图1.1纤维素的化学结构

观察纤维素的化学结构式不难看出，在其构造单元里，含有三个游离的醇羟基（分别是一个伯羟基和两个仲羟基并且三个相应位于2、3、6号三个碳原子上）。这种特殊的结构也带给纤维素一些特殊的性质：（1）在一定条件下（主要是在水解反应中），苷键发生断裂会导致纤维素大分子截短；（2）当不同试剂与纤维素作用时会生成不同的纤维素衍生物（主要是因为伯羟基和仲羟基的化学反应性能差异致使和不同试剂反应时，其化学反应历程以及产物都有所差别）[7]。

1.1.2纤维素的聚集态结构

纤维素的聚集态结构也就是它的晶体结构。由于氢键的存在，使得其聚集态结构以结晶区、无定形区间隔分布。在结晶区范围内，分子排列有序，并因为分子间氢键多而使结合比较紧密，密度较高，因此具有清楚的X射线衍射图像。在无定形区范围内，与前面的结晶区相反，分子排列没有规则且疏松，分子与分子结合不紧密，结合力小，强度低，并且没有固定的X射线衍射图像。虽然两个分布范围存在差别，但是结晶区和无定形之间没有清楚的分界，二者之间自然承接，同一个纤维素分子链可能通过了数段结晶区和无定形区。

现在多以纤维素的结晶度来表现纤维素大分子结晶区含量。结晶度也即纤维素的结晶区的质量比上纤维素的总质量。通常而言，当结晶度增大时，纤维的强度、弹性模量、硬度/脆性以及密度也随之增大；同时，其伸度、吸水性和膨润性会下降。纤维素的结晶度与其来源与处理方式相关，一般会用X射线衍射（XRD）来测定。表1.1就列举了一些常见纤维素的结晶度。

表1.1几种常见纤维素及再生纤维素的结晶度

样品 制备方法 结晶度（%）

纤维素Ⅰ 不同来源的棉短绒（粗磨漂白） 56-63

纤维素Ⅰ 不同来源的亚硫酸盐溶解木浆 50-56

纤维素Ⅰ 硫酸盐溶解木浆（水解） 46

纤维素Ⅱ 不同来源的黏胶纤维 27-40

纤维素Ⅱ 不同来源的再生纤维素 40-45

纤维素Ⅱ长丝 N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)（体系在水中纺丝（实验品） 42

纤维素粉 水解的云山亚硫酸盐木浆 54

此外，纤维素是一种多晶材料，拥有至少五种结晶状态（即纤维素Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ）。其中，纤维素Ⅰ为天然纤维素的晶型，后面几种晶型均可将纤维素Ⅰ经由特殊的人工处理得到（即后几种晶型均为人造晶型）。目前广泛认可的关于纤维素Ⅰ的晶胞结构是单斜晶胞模型（由Meryer和Misch在1937年首次提出），如图1.2所示。同时，纤维素Ⅰ又分为纤维素Ⅰα和纤维素Ⅰβ两种晶型排布。二者区别在于前者每个单独晶胞包含一条三斜晶结构的纤维素链，后者每个晶胞包含两条单斜晶节后的纤维素链[8-10]。

图1.2单位晶胞结构模型（Meryer&Misch）

1.1.3纳米纤维素

自研究发现可以将纳米尺寸的细菌纤维素和酚醛树脂复合后得到高强度的复合材料，对已发现的生物质材料（以纤维素为主）的尺寸纳米化成为一个重要的研究方向。研究的着眼角度从宏观到微观，经历了一个不断深入的过程（微晶纤维素、微纤丝（由纤维素分子束聚而成的纤丝）、纤维素纳米纤维、纤维素纳米微晶等）[11]。 生物质纳米材料的结构和物理性能(3):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_205128.html