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1、第二章 天然和人造高分子材料,欧阳星 深圳大学材料学院,天然和人造高分子定义,天然高分子：,人造高分子：,存在于自然界中的高分子化合物称为天然高分子。,通过化学方法对天然高分子加工，改变其加工成型性能和使用性能得到的高分子化合物称为人造高分子。,天然和人造高分子,天然和人造高分子无毒、环保、可生物降解、具有生物相容性等优点。,核酸、蛋白质、多糖和脂肪是组成生物体的四大类类物质。脂肪不是高分子。,生命高分子,人体本身就是由高分子构成的。,蛋白质,人工合成牛胰岛素,中国是世界上第一个人工合成蛋白质的国家,人工合成牛胰岛素,最早人工合成牛胰岛素 早在年，英国生物化学家桑格就选择了一种分子量小，但具有

2、蛋白质全部结构特征的牛胰岛素作为实验的典型材料进行研究。于年搞清了牛胰岛素的链和链上所有氨基酸的排列次序以及这两个链的结合方式。次年，他宣布破译出由种个氨基酸组成的两条多肽链牛胰岛素的全部结构。这是人类第一次搞清一种重要蛋白质分子的全部结构。桑格也因此荣获年诺贝尔化学奖。,人工合成牛胰岛素,我国自行研制人工合成牛胰岛素 从年开始，中国科学院上海生物化学研究所、中国科学院上海有机化学研究所和北京大学生物系三个单位联合，以钮经义为首，由龚岳亭、邹承鲁、杜雨花、季爱雪、邢其毅、汪猷、徐杰诚等人共同组成一个协作组，在前人对胰岛素结构和肽链合成方法研究的基础上，开始探索用化学方法合成胰岛素。经过周密研究

3、，他们确立了合成牛胰岛素的程序。,人工合成牛胰岛素,合成步骤 第一步，先把天然胰岛素拆成两条链，再把它们重新合成为胰岛素，并于年突破了这一难题，重新合成的胰岛素是同原来活力相同、形状一样的结晶。第二步，在合成了胰岛素的两条链后，用人工合成的链同天然的链相连接。这种牛胰岛素的半合成在年获得成功。第三步，把经过考验的半合成的链与链相结合。 在年月日完成了结晶牛胰岛素的全合成。经过严格鉴定，它的结构、生物活力、物理化学性质、结晶形状都和天然的牛胰岛素完全一样。这是世界上第一个人工合成的蛋白质，为人类认识生命、揭开生命奥秘迈出了可喜的一大步。这项成果获年中国自然科学一等奖。,人工合成牛胰岛素未获得诺贝

4、尔奖原因,说法一： 每次诺奖最多只能授予3人，但中国一下子报了十几个，平衡了半天至少也得上4人，所以就没有得上奖。于是多少年来国人对此“痛心疾首”。,人工合成牛胰岛素未获得诺贝尔奖原因,其一，从有机合成的角度上来讲，牛胰岛素是一种由58个氨基酸残基组成的多肽。在中国化学家把它人工合成出来之前，美籍化学家Vincent已经在世界上第一个合成出了一种由8个残基组成的，具有生物活性的多肽催产素。正是由于这项成果，该化学家获得了1955年的诺贝尔化学奖。与Vincent相比，中国科学家在合成牛胰岛素的方法上并没有本质上的突破和创新。诺奖最看重的是方法本质上的突破和创新。 其二，从生理学的角度上来讲，牛

5、胰岛素也不是第一个人工合成的具有生物活性的多肽或者蛋白。在它之前，介于牛胰岛素和催产素分子量大小之间的其它多肽也已被合成出来；在它之后，分子量更大的多肽也陆续被人工合成出来了。最小的多肽催产素已被授予了诺奖，“最大”的纪录还在被不断地刷新，所以居中的“前纪录”牛胰岛素也就不可能得到诺奖了。,说法二：,生命的本质,生命由分子构成，却具有思考、情感、成长、自我保护的本领。 为什么会有这些本领？ 可以靠人工合成制造这种本领吗？,传统高分子学科目前研究最广泛的是其作为结构材料的研究。 研究其结构、机械性能与应用关系。,传统高分子学科,大漆（漆树） 天然橡胶 塑料（赛璐珞）,天然和人造高分子,棉、麻、丝

6、（纤维素） 皮革（蛋白质、纤维素） 胶粘剂（淀粉、天然树脂）,从应用的角度,又名天然漆、生漆、土漆、国漆。中国特产，故泛称中国漆。是一种天然树脂涂料，是割开漆树树皮，从韧皮内流出的一种白色粘性乳液，经加工而制成的涂料。中国商代已开始用大漆制出了精美的漆器。 大漆性能非常优异。,大漆,漆树,漆树,漆树在中国分布很广，主要产地有湖南、湖北、广东、广西、四川、云南、贵州、陕西、河南等省。 漆树树龄满67年后，即可产漆。随树种和树龄的不同，每株树每年产漆约50500g，每株树产漆时间可达1015年，最长达30年。,漆树,天然橡胶,从天然产胶植物中制取的橡胶。天然橡胶是一种以聚异戊二烯为主要成分的天然高

7、分子化合物。其成分中9194是聚异戊二烯，其余为蛋白质、脂肪酸、灰分、糖类等非橡胶物质。天然橡胶是应用最广的通用橡胶。,橡胶树,世界上约有2000种不同的植物可生产类似天然橡胶的聚合物，真正有实用价值的是三叶橡胶树。 从橡胶树上采集的乳胶，经过稀释后加酸凝固、洗涤、压片、干燥、打包，即制得市售的天然橡胶。,天然橡胶胶乳,橡胶树,天然树脂是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有机物质，如松香、琥珀、虫胶等。,胶粘剂用天然树脂,松香,采集松香,胶粘剂用天然树脂,天然胶粘剂应用实例,构件连接方法：铆钉、胶粘剂、焊接。 利用血胶、骨胶、松脂、天然沥青、淀粉、石灰等。中国是应用胶粘剂最早的国家之一。19

8、86年从四川广汉三星堆祭祀坑发掘的金面青铜人头像，4000年前古人通过中国漆调合石灰将金箔粘合在青铜头像上。 古代的箭的制作。将箭头粘合在箭杆上。 古代以桐油为基料，石灰粉为填料制作的密封腻子用于造船，窗子密封。至今还有用于窗玻璃的密封。 到20世纪初，人工合成酚醛树脂开始，胶粘剂和粘接技术进入高速发展时期。,1865年发明了赛璐珞。赛璐珞是塑料的老祖宗，赛璐珞是英文“celluloid”的译音，是将纤维素硝化而得到的。 最早用于制备假象牙台球和电影胶片。 现在它的最常见的用途就是做乒乓球和眼镜架。,最早的塑料赛璐珞,赛璐珞制品,最早的塑料赛璐珞,天然纤维技术,天然纤维是自然界原有的或经人工培

9、植的植物上、人工饲养的动物上直接取得的纺织纤维，是纺织工业的重要材料来源。 尽管20世纪中叶以来合成纤维产量迅速增长，纺织原料的构成发生了很大变化，但是天然纤维在纺织纤维年总产量中仍约占50。,皮革技术,皮革,皮革技术,目前，市场上流行的皮革制品有真皮和人造皮革两大类，而合成革和人造革是由纺织布底基或无纺布底基，分别用聚氨酯涂复并采用特殊发泡处理制成的，有表面手感酷似真皮，但透气性，耐磨性，耐寒性都不如真皮。,造纸技术,中国四大发明之一，人类文明史上的一项杰出的成就。,造纸技术,造纸生产分为制浆和造纸两个基本过程。 制浆就是用机械的方法、化学的方法或者两者相结合的方法把植物纤维原料离解变成本色纸浆或漂白纸浆。 造纸则是把悬浮在水中的纸浆纤维，经过各种加工结合成合乎各种要求的纸页。,合成物质替代天然物质的思考,天然物质生成速度慢，资源有限。 人类的智慧决定了人为改