当前课程知识点：植物纤维化学 > 第五章 纤维素 > 5.14纤维素物理改性 > 5.14纤维素物理改性
同学们，大家好！前面我们学习了纤维素的化学改性
纤维素也可经过物理改性得到一系列纤维素功能材料
今天，我们就要学习纤维素的物理改性
第14节 纤维素物理改性
通过特殊加工使纤维素的物理形态发生变化
如薄膜化、球状化、微粉化等，赋予纤维素新的性能，称为物理改性方法
所谓物理方法主要是指相对化学改性而言，没有引进新的基团
珠状纤维素
即把纤维素制备成珠状，纤维素珠体的制备大致分为三个步骤
第一、选择适当的介质，如烃类、卤代烃等将粘胶分散成球状液滴
第二、球状纤维素液滴的固化
第三、纤维素珠体的再生
目前，将粘胶分散成球状液滴的方法有喷射法和悬浮分散法等
喷射法是指将粘胶高速地从喷嘴中喷入分散相中，从而制得纤维素珠体的方法
这种方法对机械和工艺设备要求甚高，且产品的孔隙度难以控制
但此法喷出的颗粒粒径较均匀，分布范围窄
悬浮分散法是将粘胶分散于不相混溶的介质中
通过外力作用(如搅拌作用等) 制得纤维素珠体的方法
该法操作简单，对设备的要求低，易于实现工业化，粒度和孔隙度可以人为控制
但此法的缺点是制备的颗粒粒径分布宽，而且当水力学参数发生变化时
悬胶质会凝聚，导致颗粒结块，变成不规则球形
在此基础上发展起来的热溶胶转相法不仅克服了悬浮分散法的缺点
并且同时具备了喷射法和悬浮分散法的优点
由于该法简单易行，并具有很好的工业应用前景，因此成为了纤维素珠体制备的里程碑
固化的方法有加热固化法、酸固化、盐固化和通气(N2-HCl)固化法等
其中加热固化法是最常用的方法，而酸固化法、盐固化法和通气(N2-HCl)固化法
一般将纤维素珠体的固化与再生步骤合二为一，简化了操作程序
纤维素珠体的再生方法一般都采用酸化再生法，这种方法操作简便
缺点是酸化过程中产生大量的H2S气体会污染环境
球形再生纤维素的功能化就是采用
到的珠状纤维素还可进一步改性处理如酯化、醚化
其中包括乙酰基化、氨乙基化和羧甲基化等
有机化学法：该法对纤维素珠体的改性主要通过两种途径
一种是亲核取代反应，另一种是引入纤维素大分子的重氮基的转化反应
接枝共聚法：这种方法包括游离基型的聚合法、阴离子型的聚合法以及缩合和开环等方法
近年来，磁性高分子微球因其巨大的应用潜力，特别是在生物医学、生物工程等领域的应用
引起了各国研究者的高度重视，成为生物医学材料研究领域中的一个热门课题
磁性高分子微球是一类能稳定地分散在介质中
在外加磁场作用下又能从介质中分离出来的一类功能高分子微球
它除具有高分子微粒子的特性，还可通过共聚、表面改性
赋予其表面多种反应性功能基，如-OH、-COOH、-CHO、-NH2等
还因具有磁性，可在外加磁场的作用下方便地分离，被形象地称为动力粒子
磁性纤维素微球制备原理
是纤维素与碱反应生成碱纤维素，再与二硫化碳反应，得到纤维素黄原酸酯粘胶纤维
磁性粘胶纤维中的纤维素黄原酸酯于90℃再生，得到不溶性的纤维素
再生固化的同时将-Fe2O3超细磁粉包埋或共混于纤维素链中
经90℃、40min再生、固化、经沸水清洗后、湿态筛分，收集各级分即可得大小不同的纤维素磁性微球
珠状纤维素由于其具有良好的亲水性网络、大的比表面积和通透性以及很低的非特异性吸附
而且来源广泛、价格低廉，而广泛应用于吸附剂、离子交换剂、催化剂和氧化还原变化
亦用于处理含金属、有机物、色素废水，还可用于从海水中回收铀、金、铜等贵重金属
微晶纤维素和纳米纤维素
微晶纤维素
微晶纤维素的制备原理是用酸把纤维素中的无定形区水解掉，剩余的结晶区部分就是微晶纤维素
生产过程：纤维素材料→预处理→化学解链微晶悬浮体→机械能剪切→微晶胶体→干燥→微晶粉粒
性状：棒状或薄片状、高度结晶体、密度相当于纤维素单晶密度
为1.530-1.545g/cm3，白色稳定，无味无臭、不吸湿、无粘性、粉末状可吸油性
高纯度特性、胶状可喷涂、可触变、呈奶油状
不溶于水、稀酸、稀碱及大多数有机溶剂
微晶纤维素用途
医药：具赋型、粘合、吸水膨胀、填充剂、崩解剂、胶囊剂、缓释剂
食品上：添加剂、冷冻食品、饮料稳定剂
日化用品：化妆品、洗手剂、乳液作保湿剂
合成革生产：微孔剂、增粘剂
纳米纤维素
得到的微晶纤维素经机械、化学处理使纤维素的尺寸达到100nm以下，称为纳米纤维素
制备纳米纤维素的方法有
化学水解法
纳米纤维素：用质量分数为54%硫酸、温度为52℃、反应时间为125min，得到的纳米纤维素的得率为69.31%
也可采用TEMPO氧化法得到纳米级纤维素
机械分离法：利用均质器把纤维分离成纳米级别
还可以通过细菌合成法：利用微生物合成的纤维素一般较细，达到纳米级
静电纺丝：把纤维素溶解后，用静电纺丝机纺丝得到纳米级纤维
纳米纤维素具有巨大的比表面积和特殊的性能
广泛应用于医疗、食品、日用化学品、陶瓷、涂料、建筑等领域
纤维素膜
纤维素经溶剂溶解后，经涂刷或喷涂可以得到纤维素膜，单独纤维素所生成的膜质量较差
一般采用改性纤维素膜，如硝酸纤维素膜、醋酸纤维素膜、纳米纤维素膜等
纤维素及其衍生物通过薄膜化可制得各种分离膜
这些分离膜广泛应用于反渗透、超滤、气体分离等膜分离工艺中
硝酸纤维素膜，就是我们前面讲过的纤维素硝酸酯
硝酸纤维素是一种白色纤维状聚合物，耐水、耐稀酸、耐弱碱和各种油类
聚合度不同，其强度亦不同，但都是热塑性物质
我们常见的半透膜就是硝酸纤维素膜
醋酸纤维素是我们前面讲过的纤维素醋酸酯
是纤维素衍生物中最早进行商品化生产，并且不断发展的纤维素有机酸酯
醋酸纤维素作为多孔膜材料，具有选择性高、透水量大、加工简单等特点
纳米纤维素膜是利用纳米纤维素经抽滤及干燥而成的半透明膜
可应用于多孔材料、透明光学薄膜、人工血管、人工皮肤、防伪标签
隐身衣、化妆品、催化剂、建筑材料
小结
利用物理方法可以改变纤维素的物理形态
常见的有纤维素珠、微晶纤维素、纳米纤维素及纤维素膜，赋予纤维素新的性能
今天的课程就讲到这里，下节课我们将一起学习细菌纤维素，欢迎继续关注我们的课程
-绪论
--绪论
-讨论
-1.1 植物纤维原料形成与分类
-1.1 植物纤维原料形成与分类--作业
-1.2 木材的宏观结构
--木材的宏观结构
-1.2 木材的宏观结构
-1.3 针叶材与阔叶材的显微构造
-1.3 针叶材与阔叶材的显微构造--作业
-1.4 非木材原料的宏观与显微结构
-1.4 非木材原料的宏观与显微结构--作业
-1.5 纤维细胞壁超微结构
-1.5 纤维细胞壁超微结构--作业
-1.6 纤维形态学因素
-1.6 纤维形态学因素--作业
-讨论
-图文
-课程思政--中国文化自信案例1
--纸的故事（一）
-本章总结
-2.1 植物纤维原料的化学组成
-2.1 植物纤维原料的化学组成--作业
-2.2 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响
-2.2 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响--作业
-2.3 常用植物纤维原料的化学组成
-2.3 常用植物纤维原料的化学组成--作业
-讨论
-图文
-本章总结
-3.1水分存在形式
-3.1水分存在形式--作业
-3.2 水分对木材的影响
-3.2 水分对木材的影响--作业
-讨论
-图文
-课程思政——木材水分与干缩湿胀实例
-本章总结
-4.1木材提取物的定义、分类、结构和性质
-4.1木材提取物的定义、分类、结构和性质--作业
-4.2 芳香族化合物
-4.2 芳香族化合物--作业
-4.3 脂肪族化合物和无机物
-4.3 脂肪族化合物和无机物--作业
-4.4 提取物的分布、提取和分离
-4.4 提取物的分布、提取和分离--作业
-4.5 提取物对加工利用的影响
-4.5 提取物对加工利用的影响--作业
-讨论
-课程思政——提取物的高效利用实现绿水青山就是金山银山
--松脂采集
--松脂加工利用案例
-本章总结
-5.1糖化学基础
-5.1糖化学基础--作业
-5.2纤维素的存在、结构、性质
-5.2纤维素的存在、结构、性质--作业
-5.3纤维素物理结构
-5.3纤维素物理结构--作业
-5.4纤维素晶体结构
-5.4纤维素晶体结构--作业
-5.5纤维素结晶度及测定方法
-5.5纤维素结晶度及测定方法--作业
-5.6 纤维素润胀、溶解
-5.6 纤维素润胀、溶解--作业
-5.7 纤维素双电层及热解
-5.7 纤维素双电层及热解--作业
-5.8 纤维素酸水解和碱降解
-5.8 纤维素酸水解和碱降解--作业
-5.9 纤维素的氧化
-5.9 纤维素的氧化--作业
-5.10 纤维素酶降解
-5.10 纤维素酶降解--作业
-5.11纤维素酯化
-5.11纤维素酯化--作业
-5.12 纤维素醚化
-5.12 纤维素醚化--作业
-5.13纤维素接枝共聚与交联
-5.13纤维素接枝共聚与交联--作业
-5.14纤维素物理改性
-5.14纤维素物理改性--作业
-5.15细菌纤维素
-5.15细菌纤维素--作业
-讨论1
-讨论2
-图文
-拓展学习资料
--纸张结构
--纤维角质化定义
--纤维角质化机理
-课程思政--文化自信案例2（中国古名纸）
-课程思政——国家能源战略：生物质能源
-课程思政——文化自信案例3（纤维素与纺织）
-本章总结
-思维导图
-6.1半纤维素的命名、存在
-6.1半纤维素的命名、存在--作业
-6.2半纤维素提取
-6.2半纤维素提取--作业
-6.3半纤维素分离及糖基测定
-6.3半纤维素分离及糖基测定--作业
-6.4半纤维素的化学性质
-6.4半纤维素的化学性质--作业
-6.5半纤维素与纸张的关系
-6.5半纤维素与纸张的关系--作业
-6.6半纤维素利用
-6.6半纤维素利用--作业
-讨论
-图文
-拓展学习-功能性低聚糖
--功能性低聚糖
--常见功能性低聚糖
--木糖醇的食用
-本章总结
-7.1 绪论-木素的研究现状
-7.1 绪论-木素的研究现状
-7.2 木素的存在及其生物合成
-7.2 木素的存在及其生物合成--作业
-7.3 木素概念及化学结构
-7.3 木素概念及化学结构
-7.4 木素的分离
-7.4 木素的分离--作业
-7.5 木素碳水化合物复合体
-7.5 木素碳水化合物复合体
-7.6 木素化学结构的研究方法
-7.6 木素化学结构的研究方法
-7.7 木素的紫外及红外光谱
-7.7 木素的紫外及红外光谱
-7.8 木素的显色反应
-7.8 木素的显色反应
-7.9 木素化学结构与化学反应的关系
-7.9 木素化学结构与化学反应的关系
-7.10 木素的亲核反应1-氢氧化钠脱木素
-7.10 木素的亲核反应1-氢氧化钠脱木素
-7.11 木素的亲核反应2-硫酸盐法脱木素
-7.11 木素的亲核反应2-硫酸盐法脱木素
-7.12 木素的亲核反应3-亚硫酸盐法脱木素
-7.12 木素的亲核反应3-亚硫酸盐法脱木素
-7.13 木素的亲电反应
-7.13 木素的亲电反应
-7.14 木素的物理性质及特性
-7.14 木素的物理性质及特性
-7.15 木素的利用
-7.15 木素的利用
-讨论1
-讨论2
-图文
-植物纤维化学实验资料
--植物纤维化学实验
-课程思政——文化自信案例3：中国造纸技术的贡献
-本章总结
-考试
