再生，预计该填料既有价格竞争力，又能带来生态效益。2 淀粉材料 淀粉由 一(14)一的D葡萄糖组成 ，主要存在于植物根、茎、种子中。淀粉基生物可降解材料141516具有良好的生物降解性和可加工性 ，已成为材料领域的一个研究热点。全淀粉塑料是指参加极少量
12、的增塑 剂等助剂使淀粉分子无序化，形成具有热塑性的淀粉树脂，这种塑料由于能完全生物降解，因此是最有发 展前途的淀粉塑料。日本住友商事公司、美国Warner-lambert公司以及意大利 Fenu i公司等研制出淀粉质量分数为 90 100的全淀粉塑料 ，产品能在一年 内完全生物降解 ，可用于制造各种容器 、薄膜和垃圾袋等。淀粉材料的改性主要集中在接枝、与其它天然高分子或合成高分子共混以及用无机或有机纳米粒子复合制备完全生物可降解材料、超吸水材料、血液相容性材料等。最近，余 龙等。可再生资源在聚合物共混方面的研究进展以及这类材料的一系列应用前景 。其中 ，将淀粉及其衍生物与聚乳酸 (PL )、聚
13、羟基丁酸酯(PHB)等共混制备性能优良、可生物降解的复合材料。例如，以甲基二异氰酸酯 (MDI)为增容剂 ，将不同含量 PLA、小麦淀粉以及 MDI在 180下混合反响 ，然后在 175 0C=下热压成型。当粉含量为 45(质量百分数)时得到拉伸强度为68 MPa，断裂伸长率为 51的复合材料。Huang等用蒙脱土(MMT)增强甘油增塑的热塑性淀粉塑料，得到拉伸强度和模量分别为 27MPa和 207MPa的复合材料。复合材料制备过程中加料的顺序对最终材料的性能有很大影响 。甘油等增塑剂由于分子尺寸小而比淀粉更容易穿透到 MMT的层问，因此淀粉应该先和 MMT进展充分混合，使淀粉分子有效的穿透到
14、MMT中，然后参加增塑剂才可以到达良好的增塑效果 。以玉米淀粉17为原料,在酸醇介质中制备淀粉微晶。实验测定了淀粉微晶18的水解率,并进展了淀粉颗粒形貌、偏光十字、溶解度及*射线衍射测定。在盐酸量1.72%、温度70、乙醇浓度65%、淀粉浓度25%和反响6h时制得较理想的淀粉微晶。随着酸醇水解程度的增加,淀粉颗粒形貌逐渐呈片晶状,最终为碎片;颗粒无定形区先水解,内部比拟严密的无定形区域和缺陷结晶构造接着被水解,进而导致颗粒破裂;颗粒局部偏光十字消失,与扫描电镜分析结果一致;晶体形态仍为A型;同一水解率的淀粉,其溶解度均随温度升高而逐渐增加。阜*薯6号系高淀粉甘薯192021新品种,该品种薯块长
15、纺锤形,薯皮红色,薯肉淡黄色,薯块大小较整齐,耐贮藏,干物率35.26%,淀粉率24.31%,薯干洁白平整品质好,食味中等。经3年区试和生产试验鉴定,薯干平均产量7933.59736.5kg/hm2,较对照种*薯18增产1.06%12.45%,淀粉产量5448.06732.0kg/hm2,较对照增产8.22%19.98%。该品种中抗黑斑病,感根腐病、茎线虫病和蔓割病,适宜在北方薯区的*、*、*、*、*中北部地区种植,不宜在根腐病田块种植22。3蛋白质材料 蛋白质存在于一切动植物细胞中，它是由多种一氨基酸组成的天然高分子化合物 ，分子量一般可由几万到几百万，甚至可达上千万。在材料领域中正在研究与
16、开发的蛋白质要包括大豆别离蛋白、玉米醇溶蛋白、菜豆蛋白、面筋蛋白、鱼肌原纤维蛋白、角蛋白和丝蛋白等。近十年来蛋白质材料在粘结剂 、生物可降解塑料、纺织纤维和各种包装材料等领域的研究与开发十分引人注目，是将来合成高分子塑料的替代物之一。 大豆蛋白质2324是自然界中含量最丰富的蛋白质，誉为生长着的黄金。 大豆蛋白质是存在于大豆种子中诸多蛋白质的总称,其含量一般为40%左右,个别品种可达52%。按蛋白质40%计算,1kg大豆的蛋白质含量相当于2.3kg瘦猪肉或2kg瘦牛肉中的蛋白质含量,所以也被人们称赞为绿色乳牛、植物肉。对 SPI材料的研究主要集中在三个方面 ：以甘油 、水或其它小分子物质为增塑剂 ，通过热压成型制备 出具有较好力学性能 、耐水性能的热塑性塑料 ；对SPI进展化学改
