天然高分子改性材料的发展以及运用景姓名：李毅学号：5404310016专业班级：工业工程101天然高分子改性材料的发展以及运用姓名：李毅学号：5404310016 班级：工业工程101摘要：本文介绍了淀粉、木质素、甲壳素、壳聚糖及瓜尔胶等几种天然高分子材料的研究进展以及改性方法，同时通过几种不同的化学反应详细介绍了壳聚糖的应用，同时介绍了其他几种在当代生活不同领域的应用。

关键词：天然高分子，改性，羧甲基化反应，酯化反应，酰化反应，接枝反应，运用，阻燃和耐热。

正文部分：1.引言近年来基于石油产品的合成高聚物材料也已广泛应用于包装、日用品、医用、建材、宇航、工业和农业各个领域，。

然而，基于石油资源的合成高分子材料大量使用不仅造成环境污染，而且以后将面临石油资源逐渐枯竭的威胁。

而天然高分子来源于自然界中动物、植物和微生物，它们是取之不尽，用之不竭的可再生资源。

所以在石油资源日益匮乏和价格持续高涨之际，天然高分子的研究和利用出现新的发展机遇。

天然高分子中含量最丰富的资源包括纤维素、木质素、甲壳素、淀粉、各种动植物蛋白质以及多糖等，它们具有多种功能基团，可通过化学、物理方法改性成为新材料，也可通过化学、物理及生物技术降解成单体或低聚物用作能源以及化工原料。

因此，近年在该领域的基础和应用研究的优秀成果以及日益增强的全球环境法则的压力共同作用下已孵化出这一新兴行业。

2.天然高分子材料的研究进展以及运用2.1 淀粉天然淀粉资源十分丰富，如土豆、玉米、木薯、菱角、小麦等均有高含量的淀粉，据统计，自然界中含淀粉的天然碳水化合物年产量达5000亿t，是人类可以取用的最丰富的有机资源。

淀粉及其衍生物是一种多功能的天然高分子化合物，具有无毒、可生活降解等优点。

它是一种六元环状天然高分子，含有许多羟基，通过这些羟基的化学反应生产改性淀粉，另外，淀粉还能与乙烯类单体如丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等通过接枝共聚反应生成共聚物。

这些共聚物可用作絮凝剂、增稠剂、黏合剂、造纸助留剂等。

近年来淀粉的接枝共聚研制新型絮凝剂在国内也取得长足进展，有人用淀粉与二甲基二烯丙基氯化铵接枝共聚制得阳离子淀粉，实验对炼油废水、生活废水有较好的处理效果，COD去除率可达70％以上，色度残留率低于20％，是一种较好的絮凝剂。

淀粉-聚丙烯酰胺接枝共聚物作为有机高分子絮凝剂的研究早巳受到人们的重视，并有不少成果问世。

我国尹华等以淀粉为基本原料，加入丙烯酰胺、三乙胺、甲醛和适量的盐酸进行接枝共聚反应，合成出一种阳离子型高分子絮凝剂FNQE，该药剂具有独特的分子结构和较高的相对分子质量分布。

FNQE对高岭土悬浊液有良好的絮凝除浊效果，对城市污水在投药量为10mg／L时即能达到理想的净化效果，浊度、色度的去除率均在90％以上。

2.2 ，木质素木质素与纤维素、半纤维素粘结在一起形成植物的主要结构，是植物界中非常丰富的天然高分子。

相对于其它天然高分子，木质素具有更为复杂的组成及多级结构，是最难认识和应用的天然高分子之一。

但是，木质素分子具有众多不同种类的活性官能基，兼具可再生、可降解、无毒等优点，而且工业木质素来源于造纸黑液，成本低廉，因而被视为优良的绿色化工原料，其综合利用备受关注。

在应用和研究较为活跃的木质素高分子材料领域，可通过化学反应和物理共混将木质素与酚醛树脂、聚氨酯、聚烯烃、橡胶、聚酯、聚醚、淀粉、大豆蛋白等复合，提高材料的性能并降低成本。

木质素是一种与工程塑料极为相似的，具有高抗冲强度且耐热的热塑性高分子，与其它聚合物复合后可以提高流动性和加工性能。

木质素的生物可降解性是其在高分子材料领域应用的主要动力之一。

虽然木质素在正常状况下降解速率极为缓慢，但是可以通过添加某些小分子或使用特定的菌种(常见如白腐菌)加速这一过程，因此可以在一定程度上实现其降解周期的可控。

木质素是一种优良的橡胶、聚烯烃等的填充增强材料。

木质素最大的优势就在于具有大量多种类型的活性官能基，可通过化学修饰实现不同的物理性质，因此如何通过对木质素结构的控制优化材料性能是该领域的重要科学问题。

目前发现通过构筑特殊网络结构、形成星型结构的共聚物以及调控分子间相互作用强度，均能造成材料性能的明显改善。

此外，降低经济成本也是广泛研究木质素作为填充材料的重要原因。

阻燃和耐热是高分子材料发展的新趋势。

木质素分子中紫丁香基苯环上的甲氧基对羟基形成空间位阻结构，该受阻酚结构可以捕获热氧老化过程中生成的自由基而终止链反应，进而提高材料的热氧稳定性。

同时，该受阻酚结构对自由基的捕获还使其成为光稳定剂，增强材料对紫外线辐射的耐受。

木质素因含有众多的芳环而具有屏蔽紫外线辐射的能力。

利用硝化木质素与聚氨酯接枝互穿网络涂料涂敷再生纤维紊膜后，发现紫外光对该膜材料的透过率下降至零，即紫外光被完全屏蔽。

木质素与结晶聚合物复合，表现出明显的成核剂性能。

通过对木质素粒子对聚3-羟基叔丁酯结晶行为的研究发现，木质素的添加使球晶生长速率加快，但对晶体结构和结晶度完全没有影响。

木质素或其醇化衍生物对材料中结晶性聚合物组分结晶度的提高，使材料在室温下的模量明显增加。

2.3 甲壳素核聚糖甲壳素是自然界中仅次于纤维素的第二大生物材料，它也是地球上除蛋白质外数量最大的含氮天然有机物。

壳聚糖是甲壳素脱乙酰化后的产物。

甲壳素因其化学性质不活泼，溶解性差，使其应用受到限制。

而甲壳素脱乙酰产物壳聚糖能溶解于少数稀酸溶液中。

由于壳聚糖分子内存在大量游离氨基，使得其溶解性能较甲壳素有很大提高，同时反应活性大大增强。

壳聚糖能通过分子中的氨基、羟基与大部分重金属离子形成稳定螯合物的性质，可应用于贵金属回收、工业废水处理；壳聚糖是一种天然生物活性物质，其特有的直链聚阳离子结构具有抑菌、消炎、保湿等功能，可用于医药、化妆品配方等领域；对壳聚糖进行降解得到低聚水溶性壳聚糖，在食品和日用化学品方面也具有广泛的用途。

同时因壳聚糖分子内存在的游离氨基和羟基，经过化学改性可得到一系列壳聚糖衍生物，引入新的化学活性基团l4 J，改变其物理化学性质，大大拓展应用范围[5]因而壳聚糖及其衍生物的应用开发研究已引起人们广泛的重视。

壳聚糖同时含有氨基和羟基，可通过对其进行修饰反应生成不同结构和不同性能的衍生物。

2.3.1 酰化反应壳聚糖的酰化反应是壳聚糖与酰氯或酸酐的反应，从而导入不同分子量的脂肪族或芳香族酰基。

酰化反应可在羟基上进行，也可在氨基上进行。

使用不同的溶剂与催化剂，可得到酰化度不同的壳聚糖。

经酰化后的壳聚糖溶解度明显提高，应用领域扩大。

N-甲酰化壳聚糖用于人造纤维中，可提高纤维对酸性染料的亲和力，并增强其物理性能；N-己酰、N-辛酰基壳聚糖是血液相容性材料。

2.3.2 羧甲基化反应羧甲基化反应是指用氯乙酸或乙醛酸在壳聚糖的6一羟基或氨基上引入羧甲基。

在碱性条件下，壳聚糖与氯乙酸反应得到黄色羧甲基壳聚糖。

利用氨基与醛基反应生成碱的性质，选择分子结构中含有羧基、羟基等亲水基团的醛，经NaBH4还原得N一羧甲基化壳聚糖：除乙醛酸外，、水杨醛等同样具有上述反应的性质。

N—CM对金属离子的螯合能力较强，且具有很好的保湿性、稳定性和抑菌性2.3.4 酯化反应壳聚糖的硫酸酯化和磷酸酯化是其化学改性中主要产物之一。

硫酸酯化试剂有浓硫酸、二氧化硫/三氧化硫、氯磺酸比啶等。

硫酸酯化反应除在羟基氧上外，在氨基上也可进行硫酸酯化。

壳聚糖硫酸酯化衍生物在结构上与肝素相似，具有抗凝血作用。

磷酸酯化壳聚糖的制备可用P2O5 在甲磺酸中进行。

高取代度磷酸酯化壳聚糖溶于水，与己二酰二氯交联可得到树脂，用于吸附金属离子。

2.3.5 连枝反应甲壳素及壳聚糖的接枝物主要用于环境科学方面，如用作絮凝剂、离子交换树脂、生物降解塑料等。

通过在甲壳素或壳聚糖的葡萄糖单元上接枝乙烯基单体或其它单体，合成半聚合物多糖，可将合成聚合物的优异性能赋予甲壳素或壳聚糖。

甲壳素和壳聚糖的接枝共聚合反应可以在多种条件下，以不同的机理进行。

如用过硫酸钾、过氧化氢、亚铁离子等氧化-还原不相同的，即使对某电子设备或测试系统的接地母线、接地排或具体的接地走线，由于各种接地电流的流通，也会使同一接地系统上各点电位不一致而引进干扰。

为了尽量削弱干扰，采取“一点接地”的原则。

接地除了要可靠和接地电阻要小以外，低电平电路的信号地线最好接入单独的地线网。

如果受条件限制，信号地线与其他地线共用一地线网时，应尽量避免因电流流经公共地线的阻抗所产生的干扰电压，即把低电平电路的信号地线、噪声电路（包括电动机和继电器等）的噪声地线、由机壳或机箱组成的金属件地线以及电源地线等分开，分别接至地线网。

引发剂；偶氮：二异丁腈引发剂；或通过光、γ-射线以及甲壳素硫醇来引发乙烯基单体在多糖主链上进行自由基接枝共聚。

以过硫酸钾为引发剂，壳聚糖可与甲基丙烯酸甲酯(MMA)发生接枝反应，壳聚糖氨基参与了反应过程。

MMA还能用三正丁基硼烷作引发剂在甲壳素上接枝，反应在水存在下进行，经水溶剂化的甲壳素与三正丁基硼烷形成络合物，产生游离基，从而引发接枝反应。

3.结语近年来，天然高分子领域的研究及应用开发正在迅速发展，并可望在以后对材料科学和技术做出重大贡献。

同时，该领域的研究与开发也必将带动纳米技术、生物催化剂、生物大分子自组装、绿色化学、生物可降解材料、医药材料的发展，并提供新的商机。

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2008.05.02[10]Hu liqun ，The biological properties of chitosan and its application in ophthalmologyThe modified natural polymer material development and Application Name：Li Yi Student Number：5404310016 Class：IE 101 Abstract: T his article describes several natural polymer of starch, lignin, chitin, chitosan and guar gum and other materials are reviewed and modified methods, through several different chemical reactions describedin detail the application of chitosanalso introduced several other applications in contemporary life in different fields.Key Words：Natural polymers, modified, carboxymethylation reaction, esterification, acylation, the grafting reaction, the use of flame-retardant and heat.。