植物纤维原料及三大成分
植物纤维化学
植物纤维化学植物纤维化学是研究植物中纤维素及其化学加工和应用的一门学科。
植物纤维作为一种自然的、可再生的生物大分子材料，在生产和生活中具有广泛的应用。
例如，纸张、纺织品、建筑材料等众多行业都离不开植物纤维这一重要资源。
植物纤维化学旨在深入了解植物纤维的化学组成、结构与性质，制定优化的加工工艺，拓展其新的使用领域。
一、植物纤维的化学组成植物纤维的主要化学成分是纤维素和半纤维素。
纤维素是一种多糖，由葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键连接而成。
半纤维素也是一种多糖，包括木聚糖、半乳糖、甘露聚糖等。
此外，植物纤维还有少量的酚类物质和蛋白质。
纤维素和半纤维素的含量和比例因植物种类和部位不同而变化。
在棉花中，纤维素含量占80%以上，半纤维素含量较低；而在木质植物中，两者含量相近。
二、植物纤维的结构植物纤维的结构可分为两种类型：原生纤维和次生纤维。
原生纤维是由原生细胞壁构成的，例如棉纤维和亚麻纤维。
原生纤维的直径较细，一般小于20微米；因其生长仅发生一次，其结构较简单，只包括纤维素、半纤维素和细胞壁质量。
次生纤维是由次生细胞壁构成的，例如木质素。
次生纤维的直径较粗，一般为20-50微米；其结构复杂，包括三部分：原生细胞壁、次生细胞壁的中层和次生细胞壁的内层。
三、植物纤维化学加工植物纤维在工业上常通过化学方法进行加工。
主要包括以下几个步骤：去除杂质、碱处理、漂白、纤维素膨胀、染色和强化。
去除杂质：将植物纤维进行筛分、清洗、熬软等步骤，去除与纤维相连的非纤维物质，如叶片、树枝等。
碱处理：将去除杂质后的植物纤维浸泡在碱液中，使纤维得到脱脂、脱胶、脱色等处理。
常用的碱液包括氢氧化钠、碳酸钠及亚硫酸等。
漂白：碱处理后的植物纤维中仍含有少量的杂质和色素。
漂白是将这些杂质和色素分离出来，使纤维得到漂白和增白的效果。
漂白剂主要有氯和过氧化氢等。
纤维素膨胀：纤维素膨胀是将处理后的植物纤维浸泡在化学溶液中，使其膨胀，并形成纤维素膜。
纤维的种类
一、植物纤维主要组成物质是纤维素，又称为天然纤维素纤维。
是由植物上种籽、果实、茎、叶等处获得的纤维。
根据在植物上成长的部位的不同，分为种子纤维、叶纤维和茎纤维。
1.种子纤维：棉、木棉等；2.叶纤维：剑麻、蕉麻等；3.茎纤维：苎麻、亚麻、大麻、黄麻等。
二、动物纤维主要组成物质是蛋白质，又称为天然蛋白质纤维，分为毛和腺分泌物两类。
1.毛发类：绵羊毛、山羊毛、骆驼毛、兔毛、牦牛毛等；2.腺分泌物：桑蚕丝、柞蚕丝等。
三、矿物纤维主要成分是无机物，又称为天然无机纤维，为无机金属硅酸盐类，如石棉纤维。
四、化学纤维用天然的或人工合成的高分子化合物为原料经化学纺丝而制成的纤维。
可分为人造纤维、合成纤维、无机纤维。
五、人造纤维用纤维素、蛋白质等天然高分子物质为原料，经化学加工、纺丝、后处理而制得的纺织纤维。
用失去纺织加工价值的纤维原料，经人工溶解或熔融再抽丝而制成，其原始的化学结构不变，纤维成分仍分别为纤维素和蛋白质，而形成的物理结构、化学结构变化的衍生物，组成成分为纤维素醋酸酯纤维。
1.再生纤维素纤维：粘胶纤维、富强纤维、铜氨纤维等；（其区别为用烧碱、二氧化硫不同的溶液溶解）2.纤维素酯纤维：醋酯纤维；3.再生蛋白质纤维：大豆纤维、花生纤维等。
六、合成纤维用人工合成的高分子化合物为原料经纺丝加工制得的纤维。
1.普通合成纤维：涤纶、锦纶、晴纶、丙纶、维纶、氯纶等；2.特种合成纤维：芳纶、氨纶、碳纤维等。
七、无机纤维以矿物质为原料制成的纤维，如：玻璃纤维、金属纤维等。
人们通常喜欢天然纤维而不喜欢化学纤维是因为天然纤维的柔韧性和光滑性比合成纤维好。
植物纤维化学式-概述说明以及解释
植物纤维化学式-概述说明以及解释1.引言1.1 概述植物纤维作为一种重要的自然资源，在人类生活和工业生产中发挥着不可替代的作用。
它们具有丰富的化学成分和优良的物理性质，被广泛应用于纺织品、造纸、建筑材料等领域。
本文旨在探讨植物纤维的化学式及其应用，从而加深对植物纤维的了解，并展望其在未来的发展前景。
通过对植物纤维的深入研究，我们可以更好地利用这一天然资源，推动可持续发展的进程。
1.2 文章结构本文将从以下几个方面展开讨论植物纤维的化学式内容：1. 植物纤维的特点：介绍植物纤维的来源、特性以及与化学结构的关系。
2. 植物纤维的化学成分：详细解析植物纤维中主要的化学组分，包括纤维素、半纤维素、木质素等。
3. 植物纤维的用途：探讨植物纤维在各个领域的广泛应用，如纺织、造纸、生物质能源等。
通过对这些内容的深入探讨，可以更全面地了解植物纤维的化学式及其在各个领域的重要性和发展前景。
1.3 目的本文旨在探讨植物纤维的化学式及其在各个领域的广泛应用。
通过深入了解植物纤维的特点、化学成分和用途，可以更好地认识植物纤维在现代生活中的重要性和意义。
同时，本文也旨在展望植物纤维在未来的发展趋势，以及可能的应用领域，为读者提供新的思路和视角。
通过对植物纤维的研究和应用前景的探讨，希望能够激发更多人对植物纤维的关注和研究，促进其在未来的发展和应用。
2.正文2.1 植物纤维的特点植物纤维是一种重要的天然材料，具有以下几个特点：1. 环保性：植物纤维是基于植物原料制成的，相比于合成纤维，植物纤维更加环保，对环境友好。
2. 透气性：植物纤维具有良好的透气性，能够吸收并释放湿气，保持材料的干燥性和舒适性。
3. 舒适性：植物纤维的特殊结构使得其触感柔软、舒适，适合用于制作衣物、家居用品等。
4. 生物降解性：植物纤维可以在自然环境中被微生物降解，不会对环境造成污染，符合可持续发展的理念。
5. 抗菌性：部分植物纤维具有天然的抑菌作用，可以有效防止细菌滋生，保持物品的清洁卫生。
第二部分1植物纤维化学部分成分
少量组分
细胞壁的主要组分
有机物 无机物 木素
碳水化合物
有机溶剂抽出物
纤维素 半纤维素
造纸植物纤维原料
少量组分 （低分子量物质）
细胞壁的主要组分 （高分子量物质）
有机物
无机物（灰分） 木素
碳水化合物
有机溶剂抽出物
芳香族化合物（酚类） 萜烯类 脂肪酸 醇类 蜡 树脂酸
纤维素
水解产物 D－ 葡 充在胞间层及微细纤维之间的“填充剂”
和“粘合剂”。
木素与制浆造纸的关系
1、木素原料及纸浆的颜色的主要来源。 2、木素含量是制定蒸煮及漂白工艺条件的重要依
据，决定着化学制浆的难易及化学药品的用量。 例如：禾本科原料木素含量低，容易蒸煮，
而木材原料较难蒸煮。 3、木素对纸张的不透明度有利。
2、性质： 支链特性、－OCH3数量、聚合度（DP）
3、粘度： DP——粘度
4、位置： 主要存在于胞间层，是细胞间的粘结物质。也
存在于细胞壁中，特别是初生壁中。 5、含量：
韧皮纤维中果胶质的含量较高 木材和草类原料中果胶质含量较少
常用造纸植物纤维原料比较
针叶木 纤维素 高 半纤维素 低 木素含量 高
第一节 造纸植物纤维原料的分类 及其代表性植物
一、木材纤维原料
1、针叶材（needle leaved wood/soft wood） 云杉、冷杉、马尾松、落叶松、湿地松、 火炬松等。
2、阔叶材（leaf wood/hard wood） 杨木、桦木、桉木、榉木、楹木、相思木
等。
针叶木（软木soft wood）： 云杉、冷杉、铁杉、落叶松、红松、马尾松……。
苯-醇混合液
能溶解乙醚溶解的全部物质，果胶质、单宁、色素 等也可溶解。
天然纤维的主要成分
天然纤维的主要成分
天然纤维是指来源于植物、动物或矿物的纤维，其主要成分包括以下几种：
1. 棉纤维：棉纤维是一种天然的植物纤维，主要成分是纤维素，含有少量的蛋白质、脂肪和灰分等。
2. 麻纤维：麻纤维是一种天然的植物纤维，主要成分是纤维素和半纤维素，含有少量的蛋白质、脂肪和灰分等。
3. 羊毛：羊毛是一种天然的动物纤维，主要成分是角蛋白质，含有少量的脂肪、灰分和水分等。
4. 丝绸：丝绸是一种天然的动物纤维，主要成分是丝素，含有少量的脂肪、灰分和水分等。
5. 矿物纤维：矿物纤维是一种天然的无机纤维，主要成分是石棉、玻璃纤维等，不含有有机成分。
总的来说，天然纤维的主要成分是纤维素、半纤维素、角蛋白质和丝素等有机成分，同时还含有少量的脂肪、灰分和水分等。
这些成分决定了天然纤维的特性和用途。
第二节 植物纤维原料的化学成分.
综纤维素制备四法:
⑴、氯化法：(1937年Ritter（里特）提出)
无抽提物试料
氯气 木素被氧化 乙醇胺的乙醇溶液 抽提
氯化木素
+
（白色） 综纤维素
⑵、亚氯酸纳法（1942年Jayme(杰姆)提出）
无抽提物试料
NaClO2 HAc 6% pH=4.5
综纤维素 （白色）
造 纸 植 物 纤 维 原 料
少 量 组 分 （ 低 分 子 量 物 质 ）
细 胞 壁 的 主 要 组 分 （ 高 分 子 量 物 质 ）
有 机 物 organic compound
无 机 物 inorganic (灰 分 )(ash)
木 素 (lignin)
碳 水 化 合 物 (Carbohydrate )
(polymerization degree)
(polydispersity)
棉花初生壁：2000-6000 次生壁：1400 草类较低
与木、麻 相同
棉：95－99％
苧麻：80－90％
木材：40－50％ 竹：40－50％ 麦草：30－49％
化学浆：1000左右
天然纤维素：大于1000
降解：高分子化合物在受到光照、加热、机械等作用
3、造纸用化学浆应尽量多保留半纤维素，这样不但 可提高制浆得率，而且对纸浆的性能及成纸性能有 良好的影响。 4、精制浆：尽量去除木素和半纤维素，只保留纤维 素的纸浆，又称为溶解浆。 5、生产纤维素衍生物用化学浆时，半纤维素应尽量 除去，以免影响纤维素的化学加工。
三）、木素 定义：木素是由苯基丙烷结构单元通过碳-碳键和醚键连 接而成的具有三度空间结构的高分子聚合物 。 结构与含量： 硝基苯氧化或乙醇解的方法已经证明： 1 、针叶木木素与阔叶木木素化学结构不同，草类木素也 不同于木材木素。 2、木素结构在植物体内不同部位变化很大。 结论：木素不是单一物质，而是代表植物中某一共同 性质的一群物质。 凡是木质化的植物都含有木素，但不同原料木素含量不同。 针叶木：30％左右，禾本科：20％，阔叶木木素含量介 于前两者之间，棉纤维不含木素或含量极少。
纤维素基础知识
纤维聚丙烯晴纤维纤维（Fiber ）：一般是指细而长的材料。
纤维具有弹性模量大，塑性形变小，强度高等特点，有很高的结晶能力，分子量小，一般为几万。
一、天然纤维天然纤维是自然界存在的，可以直接取得纤维，根据其来源分成植物纤维、动物纤维和矿物纤维三类。
(一)植物纤维植物纤维是由植物的种籽、果实、茎、叶等处得到的纤维，是天然纤维素纤维。
从植物韧皮得到的纤维如亚麻、黄麻、罗布麻等；从植物叶上得到的纤维如剑麻、蕉麻等。
植物纤维的主要化学成分是纤维素，故也称纤维素纤维。
植物纤维包括：种子纤维、韧皮纤维、叶纤维、果实纤维。
种子纤维：是指一些植物种子表皮细胞生长成的单细胞纤维。
如棉、木棉。
韧皮纤维：是从一些植物韧皮部取得的单纤维或工艺纤维。
如：亚麻、苎麻、黄麻、竹纤维。
叶纤维：是从一些植物的叶子或叶鞘取得的工艺纤维。
如：剑麻、蕉麻。
果实纤维：是从一些植物的果实取得的纤维。
如：椰子纤维。
(二)动物纤维动物纤维是由动物的毛或昆虫的腺分泌物中得到的纤维。
从动物毛发得到的纤维有羊毛、兔毛、骆驼毛、山羊毛、牦牛绒等；从动物腺分泌物得到的纤维有蚕丝等。
动物纤维的主要化学成分是蛋白质，故也称蛋白质纤维。
动物纤维 (天然蛋白质纤维) 包括：毛发纤维和腺体纤维。
毛发纤维: 动物毛囊生长具有多细胞结构由角蛋白组成的纤维。
如：绵羊毛、山羊绒、骆驼毛、兔毛、马海毛。
丝纤维: 由一些昆虫丝腺所分泌的，特别是由鳞翅目幼虫所分泌的物质形成的纤维，此外还有由一些软体动物的分泌物形成的纤维。
如：蚕丝。
(三)矿物纤维矿物纤维是从纤维状结构的矿物岩石中获得的纤维，主要组成物质为各种氧化物，如二氧化硅、氧化铝、氧化镁等，其主要来源为各类石棉，如温石棉，青石棉等。
二、化学纤维化学纤维是经过化学处理加工而制成的纤维。
可分为人造纤维和合成纤维两类。
(一)人造纤维人造纤维是用含有天然纤维或蛋白纤维的物质，如木材、甘蔗、芦苇、大豆蛋白质纤维等及其他失去纺织加工价值的纤维原料，经过化学加工后制成的纺织纤维。
植物纤维原料的化学组成
聚-4-0-甲基葡萄糖醛酸木糖 聚葡萄糖甘露糖
阔叶材：
01
聚半乳糖葡萄糖甘露糖 聚阿拉伯糖-4-0-甲基葡萄糖醛酸木糖
针叶材：
02
聚阿拉伯糖-4-0-甲基葡萄糖醛酸木糖
禾本科：
03
木素（木质素，Lignin）
木素含量：针叶材>阔叶材>禾本科>棉花。
2．的概念
1964年Timell提出：半纤维素是低分子量的聚糖类（其平均聚合度近200），它和纤维素一起正常地产生在组织中，它们可以从原来的或从脱去木素的物料中被水或碱水溶液（这是常用）抽提出来。
木糖(Xylose)、阿拉伯糖(Arabinose)、甘露糖(Mannose)、葡萄糖(Glucose)、半乳糖(Galactose)、4-0-甲基葡萄糖醛酸(4-0-Methyl-Glucuronic Acid)、半乳糖醛酸(Galacturonic Acid)、葡萄糖醛酸(Glucuronic Acid)。
3、禾本科原料抽出物
比木材的更低：蜡质、高级脂肪酸、高级醇
2、阔叶材的抽出物
含量少：脂肪酸、中性物等。
不同原料的有机溶剂抽出物
01
主要组成：松香酸、松节油、萜烯类化合物、脂肪酸及不皂化物等。
02
含量：较高，如：红松的乙醚抽提物为4.69%，马
03
尾松乙醚抽提物为4.43%。
04
存在位置：树脂道和射线薄壁细胞中。
第二节 植物纤维原料的化学成分
利用原料、制定生产工艺条件的基本依据 与产品的产量和质量有密切关系 影响生产过程及综合利用等方面
汇报人姓名
少量组分 细胞壁的主要组分
有机溶剂抽出物 纤维素 半纤维素
天然纤维
一、天然纤维天然纤维是自然界存在的，可以直接取得纤维，根据其来源分成植物纤维、动物纤维和矿物纤维三类。
(一)植物纤维植物纤维是由植物的种籽、果实、茎、叶等处得到的纤维，是天然纤维素纤维。
从植物韧皮得到的纤维如亚麻、黄麻、罗布麻等；从植物叶上得到的纤维如剑麻、蕉麻等。
植物纤维的主要化学成分是纤维素，故也称纤维素纤维。
植物纤维包括：种子纤维、韧皮纤维、叶纤维、果实纤维。
种子纤维：是指一些植物种子表皮细胞生长成的单细胞纤维。
如棉、木棉。
韧皮纤维：是从一些植物韧皮部取得的单纤维或工艺纤维。
如：亚麻、苎麻、黄麻、竹纤维。
叶纤维：是从一些植物的叶子或叶鞘取得的工艺纤维。
如：剑麻、蕉麻。
果实纤维：是从一些植物的果实取得的纤维。
如：椰子纤维。
(二)动物纤维动物纤维是由动物的毛或昆虫的腺分泌物中得到的纤维。
从动物毛发得到的纤维有羊毛、兔毛、骆驼毛、山羊毛、牦牛绒等；从动物腺分泌物得到的纤维有蚕丝等。
动物纤维的主要化学成分是蛋白质，故也称蛋白质纤维。
动物纤维(天然蛋白质纤维) 包括：毛发纤维和腺体纤维。
毛发纤维: 动物毛囊生长具有多细胞结构由角蛋白组成的纤维。
如：绵羊毛、山羊绒、骆驼毛、兔毛、马海毛。
丝纤维: 由一些昆虫丝腺所分泌的，特别是由鳞翅目幼虫所分泌的物质形成的纤维，此外还有由一些软体动物的分泌物形成的纤维。
如：蚕丝。
(三)矿物纤维矿物纤维是从纤维状结构的矿物岩石中获得的纤维，主要组成物质为各种氧化物，如二氧化硅、氧化铝、氧化镁等，其主要来源为各类石棉，如温石棉，青石棉等。
二、化学纤维化学纤维是经过化学处理加工而制成的纤维。
可分为人造纤维（再生纤维），合成纤维和无机纤维。
(一)人造纤维（再生纤维）人造纤维也称再生纤维。
人造纤维是用含有天然纤维或蛋白纤维的物质，如木材、甘蔗、芦苇、大豆蛋白质纤维等及其他失去纺织加工价值的纤维原料，经过化学加工后制成的纺织纤维。
主要的用于纺织的人造纤维有：黏胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维。
植物纤维原料的化学组成..
原料总质量的80％～95％
1、在细胞壁中，微细纤维、 半纤维素和木素以不连续的 层状结构绕细胞腔排列着 2、三种主要成分在细胞壁中 不是均匀分布的 3、微细纤维是细胞壁的骨架 物质
4、木素和半纤维素是细胞壁 中的填充物质，是微细纤维 的“填充剂”和“粘合剂”。 木材纤维次生壁中微细纤维－半纤维
素－木素之间的微细结构关系
-纤维素、-纤维素、-纤维素、工业纤维素
不溶解部分 -纤维素（纤维素和抗碱的 半纤维素）
17.5%NaOH （24%KOH）
沉淀部分 -纤维素
（高度降解的纤维 素和半纤维素） 工业半 纤维素 不沉淀部分 -纤维素 （半纤维素）
漂白化学浆 或综纤维素
20℃处理45min
醋酸中和 溶解部分
（含0.1-0.3%木素， 纤维素发生水解降解 半纤维素亦有溶出） 大部分半纤维素水解
b.制备纤维素时，制备方法、制备条件不同，半纤维 素、木素溶出程度不同，纤维素降解程度不同。因而 会得到各种“纤维素”，因此在表明分离得到的纤维 素时除了给出量值外还必须给出分离方法。
与制浆造纸的关系
1. 原料的纤维素含量高低，是评价原料的 制浆造纸价值的基本依据。
3）灰分
（1）定义
植物纤维原料都含有一定量的矿物质。纤维原料燃 烧和灰化后剩下的物质。
（2）木材与草类原料的灰分含量与组成有很 大差别
原料 针叶木 阔叶木
<1(0.1~1.0%) CaO,K2O和Na2O
含量
组成
存在 树皮 叶部
草类
>2%(2~5%)* * 稻草（10~15%)
SiO2
说明： a、大多数木材原料灰分为0.3－0.5％，禾本科原料 的灰分多数在2－5％；
植物纤维
第一章1.详述植物纤维原料的主要成分和次要成分是什么？P5图1-2答：植物纤维原料的主要化学成分是纤维素，半纤维素和木质素，次要化学成分成分抽提物和灰分。
2.针叶木、阔叶木和草类原料的化学组成的比较？3.试述针叶材和阔叶材有机溶剂抽出物的组成。
针叶木中，松木和柏木的有机溶剂抽出物的含量是比较高的（尤其在心材中），其主要成分为松香酸(Rosin Acids)、萜烯类化合物、脂肪酸(Fatty Acids)及不皂化物。
（针叶木有机溶剂抽出物主要存在于树脂道和射线薄壁细胞中，心材含量比边材含量高。
）阔叶木的抽出物主要含游离的已酯化的脂肪酸、中性物、多酚类化合物，不含或只含少量松香酸。
主要存在于木射线和木薄壁细胞中。
4.什么是综纤维素、α-纤维素、β-纤维素、γ-纤维素和工业纤维素？●综纤维素：指造纸植物纤维原料除去抽出物和木素后所留下的部分（即纤维素和半纤维素的总称）。
●α-纤维素：用17.5%NaOH或（24%KOH）溶液在20℃下处理综纤维素或漂白化学浆45min，将其中的非纤维素碳水化合物大部分溶出，留下的纤维素及抗碱的非纤维素碳水化合物，分别称为综纤维素的α-纤维素或化学浆的α-纤维素。
β-纤维素和γ-纤维素：用漂白化学木浆制备α-纤维素时，处理中所得到溶解部分，用醋酸中和沉淀出来的那部分为β-纤维素，不沉淀部分为γ-纤维素。
β-纤维素包括高度降解的纤维素和半纤维素，γ-纤维素全为半纤维素。
工业半纤维素：习惯上将β-纤维素和γ-纤维素之和称为工业半纤维素。
5.解释春材和秋材?并分别说明这两种材质的特点。
答：每个年轮一般由两层构成，向着形成层的一层是外层，向着髓心的一层是内层。
内层是在形成层每年活动的初期（春季与夏季之间）形成，称之为早材（春材）。
外层是夏天及秋天形成的，称之为晚材（秋材或夏材）。
特点：（1）早材层：春、夏季，细胞分裂快，形成层活动迅速，而光合作用较弱，形成的细胞腔大，壁薄，较短，色浅，木质疏松，纤维自身强度较低，但柔软，纤维间结合力好。
植物纤维素原料化学成分分析
植物纤维素原料化学成分分析植物纤维素原料化学成分分析摘要： 概述了光谱分析法、色谱分析法和核磁共振等现代仪器分析技术在植物纤维原料化学分析方面的应用。
分析技术在植物纤维原料化学分析方面的应用。
关键词：植物纤维原料：植物纤维原料;;仪器分析技术仪器分析技术植物纤维原料的化学组成复杂植物纤维原料的化学组成复杂,,除了纤维素、半纤维素和木素这三种构成了植物体骨架的主要成分素这三种构成了植物体骨架的主要成分((总质量的总质量的80 %80 %80 %～～95 %) 外,还含有诸如单宁、果胶质、树脂、脂肪、腊以及不可皂化物等少量组分。
等少量组分。
纤维原料成分分析对指导生产有着十分重要的意义,传统的分析方法过程繁杂、时间长时间长,,随着科技的发展随着科技的发展,,现代测试技术的应用范围日益广泛。
仪器分析方法越来越多地应用于物质量的分析仪器分析方法越来越多地应用于物质量的分析,,如光谱分析如光谱分析((紫外光谱、红外光谱、原子吸收与原子发射光谱等) ) 、色谱分析、色谱分析、色谱分析((气相色谱、高压液相色谱、凝胶渗透色谱、离子色谱等子色谱等) ) ) 、质谱、核磁共振、电子自旋共振、、质谱、核磁共振、电子自旋共振、、质谱、核磁共振、电子自旋共振、X2X2X2衍射能谱、电衍射能谱、电子显微镜分析、电化学分析子显微镜分析、电化学分析((电位分析和电导分析电位分析和电导分析) ) ) 等等。
本文等等。
本文就主要的仪器分析技术在植物纤维原料化学分析中的应用进行介绍。
介绍。
1 1 光谱分析法光谱分析法1.11.1紫外光谱法紫外光谱法紫外光谱法1.1.11.1.1木素的测定木素的测定木素的测定木素作为芳香族化合物木素作为芳香族化合物( ( ( 苯基丙烷结构苯基丙烷结构苯基丙烷结构) ) ) 和它的各种发色和它的各种发色基团基团, , , 对紫外光有强烈吸收对紫外光有强烈吸收对紫外光有强烈吸收, , , 而碳水化合物而碳水化合物而碳水化合物UV UV UV 光谱在此波长范光谱在此波长范围内则几乎没有吸收围内则几乎没有吸收,,所以可以在碳水化合物存在的情况下选择适当的条件适当的条件, , , 用紫外光吸收光谱来鉴定木素的结构和性质。
1植物纤维化学
植物纤维化学植物纤维是从天然植物中提取的一种重要材料，具有丰富的化学成分和多种用途。
植物纤维可以分为天然纤维和人工合成纤维两大类。
天然纤维主要来源于植物的细胞壁，如棉花、麻类、木浆等，含有大量的纤维素和半纤维素等化学成分，具有优良的机械性能和生物降解性。
植物纤维的化学成分植物纤维的主要化学成分是纤维素和半纤维素。
纤维素是植物细胞壁中最主要的成分，由葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而成。
纤维素具有高度的结晶性和强度，是纺织品、造纸等行业的主要原料。
半纤维素则包括木聚糖、半纤维素酶和甘露聚糖等多种聚合物，具有较好的吸水性和柔软性。
植物纤维的应用领域植物纤维在各个领域均有广泛的应用，如纺织业、造纸业、食品包装、生物医药等。
在纺织业中，棉花纤维被广泛用于生产纺织品，具有舒适透气的特性；麻类纤维则被用于生产高端面料，具有良好的耐磨性。
在造纸业中，木浆纤维被用于生产纸张，具有良好的吸墨性和强度。
此外，植物纤维还可用于生产食品包装材料、草药提取等。
植物纤维的生产与开发植物纤维的生产与开发是一个综合的过程，涉及到植物的种植、采集、提取、加工等多个环节。
随着技术的进步和环境保护意识的增强，越来越多的研究致力于开发新型的植物纤维材料，如竹纤维、苎麻纤维等。
这些新型植物纤维具有绿色环保、生物降解等优点，受到了广泛的关注。
植物纤维的未来发展展望在未来，随着人们对绿色、可持续发展的需求不断增加，植物纤维必将在各个领域展现更加广阔的应用前景。
通过不断深入的研究和开发，我们有望开发出更多种类、更高性能的植物纤维材料，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
总的来说，植物纤维化学是一个富有挑战性和前景广阔的领域，我们期待在这一领域开展更多的研究与创新，推动植物纤维材料的发展与应用。
第二节 植物纤维原料的化学成分
综纤维素制备四法:
⑴、氯化法：(1937年Ritter（里特）提出)
无抽提物试料
氯气 木素被氧化 乙醇胺的乙醇溶液 抽提
氯化木素
+
（白色） 综纤维素
⑵、亚氯酸纳法（1942年Jayme(杰姆)提出）
无抽提物试料
NaClO2 HAc 6% pH=4.5
综纤维素 （白色）
⑶、二氧化氯法：（1921年Schmitlt(施密特)提出）
续5
a、禾本科原料有机溶剂抽出物对制浆造纸影响不大；
b、蒸煮时抽出物会阻碍药液浸透，增加蒸煮时的药品消耗； 延缓蒸煮过程；碱法制浆中树脂、脂肪酸与碱生成皂化物— tall oil。这些皂化物都是表面活性物质，可在酸处理后作为 工业副产品；酸法制浆这些抽出物只是被加热、软化成油状
物，因此他们漂浮在纸浆悬浮液中易黏附在浆池壁、管道内
化学制浆就是溶解木素，分离出纤维；木素是原料 及纸浆发色的主要原因。因此原料及纸浆中的木素含量 是制定蒸煮及漂白工艺条件的重要依据。 按照被保留在纸浆中木素的含量不同，可将纸浆区分为： 软浆：2%（木素） 半化学浆：15% 硬浆：8%（木素） 说明： 1、三类代表性原料的主要化成分见表1－1 2、造纸工业中除使用植物纤维外，有时也是用其他纤维 如合成纤维、矿物纤维及金属纤维 3、植物纤维原料的化学成分是我们利用原料、制定生产 工艺条件的基本依据，与产品的产量和质量有密切关系， 对生产过程及综合利用等方面也有影响。 4、植物纤维原料中的碳水化合物主要质纤维素和半纤维 素，但有些植物中还含有单糖、低聚糖、淀粉等碳水化 合物。
造 纸 植 物 纤 维 原 料
少 量 组 分 （ 低 分 子 量 物 质 ）
细 胞 壁 的 主 要 组 分 （ 高 分 子 量 物 质 ）
植物纤维成分
植物纤维成分植物纤维是指从植物中提取的纤维素、半纤维素、木质素等纤维成分。
它们具有良好的力学性能、热稳定性、尺寸稳定性和生物降解性，广泛用于纸浆、纺织、建筑材料、环保、食品加工等领域。
下面将介绍几种常用的植物纤维成分。
1、木质素木质素是植物细胞壁中含量最高的有机物质之一，其化学结构为多种苯丙素单体异构体的聚合物。
在植物生长过程中，木质素被定向沉积在细胞壁的次生壁中，从而赋予植物细胞壁力学性能。
由于其分子结构高度复杂，因此木质素的来源多种多样，例如合成纤维素纤维的竹藤、稻草，木材制品中的松、柏、杉等树种，以及收割后制成的秸秆等。
木质素分子中含有大量的亲水羟基和亲油的苯丙素单体部分，因此既具有良好的亲水性，又有较强的耐水、耐湿性，能够在湿润环境下保持较好的力学性能。
在木质素的提取和加工过程中，由于木质素具有较高的化学稳定性，因此可以通过碱性或酸性水解的方法将其分离出来，进而用于制备纤维素材料。
2、纤维素纤维素是一种高分子有机化合物，是植物细胞壁中含量最高的成分之一，化学结构为β-葡聚糖链的线性链，含有大量的亲水羟基官能团，具有良好的化学稳定性和生物降解性。
纤维素是制造纸张、纤维素薄膜、纤维素糖、食品工业以及医药工业中广泛使用的重要原料，同时也是可再生能源和可降解聚合物的重要来源之一。
纤维素的来源包括多种植物，例如木材、棉花、木棉、亚麻、甘蔗和玉米等。
在植物细胞中，纤维素是由β-葡聚糖链直接合成的，因此可以通过酸或碱水解的方法将其提取出来。
越来越多的研究表明，纤维素不仅是制造高性能材料的关键原料之一，而且还可以作为生物能源的重要来源。
半纤维素是指植物细胞壁中不含木质素的复合物，主要包括木聚糖、木寡糖、果胶等成分。
半纤维素是指的是一类特别的多糖，其聚合物包括α-半乳糖和β-木聚糖等，同时其中也可能含有其他一些小分子物质和结构物质。
它们具有良好的水溶性和生物降解性，常用于食品加工、造纸、纺织等领域。
半纤维素的来源较为灵活，可以从多种植物中提取，例如木材、稻草、麦秸、豆渣等。
纤维主要成分
纤维主要成分纤维是指一种纤维状的物质，它是由许多纤维元素组成的。
纤维主要成分有三种，分别是天然纤维、化学纤维和合成纤维。
天然纤维是指来源于植物或动物的纤维，常见的天然纤维有棉花、麻、丝、羊毛等。
棉花是一种常见的天然纤维，它的主要成分是纤维素。
纤维素是植物细胞壁的主要组成部分，具有很高的强度和柔软度。
棉纤维细长而柔软，透气性好，吸湿性强，是制作衣物的理想材料。
麻纤维是指来源于亚麻植物的纤维，它的主要成分是纤维素和木质素。
亚麻纤维细长而坚韧，具有很高的强度和耐久性，适合制作高质量的纺织品。
丝是指来源于蚕茧的纤维，它的主要成分是丝素。
丝素是一种蛋白质，具有很高的强度和光泽，丝绸制品具有独特的手感和外观。
羊毛是指来源于绵羊的毛发，它的主要成分是角蛋白。
羊毛纤维柔软而弹性好，具有很高的保暖性，适合制作冬季服装。
化学纤维是指通过化学方法从天然物质中提取纤维素或合成纤维素的纤维。
常见的化学纤维有人造纤维和再生纤维。
人造纤维是指通过化学处理从天然物质中提取纤维素的纤维，如人造丝和人造棉。
人造纤维具有天然纤维的柔软度和化学纤维的强度，适用于各种纺织品。
再生纤维是指通过化学处理从废弃物或废纸中提取纤维素的纤维，如再生纤维素纤维。
再生纤维具有很高的环保性，是可持续发展的纤维材料。
合成纤维是指通过化学合成或物理方法制造的纤维，如涤纶、尼龙等。
涤纶是一种常见的合成纤维，它的主要成分是聚酯。
聚酯是一种高分子化合物，具有很高的强度和耐久性，涤纶纤维具有很好的抗皱性和耐磨性，适合制作高质量的纺织品。
尼龙是一种合成纤维，它的主要成分是聚酰胺。
聚酰胺是一种高分子化合物，具有很高的强度和耐久性，尼龙纤维具有很好的弹性和耐磨性，适合制作运动服装和户外用品。
纤维主要成分的多样性使得纤维在各个领域有着广泛的应用。
纤维可以用于制作衣物、家居用品、工业材料等。
不同成分的纤维具有不同的特性和用途，人们可以根据需求选择合适的纤维材料。
天然纤维具有很好的透气性和吸湿性，适合制作夏季服装和家居用品。
植物纤维原料及三大成分
1、带有支链（更容易与碱反应） 2、具有两种或两种以上的糖基 3、分子量比纤维素低（<200）
与制浆造纸的关系
1、对一般纸浆，半纤维素是尽量保留成分， 提高纸浆得率；
2、生产纤维素衍生物用的化学浆，应尽量除 去，以免影响纤维素的化学加工。
3、木素
定义
木素是由苯丙烷结构单元(即C6-C3单元)通过醚键、碳-碳 键等连接而成的具有三维空间结构的芳香族高分子化合物.
9 与制浆造纸的关系 1. 原料的纤维素含量高低，是评价原料的制浆造纸价值的基 本依据。 2. 它是植物纤维原料和纸浆的主要化学成分，在制浆过程中 尽量不受破坏。
(C6H10O5)n
2、半纤维素（hemicellulose）
定义：
半纤维素是由两种或两种以上单糖基（葡萄糖基、木 糖基、甘露糖基、半乳糖基、阿拉伯糖基及鼠李糖基 等）组成的非均一聚糖，并且分子中往往带有数量不 等的支链。
的是材质较松软的品种，如杨、桉、柳、楹木、相思木等。
（二）非木材纤维原料
1、禾本科纤维原料： 竹子、芦苇、荻、芒秆、甘蔗渣、麦草等。 2、韧皮纤维原料： 树皮类：桑皮、檀皮、构皮、棉秆皮等。 麻类：红麻、大麻、黄麻、青麻、亚麻等。
三倍体毛白杨
尾叶桉
马占相思
竹子
稻草
玉米杆
甘蔗渣
1
芦苇
麦草
残留木素对纸浆和纸张的化学及物理性能 有很大的影响。
3
大麻
3、籽毛纤维原料 棉花、棉短绒及棉质 破布等。
4、叶部纤维原料 香蕉叶、甘蔗叶、 龙须草等。
棉花
龙须草
甘蔗基地
香蕉树
（三）半木材纤维原料
主要指棉杆，结构介于木材和禾本 科原料之间。
造纸纤维原料
造纸纤维原料纸的基本成分是纤维，包括植物纤维、动物纤维、矿物纤维、合成纤维等。
纤维原料的选择主要取决于纸张质量的要求及生产条件和地区资源情况。
造纸工业所用纤维原料，绝大部分是植物纤维原料。
植物体内管状或长纺锤状的细胞，在造纸技术上称做纤维。
作为造纸工业纤维原料的植物应该具备：纤维含量较高，资源充分，运输方便和制造费用合理等条件。
植物纤维原料一般分为:一、木材纤维原料二、非木材纤维原料木材纤维原料：①针叶木，如云杉、冷杉、马尾松、落林松、红松等；②阔叶木，如杨木、桦木、桉木等。
常用的非木材纤维原料有:①禾本科植物,如麦草、稻草、芦苇、甘蔗渣、芒草、竹、龙须草等；②韧皮植物，如大麻、红麻、胡麻、黄麻、亚麻、桑皮、楮皮、棉茎皮、废麻绳袋等；③棉纤维（种毛纤维），如棉短线、破布等。
植物纤维形态①针叶木：含有管胞、射线细胞和射线管胞等，管胞占木材容积90％以上，长1.5～5.6mm，宽30～75µm，是造纸的优质纤维；②阔叶木：含有韧型木纤维、纤维管胞和管胞三种纤维细胞，统称为木纤维。
木纤维长0.7～1.7mm，宽20～40µm，占木材容积的25～35％，其中以韧型木纤维最多。
此外，阔叶木还含有导管细胞和射线细胞等；③禾本科植物：含有的纤维细胞约占细胞总量的50～60％,纤维一般长1～1.5mm,宽10～20µm，另外含有薄壁细胞、表皮细胞和导管细胞、石细胞等。
中国常用造纸植物纤维的形态和非纤维状细胞含量（平均值）见下表。
禾本科植物及阔叶木所制纸浆，因其纤维较短和所含非纤维状细胞较高，质量不如针叶木。
从纤维的横切面观察（见图），纤维细胞壁分为初生壁和次生壁,次生壁又分为外、中、内三层,细胞的中空部分为细胞腔。
相邻细胞之间的物质为胞间层。
细胞壁的各层均由宽25µm的微细纤维构成。
微细纤维由直径3.5µm 的原细纤维构成。
原细纤维则由大部按晶体排列的纤维素分子链构成。
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（二）非木材纤维原料
1、禾本科纤维原料： 竹子、芦苇、荻、芒秆、甘蔗渣、麦草等。 2、韧皮纤维原料： 树皮类：桑皮、檀皮、构皮、棉秆皮等。 麻类：红麻、大麻、黄麻、青麻、亚麻等。
三倍体毛白杨
尾叶桉
马占相思
竹子
稻草
玉米杆
甘蔗渣
1
芦苇
麦草
己糖 （D－ 葡萄糖） （D－ 甘露糖） （D－ 半乳糖）
造纸植物纤维原料的化学组成组成
戊糖 （D－ 木糖） （D－ 阿拉伯糖 ）
糖醛酸
乙酰基
（一）植物纤维原料的主要组分
纤维素 微细纤维 纤维细胞壁的网状骨架
半纤维素 木素
填充在纤维之间和微细 纤维之间的"粘合剂"和 "填充剂"
原料总质量的80％～95％
大麻
3、籽毛纤维原料 棉花、棉短绒及棉质 破布等。
4、叶部纤维原料 香蕉叶、甘蔗叶、 龙须草等。
棉花
龙须草
甘蔗基地
香蕉树
（三）半木材纤维原料
主要指棉杆，结构介于木材和禾本 科原料之间。
二 植物纤维原料的化学成分
¾ 原料化学组成是我们制定工艺条件的依据，也与 纸张质量、生产过程以及污染控制等方面有密切 的关系。
造纸用植物纤维原料分类图
二、造纸植物纤维原料的分类 及其代表性植物
（一）木材纤维原料 1、针叶材（soft wood）
这类植物的叶子多呈针状、条状或鳞型，材质比较 松软，纤维较长。代表植物：松、柏、杉等。
水杉
云杉
马尾松
2. 阔叶材（hard wood）
叶子多为宽阔状，材质坚硬，称之为硬木，造纸工业中使用
植物纤维原料及三大成分
纤维原料类型 纤维素 半纤维素 木素
第一节 植物的基本类群
植物界的基本类群及其与制浆造纸的关系 造纸植物纤维原料的分类及其代表性植物
一、植物界的基本类群及其 与制浆造纸的关系
种子植物
裸子植物 松柏纲
松科 杉科
被子植物
单子叶植物 禾本科
双子叶植物 木本植物（阔叶材）
2
1、 纤维素(cellulose)
9 定义：纤维素是由D－吡喃式葡萄糖基通过1，4—β苷键联 结而成的线状高分子化合物。
9 纤维素是由葡萄糖基环构成的，其构型是β－D－ 型葡萄糖 构型。
9 纤维素是植物原料的最主要化学成分，也是纸浆、纸张的最 主要、最基本的化学成分。
9 聚合度 纤 维 素 分 子 中 β -D- 葡 萄 糖 基 数 目 即 为 纤 维 素 分 子 的 聚 合 度 （DP),木材和棉花的天然聚合度在10000左右。在蒸煮和漂 白过程中纤维素发生降解，聚合度降至1000左右。
¾ 碳水化合物（纤维素和半纤维素）和木素 ¾ 树脂、脂肪、蜡、金属元素
造纸植物纤维原料
少量组分 （低分子量物质）
细胞壁的主要组分 （高分子量物质）
有机物
无机物（灰分） 木族化合物（酚类） 萜烯类 脂肪酸 醇类 蜡 树脂酸
纤维素
水解产物 D－葡萄糖
半纤维素
水解获得 各种单体
残留木素对纸浆和纸张的化学及物理性能 有很大的影响。
3
分布
木素浓度最高的部位在复合胞间层（CML）；次生壁的浓 度低。但大量的木素都存在于次生壁。 CML占木材纤维的体积分数6～12%；次生壁80～90% 是原料及纸浆的颜色的主要来源；
木素含量：针叶材>阔叶材>禾本科>棉花。 与制浆造纸的关系 1、其含量是制定蒸煮及漂白工艺条件的重要
依据。 2、化学制浆和漂白过程是脱除木素的过程,
特点
1、带有支链（更容易与碱反应） 2、具有两种或两种以上的糖基 3、分子量比纤维素低（<200）
与制浆造纸的关系
1、对一般纸浆，半纤维素是尽量保留成分， 提高纸浆得率；
2、生产纤维素衍生物用的化学浆，应尽量除 去，以免影响纤维素的化学加工。
3、木素
定义
木素是由苯丙烷结构单元(即C6-C3单元)通过醚键、碳-碳 键等连接而成的具有三维空间结构的芳香族高分子化合物.
9 与制浆造纸的关系 1. 原料的纤维素含量高低，是评价原料的制浆造纸价值的基 本依据。 2. 它是植物纤维原料和纸浆的主要化学成分，在制浆过程中 尽量不受破坏。
(C6H10O5)n
2、半纤维素（hemicellulose）
定义：
半纤维素是由两种或两种以上单糖基（葡萄糖基、木 糖基、甘露糖基、半乳糖基、阿拉伯糖基及鼠李糖基 等）组成的非均一聚糖，并且分子中往往带有数量不 等的支链。