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天然高分子材料与可持续发展

高分子材料:macromolecular material,以高分子化合物为基础的材料。

高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料,包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料,高分子是生命存在的形式。

所有的生命体都可以看作是高分子的集合。

天然高分子是生命起源和进化的基础。

人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料,并掌握了其加工技术。

如利用蚕丝、棉、毛织成织物,用木材、棉、麻造纸等。

19世纪30年代末期,进入天然高分子化学改性阶段,出现半合成高分子材料。

1907年出现合成高
橡胶
分子酚醛树脂,标志着人类应用合成高分子材料的开始。

现代,高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同,成为科学技术、经济建设中的重要材料。

天然高分子材料
与可持续发展
郑州大学水环学院
2008级道桥一班
郑曼丽
高分子材料(macromolecular material)是以高分子化合物为基础的,由相对分子质量较高的化合物构成的材料,包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。

而高分子材料有可按合成来源分为天然高分子材料和改性高分子材料。

其中,天然高分子是生命起源和进化的基础。

人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料,并掌握了其加工技术。

如利用蚕丝、棉、毛织成织物,用木材、棉、麻造纸等。

19世纪30年代末期,进入天然高分子化学改性阶段,出现半合成高分子材料。

1907年出现合成高分子酚醛树脂,标志着人类应用合成高分子材料的开始。

现代,高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同,成为科学技术、经济建设中的重要材料。

随着科学技术的发展,人们越来越追求绿色环保型技术。

因此,以酚醛树脂为代表的不可回收利用高分子材料正准备淡出人们的视线。

越来越多的天然的或可回收或可降解的高分子材料进入人们的眼球。

“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。

可再生天然高分子来自自然界中动、植物以及微生物资源,他们是取之不尽、用之不竭的可再生资源。

而且,这些材料废弃后很容易被自然界微生物分解成水、二氧化碳和无机小分子,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材料,因此,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行研究与开发。

也因此,而是一些传统工艺得到进化,减轻了对环境的污染,实现了一定程度上的可持续发展。

比如纤维素。

纤维素上地球上最古老最丰富的可再生资源,主要来源于树木、棉花、麻、谷类植物和其他高等植物,也可通过细菌的酶解过程产生。

长期以来,人们利用传统的粘胶法利用纤维素生产人造丝和玻璃纸,而其中的CS2道之路环境的严重污染。

而现在,实验室开发了新一类溶剂NaOHP尿素,NaOHP硫脲、LiOHP尿素水溶液体系,他们在低温下能迅速溶解纤维素得到透明溶液,是一种价廉且无污染的技术。

此外,细菌纤维素
的独特纳米结构和性能使其在造纸、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用来护理床上和替代病变器官。

细菌纤维素薄膜已被用作皮肤伤口敷料以及微小血管替代物。

甲壳素是重要的海洋生物资源,壳聚糖是它的乙酰化产物。

甲壳素和壳聚糖具有生物相容性、抗菌性及多种生物活性、吸附功能和生物可降解性等,他们可用于制备食物包装材料、医用敷料、造纸添加剂、水处理离子交换树脂、药用缓释载体、抗菌纤维等。

将胶原蛋白与甲壳素共混,在特制纺丝机上纺制出外科缝合线,其优点是手术后组织反应轻,无毒副作用,可完全吸收,伤口愈合后缝线针脚处无疤痕,打结强度尤其是湿打结强度超过美国。

多糖,多糖是人类最基本的生命物质之一,除作为能量物质外,多糖的其他诸多生物学功能也不断被揭示和认识,多种多糖材料在医药、生物材料、食品、日用品等领域有着广泛的应用。

比如易溶于水的海藻酸钠是理想的微胶囊材料,具有良好的生物相容性和免疫隔离作用,能有效延长细胞发挥功能的时间。

而一些IPN材料则具有优良的力学性能、热稳定性、耐水性和生物降解性。

蛋白质存在于一切动植物细胞中,它是由多种α2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开发的蛋白质主要包括大豆分离蛋白、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。

这都是可降解的环境友好型材料。

天然高分子材料必将带动纳米技术、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。

这不仅仅是由于其对环境的友好性决定的,更多的是它提供了一个更广阔的研究与创新空间,真正意义上的使人类进入到微观领域(很长一段时间内不会有另一个大空间供人类科学家们发挥才能,尤其是在四维空间的抽象性上)。

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