木質纖維素和纖維素的區別
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木質纖維素和纖維素的區別,在生活中,飲食是獲取人體需求的主要途徑之一。一日三餐等飲食模式不但利於補充體能,也能提高身體免疫力。但食物類型不同,包含的營養物質也有些不同。下面看看木質纖維素和纖維素的區別。
纖維素
1.纖維素的結構:
1.1化學結構:
化學結構式:(C6H10O5)n
葡萄糖單元:β-D-吡喃葡萄糖
葡萄糖基的鍵合:β-1-4糖苷鍵的連接
纖維素中的羥基:含有三個醇羥基,其中C6的羥基爲伯羥基,C2和C3上的羥基爲仲羥基。
纖維素的平均聚合度在8000-10000之間。
1.2物理結構:
纖維素的相結構
纖維素的聚集態結構是由結晶相和無定形相共存的狀態。其中晶體結構包含了大概五種類型。
(1)纖維素ⅠⅤ晶:天然存在的纖維素形式。平行分子鏈有規則排列組成的,屬於單斜晶系。
(2)纖維素Ⅱ晶:經由溶液中再生或經絲光處理得到的結晶變體。是工業上使用最多的纖維素形式。得到此種纖維素晶體的方法有:①通常由濃鹼作用下生成鹼纖維素,再水洗得到纖維素,稱爲絲光化纖維素;②溶解後從溶液中沉澱出來;③酯化後再皂化成纖維素;④磨碎後並以熱水處理。
纖維素Ⅱ晶較Ⅰ晶結構氫鍵網絡更加複雜。兩條分子鏈反平行堆砌,致使緻密度更大,氫鍵的長度下降,晶體的熱穩定性增加。
(3)纖維素Ⅲ晶:將纖維素用液氨或者有機胺類潤脹生成氨纖維素,蒸發溶劑使其分解後形成的一種低溫變體。特徵是Ⅲ晶的形成有一定的消晶作用,當胺或氨除去後,結晶度和分子排列的有序都會下降。這種方法用於處理棉織物,來提高其機械性能、染色性和尺寸穩定性。
晶體結構有兩種:一種是和Ⅰ晶一樣的平行鏈結構Ⅲ1、一種是和Ⅱ晶一樣的反平行鏈結構Ⅲ2。
(4)纖維素Ⅳ晶:由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ晶在極性溶液中加以高溫處理而成,固有“高溫纖維素”之稱。晶體結構也包含兩種:平行鏈和反平行鏈。
(5)下圖是各晶體之間的轉化關係:
纖維素的液晶態結構:由於纖維素分子中含有大量的氫鍵而阻礙了苷鍵的自由旋轉、限制了它的構想轉變,所以通常爲伸直的螺旋結構。所以纖維素及其衍生物都是半剛性的分子,它們在適當的條件下均可形成液晶,通常是膽甾型液晶態。膽甾型液晶是一種具有旋光性,
能夠呈現色彩及雙折射顯現的液晶體系。纖維素分子分層分佈,每層中的纖維素分子彼此傾向於某個方向排列,這個方向成爲指向矢。層與層之間互相平行,相鄰的層內分子的指向矢有一定扭轉,這些不同層分子的扭轉賦予纖維素液晶可散射的白光,並使透射光發生偏轉。
纖維素液晶的形成與溶劑、溫度、纖維素的尺寸、分子量及其分佈、纖維素的衍生化都有關係,調控這些之變是比較困難的。而且纖維素分子在運動過程中更易形成結晶和凝膠的聚集狀態,因此製備纖維素液晶是有待進一步研究的。目前報道的纖維素液晶材料包含熱致型液晶、溶致型液晶。
例如Justin e等人制備了新型的溶致型微晶纖維素液晶,是用棉纖維爲原料,製備了纖維素納米晶體,通過透析膜進行分離純化,添加環氧單體及固化劑,通過揮發溶劑成膜製備了含50-72wt%纖維素納米晶體的纖維素液晶膜。
2.纖維素的理化性質:
一般而言,纖維素的結晶度大木材的抗拉強度、抗彎強度、尺寸穩定性就高。
2.1纖維素分子鏈柔順性很差,通常爲半剛性的,因爲:
(1)纖維素分子有極性,分子鏈之間相互作用力很強;
(2)纖維素中的六元吡喃環結構致使內旋轉困難;
(3)纖維素分子內和分子間都能形成氫鍵特別是分子內氫鍵致使糖苷鍵不能旋轉從而使其剛性大大增加。
2.2纖維素的溶解
纖維素的溶解度很小。水可使纖維素發生有限溶脹,某些酸、鹼和鹽的水溶液可滲入纖維結晶區,產生無限溶脹,使纖維素溶解。纖維素加熱到約150℃時不發生顯著變化 ,超過這溫度會由於脫水而逐漸焦化。纖維素與較濃的無機酸起水解作用生成葡萄糖等,與較濃的苛性鹼溶液作用生成鹼纖維素,與強氧化劑作用生成氧化纖維素。
2.3纖維素的酯化、醚化、接枝共聚、親核取代改性。纖維素聚合度高、分子取向度好、化學穩定性強。利用葡萄糖基環上的三個醇羥基特性,使纖維素可以發生酯化、醚化和接枝共聚等多種反應。
2.3.1酯化反應,纖維素分子鏈上的羥基可以與酸、酸酐、酰滷等發生反應生成酯,與烷基化試劑反應生成醚。例如:醋酸纖維。這種過程稱爲乙酰化或醋化,對木材進行乙酰化處理,可使木材低酯化,改善尺寸穩定性。纖維素酯中以纖維素硝酸酯、纖維素醋酸酯、纖維素黃原酸酯最爲普遍。醚化反應,通常使用的是羧甲基纖維素的鈉鹽(CMC)、羥乙基纖維素(HEC)、羥丙基纖維素(HPC)。
2.3.2接枝共聚,所選用單體多爲乙烯基化合物,如氯乙烯、丙烯腈、丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯等。
2.3.3親核取代:糖類化學中羥基的親核取代主要爲SN2取代、可得到脫氧纖維素滷代物和脫氧氨基纖維素。二者都可作爲吸附淨化類材料的原料。
纖維素的應用前景拓展:
根據以上對於纖維素本身的研究可知它有以下幾個特點。
(1)纖維素大分子鏈上有很多羥基,具有轉化的反應性能和反應可設計性,因此,各種材料加工工藝相對比較簡單、成本低、加工過程無污染。
(2)纖維素類材料可以被微生物完全降解,這與利用生物質材料與聚烯烴共混所製得的生物降解材料不同,因爲對於後者,生物質材料可以被生物降解,但聚烯烴卻不能或很難被生物降解。
(3)纖維素材料本身無毒。因此,以纖維素爲基質的材料使用範圍非常廣泛。
再生纖維素分離膜是一類重要的膜材料,它具有力學性能良好、親水、對蛋白質和血球吸附少、耐γ射線、耐熱、穩定、生物相容和安全等優點,且大量的羥基使其易於修飾、改性,廢棄後還可以在微生物的作用下完全分解成CO2和水,不會造成環境污染。因此,再生纖維素分離膜是非常有應用前景的高分子膜材料,主要用於透析、超濾、微濾、納濾等一些分離領域。
纖維素氣凝膠。是世界上已知的密度最低的固體具有高通透性的納米孔三維網絡結構、極高的孔隙率、極低的密度、高比表面積等特點,其結構性能明顯不同於微米和毫米量級孔洞結構的多孔材料,
在分離、吸附、催化、光電、傳感器、生物 醫藥等方面具有廣闊的應用前景。雖然目前纖維素基氣凝膠存在製備方法比較複雜、成本較高、難以實現工業化生產等問題,但在未來纖維素氣凝膠一定能給材料領域帶來突破。
纖維素類水凝膠。它的耐鹽性比用澱粉合成的好,並且是一種環境友好的綠色材料。由於其優異的吸水性、保水性和“智能”性,水凝膠在藥物傳輸系統、農林園藝、廢水處理、組織工程和再生醫學等領域展現出非常廣闊的應用前景。纖維素基水凝膠具有生物相容性,可參與人體新陳代謝,對人體無刺激性、無副反應。採用冷凍-解凍技術製備的聚乙烯醇/纖維素納米晶須複合水凝膠,具有良 好的力學、阻隔和抗菌性能,被當作傷口敷料的最佳材料。
半纖維素
1.半纖維素:是植物組織中聚合度較低的非纖維素聚糖類,是構成植物細胞壁的主要組分。一般由兩種或兩種以上的糖基組成,大多數帶有短支鏈的線狀結構。常見的糖基如下:
半纖維素的結構:半纖維素在天然狀態下聚合度低,可反應官能團多,化學活性強,反應速度快。半纖維素的平均聚合度在200左右,一般分佈在100~300,比纖維素的小得多,並且半纖維素有支鏈,這是半纖維素和纖維素的主要區別。
絕大部分爲無定形結構(側鏈、支鏈阻止了氫鍵的形成)有一到兩種高聚糖有結晶狀態(插入纖維素進入結晶區)。半纖維素–纖維素之間,僅物理連接(氫鍵),無化學連接;半纖維素–木質素之間,既存在物理連接(氫鍵),同時存在化學連接(酯鍵、醚鍵、苷鍵、縮醛)
2. 半纖維素的性質:
2.1溶解。半纖維素中有一小部分易溶於水,大部分不溶於水。如聚阿拉伯糖一分解乳糖易溶於水,一般聚合度愈低,分枝度越大的越易溶於水。通過分離得到的半纖維素要比天然的半纖維素的溶解度高。某些半纖維易溶於鹼液中,而某些則易溶於酸液中。
2.2水解。糖苷鍵在酸性介質中被裂開而使半纖維素發生降解;在鹼性介質中,半纖維素也可發生剝皮反應和鹼性水解。
2.3酯化、醚化、接枝共聚均可形成衍生物。通過羧甲基化反應,可製備羧甲基變性半纖維素,在製藥行業擁有廣泛的用途。鹼性條件下,木聚糖與羧基甲基苯溴、苯甲基溴等發生醚化反應可製備出作爲熱塑性原料的衍生物用於工業生產。半纖維素的羥基醚化可以增加半纖維素的水溶性、疏水性、表面活性等,可用於製藥、污水處理、熱塑性材料、食品添加劑方面。
3. 半纖維素的改性材料:
由以上了解到的`半纖維素的性質可知,它含有半纖維素羥基、乙酰基及羧基等官 能團,可通過交聯或進一步改性形成具有不同功能的半纖維素基水凝膠,拓展半纖維素在生物、醫藥、傷口、敷料、廢水處理和3D打印等領域的應用。
複合水凝膠:單一的半纖維素基水凝膠強度較低,且不能滿足某一特定用途,如廢液中污染物的選擇性吸附和生物、醫藥中抗菌、抗氧化等。而將半纖維素與另一種或多種功能性天然有機或無機聚合物複合,
可以獲得具有多種組分優點的新型智能半纖維素基複合水凝膠。其中,納米纖維素和殼聚糖與半纖維素形成 複合水凝膠最爲常見。實驗發現,隨着納米纖維素含量的增加,半纖維素複合水凝膠在韌性、黏彈性、自恢復性能方面都得到增強。
半纖維素基智能水凝膠有大的 比表面積和良好的生物相容性,並且能對pH、溫度、光、磁場、鹽和有機溶劑等外部條件變化產生智能響應,可作爲藥物載體,控制藥物的吸收輸送速率,實現藥物控制釋放的目的。
吸附材料:半纖維素基水凝膠有大量的孔結構,吸水性強,研究發現對重金屬離子和有機染料等污染物有很好的吸附效果。例如利用半纖維素與丙烯酸交聯,引入電負性的羧基基團,通過靜電作用實現對重金屬離子的吸附。
木質素
1.木質素的結構
在植物細胞壁內,木質素是一種以苯丙烷單體(對羥基苯基、愈創木基和紫丁香基)通過β-O-4、β-β、β-5、5-5等共價鍵連接形成的網狀結構高分子聚合物,用於強化植物組織。甲氧基是木質素結構中特徵官能團之一,並且比較穩定。結構單元之間的連接主要是醚鍵和碳碳鍵。
2.木質素的物化性質:
2.1木質素作爲一種填充和粘結物質,在木材細胞壁中能以物理或化學的方式是纖維素纖維之間粘結和加固,增加木材的機械強度和抵抗微生物侵蝕的能力,使木化植物直立挺拔和不易腐蝕。在木本植物中,木質素佔25%,是世界上第二位最豐富的有機物(纖維素是第一位)。由於自然界中木質素與纖維素、
半纖維素等往往相互連接,形成木質素-碳水化合物複合體,由於結構中的極性基團和較多的羥基,造成了很強的分子內和分子間氫鍵,因此原木木質素是不容於任何溶劑的。故目前沒有辦法分離得到結構完全不受破壞的原本木質素。
2.2木質素的分子量和多分散性.任何一種分離方法都有可能引起木質素的局部降解和變化。因此,原本木質素的分子量是無法確知的。
2.3木質素的溶解性。木質素中存在羥基等多種極性基團,造成了很強的分子間作用力,因此原木木質素是很難溶解的。
2.4木質素的熱性質。木質素爲無定形的熱塑性高聚物。在低溫下略顯脆性,在溶液中不成膜。具有玻璃態轉化性質,在玻璃化溫度以上,分子鏈發生運動,木質素軟化變黏,並具有粘膠力。
2.5木質素分子結構中存在着芳香基、酚羥基、醇羥基、羰基、甲氧基、羧基、共軛雙鍵等活性基團,可以進行氧化、還原、水解、醇解、光解、酰化、磺化、烷基化、縮合和接枝共聚等化學反應。還原反應可生產苯酚或環己烷等化工產品。木質素的催化氫化也有許多分解產物。
2.6接枝共聚:木質素的酚羥基能與環氧烷烴或氯乙醇反應,產物具有較高的膠合強度和優良的耐水煮沸性能。木質素或木質素磺酸鹽與丙烯酰胺、丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈等發生接枝共聚。
3.目前在木質素改性方面得到的新材料有:
3.1木質素酚醛樹脂通過調節酸、鹼性來控制木質素與苯酚或者甲醛的反應次序製備酚醛樹脂。將木質素引入酚醛樹脂在保持力學性能和熱穩定性的同時,明顯地提高了絕緣性和高溫下的模量。
3.2木質素基聚氨酯:木質素的活性羥基與異氰酸酯的反應可製備聚氨酯材料。
3.3木質素衍生物與環氧樹脂共混、環氧化改性木質素等。
3.4木質素的膠體性質可製備水凝膠。可得到吸附性能很強的木質素基吸附材料。
3.5木質素填充橡膠。木質素的剛性網絡和柔順側鏈結構的衆多活性基團,呈較大比表面積的爲細顆粒狀。只需對木質素進行化學修飾提高木質素與橡膠的相容性,然後作爲橡膠補強劑有着比重小、光澤度好、耐磨耐曲撓的優點。
4. 木質素的最新研究進展:
木質素因爲自身的三維網狀結構、適宜的碳氫比以及可提供大量活性的酚羥基、剛性的苯環、羰基結構,故而是一種同時具備吸附、抗熱老化、抗氧化、抗高溫變形和生物兼容等多種作用理想材料。當下對木質素的應用研究主要集中在作爲水中重離子、有機染料吸附劑,製備準液體燃料,製備耐高溫或耐氧化改性樹脂,製備改性瀝青以及製備生物兼容性水凝膠等方面。
吸附材料:由於木質素含有大量活躍的酚羥基、甲氧基結構,在酸性條件下極易與具有強氧化性的離子進行反應,將之吸附,故而木質素有很好的離子吸附作用。
生物質燃燒材料:由於木質素的碳氫組成比(12:1)和天然石油(8:1)近似,且有較多的氧元素,故而木質素是一種高能物質,有良好的生物質燃燒作用
抗老化材料:由於木質素中含有大量羥基結構高溫下可與多種功能性有機高分子材料發生醚化作用,增強高溫下材料的強度,故而木質素有很好的抗熱老化作用。
抗氧化材料:由於木質素中有大量活性羥基結構,可用於和有機高分子間形成氫鍵,並能捕捉氧化過程中的自由基,故而木質素有極佳的抗氧化性作用。例如在聚氨酯中摻雜木質素來改進其易老化的問題。
生物材料:由於木質素來源爲植物木質部,作爲天然的高分子化合物,分離之後的木質素對生物細胞有較好的兼容性,基於其製成的新型材料也多具有較好的生物兼容性。例如,利用木質素中苯氧化物基團與殼聚糖主鏈上的銨基之間的靜電相互作用,使殼聚糖酸性水溶液與木質素形成離子型交聯,從而製得殼聚糖-木質素生物相容性水凝膠。這種水凝膠可用於傷口癒合。
纖維素,說白了就是一種大分子多糖,是自然界中分佈最廣、含量最多的的一種多糖,佔植物界含碳量的50%以上,不溶於水及一般的有機溶劑。纖維素是地球上最豐富、最古老的的天然高分子,同時更是人類取之不盡用之不竭的最寶貴的天然可再生資源。
纖維素具有溶解性、纖維素水解、纖維素氧化以及柔順性:
纖維素雖然不溶於水以及有一般機溶劑,但是可以銅氨溶液和銅乙二胺溶液等;在一定條件下,纖維素會與水發生反應,變成葡萄糖,這就是纖維素的水解性能;纖維素可以與氧化劑發生化學反應,生成一系列與原來結構不同的物質,這一反應過程被稱爲纖維素的氧化;纖維素是剛性的的,柔順性很差。
下面小編再來說說與纖維素名稱只有兩字之差的“木質纖維素”。
木質纖維素是天然可再生木材經過機械加工、化學處理得到的絮狀纖維物質,無味、無毒、無污染和放射性,廣泛應用於混凝土砂漿、木漿海棉等領域,能夠很好打防止塗層斷裂、提高施工強度等。
木質纖維素不溶於水、弱酸和弱鹼,具有很好的保溫、隔熱、透氣性能;木質纖維素的柔韌性和分散性良好,形成的三位網狀結構能夠增強系統的耐久性和支撐力,其結構粘性使施工精度大大提高;同時,木質纖維素具有很強的防凍、防熱能力。
鏈科技成果庫項目:木質纖維素整合生物加工糖化技術。
技術優勢:整合生物加工(CBP)在一個反應器中完成從纖維素降解到能源產品合成的全過程,從而降低成本、簡化過程,是最有希望實現木質纖維素工業化應用的技術之一。
性能指標:通過菌株工程改造及工藝優化,獲得熱纖梭菌的CBP高效糖化全菌催化劑,糖化效率比野生菌種高5倍以上,並最終建立木質纖維素產糖的一體化CBP工藝噸級示範,可發酵糖含量>80g/L。市場分析:我國每年的農林廢棄物總量約15億噸,若30%用來生產燃料乙醇,以6噸產1噸乙醇估算,則可形成7500萬噸燃料乙醇生產能力,與目前國內成品汽油消耗總量相當。本項目開發基於CBP技術的木質纖維素的高效利用工藝能極大降低下游產品的生產成本,簡化生產流程,具有廣泛的市場前景和可觀的經濟效益。
鏈科技ChainTech 中國技術信息大數據庫,專家在線實時諮詢平臺。專注於技術難題解決、技術成果引進,實現成果轉化和技術轉移。平臺提供技術評估、技術創新、專家諮詢、技術推廣等系列服務。
纖維素是什麼主要成分
首先,纖維素的溶解性是在常溫下不溶於水的,與其他的有機溶劑還是有着本質上的差別,這樣的纖維素成分上是比較穩定的。不過在水解化學反應中,能夠產生大量的葡萄糖,這是對我們人體營養較爲豐富的一種。所以說,這樣的成分也是不可忽視的一部分,一定要合理的去了解到纖維素的化學特點和分子式,那就會在運用的過程中知道了其中的作用越來越顯著的。
總之,分析纖維素是什麼的主要成分時,還是要合理的去對比其纖維素的功效和作用,然後在很多的保健品、食品、護膚品等等成分中還是會具備的,都覺得在各方面的效果也是很神奇的,應該充分的去利用這樣的成分優點,帶來了不一樣的功效。在方方面面都可以看出來纖維素的特點是與衆不同的。
首先纖維食物一定是植物性的食物,纖維素或者說膳食纖維在動物性的食物中是沒有的。野生的蔬菜裏面纖維素比種植的蔬菜裏面多,深顏色的蔬菜比淺顏色的蔬菜纖維多。
哪些食物屬於纖維食物:纖維食物存在於地裏生長的食物,五穀雜糧,蔬菜水果類的,菌藻類的,菇類的,堅果類的都是纖維食物。果實類的蔬菜比如堅果,番茄,黃瓜,冬瓜等纖維含量也很高。
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