木材学：木材的化学性质

➢ 3 脂肪酸（aliphatic acid):饱和与不饱和高级脂肪酸
低分子物质
一 木材中的有机物
➢ 4 醇(alcohol)：脂肪族醇
➢ 5 微量元素：维生素B1或硫胺素，木腐菌生长的必须物质
二 木材中无机物质(inorganicconstituent)：
灰分,温带木材一般为0.3—0.5%，少数木材，特别热带木材 具有1-5%
0度时比热为0.290，20度时为0.346，呈双折射；在紫外线 下放出荧光；
若受热，在150度时开始分解，约于350度时起火； 有吸湿性，在温度为20度空气相对温度为60%的条件下吸着 6～12%的水分。
纤维素
➢ 纤维素最重要的化学反应主要在于其具有OH-基和-O-键。 由OH-基呈现醇性反应，由-O-键产生水解。
纤维素的结晶结构
纤维素的两相体系理论 纤维素的结晶区和无定形区： 结晶区，纤维素分子链的排列
定向有序，具有完全的规整性，靠侧面的氢键缔合构成一定的 结晶格子，呈现清晰的X—射线衍射图。 在无定形区，纤维素 分子链的排列不呈定向有序，规则性不强，不构成结晶格子， 但也不象液体那样完全无序，只是排列不整齐，结合松散而已。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
纤维素的晶胞结构
许多研究证明， 纤维素晶体属单斜 晶系和斜方晶系。 因此，纤维素是同 质多晶的高分子化 合物，其结晶结构 的差异，会影响到 纤维素性质的变化。
纤维素的结晶度、可及度和氢键
结晶度：结晶区占纤维整体的百分率。
可及度：化学药剂到达部分占纤维整体的百分率。 测定方法：化学方法— 水解、碘量法等
➢4 纤维素的化学结构特点
➢ 1）仅由一种葡萄基组成，以1-4B甙键联结 ➢ 2）重复单元是纤维素二糖基长度为1.03nm ➢ 3）有三个游离羟基 ➢ 4）纤维素分子具有极性和方向性 ➢ 5）有还原性末端基
纤维素
➢纤维素的基本性质
纤维素是无色透明的，结晶纤维素的比重为1.6，木材内的 纤维素的比重为1.55；
三 纤维素的物理性质
➢ 2 吸湿滞后现象：是指在同一相对温度下，吸湿时 吸着水的量低于解吸时吸着水的量。
原因：吸湿过程中的游离羟基相对较少，吸着 的水相应的也较少。而解吸过程中，吸着中心相 对较少，吸着水量相应也较多，即羟基的有效性。
三 纤维素的物理性质
➢ 3 热效应：干纤维吸湿的过程具有放热现象，即产生热效 应，放出的热称为吸着热或润湿热。
木材的化学性质 Wood Chemistry
第一节 概述 Introduction
木材的化学组成 Chemical Components
木
高分子物质
多糖
木素
材 低分子物质 有机物 无机物
纤维素 半纤维素
抽提物
灰分
木材化学组成
高分子物质
➢1 纤维素(cellulose)：木材的主要成分，骨架作用。
纤维素
➢2 与纤维素有关的几个名词
➢ 1）综纤维素（holocellulose） 综纤维素是指植物纤维原料中除去木素后，所残留的全部碳
水化合物，即纤维素和半纤维素的总和。 ➢ 2）a-纤维素、B-纤维素和r-纤维素
在制浆工业中，用浓度17.5%的NaOH（或24%的KOH）溶液， 在温度20oC条件下处理漂白浆，非纤维素的碳水化合物大部分 溶出，不溶解的部分称为化学浆的a-纤维素。
物理方法— X射线衍射、差热分析法
纤维素的氢键
1 与木材结构和性能的关系
在结晶区纤维素分子之间形成大量氢键，从而 提高木材强度、减少吸湿性、降低化学反应等。
2 与木质材料的干燥过程的关系
三 纤维素的物理性质
➢（一）纤维素的吸湿性
➢ 1 吸湿机理：纤维素无定形区分子链上的羟基，部分形成 氢键，部分处于游离状态。游离的羟基为极性基团，易于 吸附极性的水分子，与其形成氢键结合，这就是纤维素具 有吸湿性的内在原因。 1）吸湿：吸收水蒸气时称为吸湿。 2）解吸：蒸发水蒸气时称为解吸。
（二）纤维素的膨胀与收缩
➢ 纤维素吸湿后发生膨胀的现象称为膨胀或湿胀，解吸发生收缩的 现象称为收缩或干缩。由纤维素大分子的结构与排列方向以及纤 维素纤维的超微结构可知，水分只能进入无定形区分子链之间及 结晶区的表面，因此纤维吸湿或解吸时，水分的增减必然引起链 分子间距离的增大或减小，从而导致纤维横向的膨胀或收缩。
➢ 2 半纤维素(hemicellulose)：与纤维素紧密相连，黏结作用。 ➢ 3 木素(lignin)：贯穿着纤维，强化细胞壁作用。
低分子物质
一 木材中的有机物
➢ 1 芳组（酚）化合物(phenolic substance)： 主要单宁、黄酮 类。
➢ 2 萜烯化合物(terpen)：由两个或多个异戊间二烯单元合成的 单、倍半、二、三、四和多萜烯等化合物。
➢ 4 影响纤维素的吸湿原因： 影响纤维素纤维吸湿的因素主要是空气的温度和相对
湿度。因为吸湿具有热效应，所以当空气温度较高时，不 仅不利于吸湿，相反，已被吸附的水还可以蒸发。所以空 气温度高有利于解吸。相对湿度大时空气中的水蒸气多， 纤维的吸湿率也增大。
对木材的纤维素来说，吸湿率与树种无明显的关系。
➢ 纤维素既不溶于冷水，又不溶于热水。此外，也不溶于醇、 苯、乙醚等中性有机溶剂，也几乎不溶于酸和碱的常温稀 水溶液中。
纤维素的物理结构
纤维素的微细结构 微小纤维（Fibeil）光学显
微镜 3000－5000埃
微纤丝（microfibril）电子 显微镜 250埃
原细纤维（elemental fibril） 30埃
纤维素
一 纤维素的分子结构
➢1 从木材中分离纤维素
因为木材明显地木质化，所以不可能用溶剂直接浸提出纤 维素。
首先由脱木素剂从木材中除去木素，剩下全纤维素。用碱 的水溶液从全纤维素中除去半纤维素即可得到纤维素。但是， 这种纤维素因脱木素剂和碱的作用而被降解。
用使木材膨润而且不发生降解的酸混合水溶液能够直接把 大部分木材进行硝化(nitration)。用这种方法可以得到未降解的 获得量能定量的硝化纤维素。
纤维素
➢ 3 纤维素的化学结构
➢
➢ 纤维素是由许多吡喃型D－葡萄糖基、在1→4位置上彼 此以β－甙键联结而成的线型高聚物。
➢ 纤维素的元素组成：C=44.4%，H=6.17%，O=49.39%，化 学实验式为(C6H10O5)n(n为聚合度，一般测得高等植物纤维 素的聚合度为7,000～15,000)。