第05章-木材化学性质 木质资源材料学教学课件

第 五 章 木 材 化 学 性 质
重点介绍木材三大成分木质素、纤 维素及半纤维素的的结构、物理性质、 化学性质。并简要介绍木材中的抽提物、 木材的酸碱性质。
目录
5.1 木材的化学组成 5.2 木质素 5.3 纤维素 5.4 半纤维素 5.5 木材抽提物 5.6 木材的酸碱性质
2
1.纤维素
2.半纤维素 3.木素
主要成分 针叶树材 阔叶树材
纤维素 半纤维素
木质素
42±2 27±2 28±3
45±2 30±5 20±4
1.中间薄层
2.初生壁
1
3.原生质膜 1
4
4.果胶
2
5.纤维素
2
6.半纤维素
3
5
6
5.1.2 木材的抽提物
抽提物：木材的少量化学成分是一组不构成细胞壁、胞间层 的游离的低分子化合物，可被极性和非极性有机溶剂、水蒸 汽或水提取，所以称抽提物或浸出物。一般约占绝干木材的 2%-5%。
1.7
6.6
2.5
3.4
灰分
0.2
0.35
0.2
0.37
52.2-52 21.2 22.8 — 0.6 1.5 2.6 0.26
43.9 25 . 89 35.1
— 0.5 2.5 4.9 0.33
5.1.3.3 树皮的化学组成 树皮约占全树的10%，树皮可分为外皮和内皮（韧皮），
其化学组成也有不同。
木材抽提物种类庞多，因树木的种类不同而差异很大，有 些抽提物是各科、属、亚属等特有的化学成分，可以作为某 一特定树种分类的化学依据。
木材抽提物化学也是植物化学研究领域的一个分支。
木材抽提物包括的化学成分组成复杂，经鉴定， 已有近800种化合物存在于木材抽提物中，主要有： （1）脂肪族化合物 包括饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、 脂肪、蜡、低聚糖、果胶质、淀粉、蛋白质。 （2）萜烯及萜烯类化合物 包括单萜（松节油等）、 倍半萜、树脂酸、植物甾醇等。 （3）芳香族化合物 包括黄酮类化合物、单宁、芪等。
化学组成
几个树种树干与树枝化学组成分析（%）云杉源自松青杨树干
树枝
树干
树枝
树干
树枝
纤维素
58.8-59.3
44.8
56.5-57.6
48.2
木质素
28
34.3
27
27.4
聚戊糖
10.5
12.8
10.5
13.1
聚甘露糖
7.6
3.7
7
4.8
聚半乳糖
2.6
3.0
1.4
1.5
乙醚抽提
1.0
1.3
4.5
3.3
热水抽提
5.1.1.3 木质素(lignin)
木质素是一种天然的高分子聚合物。是由苯基丙烷结构单 元通过醚键和碳-碳键联接而成、具有三维结构的芳香族高分子 化合物。
苯基丙烷单元分成三类：愈疮木基丙烷（G）、紫丁香基丙烷 （S）和对羟基丙烷（H）。
针叶树材和阔叶树材中纤维素、半纤维素和木质素的含量见 表。
一般针叶树材中纤维 素和半纤维素的含量低于 阔叶树材中的含量，但是 针叶树材中木质素含量高 于阔叶树材中木质素的含 量。
➢ 早材与晚材：由于晚材管胞的细胞壁厚度大于早材的细胞壁， 并且晚材胞间层占的比例较少，细胞壁成分的大多数为纤维 素，胞间层物质大多数为木质素，所以，晚材比早材常含有 较高的纤维素与较低的木质素。
➢ 在树干的不同高度处，木材的化学组成也略有差异。
5.1.3.2 树干与树枝化学组成的区别
树干与树枝化学组成差别较大，不论是针叶树材还是阔叶 树材，树枝的纤维素含量较少，木质素含量较多，聚戊糖、聚 甘露糖较少，热水抽提物含量较多。
3 1
5.1.1.1 纤维素（cellulose）
纤维素是由D-葡萄糖基构成的直链状高分子 化合物。纤维素大分子中的D-葡萄糖基之间 按着纤维素二糖连结的方式联结。纤维素二 糖的C1位上保持着半缩醛的形式，有还原性， 而在C4上留有一个自由羟基，纤维素具有特 殊的x射线图。它是不溶于水的均一聚糖。
4.49
13.1
24.78
3.2
2.59
0.77
1.1
19.3
3.85
5.1
-
7.35
2.2
12.5
4.8
0
34.4
24.9
-
青杨 韧皮
2.73 31.81
7.5 5.15 1.6 10.9 7.0 3.56 11.8 0.91 27.7
5.2 木质素
5.2.1 概述 ： 5.2.1.1 木质素的存在
半纤维素是除纤维素和果胶以外的植物细胞壁 聚糖，与纤维素不同，半纤维素是两种或两种以上 单糖组成的不均一聚糖，分子量较低，聚合度小， 大多带有支链。
构成半纤维素的主链的主要单糖是：木糖、甘露 糖和葡萄糖，构成半纤维素的支链的主要单糖是： 半乳糖、阿拉伯糖、木糖、葡萄糖、岩藻糖、鼠李 糖、葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸等。
一些树木的树皮的化学组成（%）
化学组成
灰分 水抽出物 乙醇抽出物 甲氧基（包括木质素内 的挥）发酸 纤维素 聚已糖 聚糖醛酸 聚戊糖 木醛质 木质素
松
韧皮
外皮
2.19 21.82 3.85 1.94 1.73 19.36 16.3 6.04 12.24
0 17.2
1.39 15.09 3.48 3.75 1.25 17.7
纤维素的化学结构是1，4-β-D-吡喃式失
水聚葡萄糖组成。但在自然界中它的性质和 功能是通过纤维素分子聚集体所形成的结晶 态和细纤维结构决定的。
1. 纤维素微纤丝 2. 葡萄糖单体链 3. 半纤维素 4. 中性果胶 5. 酸性的果胶 6. 糖原蛋白质
5.1.1.2 半纤维素(hemicellulose)
木材中除去纤维素、半纤维素和抽提物后，剩余的细胞壁物质 为木质素，木质素是针叶树类、阔叶树类和草类植物的基本化学 组成之一。
6.0 21.7 6.76 2.85 43.62
云杉
韧皮
外皮
2.33 33.8 1.7 1.96 1.11 25.23 9.3 5.98 9.65
0 15.57
2.31 28.63 2.62 2.92 0.69 16.4
7.7 3.95 7.10 2.85 27.44
桦木
韧皮
外皮
2.42
0.52
21.8
5.1.3 树木的化学组成
5.1.3.1 木质部的化学组成差异
➢ 树种与产地：由于树种不同，木材的化学组成有很大差别， 如针叶树材与阔叶树材。同一种树木，产地和生长环境不同， 化学组成也有差异。
➢ 边材与心材：在针叶树材中，心材比边材含有较多的有机溶 剂抽提物，较少的木质素与纤维素。在阔叶树材中，心材与 边材差异较小。无论是针叶树材或阔叶树材，边材中乙酰基 的含量较心材高。