我們的生活離不開這些重要的自然聚合物
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多糖是糖的聚合物; 它們?cè)谀芰績(jī)?chǔ)存,信號(hào)傳遞以及所有生物體中的結(jié)構(gòu)成分方面發(fā)揮重要作用。我們這里唯一關(guān)心的是由葡萄糖,六碳己糖中最重要的組成的那些。葡萄糖是大多數(shù)生物體的主要燃料。

然而,葡萄糖是高度可溶的并且不能容易地儲(chǔ)存,因此生物體形成聚合物形式的葡萄糖以放置作為儲(chǔ)備儲(chǔ)存,根據(jù)需要從其中撤出葡萄糖分子。

在人類和高等動(dòng)物中,儲(chǔ)備儲(chǔ)存聚合物是糖原。它由大約60,000個(gè)葡萄糖單元組成,具有高度分支的配置。糖原主要在激素胰島素的影響下在肝臟中產(chǎn)生,這引發(fā)了消化葡萄糖聚合并主要儲(chǔ)存在該器官中的過(guò)程。飯后幾個(gè)小時(shí),血液的葡萄糖含量開始下降,糖原開始分解,以保持身體所需的葡萄糖水平。
在植物中,這些葡萄糖聚合物儲(chǔ)備物被稱為淀粉。淀粉顆粒儲(chǔ)存在種子或塊莖中以提供葡萄糖用于新發(fā)芽植物的能量需求,并且在冬季當(dāng)落葉植物的枝條在冬季當(dāng)它們進(jìn)行光合作用時(shí)(葡萄糖從CO 2和H 合成的過(guò)程)2 O)不發(fā)生。糧食中的淀粉如米和小麥以及塊莖如土豆是人類的主要營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。

植物淀粉是兩種主要形式的混合物,直鏈淀粉和支鏈淀粉。直鏈淀粉是500至20,000個(gè)葡萄糖分子的大部分非支化聚合物,其卷曲成螺旋形,其通過(guò)內(nèi)部氫鍵穩(wěn)定。支鏈淀粉是具有高達(dá)200萬(wàn)個(gè)葡萄糖殘基的更大的聚合物,其排列成20至30個(gè)單位的分支。關(guān)于這兩種淀粉變體的更多信息,請(qǐng)參見(jiàn)這里。
天然聚合物-纖維素及其衍生物

纖維素是地球上最豐富的有機(jī)化合物。鏈之間的大量氫鍵導(dǎo)致天然纖維素結(jié)晶70%結(jié)晶。它也將熔點(diǎn)(> 280℃)提高到高于其燃燒溫度。淀粉和纖維素的結(jié)構(gòu)似乎非常相似; 在后者中,每隔一個(gè)葡萄糖分子都是“顛倒”的。但這樣做的后果是深遠(yuǎn)的; 淀粉可以溶解在水中,并且可以被包括人在內(nèi)的高等動(dòng)物消化,而纖維素是不溶的和不可消化的。纖維素作為綠色植物的主要結(jié)構(gòu)成分,并與木質(zhì)素一起(和木質(zhì)素)一起使用。

棉花是最純粹的纖維素形式之一,自古以來(lái)已經(jīng)種植。它吸收水分(增加其強(qiáng)度)的能力使得棉織物在非常溫暖的氣候中對(duì)于衣服特別有用。
棉花還與經(jīng)處理的木漿一起服務(wù),作為第一種具有商業(yè)重要性的“塑料”材料的纖維素衍生材料的工業(yè)生產(chǎn)來(lái)源。
硝酸纖維素在十九世紀(jì)后期發(fā)展起來(lái)。通過(guò)用硝酸處理棉花制備,其與纖維素鏈中的羥基反應(yīng)。它首先用于制造模制物體是由Eastman Kodak用于攝影膠片基底的第一種材料。其極端的可燃性在電影院中構(gòu)成了相當(dāng)大的危險(xiǎn),隨著時(shí)間的推移,其自發(fā)的慢速分解在許多早期電影轉(zhuǎn)移到更穩(wěn)定的媒體之前已經(jīng)嚴(yán)重退化。硝酸纖維素也被用作爆炸劑和推進(jìn)劑,其用途稱為槍管。在名稱賽璐id下,它被用來(lái)制造諸如臺(tái)球的模制物品。它還有一些商業(yè)應(yīng)用,
乙酸纖維素在二十世紀(jì)初開發(fā),成為第一條人造纖維,被編織成織物,因其光澤的外觀和穿著舒適而被珍視??逻_(dá)在20世紀(jì)30年代將其發(fā)展成為“安全膜”基地,以取代硝化纖維素,但直到1948年才被廣泛使用。幾年后,它成為磁記錄帶的基礎(chǔ)材料。

粘膠是在某些強(qiáng)溶劑中由聚合物溶液制成的纖維素的“再生”形式的通稱。當(dāng)擠出成薄膜變得玻璃紙自1912年以來(lái)已被用作食品包裝,并且是透明的粘合帶,例如基透明膠帶。通過(guò)噴絲頭擠出的粘膠溶液產(chǎn)生稱為人造絲的纖維。人造絲(右)是第一個(gè)“人造絲”,已被用于輪胎簾線,服裝和地毯。尼龍可以用于這個(gè)目的之前,女人的絲襪很受歡迎。

各種植物產(chǎn)生由順式聚異戊二烯的膠態(tài)分散體組成的汁液。此乳狀液是在橡膠樹(尤其豐富三葉膠)中,從當(dāng)所述樹皮受傷時(shí),它滴下。收集后,將膠乳凝結(jié),得到固體橡膠。天然橡膠是熱塑性的,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-70℃。

原始的天然橡膠在寒冷時(shí)的溫暖和脆弱時(shí)往往是粘稠的,所以在1770年首次引進(jìn)歐洲時(shí),它不僅僅是一種新穎的材料,直到十九世紀(jì)中葉,Charles Goodyear發(fā)現(xiàn)加熱硫化物 - 他稱之為硫化的工藝- 可以大大提高其性能。

為什么橡皮筋在拉伸時(shí)會(huì)變熱,為什么會(huì)自動(dòng)回彈?這一切都與做熵 ; 請(qǐng)看這里一個(gè)簡(jiǎn)明扼要的解釋。硫化產(chǎn)生阻止聚異戊二烯鏈彼此滑動(dòng)的二硫鍵交聯(lián)。可以控制交聯(lián)度以產(chǎn)生具有所需彈性和硬度的橡膠。最近,已經(jīng)開發(fā)了其他類型的化學(xué)處理(例如環(huán)氧化)以生產(chǎn)用于特殊目的的橡膠。
過(guò)敏反應(yīng)一些在天然橡膠中的蛋白質(zhì)和化學(xué)添加劑的情況并不少見(jiàn)。盡管有許多形式的合成橡膠,天然橡膠仍然有很大的市場(chǎng),包括合成聚異戊二烯(“合成天然橡膠”)。一個(gè)相當(dāng)大的行業(yè)致力于開發(fā)這些橡膠和丁二烯共聚物的組合,以適應(yīng)特殊應(yīng)用。
關(guān)于輪胎的維基百科文章很有用。橡膠的最大單次使用是生產(chǎn)車輛輪胎。輪胎是高度設(shè)計(jì)的產(chǎn)品,在不同的部位使用不同種類的橡膠。例如,用于冬季使用的輪胎的外胎面可以采用旨在改善低溫柔性的特殊配方。

當(dāng)然,輪胎由橡膠材料制成。特別令人驚訝的是,輪胎中碳黑(無(wú)定形碳煙)的比例很高。該材料用作結(jié)合和增強(qiáng)劑,顏料,并且還改善導(dǎo)熱性 - 對(duì)于防止局部過(guò)熱是重要的。

現(xiàn)在人們通過(guò)部分天然聚合物,來(lái)加工塑膠原料。未來(lái)天然聚合物走進(jìn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、國(guó)防和人民生活中。