天然高分子化合物有哪些（广泛应用的高分子化合物—纤维素）

纤维素是地球上最古老、最丰富的天然高分子，是取之不尽用之不竭的人类最宝贵的天然可再生资源。纤维素化学与工业始于160多年前，是高分子化学诞生及发展时期的主要研究对象，纤维素及其衍生物的研究成果为高分子物理及化学学科的创立、发展和丰富作出了重大贡献。

纤维是天然或人工合成的细丝状物质。在现代生活中，纤维的应用无处不在，而且其中 蕴含不少的高科技。导弹需要防高温，江堤需要防垮塌，水泥需要防开裂，血管和神经需要修补，这些都离不开纤维这个小身材的“神奇小子”。以纤维素为原料的产品也广泛用于塑料、炸药、电工及科研器材等方面。

一、纤维在纺织业

穿得舒服, 御寒防晒，是我们对衣服的最初要求，如今这个要求已很容易达到。

海藻碳纤维做成衣服后，穿着时能长期使人体分子摩擦产生热反应，促进身体血液循环，因此能蓄热保温，而防紫外线辐射的纤维制成衣服便可减少我们夏日撑伞的麻烦。

不过现在人们不仅要求穿得暖和，还增加了许多新要求，纤维都能一一满足：

过去的年代曾经流行过“涤盖棉”、“丙盖棉”，面料外涤里棉，是因为棉和肌肤的亲和性好，而涤纶与丙纶结实耐磨，方便洗涤。

现在的新材料有了颠覆性的转变，可以“棉盖涤”、“棉盖丙”，新型的抗菌导湿纤维，比通常的纤维直径10μｍ一100μｍ还要小，织成的面料可以使汗液透过，却不附着，这样汗液便被排到外层的棉布层，衣服贴身面便可随时保持干爽……千变万化，只为了帮我们穿着更舒适。

二、纤维在造纸业

全世界用于纺织造纸的纤维素，每年达800多万吨。纤维素是重要的造纸原料。

在造纸业主要有两种用途：浆内添加和表面施胶，浆内添加的添加量约千分之三至千分之五，添加量不大可对纸张的纵向和横向拉力提高30%至50%，对纸张的使用和书写起到了很好的作用。表面施胶特别是铜版纸上面做保水剂是其他胶黏剂所不好替代的产品，对纸张的平整度，光洁度都起到了很好的作用。

三、纤维在医药方面

甲壳素纤维做成医用纺织品，纤维织物具有抑菌除臭、消炎止痒、保湿防燥、护理肌肤等功能，因此可以制成各种止血棉、绷带和纱布，废弃后还会自然降解，不污染环境；聚丙烯酰胺类水凝胶可能控制药物释放；聚乳酸或者脱乙酰甲壳素纤维制成的外科缝合线，在伤口愈合后自动降解并吸收，病人就不用再动手术拆线了。

四、纤维在军事方面

纤维更大的作用早已不仅停留在日常穿着了，粘胶基碳纤维帮导弹穿上“防热衣”， 可以耐几万度的高温；无机陶瓷纤维耐氧化性好，且化学稳定性高，还有耐腐蚀性和电绝缘性，航空航天、军工领域都用得着；聚酰亚胺纤维可以做高温防火保护服、赛车防燃服、装甲部队的防护服和飞行服；碳纳米管可用作电磁波吸收材料，用于制作隐形材料、电磁屏蔽材料、电磁波辐射污染防护材料和“暗室”（吸波）材料。

五、纤维在环保方面

聚乳酸作为可完全生物降解性塑料，越来越受到人们重视。可将聚乳酸制成农用薄膜、纸代用品、纸张塑膜、包装薄膜、食品容器、生活垃圾袋、农药化肥缓释材料、化妆品的添加成分等。

六、纤维在塑料方面

纤维的充填能有效地提高塑料的强度和刚度。纤维增强塑料属刚性结构材料。

纤维增强塑料主要有两个组分。基体是热固性塑料或热塑性塑料，用纤维材料充填。通常基体的强度较低，而纤维填料具有较高的刚性但呈脆性。两者复合得到的增强塑料中，纤维承受很大的载荷应力，基体树脂通过与纤维界面上的剪切应力，支撑纤维传递了外载荷。

增强塑料以玻璃纤维使用占优势，其品种很多，无碱玻璃为常用普通纤维， 碱金属氧化物含量很低，具有优良的化学稳定性和电绝缘性。高强度玻璃纤维含有镁铝硅酸盐等成分，具有比玻璃纤维高10%-50%的强度。由于化学成分和生产工艺的不同，还有高模量、中碱和高碱等各种玻璃纤维。

碳纤维具有较大的刚性和优良的耐腐性，常用于增强热固性塑料。硼纤维本身是钨和硼的复合材料，具有较高的弹性模量，但纤维较粗且制造成本高。常用环氧树脂作基体。低密度的芳纶纤维国内已经躬行并使用，它用于承受拉应力的缆绳和承力构件。

表面处理是在纤维表面涂覆表面处理剂，表面处理剂包括浸润剂及一系列偶联剂和助剂。 偶联剂能在纤维与基体树脂间形成一个良好黏合界面，从而有效提高两者的黏结强度，也提高了增强塑料的防水、绝缘和耐磨等性能。

七、纤维在化工方面

用分离纯化的纤维素做原料，可以制造人造丝，赛璐玢以及硝酸酯、醋酸酯等酯类衍生物；也可制成甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚阴离子纤维素等醚类衍生物。羧甲基纤维素钠，俗称纤维素、羧甲基纤维素、cmc等多种称呼，是可再生取之不尽用之不竭的化工原料。广泛地用于纺织印染，石油钻探，造纸，陶瓷釉料，合成洗涤，日用化工，石墨制品，铅笔制造，涂料，食品、电子、建筑建材、装饰、蚊香、烟草、橡胶、农业、胶粘剂、塑料、炸药、电工及科研器材等方面。

特别是近几年来在石油钻探行业得到了开发利用，生产水平和品种也有很大的进步，这与纤维素的相关原料生产厂家，机械制造厂家的大力开发和科研分不开，较之十几年前有很大的进步，石油钻探用纤维素PAC在国际市场上也占有了一席之地。

八、纤维在生物科技

随着生物科技的发展，一些纤维的特性可以派上用场。类似肌肉的纤维可制成“人工肌肉”、“人体器官”。聚丙烯酰胺具有生物相容性，一直是人体组织良好的替代材料，聚丙烯酰胺水凝胶高吸水吸湿纤维能够有规律地收缩和溶胀，这些特性正可以模拟人体肌肉的运动。

胶原是人体中最多的蛋白质，人体心脏、眼球、血管、皮肤、软骨及骨路中都有它的存在，并为这些人体组织提供强度支撑。合成纳米纤维能在骨折处形成一种类似胶质的凝胶，引导骨骼矿质在胶原纤维周围生成一个类似于天然骨骼的结构排列，修补骨骼于无形之中。

蜘蛛丝一直是人类想要模仿制造的，天然蜘蛛丝的直径为４微米左右，而它的牵引强度相当于钢的5倍，还具有卓越的防水和伸缩功能。如果制造出一种具有天然蜘蛛丝特点的人造蜘蛛丝，将会具有广泛的用途。它不仅可以成为降落伞和汽车安全带的理想材料，而且可以用作易于被人体吸收的外科手术缝合线。

九、纤维在建筑领域

重要的建筑纤维有：纤维素醚、甲基纤维素(MC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基纤维素(CMC)、木质素纤维、纤维素纤维。

因纤维素本身具有的特性，如天然的亲水性，卓越的握裹力，巨大的纤维比表面积，及较高的韧性和强度等，加入混凝土中后，水的浸泡和外力作用下，形成大量均匀分布的细小纤维，可有效阻止混凝土塑性收缩, 干缩和温度变化而引起裂缝的发生，明显提高混凝土的力学性能。

纤维素纤维使水泥水化更完全，显著降低混凝土的空隙，使混凝土更密实，从而提高了混凝土的抗冻性，抗水渗透性，抗氯离子渗透性，赋予混凝土更好的耐久性。

（1）对混凝土的阻裂作用

纤维素纤维在混凝土中呈三维立体分布，可有效地降低微裂尖端的应力集中，可使混凝土或砂浆因干缩引起的拉应力消弱或消除，阻止微裂缝的发生和扩展。

（2）对混凝土抗渗性能的改善

纤维素纤维在混凝土中的均匀分布形成了承托体系，阻碍了表面析水和集料的沉降， 降低了混凝土的泌水性，减少了混凝土的泌水通道，使混凝土中的孔隙率大大降低，故而使混凝土的抗渗性能有明显的提高。

（3）对混凝土抗冻融性的提高

由于混凝土中的纤维素纤维的存在，可以有效地减少多次冻融循环而引起的混凝土内的抗拉应力集中，阻止了微裂缝的进一步扩展。另外，由于混凝土抗渗性的提高，也有利于改善其抗冻融性。

（4）对混凝土抗冲击性和韧性的提高

纤维素纤维有助于吸收混凝土构件受冲击时的功能，并且由于纤维的阻裂效应，在混凝土受冲击荷载作用时，纤维可以阻止内部裂缝的迅速扩展，故而可以有效的增强混凝土的抗冲击性和韧性。

（5）对混凝土耐久性的改善

纤维素纤维由于良好的阻裂效果，从而大大减少裂缝的发生和发展，内部孔隙率的降低，使得外部环境中的水分腐蚀性和化学介质，氯盐等的侵蚀、渗透减缓 ，由于裂缝的大量减少，对结构主筋锈蚀的通道减少，从而使混凝土的耐久性得到极大的改善和提高。

（6）对混凝土耐高温性的改善

在混凝土中，尤其是高强混凝土中掺加纤维素纤维，由于其含有大量均匀分布的纤维单丝呈现三维乱向分布，形成立体的网络结构，当在火焰炙烤的混凝土构件内部温度上升到165℃以上时，纤维熔化，形成内部连通的孔道以供强高压蒸气从混凝土内部逃逸，所以可有效的避免火灾环境下的爆裂，明显改善混凝土的耐久性。

防渗防裂纤维可以增强混凝土的强度和防渗性能，纤维技术与混凝土技术相结合，可研制出能改善混凝土性能，提高土建工程质量的钢纤维以及合成纤维，前者对于大坝、机场、高速公路等工程可起到防裂、抗渗、抗冲击和抗折性能，后者可以起到预防混凝土早期开裂，在混凝土材料制造初期起到表面保护。对防止涂层开裂、提高保水性、提高生产的稳定性和施工的合宜性、增加强度、增强对表面的附着力等有良好的效果。

纤维技术广泛用于沥青道路、混凝土、砂浆、石膏制品、木浆海棉等领域，高温多雨地区路面、停车场；高速公路与城市快速路、干线道路的抗滑表层；桥面铺装，特别是钢桥面铺装；高寒地区、防止温缩裂缝；公路重交通路段、重载以及超载车多的路段；城市道路的交叉口、公共汽车站、货场、港口码头。