1.3纤维素的超分子结构
纤维素大分子为无支链的线形分子。从X射线和电子显微镜观察可知，纤维 素呈绳索状长链排列，每束由100-200条彼此平行的纤维素大分子链聚集在一起， 形成直径约10-30nm的微纤维。若干根微纤维聚集成束，形成纤维束。在植物细 胞壁中，纤维素，一般与木质素，半纤维素，淀粉类物质，蛋白质和油脂相伴生。
天然高分子纤维素概述
黄金、耿浩然
1.纤维素简介
• 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。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种 多糖，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最纯 纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～ 30%的木质素
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1.5纤维素的液晶结构
• 由于纤维素的主链结构呈半刚性，理论上纤维素及其衍生物在适当的溶 剂中可以形成液晶相，三氟乙酸和氯代烷烃的混合溶液是纤维素的良溶剂， 纤维素分子在这些溶剂中为轮旋结构。
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2.纤维素的溶解溶剂体系
NaOH/CS2
铜胺溶剂
NaOH/尿素体系
2.5NaOH/尿素体系
• 纤维素在室温下不能完全溶解在NaOH/尿素水溶液中，但是将NaOH/尿素 水溶液预冷至-12~-10 ℃却可以快速溶解纤维素。 NaOH/尿素水溶液在低温 下形成了高度稳定的氢键网络结构，创建了新的复合物，通常在NaOH水溶液 中，OH-和Na+离子分别以你［OH(H2O) n］-和［ Na(H2O) m ］+形式存在。 在室温时，水和缔合物之间的快速交换使［OH(H2O) n］-和［ Na(H2O) m ］ +难以形成和保持新络合物结构，而在低温条件下，慢的交换使缔合离子则 容易保持它们的结构。因此，在-12 ℃时［OH(H2O) n］-更容于与纤维素链 结合形成新的氢键缔合物，导致纤维素分子内和分子间氢键破坏，使纤维素 溶解。
1.4纤维素晶须和纳米微晶制备
天然植物纤维素具有复杂的多级结构， 一根纤维素由若干纤维素微纤维组成的， 一根纤维素微纤维有由若干根纤维素分子 组成的。纤维素中农分布着纳米级的晶须 和无定型的部分，依靠分子内及分子间数 量众多的氢键和范德华力维持着自组装的 大分子结构和原纤的形态。用强酸，碱或 者酶处理天然纤维，即纤维被拆分为更细 小的微纤维。
胺氧化合物体系
离子液体体系
2.1NaOH/CS2体系作为溶剂生产黏胶人造丝
2.2铜胺溶剂
• 将氢氧化铜溶于氨水中，可以形成深蓝色的Cu(NH3)(OH)2络合物， 称为铜胺溶液，对纤维素有很强的溶解能力。铜胺中的Cu2+可以优先与纤 维素吡喃环C2，C3位的羟基形成五元螯合物，破坏纤维素分子内与分子 间的氢键，因而纤维素纤维可以溶解在高浓度的铜胺溶液中
2.3胺氧化合物体系
N,N-二甲基乙酰胺/氯化锂（DMAc/LiCl） 多组成溶剂可以很好地溶解纤维素，而且在溶 解过程中纤维素没有明显的降解现象。一般认 为，Li+与DMAc的羰基形成偶极-离子络合物，该 络合物阳离子与纤维素羰基中的的氧原子作用， 而Cl-与纤维素的羟基中的H原子形成氢键，从而 破坏了纤维素分子内和分子间的氢键。
2.4离子液体体系
• 离子液体是由有机阳离子与无机阴离子构成的离子化合物，在室 温或者室温附近温度下呈现液体状态，又称低温熔融盐。在加热条件 下，离子液体中的离子对发生解离，形成游离的阳离子，和阴离子Cl-， 阴离子Cl-与纤维素大分子链中羰基上的氢原子形成氢键，而游离的阳 离子与纤维素大分子链中的羟基上的氧原子作用，从而破坏了纤维素 中原有的氢键，导致纤维素在离子液体中维素
碱液
平 面 静
态 培 养
连
续 动 态
培养
纤维素，半纤维素，木质素
细菌纤维素（bacterial cellulose）
氢键 共价键
氯乙醇胺法，酸性亚硫酸盐法，过醋酸法
缺点：聚合度低，低 结晶度，
合成路线 人工合成纤维素
酶催化 葡萄糖衍生物的开环聚合
1.2纤维素的结构
纤维素分子式：C6H10O5，无色，无味，无臭，不溶于水和一般有机 溶 剂，纤维素的自然水解产物是纤维二糖，最终水解产物是葡萄糖。说明纤维 素的重复单元是纤维二糖，且纤维素中的葡萄糖是通过β-（1,4）苷。