植物纤维化学课件第六节 纤维素溶剂及其溶液
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3、学习内容与相关课程的关系
本课程牵涉有机化学、分析化学（包 括仪器分析）、物理化学、高分子化学、 高分子物理、生物合成等相关基础课程。 有关生物结构方面的内容，在《植物纤维 形态与结构》课程中专门讲述；
有关木质素、纤维素和半纤维素在蒸 煮和漂白化学反应过程中的影响因素，在 《制浆原理与工程》课程中专门讲述。
垂直方向切开的面称为横切面。
弦切面(Tangetial Section)：沿着与射
线垂直方向切开的面称为弦切面。
径切面(Radial Section)：沿着射线切
开的面称为径切面
树脂道：针叶材的特征
有些针叶材在横切面的晚材部分，凭肉 眼就可看见一些针头状的小白点，这就
是轴向树脂道或称纵行树脂道。
种子植物
木本—针叶树类
裸子植物：
木本—阔叶树类
种子植物
双子叶植物：草类、麻类、豆类
被子植物
单子叶植物—多数为草本，如禾本科类、禾本亚科、
竹亚科
1.1.1 植物纤维原料的分类
1.1.1.1 、木材纤维原料：
针叶材（又称软木，Softwood） 如云杉、红松、落叶松、马尾松、
思茅松等； 阔叶木（又称硬木，Hardwood）
应。 由于纤维素大分子每个糖基上有三个–OH（C2，C3，
C6），可发生各种酯化、醚化反应，在很大程度上可 改变纤维素的性质，生产出许多有价值的纤维素衍生 物。
纤维素衍生物的制备
纤维素酯化和醚化反应是制备纤维素衍 生物的重要反应。
由于纤维素大分子每个糖基上有三个– OH（C2，C3，C6），可发生各种酯化、 醚化反应，在很大程度上可改变纤维素 的性质，生产出许多有价值的纤维素衍 生物。
第一章
纤维素概况简介ppt课件
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5
1.4纤维素晶须和纳米微晶制备
天然植物纤维素具有复杂的多级结构， 一根纤维素由若干纤维素微纤维组成的， 一根纤维素微纤维有由若干根纤维素分子 组成的。纤维素中农分布着纳米级的晶须 和无定型的部分，依靠分子内及分子间数 量众多的氢键和范德华力维持着自组装的 大分子结构和原纤的形态。用强酸，碱或 者酶处理天然纤维，即纤维被拆分为更细 小的微纤维。
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12
2.5NaOH/尿素体系
• 纤维素在室温下不能完全溶解在NaOH/尿素水溶液中，但是将NaOH/尿 素水溶液预冷至-12~-10 ℃却可以快速溶解纤维素。 NaOH/尿素水溶液在低 温下形成了高度稳定的氢键网络结构，创建了新的复合物，通常在NaOH水 溶液中，OH-和Na+离子分别以你［OH(H2O) n］-和［ Na(H2O) m ］+形式存 在。在室温时，水和缔合物之间的快速交换使［OH(H2O) n］-和［ Na(H2O) m ］+难以形成和保持新络合物结构，而在低温条件下，慢的交换使缔合离 子则容易保持它们的结构。因此，在-12 ℃时［OH(H2O) n］-更容于与纤维 素链结合形成新的氢键缔合物，导致纤维素分子内和分子间氢键破坏，使纤 维素溶解。
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11
2.4离子液体体系
• 离子液体是由有机阳离子与无机阴离子构成的离子化合物，在室 温或者室温附近温度下呈现液体状态，又称低温熔融盐。在加热条件 下，离子液体中的离子对发生解离，形成游离的阳离子，和阴离子Cl-， 阴离子Cl-与纤维素大分子链中羰基上的氢原子形成氢键，而游离的阳 离子与纤维素大分子链中的羟基上的氧原子作用，从而破坏了纤维素 中原有的氢键，导致纤维素在离子液体中的溶解。
离子液体体系
《植物纤维化学实验》课件
实验步骤
1
1. 切取植物组织样本并处理
选择适当的植物组织，进行样本处理。
2. 利用显微镜观察纤维结构
2
使用显微镜观察样本中不同植物组织的纤维
结构。
3
3. 实施化学反应
进行酸碱处理、还原剂处理等化学反应。
4. 观察纤维变化
4Байду номын сангаас
观察实施化学反应后样本中纤维的变化。
实验结果与分析
1 观察不同植物组织的纤维结构 2 观察纤维在化学反应下的变化
了解不同植物组织纤维的基本性质。
分析纤维在不同化学反应中的化学性质。
实验注意事项
• 操作时注意安全，避免进行有害物质反应。 • 样本处理过程中应保持湿润状态，防止纤维形态变化。 • 实验结束后及时清洗实验仪器。
实验应用
纺织
植物纤维化学实验可用于纺织研究和开发。
造纸
植物纤维化学实验可用于造纸方面的研究和开发。
《植物纤维化学实验》 PPT课件
植物纤维化学实验是掌握植物纤维性质与化学反应的基本实验。通过观察不 同植物组织的纤维结构以及化学反应的变化，深入了解植物纤维的化学性质 和应用价值。
实验介绍
实验目的
通过实验掌握植物纤维的基本 性质和化学反应。
实验仪器
烧杯、试管、显微镜等。
实验材料
木质部、韧皮部等植物组织。
植物纤维化学实验讲义
植物纤维化学实验轻化工程本科实验室目录实验规则 (1)造纸原料和纸浆分析用试样的制备 (2)分析用试样水份的测定 (3)实验一植物纤维原料的生物结构及细胞形态的显微镜观察 (4)实验二植物纤维原料的离析及纤维形态的测定 (7)实验三纸浆纤维类别的鉴定 (10)实验四植物纤维原料苯—醇抽出物含量的测定 (12)实验五硝酸－乙醇纤维素含量的测定 (14)实验六综纤维素含量测定 (16)实验七纸浆α—纤维素的测定 (18)实验八植物纤维原料戊糖含量的测定 (20)实验九植物纤维原料中木素含量的测定 (23)实验十植物纤维原料和纸浆中酸溶木素的含量的测定 (25)实验十化学浆平均聚合度的测定（纸浆的铜乙二胺溶液粘度的测定） (27)实验规则为了搞好实验，学生必须严格做好如下事项：1．实验前，认真预习<制浆造纸分析与检测》课本的有关部分和本讲义的该项实验内容，了解实验目的、原理、所用试剂、仪器装置和操作要点。
并写预习报告后方可进行实验。
2．实验前检验仪器设备是否完备可用，所需试剂是否齐全，要在完全了解仪器、器械的使用方法后方可使用。
3．严格遵守实验操作规程，认真进行实验操作，详细记录实验中所发生的现象和各项实验数据。
4．公用仪器、试剂用完后放回原处，以利他人使用，取用试剂时应看清楚试剂瓶上标签所示试剂名称、规格等是否与所需相符。
5．准时到达实验室，遵守实验室纪律，实验进行时不准在实验室抽烟，高声谈笑，打闹和看小说杂志等。
6．爱护实验仪器设备，节约使用各种化学药剂。
损坏仪器设备应立即报告指导老师。
7．实验过程中使用的废酸、废碱等不要直接倒入水槽，以免腐蚀下水道及污染环境，应倒入污水桶集中处理。
8．实验结束，将所用仪器设备清洗干净，实验台清理整齐，经教师检查后方可离开。
9．认真整理实验记录和数据，按时完成实验报告。
10. 实验报告内容：实验题目、实验目的、实验原理、实验所用仪器和试剂、实验简单操作、实验过程记录、实验结果、实验误差分析、回答思考。
《植物纤维素化学》PPT课件
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26
三、纤维素的热降解
热降解是指纤维素在受热过程中，其结 构、物理和化学性质发生的变化。 包括聚合度和强度的下降、挥发性成分 的逸出、质量的损失以及结晶区的破坏。 严重时还产生纤维素的分解，甚至发生 碳化反应或石墨化反应。
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27
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28
四、纤维素表面电化学性质
纤维素纤维在水中表面带负电荷
2
木材组分化学分析
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3
木材成分分析示意图
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4
纤维素是自然界中最丰富的可再生资源:
木材纤维和非木材纤维（竹类、禾草类） 纤维素+半纤维素+木素（80-95%） 在植物纤维中，纤维素是决定纤维特征， 并使它能应用于造纸的物质。
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5
第一节 纤维素分子结构
1、化学结构
纤 维 素 是 由 β-D- 吡 喃 葡 萄 糖 基 彼 此 以 （1-4）-β-苷键连接而成的线性高分子化 学结构为：
由于纤维素分子链中每个失水葡萄糖单 元上有3个羟基，所以，取代度只能小于 或等于3.
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35
二、纤维素的多相反应与均相反应
1、纤维素多相反应的主要特点 天然纤维素的高结晶性和难溶性，决定 了多数的化学反应都是在多相介质中进 行的。 纤维素分子内和分子间氢键的作用，导 致多相反应只能在纤维素的表面上进行。
意义：纤维素工业带来巨大变革和对纤 维生物质的利用产生重大影响
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21
（1）水体系溶剂：
1）无机酸类 如H2SO4（65%~80%）、HCL （40%~42%）、H2PO4（73%~83%） 和HNO3（84%），这些酸溶解纤维素时， 伴有水解作用，使纤维素发生严重的降 解。
植物纤维原料的化学成分26页PPT
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
《植物纤维》PPT课件
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24
（五）棉纤维的业务检验
1. 业务检验 2. 工商交接时进行的检验，或称商业检验。
检验项目有品级、（手扯）长度、含水、含杂。
（1）品级 细绒棉——1-7级，3级为标准级，1-5级为纺用棉，
7级以下为级外棉。 长绒棉——1-5级 ➢ 品级评定依据： 成熟度、色泽特征、轧工质量 ➢ 评定方法：实物标准结合文字标准（品级条件）
成熟正常
色洁白或 乳白，有 丝光，有 少量淡黄 染
黄根、杂 质很少
成熟好
色洁白或 乳白，丝 光好，微 有淡黄染
索丝、棉 结、杂质 很少
黄根、杂 质少
成熟正常
色洁白或 乳白，有 丝光，稍 有淡黄染
索丝、棉 结、杂质 少
（ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ）（手扯）长度 用手扯法来测定：按照规定的工作法，反复拉
扯棉束，把梳理好的棉纤维放在黑绒板上，用钢板 尺测量。
（2）彩色棉：天然生长的非白色棉花，有称有 色棉。产品不用染色，无污染。
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（二）棉纤维的生长发育与形态特征
1、棉纤维的生长发育
整个棉纤维的形成过程可分为三个时期:伸长期、加 厚期、转曲期。 （1）伸长期：主要增长长度而胞壁极薄，形成有中腔的 细长薄壁管状物。（16-25天）
（2）加厚期：细胞壁由外向里逐日螺旋淀积纤维素，最 后留有中腔，与成熟度有关。（35-55天）
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⑥ 2. 5％跨距长度：数字式照影仪测试时，离纤维 梳子即钳口线3.81mm（0.15in）处纤维相对根数设 为100％时从钳口线到纤维相对根数为2.5％处的距 离。
整齐度=(L50%/L2.5%)×100%
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2. 细度
分直接指标和间接指标。（P25） （1）直接指标：用直径、截面积及宽度等来表 达。
植物纤维化学课件
植物纤维化学课件
汇报人： 202X-12-20
contents
目录
• 植物纤维概述 • 植物纤维的化学成分 • 植物纤维的化学性质 • 植物纤维的化学改性 • 植物纤维的应用前景与挑战
01
植物纤维概述
植物纤维的定义与分类
植物纤维的定义
植物纤维是指由植物细胞壁组成 的一种天然高分子材料，具有纤 维素、半纤维素和木质素等主要 成分。
树脂和单宁
树脂和单宁是植物纤维中 含有的其他成分，它们赋 予了植物纤维特定的气味 和味道。
03
植物纤维的化学性质
酸碱性质
酸性质
植物纤维中的纤维素在酸性条件下可 以水解成葡萄糖，进一步被酸分解成 单糖。
碱性质
在碱性条件下，植物纤维中的纤维素 与碱反应生成羧酸盐，进一步反应生 成醇类物质。
氧化还原性质
可再生资源
植物纤维是可再生资源，与传统的木浆造纸相比，更加环保。
多样性
植物纤维种类繁多，可以根据不同需求选择适合的植物纤维原料 。
功能性
植物纤维可以用于生产功能性纸张，如防水、防油、抗菌等。
植物纤维在生物降解材料领域的应用前景
生物降解性
植物纤维具有生物降解性，可以用于生产可降解的包装材料、餐具 等。
可持续性
植物纤维原料源于自然，生产过程相对简单，符合可持续发展的要 求。
功能性
植物纤维可以用于生产具有特殊功能的生物降解材料，如高强度、耐 高温等。
植物纤维面临的挑战与问题
技术难题
虽然植物纤维具有许多优点，但在实际应用中仍存在一些技术难 题，如纤维提取、加工过程中的技术问题等。
成本问题
目前植物纤维的生产成本相对较高，需要进一步降低成本才能更好 地推广应用。
汇报人： 202X-12-20
contents
目录
• 植物纤维概述 • 植物纤维的化学成分 • 植物纤维的化学性质 • 植物纤维的化学改性 • 植物纤维的应用前景与挑战
01
植物纤维概述
植物纤维的定义与分类
植物纤维的定义
植物纤维是指由植物细胞壁组成 的一种天然高分子材料，具有纤 维素、半纤维素和木质素等主要 成分。
树脂和单宁
树脂和单宁是植物纤维中 含有的其他成分，它们赋 予了植物纤维特定的气味 和味道。
03
植物纤维的化学性质
酸碱性质
酸性质
植物纤维中的纤维素在酸性条件下可 以水解成葡萄糖，进一步被酸分解成 单糖。
碱性质
在碱性条件下，植物纤维中的纤维素 与碱反应生成羧酸盐，进一步反应生 成醇类物质。
氧化还原性质
可再生资源
植物纤维是可再生资源，与传统的木浆造纸相比，更加环保。
多样性
植物纤维种类繁多，可以根据不同需求选择适合的植物纤维原料 。
功能性
植物纤维可以用于生产功能性纸张，如防水、防油、抗菌等。
植物纤维在生物降解材料领域的应用前景
生物降解性
植物纤维具有生物降解性，可以用于生产可降解的包装材料、餐具 等。
可持续性
植物纤维原料源于自然，生产过程相对简单，符合可持续发展的要 求。
功能性
植物纤维可以用于生产具有特殊功能的生物降解材料，如高强度、耐 高温等。
植物纤维面临的挑战与问题
技术难题
虽然植物纤维具有许多优点，但在实际应用中仍存在一些技术难 题，如纤维提取、加工过程中的技术问题等。
成本问题
目前植物纤维的生产成本相对较高，需要进一步降低成本才能更好 地推广应用。
纤维素【2024版】
间的关系式：
M＝162 ×DP或DP＝M/162
➢ 分子量的分散性亦称为分子量的不均一 性，描述纤维原料中不同分子量（聚合 度）的组分在原料中的存在情况。
➢ 分子量的分布范围越小，说明纤维素分 子量越均一。
➢ 植物原料经过化学处理分离出来的纤维素 物料，例如浆粕，其纤维素分子量具有多分 散性，这时，其纤维素分子量以平均分子量 表示。 ➢ 平均分子量又可分为数量平均分子量、质 量平均分子量、粘均分子量等多种形式。 ➢ 不同的统计方法，所得纤维素分子量不一 样。所以，在给出纤维素分子量时，一定要 指明分子量的测定方法。
➢在我国纤维素粘度测定的标准方法中，引用 Martin公式：
sp Cek'c
➢通过Martin公式建立经验数据表，由测定的 ŋr值即可查出[ŋ]C值，已知测定时加入的样 品量，即已知C，可求出[ŋ]值。
➢ 考虑到纤维素大分子在溶液中并非完全线 性，为消除Standinger公式误差，提出Mark 修正公式：
– 纤维素在纺织工业、造纸工业、木材工业等 领域有着多种重要的用途。
– 纤维素是植物纤维原料的主要化学组成之一， 它与半纤维素、木素一起，构成植物体的支 持骨架。
• 纤维原料不同，纤维素含量也不同，如 表所示：
植物种类
棉花 苧麻 竹 木材 树皮 禾秆 苔藓
纤维素含量(%)
95-99 80-90 40-50 40-50 20-30 40-50 25-30
➢ 聚合度与强度之间的关系用图3-3表示。
➢ 木材纤维素大分子链大约有8000-10000 个葡萄糖基组成。
➢纤维素分子量 纤维素大分子分子式可表示为：
C6H11O5—(C6H10O5)n—C6H11O6 ➢聚合度DP＝n+2， ➢故纤维素大分子的相对分子质量：
M＝162 ×DP或DP＝M/162
➢ 分子量的分散性亦称为分子量的不均一 性，描述纤维原料中不同分子量（聚合 度）的组分在原料中的存在情况。
➢ 分子量的分布范围越小，说明纤维素分 子量越均一。
➢ 植物原料经过化学处理分离出来的纤维素 物料，例如浆粕，其纤维素分子量具有多分 散性，这时，其纤维素分子量以平均分子量 表示。 ➢ 平均分子量又可分为数量平均分子量、质 量平均分子量、粘均分子量等多种形式。 ➢ 不同的统计方法，所得纤维素分子量不一 样。所以，在给出纤维素分子量时，一定要 指明分子量的测定方法。
➢在我国纤维素粘度测定的标准方法中，引用 Martin公式：
sp Cek'c
➢通过Martin公式建立经验数据表，由测定的 ŋr值即可查出[ŋ]C值，已知测定时加入的样 品量，即已知C，可求出[ŋ]值。
➢ 考虑到纤维素大分子在溶液中并非完全线 性，为消除Standinger公式误差，提出Mark 修正公式：
– 纤维素在纺织工业、造纸工业、木材工业等 领域有着多种重要的用途。
– 纤维素是植物纤维原料的主要化学组成之一， 它与半纤维素、木素一起，构成植物体的支 持骨架。
• 纤维原料不同，纤维素含量也不同，如 表所示：
植物种类
棉花 苧麻 竹 木材 树皮 禾秆 苔藓
纤维素含量(%)
95-99 80-90 40-50 40-50 20-30 40-50 25-30
➢ 聚合度与强度之间的关系用图3-3表示。
➢ 木材纤维素大分子链大约有8000-10000 个葡萄糖基组成。
➢纤维素分子量 纤维素大分子分子式可表示为：
C6H11O5—(C6H10O5)n—C6H11O6 ➢聚合度DP＝n+2， ➢故纤维素大分子的相对分子质量：
植物纤维ppt实用资料
學生制服及錄音 含水量20%-35%之間，
帶的原料。
://
由丙烯腈聚合 而成的合成纖 維，其性質與 天然羊毛差不 多，又稱合成 羊毛。
天然纖維 (COTTON, RAYON,
WOOL)
人造纖維 (NYLON, POLYESTER,
ACRYLIC)
優 點
1.吸水 2.保暖 3.柔軟舒適
1.易洗 2.快乾 3.免燙 4.種類多樣化
•再生纖維有很好 的吸水性，性質 安定易於染色。 再生纖維有其經 濟與環保的價值
•合成纖維是以石油 分餾後的加工物質 為原料，經由化學 合成的方法加工製 得，例如耐綸（為 聚醯胺類）、達克 綸（為聚酯類）及 奧綸等
耐綸6,6由己二酸和 己二胺聚合而成。 可充當玻璃絲襪及 釣魚線，易清洗不 易變皺。
影片：去除油污妙法 10分33秒
蛋白質組成。 可充當玻璃絲襪及釣魚線，易清洗不易變皺。
動物纖維主要有蠶絲及羊毛等，其主要成分為蛋白質組成。 肥皂是含有多碳數的脂肪酸鈉鹽，通示為RCOO－Na+，其中R為烷基，是由一個碳數由11至17 的長鏈狀碳氫化合物。 且為生物可消化性材 再生纖維有很好的吸水性，性質安定易於染色。 含水量20%-35%之間， 肥皂是含有多碳數的脂肪酸鈉鹽，通示為RCOO－Na+，其中R為烷基，是由一個碳數由11至17 的長鏈狀碳氫化合物。 C、H、O、N、S、P 耐綸6,6由己二酸和己二胺聚合而成。 肥皂是含有多碳數的脂肪酸鈉鹽，通示為RCOO－Na+，其中R為烷基，是由一個碳數由11至17 的長鏈狀碳氫化合物。 且為生物可消化性材 再生纖維有很好的吸水性，性質安定易於染色。 再生纖維有很好的吸水性，性質安定易於染色。
•合成清潔劑是由石油提煉或化學合成的長鏈碳氫 化合物與酸及氫氧化鈉反應後製成
帶的原料。
://
由丙烯腈聚合 而成的合成纖 維，其性質與 天然羊毛差不 多，又稱合成 羊毛。
天然纖維 (COTTON, RAYON,
WOOL)
人造纖維 (NYLON, POLYESTER,
ACRYLIC)
優 點
1.吸水 2.保暖 3.柔軟舒適
1.易洗 2.快乾 3.免燙 4.種類多樣化
•再生纖維有很好 的吸水性，性質 安定易於染色。 再生纖維有其經 濟與環保的價值
•合成纖維是以石油 分餾後的加工物質 為原料，經由化學 合成的方法加工製 得，例如耐綸（為 聚醯胺類）、達克 綸（為聚酯類）及 奧綸等
耐綸6,6由己二酸和 己二胺聚合而成。 可充當玻璃絲襪及 釣魚線，易清洗不 易變皺。
影片：去除油污妙法 10分33秒
蛋白質組成。 可充當玻璃絲襪及釣魚線，易清洗不易變皺。
動物纖維主要有蠶絲及羊毛等，其主要成分為蛋白質組成。 肥皂是含有多碳數的脂肪酸鈉鹽，通示為RCOO－Na+，其中R為烷基，是由一個碳數由11至17 的長鏈狀碳氫化合物。 且為生物可消化性材 再生纖維有很好的吸水性，性質安定易於染色。 含水量20%-35%之間， 肥皂是含有多碳數的脂肪酸鈉鹽，通示為RCOO－Na+，其中R為烷基，是由一個碳數由11至17 的長鏈狀碳氫化合物。 C、H、O、N、S、P 耐綸6,6由己二酸和己二胺聚合而成。 肥皂是含有多碳數的脂肪酸鈉鹽，通示為RCOO－Na+，其中R為烷基，是由一個碳數由11至17 的長鏈狀碳氫化合物。 且為生物可消化性材 再生纖維有很好的吸水性，性質安定易於染色。 再生纖維有很好的吸水性，性質安定易於染色。
•合成清潔劑是由石油提煉或化學合成的長鏈碳氫 化合物與酸及氫氧化鈉反應後製成
《植物纤维化学实验》PPT课件
1/3~ 1/2）； 5、水浴加热6hr（1.0hr）。流第一滴时开始计时，回流
速度：15min回流一次；
14
Tianjin University of Science & Technology
6、到时间，将试样夹出放在表面皿上风干； 7、重新将仪器装好回收苯-醇，蒸发至抽提底瓶中的抽液
约10mL； 8、将底瓶中的抽出物移入已恒重的2#称量瓶中，并用苯-
醇洗底瓶三次； 9、水浴蒸干； 10、将2#称量瓶放入烘箱中干燥； 11、计算。
15
Tianjin University of Science & Technology
注意事项
1）苯醇混合液对身体有害，实验时请保持门窗通风。 2）有机溶剂为易燃药品，抽出物蒸干操作必须在水浴上进 行，切不可明火蒸干，且溶剂基本蒸干后，方可放入烘箱 中干燥。 3）用滤纸包扎的试样包的长度应低于抽提器溢流管高度。
一、测定原理 用紫外分光光度法，用72%硫酸法分离出酸不溶木素
以后得到的滤液，在波长205nm处测量紫外光的吸收值 。
朗伯—比尔定律：AK
其中，A—吸光值 δ—比色皿厚度，cm，一般为1cm ρ—木素浓度，g/100mL K—吸收系数，sity of Science & Technology
二、仪器 紫外分光光度计、石英玻璃吸收池(光距1cm)
三、试剂 ① 滤液 ② 参比液：3%硫酸溶液
四、实验步骤 将试验样品放入吸收池，以3%硫酸溶液作为参比，
用紫外分光光度计于波长205nm测量其吸收值A 。 如果A＞0.7，稀释后测定，保证A在0.2~0.7的范围。
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Tianjin University of Science & Technology
速度：15min回流一次；
14
Tianjin University of Science & Technology
6、到时间，将试样夹出放在表面皿上风干； 7、重新将仪器装好回收苯-醇，蒸发至抽提底瓶中的抽液
约10mL； 8、将底瓶中的抽出物移入已恒重的2#称量瓶中，并用苯-
醇洗底瓶三次； 9、水浴蒸干； 10、将2#称量瓶放入烘箱中干燥； 11、计算。
15
Tianjin University of Science & Technology
注意事项
1）苯醇混合液对身体有害，实验时请保持门窗通风。 2）有机溶剂为易燃药品，抽出物蒸干操作必须在水浴上进 行，切不可明火蒸干，且溶剂基本蒸干后，方可放入烘箱 中干燥。 3）用滤纸包扎的试样包的长度应低于抽提器溢流管高度。
一、测定原理 用紫外分光光度法，用72%硫酸法分离出酸不溶木素
以后得到的滤液，在波长205nm处测量紫外光的吸收值 。
朗伯—比尔定律：AK
其中，A—吸光值 δ—比色皿厚度，cm，一般为1cm ρ—木素浓度，g/100mL K—吸收系数，sity of Science & Technology
二、仪器 紫外分光光度计、石英玻璃吸收池(光距1cm)
三、试剂 ① 滤液 ② 参比液：3%硫酸溶液
四、实验步骤 将试验样品放入吸收池，以3%硫酸溶液作为参比，
用紫外分光光度计于波长205nm测量其吸收值A 。 如果A＞0.7，稀释后测定，保证A在0.2~0.7的范围。
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Tianjin University of Science & Technology
植物纤维化学课件第六节 纤维素溶剂及其溶液
第六节 纤维素溶剂及其溶液
6．1 聚合物的溶解特点 特点：（1）溶解过程一般都比较缓慢；（2）在
溶解之前通常要经过“溶胀”阶段。 两个阶段：先溶胀、后溶解。
溶胀实际上是溶剂分子单方面地和高分子链的链段 混合的过程。这时只有链段运动而没有整个大分子链 的扩散运动。
根据高分子的结构和溶胀的程度可分为无限溶胀和 有限溶胀。
LiCl/DMAc的相互作用
经活化的纤维素，用10％LiCl/DMAc溶液在搅拌下溶 解4－6hr，则可得到浅褐色透明的溶液。溶液的浓度 视聚合度而定。溶液在室温下很稳定，可应用于研制 纤维素薄膜，纤维及均相化学反应中，但由于NaOH和 KOH不溶于LiCl/DMAc体系中，而难以制得醚化反应 所需的碱纤维素（alikali cellulose），因此LiCl/DMAc 体系在制备纤维素醚反应中的优越性不大。
NMMO对纤维素的溶解条纤比 较严格
由图可见，纤维素仅在一
个很小的面积区域内才被溶 解，在这个相对有限的面积 中，纤维素-水的比例有个极 限的变化。含水约2%时，纤 维素溶液28%，在含15％－20 ％水之间，才可得到5％的纤 维素溶液。含一分子水的 NMMO (monohydrate)，其含 水率为13.3％，故可使纤维素 溶 解 ， 若 NMMO 为 二 分 子 水 合物(dihydrate)，则不溶解纤 维素。
横截面的变化：随着NaOH溶液浓度增加，纤维的横截 面形状由扁平逐渐转变为类似椭圆、胞腔扩张的椭圆 形，最后成为无胞腔的圆形，截面积增大一倍左右。
（2）微细结构的变化 天然纤维素的微细结构以缨状原纤结构理论加以解
释，反应试剂与纤维素纤维的相互润胀作用分为原纤 维间的润胀和原纤内的润胀，原纤间发生于所谓非晶 区和微晶区表面，原纤内润胀发生于晶区内部。当碱 溶液浓度较低时，只发生原纤间的润胀，晶区未发生 变化，非晶区分子链分开、侧序下降，毛细孔道和微 孔打开，有利于随后反应试剂的渗透和反应。
6．1 聚合物的溶解特点 特点：（1）溶解过程一般都比较缓慢；（2）在
溶解之前通常要经过“溶胀”阶段。 两个阶段：先溶胀、后溶解。
溶胀实际上是溶剂分子单方面地和高分子链的链段 混合的过程。这时只有链段运动而没有整个大分子链 的扩散运动。
根据高分子的结构和溶胀的程度可分为无限溶胀和 有限溶胀。
LiCl/DMAc的相互作用
经活化的纤维素，用10％LiCl/DMAc溶液在搅拌下溶 解4－6hr，则可得到浅褐色透明的溶液。溶液的浓度 视聚合度而定。溶液在室温下很稳定，可应用于研制 纤维素薄膜，纤维及均相化学反应中，但由于NaOH和 KOH不溶于LiCl/DMAc体系中，而难以制得醚化反应 所需的碱纤维素（alikali cellulose），因此LiCl/DMAc 体系在制备纤维素醚反应中的优越性不大。
NMMO对纤维素的溶解条纤比 较严格
由图可见，纤维素仅在一
个很小的面积区域内才被溶 解，在这个相对有限的面积 中，纤维素-水的比例有个极 限的变化。含水约2%时，纤 维素溶液28%，在含15％－20 ％水之间，才可得到5％的纤 维素溶液。含一分子水的 NMMO (monohydrate)，其含 水率为13.3％，故可使纤维素 溶 解 ， 若 NMMO 为 二 分 子 水 合物(dihydrate)，则不溶解纤 维素。
横截面的变化：随着NaOH溶液浓度增加，纤维的横截 面形状由扁平逐渐转变为类似椭圆、胞腔扩张的椭圆 形，最后成为无胞腔的圆形，截面积增大一倍左右。
（2）微细结构的变化 天然纤维素的微细结构以缨状原纤结构理论加以解
释，反应试剂与纤维素纤维的相互润胀作用分为原纤 维间的润胀和原纤内的润胀，原纤间发生于所谓非晶 区和微晶区表面，原纤内润胀发生于晶区内部。当碱 溶液浓度较低时，只发生原纤间的润胀，晶区未发生 变化，非晶区分子链分开、侧序下降，毛细孔道和微 孔打开，有利于随后反应试剂的渗透和反应。
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第六节ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ纤维素溶剂及其溶液
6．1 聚合物的溶解特点 特点：（1）溶解过程一般都比较缓慢；（2）在
溶解之前通常要经过“溶胀”阶段。 两个阶段：先溶胀、后溶解。
溶胀实际上是溶剂分子单方面地和高分子链的链段 混合的过程。这时只有链段运动而没有整个大分子链 的扩散运动。
根据高分子的结构和溶胀的程度可分为无限溶胀和 有限溶胀。
NMMO对纤维素的溶解条纤比 较严格
由图可见，纤维素仅在一
个很小的面积区域内才被溶 解，在这个相对有限的面积 中，纤维素-水的比例有个极 限的变化。含水约2%时，纤 维素溶液28%，在含15％－20 ％水之间，才可得到5％的纤 维素溶液。含一分子水的 NMMO (monohydrate)，其含 水率为13.3％，故可使纤维素 溶 解 ， 若 NMMO 为 二 分 子 水 合物(dihydrate)，则不溶解纤 维素。
LiCl/DMAc 溶 解 纤 维 素 的 方 法 是，先需将纤维素活化，不经
过活化的纤维素是不被溶解的。 活化的方法有：
（1）水活化－DMAc交换； （2）蒸气活化－DMAc交换； （3）水活化－蒸馏至水含量 少于2％；
CH3
（4）热DMAC活化－加LiCl前 冷却；
图2-9纤维素与
（5）液氨活化－DMAc排代。
CH2O(CH2O)nH
O
H
H
O
OH
HH
DP-2
H
OHCHOH
2
2
（2-1）
该反应在C6、C2、C3、三个羟基上都可发生反应，当多聚甲 醛用量少时，C2、C3位上的反应减少，主要优先发生在C6上。 取代基不是以单羟甲基的形式取代，而是以形成低聚氧亚甲基 形式取代，即形成R-O-(CH2O)nH侧链，链长度与溶解条件有关， 随着溶解时间和温度的增加，侧链变短 取M代S 度降低。
目前，世界上开发和研究Lyocell纤维工艺的公司主要 有英国的Courtaulds公司，奥地利的Lenzing公司，德国的 AKZO－Nobel公司和德国的Thuringen纺织及塑料研究所等 国际大公司。但形成工业化和商业化的只有Courtaulds和 Lenzing公司。
纤维素－NMMO的纺丝过程示意图
纤维素/PF/DMSO体系不是“真溶液”，如前所述纤维素在该 溶液体系中生成羟甲基纤维素而溶于DMSO中。
关于纤维素在非水溶剂体系中的溶解机理，不能简单 用所谓润胀理论解释，Nakao提出在溶剂体系中形成电子 给予体－接受体（EDA）配合物假定，主要的原理有：
1．纤维素OH基的氧原子与氢原子参与EDA的相互 作用，O-原子起π电子对给予体的作用，而H原子作为 δ电子对接受体。
图2-11 MNNO和水的组 成与溶解关系图
以下二种方法可制备纤维素NMMO溶液： 1、先在室温下将无水NMMO与纤维素混匀，放在一个装
有搅拌器的密封反应器内，然后加入需要的水量，将反应 器密闭好，在油浴中加热，同时搅拌，温度保持在130℃。
2、以含一分子水NMMO水合物，同1在密闭反应器中加 热和搅拌，温度保持在130℃，NMMO／H2O体系越来越受 人关注的是纤维素本身在其中可形成胆甾型液晶，这就为 开发高强高模纤维素纤维，高性能纤维素液晶分高膜及特 殊光学材料提供了实验基础。另外，在溶剂纺纤维素纤维 （即Lyocell纤维）的开发中NMMO也倍受关注。
PF/DMSO是纤维素的一种良好无降解溶剂。实验证 实其溶解机理为甲醛与纤维素作用生成羟甲基纤维素 而溶于DMSO中，反应式（2-1）如下：
H
OH
CH2OH
O
OH H H H H
O H
O
HH
H O
O OH H H
DP-2
CH2OH
H
OH
2
CH2O DMSO
O H
H
OH
OH H
HH
H
H
O
O
CH2OCH2OH
影响因素： 溶解度与高聚物的分子量有关，分子量大的溶解度 小； 对交联高聚物来说，溶胀度与交联度有关，交联度 小的溶胀度大。
结晶高聚物中结晶部分的溶解要经过两个过程。首 先是晶相的破坏，需要吸热；然后是被破坏了晶格的 聚合物与溶剂的混合。结晶高聚物的溶解度不但与分 子量有关，还与结晶有关，结晶度高的溶解度小。
三元体系有SO2/胺/极性有机液（DMSO，DMF）， SOCl2/胺/DMSO，DMF，SO2Cl2/胺/DMSO，DMF。
LiCl/DMAc体系被认为是纤维素的“真溶剂”（true
solvent），其溶解机理是基于纤维素与DMAc的相互作
用-
cell O- H
Cl
Li
O-- N C
CH3 CH3
2．溶剂体系中的活性剂存在一个给予体和一个接受 体中心，两个中心在空间的地位适合与OH基的O原子 相互作用。
LiCl/DMAc的相互作用
经活化的纤维素，用10％LiCl/DMAc溶液在搅拌下溶 解4－6hr，则可得到浅褐色透明的溶液。溶液的浓度 视聚合度而定。溶液在室温下很稳定，可应用于研制 纤维素薄膜，纤维及均相化学反应中，但由于NaOH和 KOH不溶于LiCl/DMAc体系中，而难以制得醚化反应 所需的碱纤维素（alikali cellulose），因此LiCl/DMAc 体系在制备纤维素醚反应中的优越性不大。
二、非水体系的溶剂 非水溶剂是指以有机溶剂为基础的不含水或少含水的溶
剂。 一 元 体 系 有 三 氟 醋 酸 ， CF3COOH ， 乙 基 吡 啶 化 氯
C2H5C5H5NCl，无水胺氧化物NMMO和DMCAO等。 二元体系有N2O4／极性有机液（DMSO，DMF，DMAC
），NOCl／极性有机液，NOHSO4／极性有机液，三氯乙 醛 ／ 极 性 有 机 液 ， CH3NH2 ／ DMSO ， LiCl/DMAC 和 PF/DMSO等。
配合物：铜氨溶剂、铜乙二胺溶剂、钴乙二胺溶剂等. 铜乙二胺溶剂（简写为Cuen）它是将Cu(OH)2溶于等当量 的高浓度的乙二胺水溶液中制备而得，反应式如下：
Cu(OH)2+2NH2-CH2-CH2NH2
NH2
NH2
2+
CH2 Cu
CH2
CH2 (OH)2
CH2
NH2
NH2
Cuen对纤维素的溶解能力，与铜对乙二胺的摩尔比 有关，二者摩尔比为2:1-3:1范围内，具有溶解能力， 但铜浓度必须有0.5mol/L以上。该溶液对空气氧化的稳 定性高于纤维素的铜氨溶液。
6．1 聚合物的溶解特点 特点：（1）溶解过程一般都比较缓慢；（2）在
溶解之前通常要经过“溶胀”阶段。 两个阶段：先溶胀、后溶解。
溶胀实际上是溶剂分子单方面地和高分子链的链段 混合的过程。这时只有链段运动而没有整个大分子链 的扩散运动。
根据高分子的结构和溶胀的程度可分为无限溶胀和 有限溶胀。
NMMO对纤维素的溶解条纤比 较严格
由图可见，纤维素仅在一
个很小的面积区域内才被溶 解，在这个相对有限的面积 中，纤维素-水的比例有个极 限的变化。含水约2%时，纤 维素溶液28%，在含15％－20 ％水之间，才可得到5％的纤 维素溶液。含一分子水的 NMMO (monohydrate)，其含 水率为13.3％，故可使纤维素 溶 解 ， 若 NMMO 为 二 分 子 水 合物(dihydrate)，则不溶解纤 维素。
LiCl/DMAc 溶 解 纤 维 素 的 方 法 是，先需将纤维素活化，不经
过活化的纤维素是不被溶解的。 活化的方法有：
（1）水活化－DMAc交换； （2）蒸气活化－DMAc交换； （3）水活化－蒸馏至水含量 少于2％；
CH3
（4）热DMAC活化－加LiCl前 冷却；
图2-9纤维素与
（5）液氨活化－DMAc排代。
CH2O(CH2O)nH
O
H
H
O
OH
HH
DP-2
H
OHCHOH
2
2
（2-1）
该反应在C6、C2、C3、三个羟基上都可发生反应，当多聚甲 醛用量少时，C2、C3位上的反应减少，主要优先发生在C6上。 取代基不是以单羟甲基的形式取代，而是以形成低聚氧亚甲基 形式取代，即形成R-O-(CH2O)nH侧链，链长度与溶解条件有关， 随着溶解时间和温度的增加，侧链变短 取M代S 度降低。
目前，世界上开发和研究Lyocell纤维工艺的公司主要 有英国的Courtaulds公司，奥地利的Lenzing公司，德国的 AKZO－Nobel公司和德国的Thuringen纺织及塑料研究所等 国际大公司。但形成工业化和商业化的只有Courtaulds和 Lenzing公司。
纤维素－NMMO的纺丝过程示意图
纤维素/PF/DMSO体系不是“真溶液”，如前所述纤维素在该 溶液体系中生成羟甲基纤维素而溶于DMSO中。
关于纤维素在非水溶剂体系中的溶解机理，不能简单 用所谓润胀理论解释，Nakao提出在溶剂体系中形成电子 给予体－接受体（EDA）配合物假定，主要的原理有：
1．纤维素OH基的氧原子与氢原子参与EDA的相互 作用，O-原子起π电子对给予体的作用，而H原子作为 δ电子对接受体。
图2-11 MNNO和水的组 成与溶解关系图
以下二种方法可制备纤维素NMMO溶液： 1、先在室温下将无水NMMO与纤维素混匀，放在一个装
有搅拌器的密封反应器内，然后加入需要的水量，将反应 器密闭好，在油浴中加热，同时搅拌，温度保持在130℃。
2、以含一分子水NMMO水合物，同1在密闭反应器中加 热和搅拌，温度保持在130℃，NMMO／H2O体系越来越受 人关注的是纤维素本身在其中可形成胆甾型液晶，这就为 开发高强高模纤维素纤维，高性能纤维素液晶分高膜及特 殊光学材料提供了实验基础。另外，在溶剂纺纤维素纤维 （即Lyocell纤维）的开发中NMMO也倍受关注。
PF/DMSO是纤维素的一种良好无降解溶剂。实验证 实其溶解机理为甲醛与纤维素作用生成羟甲基纤维素 而溶于DMSO中，反应式（2-1）如下：
H
OH
CH2OH
O
OH H H H H
O H
O
HH
H O
O OH H H
DP-2
CH2OH
H
OH
2
CH2O DMSO
O H
H
OH
OH H
HH
H
H
O
O
CH2OCH2OH
影响因素： 溶解度与高聚物的分子量有关，分子量大的溶解度 小； 对交联高聚物来说，溶胀度与交联度有关，交联度 小的溶胀度大。
结晶高聚物中结晶部分的溶解要经过两个过程。首 先是晶相的破坏，需要吸热；然后是被破坏了晶格的 聚合物与溶剂的混合。结晶高聚物的溶解度不但与分 子量有关，还与结晶有关，结晶度高的溶解度小。
三元体系有SO2/胺/极性有机液（DMSO，DMF）， SOCl2/胺/DMSO，DMF，SO2Cl2/胺/DMSO，DMF。
LiCl/DMAc体系被认为是纤维素的“真溶剂”（true
solvent），其溶解机理是基于纤维素与DMAc的相互作
用-
cell O- H
Cl
Li
O-- N C
CH3 CH3
2．溶剂体系中的活性剂存在一个给予体和一个接受 体中心，两个中心在空间的地位适合与OH基的O原子 相互作用。
LiCl/DMAc的相互作用
经活化的纤维素，用10％LiCl/DMAc溶液在搅拌下溶 解4－6hr，则可得到浅褐色透明的溶液。溶液的浓度 视聚合度而定。溶液在室温下很稳定，可应用于研制 纤维素薄膜，纤维及均相化学反应中，但由于NaOH和 KOH不溶于LiCl/DMAc体系中，而难以制得醚化反应 所需的碱纤维素（alikali cellulose），因此LiCl/DMAc 体系在制备纤维素醚反应中的优越性不大。
二、非水体系的溶剂 非水溶剂是指以有机溶剂为基础的不含水或少含水的溶
剂。 一 元 体 系 有 三 氟 醋 酸 ， CF3COOH ， 乙 基 吡 啶 化 氯
C2H5C5H5NCl，无水胺氧化物NMMO和DMCAO等。 二元体系有N2O4／极性有机液（DMSO，DMF，DMAC
），NOCl／极性有机液，NOHSO4／极性有机液，三氯乙 醛 ／ 极 性 有 机 液 ， CH3NH2 ／ DMSO ， LiCl/DMAC 和 PF/DMSO等。
配合物：铜氨溶剂、铜乙二胺溶剂、钴乙二胺溶剂等. 铜乙二胺溶剂（简写为Cuen）它是将Cu(OH)2溶于等当量 的高浓度的乙二胺水溶液中制备而得，反应式如下：
Cu(OH)2+2NH2-CH2-CH2NH2
NH2
NH2
2+
CH2 Cu
CH2
CH2 (OH)2
CH2
NH2
NH2
Cuen对纤维素的溶解能力，与铜对乙二胺的摩尔比 有关，二者摩尔比为2:1-3:1范围内，具有溶解能力， 但铜浓度必须有0.5mol/L以上。该溶液对空气氧化的稳 定性高于纤维素的铜氨溶液。