第1章 绪论 天然高分子材料
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天然高分子材料
天然高分子材料天然高分子材料，是由天然有机物经过一系列化学反应和物理处理得到的材料。
这种材料具有天然有机物的特性，如可再生性、生物降解性和生物相容性。
与传统的合成高分子材料相比，天然高分子材料具有诸多优点，如可持续发展、环境友好和生态可玩等。
天然高分子材料的制备通常是通过提取和改性天然有机物实现的。
天然有机物包括植物、动物和微生物等，它们具有丰富的化学成分和结构。
通过提取这些天然有机物中的高分子化合物，如纤维素、淀粉和蛋白质等，可得到天然高分子材料的原料。
然后，通过改性处理，如聚合反应、交联反应和结晶等，可以改变天然高分子材料的物化性能和应用性能。
天然高分子材料具有一系列的优点。
首先，它们是可再生的。
天然有机物可以通过农作物的种植、动物的养殖和微生物的培养等方式获得。
与石油等非可再生资源相比，天然高分子材料的可再生性能有利于保护环境和减少能源消耗。
其次，天然高分子材料具有生物降解性。
天然高分子材料一般存在于自然界中，它们在适当的条件下可以被微生物分解和降解。
因此，天然高分子材料可以减少对环境的影响，降低产生的废弃物量。
此外，天然高分子材料还具有良好的生物相容性。
这意味着它们能够与生物体相互作用并且不引起明显的毒性或异物反应。
因此，天然高分子材料在医药领域有广泛的应用，如药物缓释、组织工程和生物传感器等。
然而，天然高分子材料也存在一些局限性。
首先，其性能相对较差。
与合成高分子材料相比，天然高分子材料的力学性能、热稳定性和耐化学品性能等方面还有待改善。
其次，天然高分子材料的制备过程复杂且成本较高。
提取和改性天然有机物的过程需要大量的能源和化学试剂，并且对技术要求较高。
总之，天然高分子材料是一类具有广泛应用前景的材料。
它们具有可再生性、生物降解性和生物相容性等优点，对于可持续发展和环境保护具有重要意义。
然而，天然高分子材料的性能和制备过程仍面临一些挑战，这需要通过深入研究和技术改进来解决。
高分子材料与应用各章习题总结
高分子材料及应用各章试题总结第一章绪论1【单选题】材料研究的四要素是？∙A、合成/加工、结构/成分、性质、实用性能∙∙B、合成/加工、结构/成分、性质、使用性能∙∙C、分子结构、组分、性质、使用性能∙∙D、分子结构、组分、性质、实用性能∙我的答案：B2【多选题】未来新一代材料主要表现在哪些方面？∙A、既是结构材料又具有多种功能的材料∙∙B、具有感知、自我调节和反馈等能力的智能型材料∙∙C、制作和废弃过程中尽可能减少污染的绿色材料∙∙D、充分利用自然资源，能循环作用的可再生材料∙我的答案：ABCD3【判断题】材料的性能可分为两类，一种是材料本身所固有的称之为功能物性，另一种是通过外场刺激所转化的性能称为特征性能。
∙我的答案：∙4【判断题】材料的特征性能是指在一定条件下和一定限度内对材料施加某种作用时，通过材料将这种作用转换为另一种作用的性质。
例如许多材料具有把力、热、电、磁、光、声等物理量通过“物理效应”、“化学效应”、“生物效应”进行相互转换的特性。
∙我的答案：∙5【判断题】材料的功能物性是指材料本身所固有的性质，包括热学、电学、磁学、力学、光学等。
∙我的答案：6【简答题】材料科学的内容是什么？∙我的答案：一是从化学角度出发，研究材料的化学组成，健性，结构与性能的关系规律；二是从物理学角度出发，阐述材料的组成原子，分子及其运动状态与各种物性之间的关系。
在此基础上为材料的合成，加工工艺及应用提出科学依据。
∙7【简答题】材料的基本要素有哪些？∙我的答案：1，一定的组成和配比∙2，具有成型加工性∙3，具有一定的物理性质，并能够保持∙4，回收，和再生性∙5，具有经济价值∙8【简答题】材料科学的主要任务是什么？∙我的答案：就是以现代物理学，化学等基础学科理论为基础，从电子，原子，分子间结合力，晶体及非晶体结构，显微组织，结构缺陷等观点研究材料的各种性能，以及材料在制造和应用过程中的行为，了解结构-性能-应用之间的规律关系，提高现有材料的性能，发挥材料的潜力并探索和发展新型材料以满足工业，农业，生产，国防建设和现代技术发展对材料日益增长的需求。
高分子科学导论天然高分子材料课件
例如，利用生物技术制备可降解的天然高分子材料，可以在使用后自然降解，减 少对环境的污染。同时，改进生产工艺也可以降低能耗和减少废弃物的产生，实 现可持续发展。
壳聚糖
总结词
天然高分子材料中唯一一种阳离子型高 分子，具有良好的生物相容性和可降解 性等优点。
VS
详细描述
壳聚糖是由N-乙酰葡萄糖胺通过β-1,4糖 苷键连接而成的线性高分子，广泛存在于 甲壳类动物的外壳中。壳聚糖具有良好的 生物相容性和可降解性，可用于药物载体、 组织工程、环境保护等领域。壳聚糖可通 过化学改性等方法进行修饰，提高其性能 和应用范围。
木质素
总结词
天然高分子材料中结构最复杂的一种，具有优良的耐热性、耐腐蚀性和绝缘性等。
详细描述
木质素是由苯丙烷结构单元构成的芳香族高分子，广泛存在于植物细胞壁中，主要起到增强细胞壁的 作用。木质素的结构复杂，具有优良的耐热性、耐腐蚀性和绝缘性，可用于制造塑料、胶粘剂、染料、 香料等产品，也可用于生物医学领域。
蛋白 质
总结词
天然高分子材料中功能最多样化的一种，具有生物活性 和生物相容性等优点。
详细描述
蛋白质是由氨基酸分子通过肽键连接而成的生物大分子， 是生命活动中必不可少的物质。蛋白质具有多种生物功 能，如催化、运输、识别、防御等，同时具有良好的生 物活性和生物相容性，可用于药物传递、组织工程、生 物传感器等领域。蛋白质的来源丰富，可通过动物、植 物和微生物进行提取和制备。
例如，近年来科学家们发现了一些具有特殊性能的天然高分 子材料，如抗菌、防霉、自修复等功能，这些材料在医疗、 环保、食品等领域有着广泛的应用前景。
天然高分子材料的功能化与高性能化
功能化和高性能化是天然高分子材料的另一个重要发展趋 势。通过化学改性、物理改性等方法，可以使天然高分子 材料具有更加优异的性能，满足各种不同的需求。
壳聚糖
总结词
天然高分子材料中唯一一种阳离子型高 分子，具有良好的生物相容性和可降解 性等优点。
VS
详细描述
壳聚糖是由N-乙酰葡萄糖胺通过β-1,4糖 苷键连接而成的线性高分子，广泛存在于 甲壳类动物的外壳中。壳聚糖具有良好的 生物相容性和可降解性，可用于药物载体、 组织工程、环境保护等领域。壳聚糖可通 过化学改性等方法进行修饰，提高其性能 和应用范围。
木质素
总结词
天然高分子材料中结构最复杂的一种，具有优良的耐热性、耐腐蚀性和绝缘性等。
详细描述
木质素是由苯丙烷结构单元构成的芳香族高分子，广泛存在于植物细胞壁中，主要起到增强细胞壁的 作用。木质素的结构复杂，具有优良的耐热性、耐腐蚀性和绝缘性，可用于制造塑料、胶粘剂、染料、 香料等产品，也可用于生物医学领域。
蛋白 质
总结词
天然高分子材料中功能最多样化的一种，具有生物活性 和生物相容性等优点。
详细描述
蛋白质是由氨基酸分子通过肽键连接而成的生物大分子， 是生命活动中必不可少的物质。蛋白质具有多种生物功 能，如催化、运输、识别、防御等，同时具有良好的生 物活性和生物相容性，可用于药物传递、组织工程、生 物传感器等领域。蛋白质的来源丰富，可通过动物、植 物和微生物进行提取和制备。
例如，近年来科学家们发现了一些具有特殊性能的天然高分 子材料，如抗菌、防霉、自修复等功能，这些材料在医疗、 环保、食品等领域有着广泛的应用前景。
天然高分子材料的功能化与高性能化
功能化和高性能化是天然高分子材料的另一个重要发展趋 势。通过化学改性、物理改性等方法，可以使天然高分子 材料具有更加优异的性能，满足各种不同的需求。
高聚物合成工艺学
（4）按流体流动及混合形式分类 平推流 理想混合流 中间流型
4、分离过程
聚合结束，对产物中聚合物、未反应单体、催化剂、 反应介质进行分离
5、 聚合物后处理过程
合成树脂：粉状树脂-------干燥-------旋风分离器-------稳定 剂-------混炼-------造粒-------冷却--------粒状塑料-------均匀 化-------包装--------商品 合成橡胶：粒状合成橡胶----干燥-----压块-----包装-----商品
6、 回收过程 主要回收单质、溶剂
6+1 辅助环节 回收能量 稳定生产 三废处理 产品贮运
三、 三废处理及废物利用
废气-密闭 废液-交换 废渣-焚烧沉降
废旧塑料回收利用途径：
1、作为材料再生循环利用 2、做为化学品循环利用 3、做为能源回收利用
聚物生产方法，生产工艺过程，工艺设备等 基本知识。
第一章 绪论
高分子合成工业概述 1、高分子合成材料
{ { 高分子材料 天然高分子 天然高分子改性 合成高分子 有机材料聚合
2、发展简史 古代 部分合成 油漆、浆糊
现代 起源---天然高聚物的化学加工工业
典型标志：
① 天然橡胶-----橡胶制品 1839年 ②第一种塑料---赛璐珞（樟脑增塑硝酸纤维素）
1、原料准备与精制过程
单体纯度 99%以上 ① 单体中杂质对聚合物反应产生链转移反应 ② 使催化剂产生中毒，活性降低分解 ③ 影响产品的颜色、光泽度、黑点 单体贮存设备考虑问题： ①防止与空气接触产生易爆炸的混合物或 产生过氧化物，提供氮气保护 ②保证储罐在任何情况下不会因压力过高而爆炸 ③防止有毒易燃单体在运输过程中泄漏 ④防止单体自聚，加一定阻聚剂 ⑤贮罐远离反应装置，减少火灾危险ຫໍສະໝຸດ 2、催化剂（引发剂）配制过程
4、分离过程
聚合结束，对产物中聚合物、未反应单体、催化剂、 反应介质进行分离
5、 聚合物后处理过程
合成树脂：粉状树脂-------干燥-------旋风分离器-------稳定 剂-------混炼-------造粒-------冷却--------粒状塑料-------均匀 化-------包装--------商品 合成橡胶：粒状合成橡胶----干燥-----压块-----包装-----商品
6、 回收过程 主要回收单质、溶剂
6+1 辅助环节 回收能量 稳定生产 三废处理 产品贮运
三、 三废处理及废物利用
废气-密闭 废液-交换 废渣-焚烧沉降
废旧塑料回收利用途径：
1、作为材料再生循环利用 2、做为化学品循环利用 3、做为能源回收利用
聚物生产方法，生产工艺过程，工艺设备等 基本知识。
第一章 绪论
高分子合成工业概述 1、高分子合成材料
{ { 高分子材料 天然高分子 天然高分子改性 合成高分子 有机材料聚合
2、发展简史 古代 部分合成 油漆、浆糊
现代 起源---天然高聚物的化学加工工业
典型标志：
① 天然橡胶-----橡胶制品 1839年 ②第一种塑料---赛璐珞（樟脑增塑硝酸纤维素）
1、原料准备与精制过程
单体纯度 99%以上 ① 单体中杂质对聚合物反应产生链转移反应 ② 使催化剂产生中毒，活性降低分解 ③ 影响产品的颜色、光泽度、黑点 单体贮存设备考虑问题： ①防止与空气接触产生易爆炸的混合物或 产生过氧化物，提供氮气保护 ②保证储罐在任何情况下不会因压力过高而爆炸 ③防止有毒易燃单体在运输过程中泄漏 ④防止单体自聚，加一定阻聚剂 ⑤贮罐远离反应装置，减少火灾危险ຫໍສະໝຸດ 2、催化剂（引发剂）配制过程
高分子化学课件第一章绪论
缩聚物的结构单元比其单体少若干原子，故分 子量不再是单体分子量的整数倍
2. 按反应机理分类
连锁聚合反应（Chain Polymerization） 也称 链式反应，反应需要活性中心。 反应中一旦形成单体活性中心，就能很快传递下 去，瞬间形成高分子。平均每个大分子的生成时 间很短（零点几秒到几秒） 连锁聚合反应的特征：
高分子 化学
高分子 科学
高分子 物理
分子量多大才算是高分子？ 其实，并无明确界限，一般
- - - - - < 1000 < - - - - - - - - - - - - < 10000 < - - - - -
低分子
过渡区（齐聚物）
高聚物
一般高分子的分子量在 104 ～106 范围 超高分子量的聚合物分子量高达106 以上
H 2 N ( C H 2 ) 6 N H 2 + H O O C ( C H 2 ) 4 C O O H
H --N H (C H 2 )6 N H --C O (C H 2 )4 C O -- n O H + (2n-1) 2HO
结构单元
结构单元
重复结构单元
此时 ，两种结构单元构成一个重复结构单元
分子化学结构有规律，一般由一种或几种简单化 合物经不断重复连接而成。
由一种结构单元组成的高分子
一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元 通过共价键重复连接而成。 例如：聚苯乙烯
nC2HC聚H 合 C2-HCH 2--C CH H 2--C CH H
缩写成
CH2 CH n
合成聚合物的起始原料称为单体（Monomer）
酚醛树脂
尿素 甲醛
脲醛树脂
甘油 邻苯二甲酸酐 醇酸树脂
2. 按反应机理分类
连锁聚合反应（Chain Polymerization） 也称 链式反应，反应需要活性中心。 反应中一旦形成单体活性中心，就能很快传递下 去，瞬间形成高分子。平均每个大分子的生成时 间很短（零点几秒到几秒） 连锁聚合反应的特征：
高分子 化学
高分子 科学
高分子 物理
分子量多大才算是高分子？ 其实，并无明确界限，一般
- - - - - < 1000 < - - - - - - - - - - - - < 10000 < - - - - -
低分子
过渡区（齐聚物）
高聚物
一般高分子的分子量在 104 ～106 范围 超高分子量的聚合物分子量高达106 以上
H 2 N ( C H 2 ) 6 N H 2 + H O O C ( C H 2 ) 4 C O O H
H --N H (C H 2 )6 N H --C O (C H 2 )4 C O -- n O H + (2n-1) 2HO
结构单元
结构单元
重复结构单元
此时 ，两种结构单元构成一个重复结构单元
分子化学结构有规律，一般由一种或几种简单化 合物经不断重复连接而成。
由一种结构单元组成的高分子
一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元 通过共价键重复连接而成。 例如：聚苯乙烯
nC2HC聚H 合 C2-HCH 2--C CH H 2--C CH H
缩写成
CH2 CH n
合成聚合物的起始原料称为单体（Monomer）
酚醛树脂
尿素 甲醛
脲醛树脂
甘油 邻苯二甲酸酐 醇酸树脂
高分子材料_第一章_绪论汇总.
8
高分子材料
《高分子材料》
讲授内容及课时分配
第一章 绪论……………………..（4h） 第二章 通用塑料……………....（6h）
第三章 工程塑料…………..……(6h)
第四章 合成纤维………………. （6h） 第五章 橡胶………………………（6h） 第六章 涂料和粘合剂…………..（4h） 第七章 功能高分子材料………….（4h）
5
高分子材料
人造器官组织
在 体 内 的 分 解 过 程
缓 释 长 效 阿 斯 匹 林
6
高分子化学
【光致变色高分子 】螺苯并吡喃类衍生物是一类典型的光 致变色化合物，将其引入纤维素类聚合物分子链上，用这种 聚合物仿制的纤维就具有光致变色功能。变色反应式如下：
共轭链变 化引起颜 色变化
通过上述反应实现了人们的服装可以随光线强弱变化而变化。
第八章 高分子共混和复合材料..（4h）
9
教学目标：通过本课程的学习，应使学生了解常 用的高分子材料，掌握各种高分子材料的结构、 性能及使用要求，在实践中会选用合适的材料， 并初步具有工艺实践的能力。 教学要求：熟悉各种合成高分子材料，如塑料、 橡胶、纤维、涂料、胶粘剂以及功能高分子材料， 如离子交换树脂、离子选择性薄膜等的种类与性 能及应用。 重点与难点：各种合成高分子材料的结构、性能 及应用。 考核：平时30％ 考试70％
14
1940年 英国人T. R. Whinfield合成出聚酯纤维 （PET）。 1940年代 Peter Debye 发明了通过光散射测定高 分子物质分子量的方法。 1948年 Paul Flory 建立了高分子长链结构的数学 理论。 1953年 德国人Karl Ziegler与意大利人Giulio Natta分别用金属络合催化剂合成了聚乙烯与聚丙 烯。
高分子化学 第1章 绪论
★ ★ ★
应用广，与人们的衣食住行息息相关 产量大，其产量超过其它材料的总和 高分子科学的知识是我们认识世界、改 造世界的有力武器
8
聚苯乙烯
纤维
我被高分子 聚氯乙烯 包围了呀！ 有机玻璃 淀粉
涤纶
酚醛塑料
蜜胺塑料
环保漆
PE塑料
9
Hyundai QarmaQ
（龙途拉力）
Lexan®（PC）
Xenoy iQ ®（PBT）聚对苯
34
第二种情况：聚合时有小分子生成
n H2N-(--CH 2-)-COOH
5
--NH-(--CH 2-)-CO-- + n H2O n 5
因为聚合时有小分子生成，结构单元比其单体少了 些原子（如：氢原子和氧原子），所以此时的结构 单元不等于单体单元。
结构单元＝重复单元＝链节 单体单元
Attention!
n
结构单元 重复单元
结构单元
结构单元 重复单元 单体单元；重复单元＝链节 结构单元数
xn 2DP 2n
M xn M 0 2DP M 0
注意：Mo为两种结构单元的平均分子量
38
易混淆的
x n 、n及 DP
O C OH
H H O H O C C OH + HO C H H H H O H O C C O C H H
参考书目：
贾红兵主编《高分子化学（第四版）导读与题解》
何旭敏，董炎明《高分子化学学习指导》.2007.8
焦书科主编.《高分子化学习题及解答》. 2004.7
韩哲文主编，《高分子化学》. 2001.12
董炎明，张海良编著.《高分子科学教程》. 2004.9
第一章天然高分子的概念
基本链节重复地以化学键连接成为线型结构 的巨大分子，称为线型高分子。 线型结构通过分枝、交联、镶嵌、环化，形 成多种类型的高分子。若干链段连接在一起， 成为巨大的交联分子的称为体型高分子。
• 天然高分子化学
——指研究天然高分子的结构、聚合、化学 反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方 面的一门新兴的综合性学科。
天然高分子结构
高分子是由许多结构相同的单体聚合而成的， 分子量往往高达几万、几十万。 高分子是长短、大小不同的高分子的混合物。 与分子形状、大小完全一样的一般小分子化合 物不同，其分子量只是平均值，称为平均分子 量。
第一章
Hale Waihona Puke 天然高分子的概念天然 高分子化学
天然 高分子
高分子 科学
概念
• 天然高分子 • 高分子科学 ——指没有经过人工合成的，天然存在于动
——范围界定为“包括了天然高分子化学、 物、植物和微生物内的大分子有机化合物。 高分子合成化学、高分子物理化学、高聚物应 用和高分子物理等”高分子化学的科学。
天然高分子结构
其结构的形状也很特别，高分子是由单体彼此 连接而成的长链。有些高分子长链之间又有短 链相结而成网状。
由于大分子与大分子之间存在引力，这些长链 不但各自卷曲而且相互缠绕，形成了既有一定 强度、又有不同程度弹性的固体。
自然界的动植物包括人体本身，就是以高分 子为主要成分而构成的，高分子的分子内含 有非常多的原子，以化学键相连接。
• 天然高分子化学
——指研究天然高分子的结构、聚合、化学 反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方 面的一门新兴的综合性学科。
天然高分子结构
高分子是由许多结构相同的单体聚合而成的， 分子量往往高达几万、几十万。 高分子是长短、大小不同的高分子的混合物。 与分子形状、大小完全一样的一般小分子化合 物不同，其分子量只是平均值，称为平均分子 量。
第一章
Hale Waihona Puke 天然高分子的概念天然 高分子化学
天然 高分子
高分子 科学
概念
• 天然高分子 • 高分子科学 ——指没有经过人工合成的，天然存在于动
——范围界定为“包括了天然高分子化学、 物、植物和微生物内的大分子有机化合物。 高分子合成化学、高分子物理化学、高聚物应 用和高分子物理等”高分子化学的科学。
天然高分子结构
其结构的形状也很特别，高分子是由单体彼此 连接而成的长链。有些高分子长链之间又有短 链相结而成网状。
由于大分子与大分子之间存在引力，这些长链 不但各自卷曲而且相互缠绕，形成了既有一定 强度、又有不同程度弹性的固体。
自然界的动植物包括人体本身，就是以高分 子为主要成分而构成的，高分子的分子内含 有非常多的原子，以化学键相连接。
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14
Natural Polymers
Some terms related to biopolymers
• Renewable A characteristic of a material or resource that is composed of biomass from a living source and which can be continually replenished.
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Natural Polymers
• 1869年，美国人John Wesley Hyatt把硝化纤维、樟脑和乙 醇的混合物在高压下共热，制造出了第一种人工合成塑料 “赛璐珞”(cellulose)。 “赛璐珞”是由天然的纤维素加工而成的，并不是完全人工 合成的塑料。 • 人类历史上第一种完全人工合成的塑料是在1909年由美国 人Leo Baekeland用苯酚和甲醛制造的酚醛树脂，又称贝克 兰塑料。
• 甲壳素，蒋挺大编著，化学工业出版社
• 壳聚糖，蒋挺大编著，化学工业出版社 • 生物降解高分子材料及其应用，戈进杰，化学工业出版社 • 天然高分子絮凝剂，肖锦、周勤，化学工业出版社
24
Natural Polymers
天然高分子材料的特性
• • • • • 来源广泛 可再生 可生物降解 环境友好 生物相容性好
25
Natural Polymers
本课程主要介绍的天然高分子材料
• • • • • • 纤维素 (cellulose) 淀粉 (starch) 甲壳素和壳聚糖 (chitin & chitosan) 胶原和明胶 (collagen & gelatin) 蚕丝和蜘蛛丝（silk and spider silk） 聚(-羟基丁酸酯) (Poly(- polyhydroxybutyrate), PHB)
15
Natural Polymers
Biomass • A renewable energy source, is biological material from living, or recently living organisms. • Note: This includes waste of biological origin.
“低碳经济”的理想形态: 充分发展“阳光经 济”、“风能经济”、“氢能经济”、 “生物质能经济”。
19
Natural Polymers
天然高分子材料简介
• 天然高分子是没有经过人工合成的，天然存在于动物、 植物和微生物内的大分子有机化合物。
20
Natural Polymers
21
Natural Polymers
5
Swim Like the Sharks
Shark skin is very rough, covered by little Vshaped bumps, made from the same material as sharks' teeth. The rough surface has been shown to reduce friction when the shark glides through water, which is why sharks are surprisingly quick and efficient swimmers.
易于生物降解的高分子材料：
含糖苷键、肽键和脂肪族酯键的高分子材料
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Natural Polymers
Carbon Footprint
怎样喝水，其过 程中的碳足迹为0？
A carbon footprint is the total amount of CO2 and other greenhouse gases emitted over the full life cycle of a product or service.
必 灾 祸 夭 折
与 天 地 离 德
必 生 生 不 息
与 天 地 合 德
道 天 地 人 法 法 法 法 《 自 道 天 地 道 然
德 经 》 ——
3
Natural Polymers
笑指白莲闲处看 污泥香里养灵珠
出淤泥而不染？
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Natural Polymers
Lotus effect-超疏水自清洁纳米涂料
天然高分子材料的应用涉及人 类生活的方方面面
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Natural Polymers
Natural polymers
Natural polymers
Synthetic polymers
Natural Polymers
天然高分子及其衍生物性质多样、种类丰富，在众多的应 用中日益重要。生命体能够合成多种多样的高分子，根据 其化学结构的不同可以将天然高分子分为8大类： 1. 核酸，如核糖核酸和脱氧核糖核酸； 2. 聚酰胺，如蛋白质和聚氨基酸； 3. 多糖，如淀粉、纤维素、甲壳素和黄原胶； 4. 有机聚氧酯，如聚羟基脂肪酸酯、聚苹果酸酯和角质； 5. 聚硫酯，最近才见报道； 6. 无机聚酯，以聚磷酸酯为唯一代表； 7. 类聚异戊二烯，如天然橡胶或古塔波胶； 8. 聚酚，如木质素和腐殖酸。
• 1950s，德国人齐格勒(Karl Ziegler)与意大利人纳塔(Giulio Natta)分别用金属络合催化剂合成了聚乙烯与聚丙烯。
11
Natural Polymers
• 1955年，美国人利用齐格勒-纳塔催化剂聚合异戊二烯， 首次用人工方法合成了结构与天然橡胶基本一样的合 成天然橡胶。 • 1971年，S.L Wolek 发明可耐300oC高温的Kevlar。 • 。。。。。。
18
Natural Polymers
• Low-Carbon Economy A Low-Carbon Economy (LCE) or Low-FossilFuel Economy (LFFE) is an economy which has a minimal output of greenhouse gas (GHG) emissions into the biosphere, but specifically refers to the greenhouse gas carbon dioxide.
Natural Polymers
第一章 绪
论
1
Natural Polymers
主要内容
• 高分子材料发展简史 • 合成聚合物材料引发的问题
• 天然高分子材料简介
• 教材及参考书目
2
Natural Polymers
检验真理的标准 实践？ 时间？
美国学习， 不如向自然学习。
与其向从 未 被 超 越源自一 直 被 模 仿9
Natural Polymers
• 1920年，德国科学家Hermann Staü dinger发表了“关于 聚合反应”(Uber Polymerization)的论文，提出：高分 子物质是由具有相同化学结构的单体经过化学反应(聚 合)，通过化学键连接在一起的大分子化合物，高分子 或聚合物一词即源于此。 1953年，Staü dinger获得诺贝尔奖。
多糖
蛋白质 脂肪族聚酯
26
教
材：天然高分子材料，郑学晶等主编
化学工业出版社，2010.12
参考书目：
• 生物高分子材料及应用，郑学晶等主编，化学工业出版社 • 天然高分子改性材料及应用，张俐娜主编，化学工业出版社
• 天然高分子材料，胡玉洁主编，化学工业出版社
• 胶原与胶原蛋白，蒋挺大编著，化学工业出版社
• 天然高分子材料 • 来源于天然高分子材料的合成聚合物
16
Natural Polymers
• Biodegradable Capable of being broken down especially into innocuous products by the action of living things (as microorganisms)
12
Natural Polymers
合成聚合物材料引发的问题 The problems with synthesized polymers • 能源危机 • 环境危机 (3R工程：Reduction, Reuse, Recycle) • 安全性 (The toxicity of plastics is not fully understood or adequately tested)
13
Natural Polymers
中国城市垃圾处理情况
• • • • 填埋 landfill 焚烧 incineration 堆肥 composting 综合处理和丢弃 comprehensive disposal and discarding
•可降解聚合物 •可生物降解聚合物
天然高分子材料 Natural polymers/biopolymers
10
Natural Polymers
• 1935 年，杜邦公司基础化学研究所有机化学部的卡罗瑟斯 (Wallace H. Carothers，1896-1937)合成出聚酰胺66，即尼 龙。 • 1940s, Peter Debye 发明了通过光散射测定高分子物质分子 量的方法。
• 1948年，Paul Flory 建立了高分子长链结构的数学理论。
Natural Polymers
高分子科学发展简史
• 。。。。。。 • 15世纪，美洲玛雅人，天然橡胶 • 1812 年，化学家在用酸水解木屑、树皮、淀粉等植物 的实验中得到了葡萄糖，证明淀粉、纤维素都由葡萄 糖组成。
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Natural Polymers
• 1826年，M. Faraday 通过元素分析发现橡胶的单体分子是 C5H8 ，后来人们测出 C5H8 的结构是异戊二烯。就这样，人 们逐步了解了构成某些天然高分子化合物的单体。 • 1839年，美国人Charles Goodyear发现天然橡胶与硫磺共热 后明显地改变了性能，使它从硬度较低、遇热发粘软化、遇 冷发脆断裂的不实用的性质，变为富有弹性、可塑性的材料。
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Some terms related to biopolymers
• Renewable A characteristic of a material or resource that is composed of biomass from a living source and which can be continually replenished.
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• 1869年，美国人John Wesley Hyatt把硝化纤维、樟脑和乙 醇的混合物在高压下共热，制造出了第一种人工合成塑料 “赛璐珞”(cellulose)。 “赛璐珞”是由天然的纤维素加工而成的，并不是完全人工 合成的塑料。 • 人类历史上第一种完全人工合成的塑料是在1909年由美国 人Leo Baekeland用苯酚和甲醛制造的酚醛树脂，又称贝克 兰塑料。
• 甲壳素，蒋挺大编著，化学工业出版社
• 壳聚糖，蒋挺大编著，化学工业出版社 • 生物降解高分子材料及其应用，戈进杰，化学工业出版社 • 天然高分子絮凝剂，肖锦、周勤，化学工业出版社
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天然高分子材料的特性
• • • • • 来源广泛 可再生 可生物降解 环境友好 生物相容性好
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本课程主要介绍的天然高分子材料
• • • • • • 纤维素 (cellulose) 淀粉 (starch) 甲壳素和壳聚糖 (chitin & chitosan) 胶原和明胶 (collagen & gelatin) 蚕丝和蜘蛛丝（silk and spider silk） 聚(-羟基丁酸酯) (Poly(- polyhydroxybutyrate), PHB)
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Biomass • A renewable energy source, is biological material from living, or recently living organisms. • Note: This includes waste of biological origin.
“低碳经济”的理想形态: 充分发展“阳光经 济”、“风能经济”、“氢能经济”、 “生物质能经济”。
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天然高分子材料简介
• 天然高分子是没有经过人工合成的，天然存在于动物、 植物和微生物内的大分子有机化合物。
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Swim Like the Sharks
Shark skin is very rough, covered by little Vshaped bumps, made from the same material as sharks' teeth. The rough surface has been shown to reduce friction when the shark glides through water, which is why sharks are surprisingly quick and efficient swimmers.
易于生物降解的高分子材料：
含糖苷键、肽键和脂肪族酯键的高分子材料
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Carbon Footprint
怎样喝水，其过 程中的碳足迹为0？
A carbon footprint is the total amount of CO2 and other greenhouse gases emitted over the full life cycle of a product or service.
必 灾 祸 夭 折
与 天 地 离 德
必 生 生 不 息
与 天 地 合 德
道 天 地 人 法 法 法 法 《 自 道 天 地 道 然
德 经 》 ——
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笑指白莲闲处看 污泥香里养灵珠
出淤泥而不染？
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Lotus effect-超疏水自清洁纳米涂料
天然高分子材料的应用涉及人 类生活的方方面面
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Natural polymers
Natural polymers
Synthetic polymers
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天然高分子及其衍生物性质多样、种类丰富，在众多的应 用中日益重要。生命体能够合成多种多样的高分子，根据 其化学结构的不同可以将天然高分子分为8大类： 1. 核酸，如核糖核酸和脱氧核糖核酸； 2. 聚酰胺，如蛋白质和聚氨基酸； 3. 多糖，如淀粉、纤维素、甲壳素和黄原胶； 4. 有机聚氧酯，如聚羟基脂肪酸酯、聚苹果酸酯和角质； 5. 聚硫酯，最近才见报道； 6. 无机聚酯，以聚磷酸酯为唯一代表； 7. 类聚异戊二烯，如天然橡胶或古塔波胶； 8. 聚酚，如木质素和腐殖酸。
• 1950s，德国人齐格勒(Karl Ziegler)与意大利人纳塔(Giulio Natta)分别用金属络合催化剂合成了聚乙烯与聚丙烯。
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• 1955年，美国人利用齐格勒-纳塔催化剂聚合异戊二烯， 首次用人工方法合成了结构与天然橡胶基本一样的合 成天然橡胶。 • 1971年，S.L Wolek 发明可耐300oC高温的Kevlar。 • 。。。。。。
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• Low-Carbon Economy A Low-Carbon Economy (LCE) or Low-FossilFuel Economy (LFFE) is an economy which has a minimal output of greenhouse gas (GHG) emissions into the biosphere, but specifically refers to the greenhouse gas carbon dioxide.
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第一章 绪
论
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主要内容
• 高分子材料发展简史 • 合成聚合物材料引发的问题
• 天然高分子材料简介
• 教材及参考书目
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检验真理的标准 实践？ 时间？
美国学习， 不如向自然学习。
与其向从 未 被 超 越源自一 直 被 模 仿9
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• 1920年，德国科学家Hermann Staü dinger发表了“关于 聚合反应”(Uber Polymerization)的论文，提出：高分 子物质是由具有相同化学结构的单体经过化学反应(聚 合)，通过化学键连接在一起的大分子化合物，高分子 或聚合物一词即源于此。 1953年，Staü dinger获得诺贝尔奖。
多糖
蛋白质 脂肪族聚酯
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教
材：天然高分子材料，郑学晶等主编
化学工业出版社，2010.12
参考书目：
• 生物高分子材料及应用，郑学晶等主编，化学工业出版社 • 天然高分子改性材料及应用，张俐娜主编，化学工业出版社
• 天然高分子材料，胡玉洁主编，化学工业出版社
• 胶原与胶原蛋白，蒋挺大编著，化学工业出版社
• 天然高分子材料 • 来源于天然高分子材料的合成聚合物
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• Biodegradable Capable of being broken down especially into innocuous products by the action of living things (as microorganisms)
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合成聚合物材料引发的问题 The problems with synthesized polymers • 能源危机 • 环境危机 (3R工程：Reduction, Reuse, Recycle) • 安全性 (The toxicity of plastics is not fully understood or adequately tested)
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中国城市垃圾处理情况
• • • • 填埋 landfill 焚烧 incineration 堆肥 composting 综合处理和丢弃 comprehensive disposal and discarding
•可降解聚合物 •可生物降解聚合物
天然高分子材料 Natural polymers/biopolymers
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• 1935 年，杜邦公司基础化学研究所有机化学部的卡罗瑟斯 (Wallace H. Carothers，1896-1937)合成出聚酰胺66，即尼 龙。 • 1940s, Peter Debye 发明了通过光散射测定高分子物质分子 量的方法。
• 1948年，Paul Flory 建立了高分子长链结构的数学理论。
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高分子科学发展简史
• 。。。。。。 • 15世纪，美洲玛雅人，天然橡胶 • 1812 年，化学家在用酸水解木屑、树皮、淀粉等植物 的实验中得到了葡萄糖，证明淀粉、纤维素都由葡萄 糖组成。
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• 1826年，M. Faraday 通过元素分析发现橡胶的单体分子是 C5H8 ，后来人们测出 C5H8 的结构是异戊二烯。就这样，人 们逐步了解了构成某些天然高分子化合物的单体。 • 1839年，美国人Charles Goodyear发现天然橡胶与硫磺共热 后明显地改变了性能，使它从硬度较低、遇热发粘软化、遇 冷发脆断裂的不实用的性质，变为富有弹性、可塑性的材料。