生物质材料省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

生物质材料第1页主要内容第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 纤维素基材料纤维素基材料第三章第三章 木质素木质素第四章第四章 木材木材第五章第五章 淀粉基材料淀粉基材料第六章第六章 甲壳素基材料甲壳素基材料第七章第七章 蛋白质基材料蛋白质基材料第八章第八章 其它生物质材料其它生物质材料 第2页第五章 淀粉基材料目标和要求了解淀粉分布、了解淀粉分布、化学结构化学结构、基本性质基本性质及其主要应用，重点及其主要应用，重点掌握淀粉掌握淀粉化学结构化学结构及及改性改性。内容和关键点5.1 淀粉起源淀粉起源5.2 淀粉结构与性质淀粉结构与性质5.3 淀粉改性及应用淀粉改性及应用5.4 淀粉基材料及应用淀粉基材料及应用第3页5.1 淀粉起源（1）概述淀粉是自然界植物体内存在一个高分子化合物，是绿色植物光合作用产物。淀粉既是食品工业原料，也是基础工业原料。全球淀粉产量约6880万吨，其中玉米淀粉约6100万吨，占总量89%。美国是世界淀粉产量最大国家，产量约2900万吨，其中玉米淀粉约2800万吨；我国居第二位，产量约2500万吨，约占世界淀粉总产量36.3%，其中玉米淀粉产量约2350万吨，约占我国淀粉总产量94%。从当代观点看，淀粉作为一个可由生物合成可再生资源，是取之不尽、用之不竭有机原料，必将愈来愈受到人们重视。第4页5.1 淀粉起源（2）淀粉起源天然淀粉又称原淀粉，其起源是依赖于植物体内天然合成。天然淀粉又称原淀粉，其起源是依赖于植物体内天然合成。就其分布而言，淀粉起源遍布整个自然界，广泛存在于高就其分布而言，淀粉起源遍布整个自然界，广泛存在于高等植物根、块茎、籽粒、髓、果实、叶子等。等植物根、块茎、籽粒、髓、果实、叶子等。淀粉普通按起源可分为：淀粉普通按起源可分为：禾谷类淀粉禾谷类淀粉，主要包含玉米、大，主要包含玉米、大米、大麦、小麦、燕麦和黑麦等；米、大麦、小麦、燕麦和黑麦等；薯类淀粉薯类淀粉，在我国以甘，在我国以甘薯、马铃薯和木薯为主；薯、马铃薯和木薯为主；豆类淀粉豆类淀粉，主要有蚕豆、绿豆、，主要有蚕豆、绿豆、豌豆和赤豆等；豌豆和赤豆等；其它淀粉其它淀粉，在一些植物果实（如香蕉、芭，在一些植物果实（如香蕉、芭蕉、白果等）、基髓（如西米、豆苗、菠萝等）中含有淀蕉、白果等）、基髓（如西米、豆苗、菠萝等）中含有淀粉；另外，一些细菌、藻类中也含有淀粉或糖元。粉；另外，一些细菌、藻类中也含有淀粉或糖元。第5页5.1 淀粉起源玉米淀粉玉米属一年生草本玉米属一年生草本植物，又名玉蜀黍，植物，又名玉蜀黍，在世界谷类作物中，在世界谷类作物中，玉米种植面积和总玉米种植面积和总产量仅次于小麦和产量仅次于小麦和水稻而居第三位，水稻而居第三位，平均单产则居首位。平均单产则居首位。我国玉米种植面积我国玉米种植面积占世界种植面积占世界种植面积18%左右，总产量左右，总产量高居世界第二位。高居世界第二位。成份范范围围平均平均值值成份范范围围平均平均值值水分水分淀粉淀粉蛋白蛋白质质脂肪脂肪72364788143.15.716.771.59.914.78灰分灰分纤维纤维糖糖1.13.91.83.51.03.01.422.662.58成份全粒全粒胚乳胚乳胚芽胚芽玉米皮玉米皮玉米冠玉米冠淀粉淀粉蛋白蛋白质质脂肪脂肪糖糖矿矿物物质质7110.34.821.486.49.40.80.60.68.218.834.510.810.17.33.710.30.85.39.13.81.61.6玉米化学成份范围及平均值玉米化学成份范围及平均值%（质量）（质量）玉米籽粒各部位组成玉米籽粒各部位组成%第6页5.1 淀粉起源其它谷类淀粉 小麦淀粉：淀粉含量约小麦淀粉：淀粉含量约55%大米淀粉：淀粉含量大米淀粉：淀粉含量70%80%高粱淀粉：淀粉含量高粱淀粉：淀粉含量65.9%77.4%薯类淀粉 马铃薯：淀粉含量马铃薯：淀粉含量8%29.4%木薯：根内含量木薯：根内含量10%30%甘薯：淀粉含量甘薯：淀粉含量7%27%野生植物淀粉 分布在野生植物果实、种子、块根、鳞茎或根中分布在野生植物果实、种子、块根、鳞茎或根中第7页5.2 淀粉结构与性质（1）淀粉化学结构淀粉是由淀粉是由葡萄糖葡萄糖组成多组成多糖类碳水化合物糖类碳水化合物，化学结构式为，化学结构式为(C6H10O5)n，式中，式中C6H10O5为脱水葡萄糖单位，为脱水葡萄糖单位，n为组成淀为组成淀粉高分子脱水葡萄糖单元数量，即聚合度。粉高分子脱水葡萄糖单元数量，即聚合度。用用热水处理热水处理后，可将淀粉分为两种：一是可溶解，称为后，可将淀粉分为两种：一是可溶解，称为直直链淀粉链淀粉；另一个不溶解，称为；另一个不溶解，称为支链淀粉支链淀粉。第8页5.2 淀粉结构与性质（2）直链淀粉 直链淀粉分子中直链淀粉分子中脱水葡萄糖结构单元脱水葡萄糖结构单元之间主要经过之间主要经过-D-(1,4)糖苷键糖苷键连接。连接。直链淀粉结构直链淀粉结构第9页5.2 淀粉结构与性质直链淀粉不是完全伸直，直链淀粉不是完全伸直，它分子通常为它分子通常为卷曲螺旋形卷曲螺旋形，每一转有每一转有6个葡萄糖分子。个葡萄糖分子。螺旋内部只有氢原子，羟螺旋内部只有氢原子，羟基位于螺旋外侧。基位于螺旋外侧。直链淀粉螺旋形结构直链淀粉螺旋形结构第10页5.2 淀粉结构与性质直链淀粉大小与淀粉植物起源及淀粉加工方法有直接关系。直链淀粉大小与淀粉植物起源及淀粉加工方法有直接关系。即使是同一个淀粉，其相对分子质量也因采取试验方法不即使是同一个淀粉，其相对分子质量也因采取试验方法不一样而有相当大差异。一样而有相当大差异。直链淀粉聚合度约在直链淀粉聚合度约在1006000之间。之间。自然界中还未发觉完全由直链淀粉组成植物品种，普通品自然界中还未发觉完全由直链淀粉组成植物品种，普通品种淀粉种淀粉多由直链淀粉和支链淀粉共同组成多由直链淀粉和支链淀粉共同组成，少数品种由支，少数品种由支链淀粉组成。链淀粉组成。第11页5.2 淀粉结构与性质（3）支链淀粉支链淀粉是指在其支链淀粉是指在其直链部分仍是由直链部分仍是由-1,4-糖苷键连结糖苷键连结，而，而在其在其分支位置则由分支位置则由-1,6-糖苷键联结糖苷键联结。支链淀粉结构支链淀粉结构第12页5.2 淀粉结构与性质（4）直链淀粉与支链淀粉比较判别：碘显色反应判别：碘显色反应分离：直链淀粉溶于分离：直链淀粉溶于7080热水，支链淀粉则不溶。热水，支链淀粉则不溶。正丁醇结晶沉淀。正丁醇结晶沉淀。直链淀粉与支链淀粉比较直链淀粉与支链淀粉比较项项目目直直链链淀粉淀粉支支链链淀粉淀粉分子形状分子形状直直链链分子分子支支链链分子分子聚合度聚合度100600010003000000尾端基尾端基一端一端为为非非还还原尾端基，另一端原尾端基，另一端为还为还原尾端基原尾端基分子含有一个还原尾端基和许多个非还原尾端基碘着色反碘着色反应应深深蓝蓝色色红红紫色紫色吸附碘量吸附碘量/%1920 1凝沉性凝沉性质质溶液不溶液不稳稳定，凝沉性定，凝沉性强强溶液溶液稳稳定，凝沉性很弱定，凝沉性很弱络络合合结结构构能与极性有机物和碘生成能与极性有机物和碘生成络络合合结结构构不能与极性有机物和碘生成不能与极性有机物和碘生成络络合合结结构构X光衍射分析光衍射分析高度高度结结晶晶无定形无定形乙乙酰酰衍生物衍生物能制成强度很高薄膜制成薄膜很脆弱第13页5.2 淀粉结构与性质（5）淀粉颗粒结构玉米淀粉颗粒（光学显微镜）玉米淀粉颗粒（光学显微镜）玉米淀粉颗粒（扫描电子显微镜）玉米淀粉颗粒（扫描电子显微镜）第14页5.2 淀粉结构与性质（6）淀粉结晶结构淀粉含有半结晶性质，它结晶度不高，而且其结晶度与其淀粉含有半结晶性质，它结晶度不高，而且其结晶度与其起源有亲密关系。起源有亲密关系。结晶结构占颗粒体积结晶结构占颗粒体积25%50%，其余为无定形结构。，其余为无定形结构。淀粉化学反应主要发生在无定形结构区。淀粉化学反应主要发生在无定形结构区。淀粉结晶区和无定形区并无明确界限，其改变是渐进。淀粉结晶区和无定形区并无明确界限，其改变是渐进。第15页5.2 淀粉结构与性质（7）淀粉物理性状淀粉为白色粉末，含有很强淀粉为白色粉末，含有很强吸湿性吸湿性和和渗透性渗透性，水能够自由，水能够自由地渗透淀粉颗粒内部。地渗透淀粉颗粒内部。淀粉颗粒不溶于普通有机溶剂，但可溶于二甲亚砜。淀粉颗粒不溶于普通有机溶剂，但可溶于二甲亚砜。淀粉热降解温度为淀粉热降解温度为180220。淀粉密度随含水量不一样略有改变。通常干淀粉密度为淀粉密度随含水量不一样略有改变。通常干淀粉密度为1.52g/cm3。淀粉存在着很强淀粉存在着很强分子内分子内和和分子间氢键分子间氢键，因而，因而Tg高于热降解高于热降解温度，无法经过试验得到纯淀粉温度，无法经过试验得到纯淀粉Tg。在淀粉中加入水（甘油等），能够显著降低在淀粉中加入水（甘油等），能够显著降低Tg，水对淀粉，水对淀粉含有很好增塑作用。含有很好增塑作用。第16页5.2 淀粉结构与性质（8）淀粉胶体化学性质淀粉高分子结构中含有许多淀粉高分子结构中含有许多羟基羟基，但淀粉颗粒却不溶于水，但淀粉颗粒却不溶于水，这是因为羟基经过这是因为羟基经过氢键氢键连接在一起，这也是淀粉颗粒能够连接在一起，这也是淀粉颗粒能够在植物体内大量存在主要原因。在植物体内大量存在主要原因。将淀粉倒入冷水中，经搅拌能够得到乳白色、不透明悬浮将淀粉倒入冷水中，经搅拌能够得到乳白色、不透明悬浮液，停顿搅拌淀粉就慢慢沉淀；而将淀粉倒入液，停顿搅拌淀粉就慢慢沉淀；而将淀粉倒入热水热水中，淀中，淀粉颗粒受热膨胀，若继续加热，淀粉颗粒高度膨胀，当粉颗粒受热膨胀，若继续加热，淀粉颗粒高度膨胀，当加加热到一定温度热到一定温度时，淀粉变成含有黏性半透明凝胶或胶体溶时，淀粉变成含有黏性半透明凝胶或胶体溶液，习惯称为液，习惯称为淀粉糊淀粉糊，这种现象称为，这种现象称为糊化糊化。第17页5.2 淀粉结构与性质淀粉深加工玉米淀粉深加工工业化产品玉米淀粉深加工工业化产品第18页5.3 淀粉改性及应用（1）淀粉变性天然淀粉及其悬浮液在加热时所表现出来许多性质限制了它天然淀粉及其悬浮液在加热时所表现出来许多性质限制了它应用。其缺点主要包含以下几个方面：应用。其缺点主要包含以下几个方面：1）缺乏流动性或淀粉颗粒斥水性；）缺乏流动性或淀粉颗粒斥水性；2）冷水中不溶性、不膨胀性及黏度不扩展性；）冷水中不溶性、不膨胀性及黏度不扩展性；3）烧煮后黏度过高或不易控制；）烧煮后黏度过高或不易控制；4）烧煮后形成胶黏体或类似橡胶体；）烧煮后形成胶黏体或类似橡胶体；5）在剪切力作用下或在较低）在剪切力作用下或在较低pH环境中，伴随烧煮时间延长对环境中，伴随烧煮时间延长对破坏更敏感；破坏更敏感；6）淀粉溶液缺乏透明性，冷却时有变浑浊及形成凝胶倾向。）淀粉溶液缺乏透明性，冷却时有变浑浊及形成凝胶倾向。第19页5.3 淀粉改性及应用变性淀粉变性淀粉变性淀粉（改性淀粉或淀粉衍生物）：天然淀粉经物理、（改性淀粉或淀粉衍生物）：天然淀粉经物理、化学、生物等方法处理改变了淀粉分子中一些化学、生物等方法处理改变了淀粉分子中一些D-吡喃葡萄吡喃葡萄糖单元化学结构，同时也不一样程度地改变了天然淀粉物糖单元化学结构，同时也不一样程度地改变了天然淀粉物理和化学性质，经过这种变性处理淀粉通称为变性淀粉。理和化学性质，经过这种变性处理淀粉通称为变性淀粉。变性淀粉制造加工方法：变性淀粉制造加工方法：物理法物理法（14%）、）、化学法化学法（80%）、）、生物法生物法（6%）改性方法：改性方法：衍生化衍生化、接枝接枝、交联交联 第20页5.3 淀粉改性及应用（2）淀粉衍生化 A、糊化广义上认为经过化学或酶法处理所取得淀粉降解产物均可广义上认为经过化学或酶法处理所取得淀粉降解产物均可称为糊精，但为了区分水解程度高低，通常将称为糊精，但为了区分水解程度高低，通常将局部或部分局部或部分淀粉降解产物淀粉降解产物称为糊精。称为糊精。在糊精生产过程中在糊精生产过程中（糊化）（糊化）发生主要反应是：发生主要反应是：-1,4苷键水苷键水解解；重聚重聚，伴随反应条件不一样重聚反应有可能是，伴随反应条件不一样重聚反应有可能是转苷转苷反反应，也可能是应，也可能是还原还原反应。反应。糊精依据生产工艺和参数不一样通常分为糊精依据生产工艺和参数不一样通常分为白糊精白糊精、黄糊精黄糊精和和大不列颠胶大不列颠胶三种类型。三种类型。第21页5.3 淀粉改性及应用白糊精白糊精是淀粉是淀粉-1,4键断裂后降解产物，相对分子质量较低，键断裂后降解产物，相对分子质量较低，在水中有一定溶解性。在水中有一定溶解性。黄糊精黄糊精是水解和重聚反应综合结果，这两种反应是相继发生。是水解和重聚反应综合结果，这两种反应是相继发生。在重聚反应中将发生在重聚反应中将发生还原还原（醛基与（醛基与C6、C3或或C2上羟基之间反上羟基之间反应）和应）和转苷转苷两种路线。反应条件尤其是水分含量会影响详细两种路线。反应条件尤其是水分含量会影响详细发生哪种反应。还原反应形成发生哪种反应。还原反应形成-1,6、-1,3糖苷键，并放出水糖苷键，并放出水，水可深入诱发水解，产生还原糖。转苷反应是先将，水可深入诱发水解，产生还原糖。转苷反应是先将C-O-C链断裂，再接到水解反应所释放醛基碳上。链断裂，再接到水解反应所释放醛基碳上。将淀粉加热到将淀粉加热到180200，保温，保温20h，不加催化剂或加入少许，不加催化剂或加入少许碱性缓冲物，可降低淀粉水解，得到碱性缓冲物，可降低淀粉水解，得到大不列颠胶大不列颠胶，其溶液冷，其溶液冷却时粘度下降很快，有很好胶体性质。却时粘度下降很快，有很好胶体性质。第22页5.3 淀粉改性及应用淀粉糊化首先要淀粉糊化首先要破坏淀粉团粒结构破坏淀粉团粒结构，造成团粒润胀造成团粒润胀，使淀粉，使淀粉分子进行水合和溶解。分子进行水合和溶解。糊化方式糊化方式J间接加热法间接加热法：最基本淀粉糊化方式，需要加入大量水，并经：最基本淀粉糊化方式，需要加入大量水，并经过蒸煮烘烤等传统加热处理实现糊化。其实质是淀粉和水组过蒸煮烘烤等传统加热处理实现糊化。其实质是淀粉和水组成悬浮液在受热情况下发生一定物理化学改变。成悬浮液在受热情况下发生一定物理化学改变。J通电加热法通电加热法：其特点是升温速率快，加热均匀，无传热面，：其特点是升温速率快，加热均匀，无传热面，也没有传热面污染问题，热效率高（也没有传热面污染问题，热效率高（90%以上），易于连续以上），易于连续操作，能够在较短时间内实现淀粉完全糊化。操作，能够在较短时间内实现淀粉完全糊化。J高压糊化高压糊化：指淀粉：指淀粉-水悬浮液在较高压力下发生糊化。高压糊水悬浮液在较高压力下发生糊化。高压糊化优点在于节约能源。化优点在于节约能源。第23页5.3 淀粉改性及应用糊精性质及应用颗粒结构颗粒结构：仍保留原淀粉颗粒结构，但较高转化度糊精含有：仍保留原淀粉颗粒结构，但较高转化度糊精含有显著结构弱点及外层剥落现象。显著结构弱点及外层剥落现象。色泽色泽：含有一定颜色。：含有一定颜色。溶解度溶解度：白糊精（：白糊精（60%95%），黄糊精（），黄糊精（100%），大不列），大不列颠胶溶解度取决于其转化度，最大可达颠胶溶解度取决于其转化度，最大可达100%。黏度及成膜性黏度及成膜性：黏度较低，在水中含有更高固含量，从而更：黏度较低，在水中含有更高固含量，从而更易成膜并含有更加好粘接能力。易成膜并含有更加好粘接能力。溶液稳定性溶液稳定性：黄糊精：黄糊精大不列颠大不列颠白糊精。添加硼砂或烧碱有白糊精。添加硼砂或烧碱有利于增加糊精稳定性。利于增加糊精稳定性。应用：应用：食品食品、医药、化工、医药、化工、水产饲料水产饲料、石油钻探、铸造、石油钻探、铸造、纺纺织织、造纸、造纸 第24页5.3 淀粉改性及应用 B、氧化改性氧化淀粉：一系列经各种不一样氧化淀粉：一系列经各种不一样氧化剂处理氧化剂处理后所形成变性后所形成变性淀粉。淀粉。反应机理：淀粉分子反应机理：淀粉分子D-葡萄糖残基在氧化剂作用下，葡萄葡萄糖残基在氧化剂作用下，葡萄糖单元上糖单元上C6位上位上伯羟基伯羟基，C2、C3位上位上仲羟基仲羟基氧化氧化成成醛基或醛基或羧基羧基。因为。因为C6位上伯羟基比较活泼，其被氧化几率远大于位上伯羟基比较活泼，其被氧化几率远大于C2、C3位上仲羟基。在偏碱性介质中，伴随氧化过程进行，位上仲羟基。在偏碱性介质中，伴随氧化过程进行，反应过程中间形成醛基可深入氧化成羧基。反应过程中间形成醛基可深入氧化成羧基。羧基存在，使得氧化淀粉比原淀粉粘合性大大提升，同时羧基存在，使得氧化淀粉比原淀粉粘合性大大提升，同时因为羧基体积较大，妨碍了分子间氢键形成，从而使得氧因为羧基体积较大，妨碍了分子间氢键形成，从而使得氧化淀粉含有易糊化、粘度低、凝沉性弱、成膜性好、膜透化淀粉含有易糊化、粘度低、凝沉性弱、成膜性好、膜透明度高及强度高等特点。明度高及强度高等特点。第25页5.3 淀粉改性及应用氧化剂氧化剂z酸性介质氧化剂：硝酸、铬酸、酸性介质氧化剂：硝酸、铬酸、高锰酸钾高锰酸钾、过氧化氢过氧化氢、卤、卤氧酸、过氧醋酸、高碘酸、臭氧等氧酸、过氧醋酸、高碘酸、臭氧等z碱性介质氧化剂：碱性介质氧化剂：碱性次氯酸盐碱性次氯酸盐、碱性高锰酸钾、碱性过、碱性高锰酸钾、碱性过氧化氢、碱性过硫酸盐氧化氢、碱性过硫酸盐z中性介质氧化剂：溴、碘中性介质氧化剂：溴、碘 制备工艺：湿法（制备工艺：湿法（NaClO）、干法（）、干法（H2O2）第26页5.3 淀粉改性及应用 NaClO次次氯氯酸酸钠钠-非非选择选择性性强强氧化氧化剂剂，其，其轻轻易渗透到淀粉易渗透到淀粉颗颗粒深粒深处处，在淀粉低，在淀粉低结结晶区晶区发发生氧化作用，并使分子断生氧化作用，并使分子断链链，从而，从而引引发发淀粉分子解聚。淀粉分子解聚。氧化方式氧化方式将直将直链链淀粉与支淀粉与支链链淀粉分子中淀粉分子中还还原性原性醛醛基氧化成基氧化成羧羧基。天基。天然淀粉中然淀粉中醛醛基含量极少，但因基含量极少，但因为为水解和氧化断裂水解和氧化断裂发发生，会生，会形成附加形成附加醛醛基，新生成基，新生成醛醛基会基会马马上被氧化成上被氧化成羧羧基；基；C6碳原子上伯碳原子上伯羟羟基被氧化成基被氧化成羧羧基，生成糖基，生成糖醛醛酸酸链链；C2、C3及及C4碳原子上仲碳原子上仲羟羟基被氧化成基被氧化成酮酮基；基；乙二醇基被氧化成乙二醇基被氧化成醛醛基，然后再氧化成基，然后再氧化成羧羧基。基。第27页5.3 淀粉改性及应用成品成品NaClO稀稀NaOHNa2SO3HCl淀粉浆乳淀粉浆乳氧化氧化中和中和洗涤洗涤干燥干燥湿法生产氧化淀粉工艺流程湿法生产氧化淀粉工艺流程 成品成品30%H2O2和少许蒸馏水和少许蒸馏水NaOH粉末粉末原淀粉原淀粉活化活化混合均匀混合均匀氧化反应氧化反应过筛过筛包装包装干法生产氧化淀粉工艺流程干法生产氧化淀粉工艺流程 第28页5.3 淀粉改性及应用氧化淀粉应用纺织工业：上浆剂纺织工业：上浆剂造纸工业：湿部添加剂、纸页表面施胶剂、涂布纸胶粘剂造纸工业：湿部添加剂、纸页表面施胶剂、涂布纸胶粘剂 包装行业：瓦楞纸箱粘合剂包装行业：瓦楞纸箱粘合剂 食品工业：胶冻、软糖食品食品工业：胶冻、软糖食品建筑材料工业：糊墙纸、绝缘材料、墙板材料及音响贴纸建筑材料工业：糊墙纸、绝缘材料、墙板材料及音响贴纸胶浆料、粘合剂、胶粘材料胶浆料、粘合剂、胶粘材料 医药工业：双醛淀粉医药工业：双醛淀粉(高碘酸氧化高碘酸氧化)第29页5.3 淀粉改性及应用 C、酯化改性淀粉酯淀粉酯：由淀粉分子上：由淀粉分子上羟基羟基与与无机酸或有机酸无机酸或有机酸反应而生成反应而生成淀粉衍生物，也称酯化淀粉。淀粉衍生物，也称酯化淀粉。淀粉无机酸酯淀粉无机酸酯：淀粉磷酸酯、淀粉硝酸酯：淀粉磷酸酯、淀粉硝酸酯(炸药炸药)、淀粉硫、淀粉硫酸酯酸酯(医药工业，血液代用具、治疗肠溃疡医药工业，血液代用具、治疗肠溃疡)淀粉有机酸酯淀粉有机酸酯：淀粉醋酸酯：淀粉醋酸酯淀粉黄原酸酯淀粉黄原酸酯第30页5.3 淀粉改性及应用淀粉磷酸酯1）与无机磷酸盐反应）与无机磷酸盐反应正磷酸盐（正磷酸盐（NaH2PO4、Na2HPO4）第31页5.3 淀粉改性及应用三聚磷酸盐（三聚磷酸盐（Na5P3O10）三偏磷酸钠三偏磷酸钠(NaPO3)3：生成以磷酸盐为交联剂交联淀粉：生成以磷酸盐为交联剂交联淀粉第32页5.3 淀粉改性及应用2）与含氮物质及磷酸盐反应）与含氮物质及磷酸盐反应加入水溶性有机胺类含氮物质（如尿素）可显著改进产品加入水溶性有机胺类含氮物质（如尿素）可显著改进产品性能、外观，提升反应效率。尿素与淀粉反应生成氨基甲性能、外观，提升反应效率。尿素与淀粉反应生成氨基甲酸酯衍生物。常作为淀粉与磷酸酯化剂反应催化剂使用。酸酯衍生物。常作为淀粉与磷酸酯化剂反应催化剂使用。3）与有机含磷试剂反应）与有机含磷试剂反应惯用有机磷试剂：惯用有机磷试剂：水杨基磷酸酯水杨基磷酸酯、烷基磷酸酯、烷基焦磷、烷基磷酸酯、烷基焦磷酸酯、酸酯、-氰乙基氰乙基磷酸酯、磷酸酯、N-苯苯酰胺基磷酸。酰胺基磷酸。第33页5.3 淀粉改性及应用淀粉磷酸酯应用造纸工业造纸工业：经过造纸明矾（硫酸铝）：经过造纸明矾（硫酸铝）“架桥架桥”作用而用于作用而用于吸附纸浆纤维和造纸填料，从而起到助留、助滤和纸张增吸附纸浆纤维和造纸填料，从而起到助留、助滤和纸张增强作用。强作用。纺织工业纺织工业：用于上浆和织物整理，浆膜柔软，对纤维黏附：用于上浆和织物整理，浆膜柔软，对纤维黏附性显著增强。性显著增强。制药工业制药工业：可提升前列腺素热稳定性，可作为药品填充剂；：可提升前列腺素热稳定性，可作为药品填充剂；增塑后淀粉磷酸酯薄膜可用于皮肤创口修复，可降低感染，增塑后淀粉磷酸酯薄膜可用于皮肤创口修复，可降低感染，促进组织愈合、生长。促进组织愈合、生长。食品工业食品工业：乳化稳定剂及食品增稠剂。：乳化稳定剂及食品增稠剂。第34页5.3 淀粉改性及应用淀粉醋酸酯低取代度产品：含有比天然淀粉更高胶体分散能力及黏度低取代度产品：含有比天然淀粉更高胶体分散能力及黏度稳定性。随取代度增加，糊化温度降低稳定性。随取代度增加，糊化温度降低-纸张表面施胶剂、纸张表面施胶剂、糖果包装材料、纺织品上浆。糖果包装材料、纺织品上浆。高取代度产品：有机溶剂中高取代度产品：有机溶剂中“活化活化”-破坏淀粉颗粒氢键破坏淀粉颗粒氢键（吡啶）（吡啶）-电气绝缘纸、印刷电路层压板、绝缘带电气绝缘纸、印刷电路层压板、绝缘带第35页5.3 淀粉改性及应用淀粉黄原酸酯二硫化碳（二硫化碳（CS2）：黄原酸（）：黄原酸（HO-CS-SH）酸酐）酸酐稳定性差稳定性差第36页5.3 淀粉改性及应用淀粉黄原酸酯应用用于环境保护、橡胶、造纸、农药、塑料等领域。如废水处用于环境保护、橡胶、造纸、农药、塑料等领域。如废水处理、橡胶增强、造纸添加剂、农药缓释、可降解塑料等。理、橡胶增强、造纸添加剂、农药缓释、可降解塑料等。第37页5.3 淀粉改性及应用D、醚化改性非离子型淀粉醚非离子型淀粉醚：羟烷基淀粉醚：羟烷基淀粉醚离子型淀粉醚离子型淀粉醚阳离子淀粉醚阳离子淀粉醚：叔胺烷基淀粉醚、季铵烷基淀粉醚：叔胺烷基淀粉醚、季铵烷基淀粉醚阴离子淀粉醚阴离子淀粉醚：羧甲基淀粉：羧甲基淀粉第38页5.3 淀粉改性及应用羟烷基淀粉醚由环氧烷化合物与淀粉反应制得。如羟乙基淀粉、羟丙基由环氧烷化合物与淀粉反应制得。如羟乙基淀粉、羟丙基淀粉。淀粉。性质：非离子性，有较强抗盐、抗硬水性能，较高黏度稳性质：非离子性，有较强抗盐、抗硬水性能，较高黏度稳定性，良好成膜性。定性，良好成膜性。应用：食品工业增稠剂、纸张施胶剂、纺织品上浆、洗涤应用：食品工业增稠剂、纸张施胶剂、纺织品上浆、洗涤产品污垢悬浮剂、建筑材料淀粉胶、涂料及化装品凝胶剂、产品污垢悬浮剂、建筑材料淀粉胶、涂料及化装品凝胶剂、临床上血浆代用具临床上血浆代用具第39页5.3 淀粉改性及应用阳离子淀粉醚由淀粉与阳离子化剂进行醚化反应而制得。惯用醚化剂是由淀粉与阳离子化剂进行醚化反应而制得。惯用醚化剂是季铵氯化物，如季铵氯化物，如3-氯氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、羟丙基三甲基氯化铵、2,3-环氧丙基环氧丙基三甲基氯化铵。三甲基氯化铵。性质及应用：很好糊稳定性、冷水溶解性、成膜性和透明性质及应用：很好糊稳定性、冷水溶解性、成膜性和透明度，对带负电荷物质有吸附能力。用于造纸助剂、纺织浆度，对带负电荷物质有吸附能力。用于造纸助剂、纺织浆料、水处理絮凝剂以及石油钻井泥浆处理剂。料、水处理絮凝剂以及石油钻井泥浆处理剂。第40页5.3 淀粉改性及应用阴离子淀粉醚-羧甲基淀粉羧甲基淀粉 由淀粉与阴离子化剂进行醚化反应而制得。惯用醚化剂由淀粉与阴离子化剂进行醚化反应而制得。惯用醚化剂是一氯醋酸。是一氯醋酸。羧甲基淀粉（简称羧甲基淀粉（简称CMS）是工业上产量最大淀粉醚。外）是工业上产量最大淀粉醚。外观为白色或微黄色无定型不结块淀粉状粉末，无臭、无观为白色或微黄色无定型不结块淀粉状粉末，无臭、无味、无毒，常温下溶于水形成透明黏性液体。味、无毒，常温下溶于水形成透明黏性液体。工业上制备羧甲基淀粉工艺按所采取溶剂种类及多少，工业上制备羧甲基淀粉工艺按所采取溶剂种类及多少，可分为干法、半干法、湿法和溶剂法等四种。可分为干法、半干法、湿法和溶剂法等四种。第41页5.3 淀粉改性及应用羧甲基淀粉应用石油开采业石油开采业：含有优异降失水性、抗盐性能和一定抗钙能力，可耐：含有优异降失水性、抗盐性能和一定抗钙能力，可耐130高温，用于石油钻井泥浆中降失水剂，可保护油层不受泥浆高温，用于石油钻井泥浆中降失水剂，可保护油层不受泥浆污染，而且含有可携带钻屑及促进泥浆致密作用。污染，而且含有可携带钻屑及促进泥浆致密作用。纺织印染业纺织印染业：上浆、印染黏合以及后整理加工理想浆料，它黏度高、：上浆、印染黏合以及后整理加工理想浆料，它黏度高、黏力强、成膜性好、浆膜柔韧、浆液渗透性强，能增强纤维间黏协黏力强、成膜性好、浆膜柔韧、浆液渗透性强，能增强纤维间黏协力，适合于织机高速化和织物高档化要求。力，适合于织机高速化和织物高档化要求。洗涤与日用化学工业洗涤与日用化学工业：用于配制面膜、洗发染发剂、发胶、除臭复：用于配制面膜、洗发染发剂、发胶、除臭复合皂粉等，也可应用于洗涤剂、清洁剂、涂料黏合剂、灭火剂、固合皂粉等，也可应用于洗涤剂、清洁剂、涂料黏合剂、灭火剂、固态空气清新剂以及印刷业印墨。态空气清新剂以及印刷业印墨。食品业食品业：食品乳化、增稠天然添加剂、食品质量改良剂及稳定剂。：食品乳化、增稠天然添加剂、食品质量改良剂及稳定剂。医药业医药业：用于药品乳化剂及悬浮剂、血浆体积扩充剂、滋补型制剂：用于药品乳化剂及悬浮剂、血浆体积扩充剂、滋补型制剂增调剂和口服悬浮剂药品分散剂及糖浆、胶囊、药丸、片剂、内血增调剂和口服悬浮剂药品分散剂及糖浆、胶囊、药丸、片剂、内血管给药媒剂及分离剂等。管给药媒剂及分离剂等。水处理工业水处理工业：吸附重金属离子，可再生重复使用，用于废水处理。：吸附重金属离子，可再生重复使用，用于废水处理。第42页5.3 淀粉改性及应用（3）淀粉接枝改性接枝方法：接枝方法：自由基引发自由基引发、阴离子引发、偶联反应等。、阴离子引发、偶联反应等。自由基引发：首先在淀粉链上产生自由基，然后同单体反自由基引发：首先在淀粉链上产生自由基，然后同单体反应生成接枝共聚物。包含应生成接枝共聚物。包含化学引发化学引发、辐射引发辐射引发及及机械方法机械方法引发引发。化学引发：铈引发体系化学引发：铈引发体系Ce4+过氧化氢体系过氧化氢体系H2O2-Fe2+臭氧臭氧-氧体系氧体系 高锰酸钾体系高锰酸钾体系KMnO4-酸（草酸、柠檬酸）酸（草酸、柠檬酸）过渡金属乙酰丙酮配合物过渡金属乙酰丙酮配合物第43页5.3 淀粉改性及应用高吸水性接枝淀粉高吸水性接枝淀粉-淀粉接枝丙烯腈共聚物淀粉接枝丙烯腈共聚物第44页5.3 淀粉改性及应用淀粉接枝共聚物应用吸水剂：农业领域吸水剂：农业领域-提升种子发芽率；保持土壤水分含提升种子发芽率；保持土壤水分含量和通气性，提升农作物产量；食品工业上量和通气性，提升农作物产量；食品工业上-食品保鲜；食品保鲜；医疗卫生领域医疗卫生领域-婴儿纸尿布以及妇女卫生用具等、医治婴儿纸尿布以及妇女卫生用具等、医治皮肤创伤。皮肤创伤。絮凝剂：用于印染废水、造纸废水以及其它工业废水中去絮凝剂：用于印染废水、造纸废水以及其它工业废水中去除重金属离子除重金属离子。可降解塑料：淀粉接枝物与其它高聚物材料共混制备生物可降解塑料：淀粉接枝物与其它高聚物材料共混制备生物降解塑料，用于农用薄膜、包装材料。降解塑料，用于农用薄膜、包装材料。医药制剂：药品缓释、抑制血浆蛋白质和血小板粘着等。医药制剂：药品缓释、抑制血浆蛋白质和血小板粘着等。第45页5.3 淀粉改性及应用（4）淀粉交联淀粉分子葡萄糖基环淀粉分子葡萄糖基环C6上伯醇基和上伯醇基和C2、C3上仲醇基化学活上仲醇基化学活性较高，经过与含有多官能团化合物交联反应，使两个或性较高，经过与含有多官能团化合物交联反应，使两个或多个淀粉分子联结在一起而形成淀粉衍生物。多个淀粉分子联结在一起而形成淀粉衍生物。醛类交联、环氧氯丙烷交联醛类交联、环氧氯丙烷交联-醚化醚化卤氧磷交联、三偏磷酸钠交联卤氧磷交联、三偏磷酸钠交联-酯化酯化第46页5.3 淀粉改性及应用淀粉交联第47页5.3 淀粉改性及应用交联淀粉应用应用基础应用基础：伴随交联度增加，交联淀粉糊化温度升高，甚：伴随交联度增加，交联淀粉糊化温度升高，甚至在沸水中也不溶解。至在沸水中也不溶解。造纸工业造纸工业：内施胶剂（环氧氯丙烷交联淀粉）：内施胶剂（环氧氯丙烷交联淀粉）纺织工业纺织工业：棉纱上浆料（甲醛交联淀粉）：棉纱上浆料（甲醛交联淀粉）医药业医药业：制成淀粉微球，作为药品载体；手术手套润滑剂：制成淀粉微球，作为药品载体；手术手套润滑剂等。等。食品工业食品工业：增稠剂：增稠剂其它其它：爽身粉、钻井泥浆处理剂、水处理剂、印刷油墨、：爽身粉、钻井泥浆处理剂、水处理剂、印刷油墨、电解质保留剂等。电解质保留剂等。第48页5.4 淀粉基材料及应用（1）淀粉基材料淀粉基塑料淀粉基塑料：降解塑料一大类。指其组成中含有淀粉或者：降解塑料一大类。指其组成中含有淀粉或者衍生物塑料。就其降解程度而言，分为不完全降解型和完衍生物塑料。就其降解程度而言，分为不完全降解型和完全降解型两种。全降解型两种。不完全降解型降解塑料不完全降解型降解塑料：淀粉聚乙烯塑料：淀粉聚乙烯塑料-高分子共混。高分子共混。为处理相容性差问题，需要对淀粉进行处理或改性，或者为处理相容性差问题，需要对淀粉进行处理或改性，或者使用使用“互容剂互容剂”。完全降解型降解塑料完全降解型降解塑料：淀粉与生物质材料共混、淀粉与聚：淀粉与生物质材料共混、淀粉与聚乙烯醇共混、全淀粉塑料（热塑性淀粉塑料）乙烯醇共混、全淀粉塑料（热塑性淀粉塑料）第49页5.4 淀粉基材料及应用（2）全淀粉材料（热塑性淀粉塑料）淀粉存在着很强淀粉存在着很强分子内和分子间氢键分子内和分子间氢键，造成其玻璃化温度和，造成其玻璃化温度和熔融温度都高于其分解温度，从而不能直接进行热塑加工。熔融温度都高于其分解温度，从而不能直接进行热塑加工。加入一定量加入一定量增塑剂增塑剂能够消弱淀粉分子中氢键作用，大大能够消弱淀粉分子中氢键作用，大大降低降低其玻璃化温度和熔融温度其玻璃化温度和熔融温度，由此实现淀粉热塑加工。，由此实现淀粉热塑加工。比如：土豆淀粉在甘油和水作增塑剂时，经过反应挤出得到比如：土豆淀粉在甘油和水作增塑剂时，经过反应挤出得到热塑性淀粉材料。当试样含水量少于热塑性淀粉材料。当试样含水量少于9%时，该淀粉材料呈玻时，该淀粉材料呈玻璃态，其弹性模量为璃态，其弹性模量为4001000MPa；当试样含水量为；当试样含水量为9%15%时，材料表现出良好韧性和高断裂伸长率；伴随含时，材料表现出良好韧性和高断裂伸长率；伴随含水量深入增加，该材料强度和伸长率则显著降低。水量深入增加，该材料强度和伸长率则显著降低。除了除了水水、甘油甘油，能够用作淀粉增塑剂还有，能够用作淀粉增塑剂还有山梨醇山梨醇、乳酸钠乳酸钠、尿素尿素、乙二醇乙二醇、二甘醇二甘醇、聚乙二醇聚乙二醇以及以及丙三醇乙二酯丙三醇乙二酯等。不等。不一样增塑剂对淀粉增塑效果不一样。一样增塑剂对淀粉增塑效果不一样。第50页5.4 淀粉基材料及应用（3）共混淀粉材料淀粉与聚烯烃共混淀粉与聚烯烃共混 淀粉与天然高分子共混：纤维素、木质素、蛋白质等淀粉与天然高分子共混：纤维素、木质素、蛋白质等 淀粉与可降解合成高分子共混：聚己内酯、聚乳酸等淀粉与可降解合成高分子共混：聚己内酯、聚乳酸等淀粉基泡沫材料淀粉基泡沫材料 v相容剂相容剂第51页思索题简述淀粉化学结构。什么是直链淀粉和支链淀粉，怎样判别和分离？淀粉有哪些主要改性方法。举例说明淀粉基材料制备及应用。第52页课堂测试课堂测试利用当前所学知识，举例说明利用哪利用当前所学知识，举例说明利用哪些方法能够制备可降解塑料？些方法能够制备可降解塑料？第53页