木材纤维原料的生物结构及细胞形态
木材的微观结构
耐腐蚀性
木材对某些化学物质敏感，容易受到腐蚀和变色。
生物分解性
01
02
03
微生物分解
木材可以被微生物分解， 如霉菌、细菌等。
昆虫破坏
木材易受昆虫如白蚁、木 蠹等的破坏。
自然分解
在自然环境中，木材经过 长时间会逐渐分解成土壤 的有机成分。
05 木材的加工和应用
锯割
锯割是木材加工中的基本技术，通过 锯割可以将大块的木材切割成所需的 尺寸和形状。
化学成分
纤维素
木材的主要成分，提供强度和韧性。
木质素
增强纤维之间的连接，赋予木材硬度。
半纤维素
填充在纤维素和木质素之间的物质，增加木 材的物理性能。
抽提物
少量存在于木材中的有机物质，如树脂、树 胶等。
04
03
02
01
化学性质
可燃性
木材易燃，燃烧时释放大量热量。
吸湿性
木材能吸收和释放水分，影响其尺寸和形状稳 定性。
木射线在木材中的分布密度和排列方式也因树种而异，对木材的声学性能和加工性 能等方面有一定影响。
木材的纹理和颜色
02
纹理
01
纹理类型
木材的纹理可分为直纹、斜纹和乱纹三种类型。直纹纹 理清晰、质地均匀，斜纹纹理则呈现出一定的角度，乱 纹纹理则较为复杂，无规律可循。
02
纹理密度
纹理密度越高，木材的质地越细密，反之则较为疏松。 纹理密度对木材的硬度和耐磨性有一定影响。
染色处理
为了满足不同的装饰需求，人们常常会对木材进行染色处理。染色处理 的木材颜色鲜艳、均匀，但长时间使用或暴露在阳光下容易褪色。
03
颜色与木材质量的关系
一般来说，颜色越鲜艳、均匀的木材，其质量越好。这是因为木材的颜
4木材细胞壁结构
单纹孔
具缘纹孔
针叶材管胞上的具缘纹孔： 针叶材管胞上的具缘纹孔：
纹孔塞(torus) 纹孔塞(torus)：纹孔膜中央的加厚 (torus) 部分。 塞缘(margo) (margo)：纹孔塞的外围部分。 塞缘(margo) 纹孔环(pit annulus)：胞间质沿纹 纹孔环(pit annulus) 孔边界的加厚部分。 纹孔缘(pit border)：纹孔的开口周 纹孔缘(pit border) 围形成的拱形突起。 纹孔腔(pit civity)：由纹孔膜到细 纹孔腔(pit civity) 胞腔的全部空隙。 纹孔室(pit chamber)：纹孔膜与拱 纹孔室(pit chamber) 形环绕纹孔缘之间的空隙部分。 纹孔口(aperture) (aperture)：纹孔室通向细胞 纹孔口(aperture) 腔的开口。
纹孔膜：分隔相邻细胞壁上纹孔的隔膜，实际上是两个相邻细胞的初 纹孔膜 生壁和胞间层组成的复合胞间层； 纹孔环： 纹孔环 在纹孔膜周围的加厚部分； 纹孔缘：在纹孔膜上方，纹孔的开口周围形成的拱形突起称纹孔缘； 纹孔缘 纹孔腔： 纹孔腔：由纹孔膜到细胞腔的全部空隙，称纹孔腔； 纹孔室：由纹孔膜与拱形环绕纹孔缘之间的空隙部分称纹孔室； 纹孔室 纹孔道：由纹孔腔通向纹孔室的通道； 纹孔道 纹孔口：纹口室通向细胞腔的开口，称纹孔口。 纹孔口 纹孔口： 纹孔内口 纹孔口 纹孔外口， 纹孔内口：由纹孔道通向细胞腔的开口。 纹孔内口 纹孔外口：由纹孔道通向纹孔室的开口称为。 纹孔外口
纹孔的类型： 纹孔的类型：
单纹孔(simple pit)：不具拱形的纹孔缘，孔腔直径大致相等 单纹孔 的纹孔。由纹孔膜和纹孔腔组成。 纹孔膜(pit embrane):相邻两细胞的胞间层和初生壁。 纹孔腔(pit civity) ：次生壁上未加厚的部分。 具缘纹孔(bordered pit) ：次生壁在纹孔膜上方成拱形纹孔 具缘纹孔 缘的纹孔。 具缘纹孔为针叶材的管胞和阔叶材的除薄壁细胞之外 的细胞所有。
木材学(6.4.2)--木材化学
第六章 木材化学木材的主要化学成分：木材主要化学成分是构成木材细胞壁和胞间层的物质，由纤维素、半纤维素和木质素三种高分子化合物组成，一般占木材总量的90%以上。
纤维素：纤维素是由环式吡喃型D—葡萄糖基在1,4位置通过β—苷键联结而成的一种链状高分子化合物。
木材的抽提物：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。
纤维素：不溶于水的均一聚糖。
它是由D-葡萄糖基构成的直链状高分子化合物。
以微纤维的形态存在于木材细胞壁中，有较高的结晶度，使其具有较高的强度，因此被称为细胞壁的骨架结构半纤维素：除纤维素和果 胶以外的植物细胞壁聚糖，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，大多数有支链。
半纤维素是无定形物质，分布在微纤维之中，称为填充物质。
木质素：一种天然的高分子聚合物，由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳碳—键连接而成、具有三维结构的芳香族高分子化合物。
木质素是无定形物质，包围在微纤维之间，是纤维与纤维之间形成胞间层的主要物质，称为结壳物质。
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木质素的分离方法：将植物中木质素以外的成分溶解除去，而木质素作为不溶性成分被过滤分离出来；将木质素作为可溶性成分溶解，纤维素等其他成分不溶解进行分离。
木质素的结构单元：苯丙烷作为木质素的主体结构单元，共有三种基本结构，即愈疮木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构。
木质素的官能团：甲氧基；羟基；羰基；羧基。
纤维素的化学结构：纤维素是由环式吡喃型D-葡萄糖基在1,4位置通过β-苷键联结而成的链状高分子化合物。
纤维素的物理结构：纤维素大分子链之间的结合：包括分子间力（范德瓦耳斯力）和氢键力两种结合形式。
吸湿机理：纤维素在无定形区(非结晶区)分子链的游离态羟基为极性基团，易于吸附极性水分子，与其形成氢键结合，这是纤维素具有吸湿性的内在原因。
木材学（5.6.5）--木材显微构造
木材学（5.6.5）--木材显微构造第1章木材显微构造本章重点介绍了针叶树材于阔叶树才的显微构造，并比较针、阔叶材组织构造的差异。
同时简要讲解了木材组织与构造的变异情况。
用显微镜观察到的木材构造，称为木材纤维构造。
1.1针叶树材的显微构造1.1.1轴向管胞广义轴向管胞是针叶树材中沿树干主轴方向排列的狭长状厚壁细胞。
它包括狭义轴向管胞（简称管胞）、树脂管胞和索状管胞三类。
1.1.1.1管胞的特征及变异特征：管胞在横切面上沿径向排列，相邻两列管胞位置前后略交错，早材呈多角形，常为六角形，晚材呈四边形。
早材管胞，两端呈钝阔形，细胞腔大壁薄，横断面呈四边形或多边形；晚材管胞，两端呈尖削形，细胞腔小壁厚，横断面呈扁平状。
管胞的变异：管胞长度的变异幅度很大，因树种、树龄、生长环境和树木的部位而异。
但这些变异也有一定规律，在不同树高部位内的变异，由树基向上，管胞长度逐渐增长，至一定树高便达最大值，然后又减少。
1.1.1.2管胞壁上的特征a.纹孔：对于针叶树材，轴向管胞之间的纹孔，以及轴向管胞与射线薄壁细胞之间的纹孔对木材鉴别有重大意义。
b.螺纹加厚：螺纹的倾斜度随树种和细胞壁的厚度而变异。
一般胞腔狭窄而壁厚则螺纹倾斜角度大，反之，螺纹比较平缓。
1.1.2木射线针叶树材的木射线全部由横卧细胞组成。
木射线由形成层射线原始细胞所形成，通常是由在径向伸展的带状细胞群组成的带状组织。
1.1.2.1木射线的组成a.射线管胞：是木射线中与木纹成垂直方向排列的横向管胞。
b.射线薄壁细胞：是组成木射线的主体，为横向生长的薄壁细胞。
1.1.2.2交叉场纹孔定义：在径切面由射线薄壁细胞和早材轴向管胞相交叉区域的纹孔式称交叉场纹孔，它是针叶树材识别最重要的特征。
交叉场纹孔可分5种类型：窗格状、松木型、云杉型、杉木型和柏木型。
1.1.3轴向薄壁组织轴向薄壁组织是由许多轴向薄壁细胞聚集而成的。
组成轴向薄壁组织的薄壁细胞是由纺锤形原始细胞分生而来，由长方形或方形较短的和具单纹孔的细胞串连又称轴向薄壁组织，在横端面仅见单个细胞，有时也称为轴向薄壁细胞。
第二部分-1 植物纤维化学部分-成分
树 脂
“树脂障碍”：
酸法制浆时，抽出物被加热软化成油状物，漂 浮在浆水体系中，容易在制浆造纸的过程中，粘 附到浆池壁、管道内壁、流浆箱、毛毯、烘缸、 铜网、纸张上，给生产过程及纸浆质量带来一系 列不良的影响，称为“树脂障碍”。
松木含有大量的树脂
树脂沉积在烘干表面
生 产 过 程 的 树 脂 障 碍
有机溶剂抽出物的影响
其含量高时，既赋予原料特有的颜色、特 殊用途及经济价值； 制浆生产及工艺操作； 废液回收； 纸浆漂白及白度稳定性。
思考题
1、造纸植物纤维原料分为几类？列举出代表性植物。
2、植物纤维原料中的有机溶剂抽出物对制浆造纸有何 影响？ 3、造纸原料中的灰分对制浆造纸生产有何影响？ 4、纤维素、半纤维素、木素与制浆造纸的关系如何？ 5、什么是“树脂障碍”？ 6、“硅干扰”形成的原因是什么？
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）：
模型化合物 Ⅰ
模型化合物Ⅱ
模型化合物Ⅲ
G
S
H
木素是填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。
木材的纤维和纹理分析
5
木材纤维与纹理分 析的意义
提高木材利用率
了解木材纤维和纹 理，有助于提高木 材加工效率
合理利用木材纤维 和纹理，可以减少 浪费，提高木材利 用率
通过分析木材纤维 和纹理，可以优化 木材加工工艺，提 高木材质量
研究木材纤维和纹 理，有助于开发新 型木材加工技术， 提高木材利用率
优化木材产品设计
木材的纤维和纹理分析
,
汇报人：
目录
01 木 材 的 纤 维 结 构
02 木 材 的 纹 理 特 征
03 木 材 纤 维 与 纹 理 的
应用
05 木 材 纤 维 与 纹 理 分
析的意义
04 木 材 纤 维 与 纹 理 分 析方法
1
木材的纤维结构
纤维组成
纤维类型：纤维素、 半纤维素、木质素
纤维长度：决定木 材强度和硬度
促进木材工业可持续发展
木材纤维与纹理分析有助于 提高木材产品质量
木材纤维与纹理分析有助于 降低木材生产成本
木材纤维与纹理分析有助于 优化木材加工工艺
木材纤维与纹理分析有助于 保护环境，减少木材浪费
木材纤维与纹理分析有助于 提高木材利用率
木材纤维与纹理分析有助于 推动木材工业技术创新和发
展
增强木材产品的市场竞争力
木材纤维与纹理的检测方法：显微 镜观察、扫描电子显微镜、X射线 衍射等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
木材纹理的分类和特点：影响木材 的加工性能和装饰效果
木材纤维与纹理在木材改良中的应 用：通过改变纤维和纹理来提高木 材的性能和价值
4
木材纤维与纹理分 析方法
显微镜观察法
显微镜的使用方 法
木材学(4.4.2)--木材细胞
第四章 木材细胞平周分裂:在弦向纵面，原细胞一分为二，所形成的两个子细胞和原细胞等长，其中的一个仍留在形成层内生长成纺锤形原始细胞，另一个向外则生成为韧皮部细胞，向内则生成为木质部细胞。
平周分裂使树干的直径增加；垂周分裂:在径向两侧产生新的形成层原始细胞，以适应树干直径加大中形成层周长增加的需要。
木材细胞的形成：显微水平上，细胞是构成木材的基本形态单位。
木材细胞的生长发育经历分生、扩大和胞壁加厚等阶段达到成熟，此过程在几周内完成。
树木中木质部大部分是由直径生长形成，是形成层原始细胞分生的结果。
木材细胞壁的超微构造：纤维素为骨架物质，半纤维素为基体物质，木素为结壳物质(硬固物质)。
基本纤丝：一些长短不等的链状纤维素分子（约40根左右）有规则地聚集在一起称为基本纤丝。
微纤丝：由基本纤丝（2-4个）组成一种丝状的微团系统，是木材细胞壁的基本构成单位。
微纤丝间存在约10nm的空隙，木素及半纤维素等物质聚集于此空隙中。
纤丝：由微纤丝集合而成。
微纤丝角：细胞壁中微纤丝排列方向与细胞轴所成的角度。
结晶区：在微纤丝内，纤维素分子链基本平行排列的部分，称为结晶区。
无定形区(非结晶区)：微纤丝内结晶区以外的部分。
结晶度: 结晶区的比例（百分数）。
非叠生形成层:多数树种的形成层原始细胞排列不整齐，上下相互交错，不在同一水平面上。
叠生形成层:有些阔叶树种形成层原始细胞排列整齐，从垂直于形成层的方向观察，呈明显的层次。
木材细胞壁的壁层结构：由于化学组成和微纤丝排列方向不同，木材细胞壁在结构上分出层次，在光学显微镜下，通常可将细胞壁分为初生壁（P）、次生壁（S）、以及两细胞间存在的胞间层（ML）。
胞间层：是细胞分裂以后，最早形成的分隔部分，后来就在此层的两侧沉积形成初生壁。
主要由一种无定形、胶体状的果胶物质所组成，在偏光显微镜下呈各向同性。
复合胞间层：通常将相邻细胞间的胞间层和其两侧的初生壁合在一起。
初生壁：是细胞分裂后，在胞间层两侧最早沉积、并随细胞继续增大时所形成的壁层。
第一章植物纤维原料的化学成分及生物结构
• 但（木材）经过蒸煮与漂白制成的化学浆，其纤维素的 聚合度只有1000~1300左右。
Chapter 1 The Composition and Structure of Wood
松柏纲
松、杉、柏及南洋杉科
Chapter 1 The Composition and Structure of Wood
9
Tianjin University of Science & Technology
双子叶植物纲 被子植物门
单子叶植物纲
双子叶植物纲 单子叶植物纲
阔叶材 禾本科
Chapter 1 The Composition and Structure of Wood
28
Tianjin University of Science & Technology
Stereochemical Structure
Chapter 1 The Composition and Structure of Wood
29
Tianjin University of Science & Technology
三名法：属名+种加词+亚种或变种加词+命名人名缩写
如：大叶相思：Acacia auriculiformis A.cunn.ex.Benth
Chapter 1 The Composition and Structure of Wood
13
Tianjin University of Science & Technology
第一章植物纤维原料的化学成分及生物结构
第一章 植物纤维原料的化学成分及生物结构
第一章植物纤维原料的化学成分及生物结构第一节植物界的基本类群授课学时：2 学时授课类别：理论课●教学目的及要求让学生了解制浆造纸专业要学习的课程；了解制浆造纸的过程、制浆造纸业在我国经济中的地位以及世界制浆造纸业的发展状况；了解植物的分类，植物的拉丁学名、组成及含义。
要求学生掌握的内容有：现代植物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。
●教学内容提要一、绪论部分1、造纸史话2、现代造纸3、造纸的发展趋势4、我国的造纸原料方针二、造纸纤维原料种类1、植物纤维原料2、非植物纤维原料三、植物纤维原料的分类1、木材纤维原料2、非木材纤维原料3、半木材纤维原料●教学重点、难点及处理办法教学重点、难点：1、制浆造纸在国民经济中的地位2、制浆造纸的过程3、造纸纤维原料种类4、植物纤维原料的分类处理办法：对于本次课涉及到的重点和难点均采用多媒体辅助教学和举例子的方法，使学生掌握这两个知识要点。
●教学组织与设计1、教学过程的组织本次课，重在让学生掌握制浆造纸用的植物纤维原料、制浆造纸的过程，了解植物纤维化学这门课程与制浆造纸的关系，所以在讲这节课时，要先讲制浆造纸的发展历程，现代造纸的过程，国内外发展概况，制浆造纸业在国民经济发展中的地位、意义，纸的功能；再讲植物纤维化学这门课与制浆造纸的关系，让同学们知道这门课的重要性；最后讲第一章第一节的内容造纸用纤维原料以及造纸用植物纤维原料的种类等等。
本门课程采用多媒体教学，在举例子或讲授制浆造纸过程等知识的时候，多给学生展示相关的图片，可以加深学生对知识的理解。
2、讨论、练习、作业的布置与安排讨论：问题1：你们知道纸用什么造出来的吗？问题2：你们知道纸是怎么样造出来的吗？问题3：你知道我们平时生活中用到的纸有哪些种类吗？3、教学手段采用多媒体教学。
●参考资料1、谢来苏,詹怀宇.制浆原理与工程，中国轻工业出版社.2、卢谦和，造纸原理与工程，中国轻工业出版社.3、邬义明，植物纤维化学，中国轻工业出版社.●教学实施小结第一章植物纤维原料的化学成分及生物结构第二节植物纤维原料的化学成分授课学时：2 学时授课类别：理论●教学目的及要求本次教学的目的是让学生掌握制浆造纸用纤维原料的化学成分，其中包括主要成分、次要成分以及与制浆造纸的关系。
制浆造纸工艺过程
（二）磨木原理
电能 → 机械能 → 热能
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纤维的剥离过程
2．RMP (Refiner Mehanical Pulp) 盘磨机械浆 得率：90~ 95%
基本流程： 木片洗涤器 脱水机 盘磨机 （二段盘磨机） 筛选
RMP的特点： （1）原料成本较SGW低，可利用磨木机不能用的木材边角料； （2）设备占地面积小，生产能力较大； （3）强度较SGW好，但能耗较SGW高（高50%~100%），
• 废纸脱墨：印刷过废纸→除油墨→白纸浆， 使用价值↑
• 脱墨浆
制浆原理与工程
Lamort 对流式浮选机结构图和示意图
制浆原理与工程
Beloit 压力浮选机
分为曝气区 将空气泵入浆料中 混合区 一系列扩张区和收缩区
使空气泡与油墨粒子碰撞频率↑，强度↑ 分离区 油墨和气泡混合物与浆分离 浆浓 0.8-1.0%
原料采贮
备料
磨浆
浸渍（蒸煮） 和磨浆
筛选 净化
贮浆备用 漂白
二 次 纤 维
碎浆
蒸煮
洗涤
废液回收
抄浆出售
不脱墨 脱墨
筛选净化 筛选净化
制浆原理与工程
漂白
BDIP
废纸的离解与废纸浆的净化与浓缩
一、 废纸的离解
（一）废纸的碎解 1. 目的：使原先交织成纸页的纤维最大限度
地离解成单根纤维而又最大限度地保持纤 维的原有形态和强度。
机械法制浆
• 磨石磨木浆（SGW）－磨石 • 盘磨机械浆 （RMP）－盘磨 • 定义：利用机械力量，将原料撕磨成浆的过程 。 • 特点：多以木材为原料。
机械浆的特点
• 优点：得率高、成本低、污染轻。成纸吸 墨性好，不透明度高，“质地”松柔，适 印性好。
木质材料学5
4.1.5 针叶树材显微结构概览图示
针 叶 树 材 显 微 结 构 分 子
管 胞 管 胞 一 部 分 放 大 索 状 管 胞
轴 向 薄 壁 细 胞 管 胞
交叉场
射线薄壁细胞
射线管胞 早、晚材 管胞
木 材 学
针叶树材显微结构三切面
横切面
管胞是主要构成细胞，呈
径切面
弦切面
径向排列，有轴向树脂道， 年轮交界处明显
木 材 学
3 木射线种类
以木射线的宽度分： 单列木射线：宽度仅一个细胞， 如杨、柳等少数树种存在。 多列木射线：射线宽度为2列以 上的细胞，几乎存在于阔叶树材 的绝大部分树种。 聚合木射线：许多单独的木射线 聚集在一起，由其它轴向分子所 分隔。如悬铃木、桤木。 栎式射线：由单列木射线和极宽 木射线组成。如栎木、米槠等。
昆兰树的单列及多列木射线 悬铃木的聚合木射线
木 材 学
4 木射线中的细胞组成及木射线类型
射线中的细胞类型：横卧细胞、直立细胞、方形细胞 根据组成射线的细胞不同对木射线进行的分类： 同型木射线：全部由横卧射线薄壁细胞组成的射线。 同型单列
同型木射线 同型多列
异型木射线：由横卧和直立或方形射线薄壁细胞组成的射线。
射线细胞弦面壁 树脂 纹孔膜 树脂
树脂管胞
木 材 学
4.1.2 木射线
（一）木射线的细胞组成
针叶树材木射线中包含三种类型的细胞：
• 分泌细胞：分布于木射线中横向树脂道的周围。 • 射线管胞：松科树种的特征，分布于木射线的上、下边缘。 硬松射线管胞的内壁有锯齿状加厚，软松射线管胞内壁平滑。 • 射线薄壁细胞：径切面上呈长方形，分布于木射线中间区域。 胞腔内常含有深色的树脂，比周围颜色深。
植物纤维化学第一章思考题作业
1.如何将造纸纤维原料进行分类？木材纤维原料: 1 针叶材，叶子多呈针状，材质比较松软，如马尾松、落叶松、云杉、冷杉、火炬松等。
2 阔叶材，叶子多呈宽阔状，材质较坚硬，如杨木、桉木、桦木、相思木等。
非木材纤维原料：1 禾本科纤维原料。
稻草、麦草、芦苇、荻、甘蔗渣、高梁杆、玉米秆、麻杆、竹子等。
2 韧皮纤维原料。
树皮类：棉秆皮、桑皮、构皮、檀皮、雁皮。
麻类：红麻、亚麻、黄麻、青麻、大麻。
3 籽毛纤维原料棉花、棉短绒、棉质破布4 叶部纤维原料。
香蕉叶、龙舌兰麻、龙须草等半木材纤维原料:棉秆,其化学成分、形态结构及物理性质与软阔叶材相近2.植物纤维原料的主要成分和次要成分是什么？主要：木质素，纤维素，半纤维素次要：有机物（有机溶剂抽出物），无机物3.什么是综纤维素，a-纤维素，B-纤维素，r-纤维素和工业半纤维素？综纤维素：又称总纤维素，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）a-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。
B-纤维素：漂白化学浆经上述处理后所得到的溶解部分，用醋酸中和后沉淀出来的部分r-纤维素：不沉淀的部分工业半纤维素：r-纤维素和B-纤维素之和。
4.木素的基本结构单元是什么？在针叶材、阔叶材以及禾本科植物细胞壁中，木素的含量和结构单元种类有何差异？木素是由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳-碳键连接构成的具有三度空间结构的天然高分子化合物。
根据—OCH3数量的差别，大致有三种类型，即：愈创木基丙烷、紫丁香基本丙烷和对羟基丙烷。
针叶木木素：14%--16%主要是愈疮木基丙烷结构单元阔叶材木素：19%—23%主要是紫丁香基丙烷和愈疮木基丙烷结构单元禾本科木素：14%—15%主要是紫丁香基丙烷和愈疮木基丙烷结构单元还有对羟基丙烷5.植物纤维细胞壁的结构有何特点？由胞间层，初生壁，次生壁三部分构成。
木材学复习资料
木材结构心材、边材、早材、晚材、管孔、纹孔、穿孔、井字区、螺纹加厚、结晶区、无定形区、氢键、树脂道、导管、管胞、木射线、纤维、木纤维、同胞射线、异胞射线、同型射线、异型射线木材的特点树木来自种子植物，可分为两大类：裸子植物，针叶树材，无孔材，软材；被子植物，阔叶树材，有孔材，硬材；树木生长是高生长和直径生长共同作用的结果；分别起源于顶端分生组织和侧向分生组织分生活动。
表皮原——表皮※顶端分生组织皮层原——皮层初生韧皮部（高生长）中柱原——中柱初生维管束维管束形成层髓初生木质部次生韧皮部维管束形成层（直径生长）次生木质部形成层原始细胞的种类及功能针叶树材韧皮部的细胞：筛胞、韧皮纤维、韧皮轴向薄壁细胞、韧皮射线、石细胞，其特有细胞是筛胞阔叶树材韧皮部的细胞有筛管、伴胞、韧皮纤维、韧皮轴向薄壁细胞、韧皮射线、石细胞，其特有细胞是筛管、伴胞阔叶材管孔的排列分布；阔叶树材轴向薄壁组织的分类（宏观、显微）；检索表类型和特点：对分检索表，穿孔卡检索表，计算机木材识别系统。
对分检索表是使用最广泛的方法。
韧皮部形成：（1）由顶端（原）分生组织向外分生初生韧皮部（与表皮、皮层很难分开）。
（2）由形成层射线原始细胞向外分生次生韧皮部。
（3）由皮层的最外侧形成木栓形成层向外、内分生木栓层、栓内层，形成周皮。
木材形成：形成层母细胞的分裂形成新（子）细胞；新生细胞和组织充分分化和成熟；成熟细胞的蓄积。
树木的从小到大结构单元：纤维素大分子（链）—基本纤丝—微纤丝—纤丝—大纤丝—薄层—各层—细胞壁—细胞—组织—器官—树干—树木壁层结构：分别描述针、阔叶树材组成细胞分子：针：轴向：厚壁：轴向管胞 树脂管胞 索状管胞薄壁：轴向薄壁细胞 轴向树脂道泌脂细胞 伴生薄壁细胞 横向：厚壁：射线管胞薄壁：射线薄壁细胞 横生树脂道泌脂细胞 伴生薄壁细胞 阔：轴向：厚壁：导管管胞 木纤维薄壁：轴向薄壁细胞 轴向树胶道的泌胶细胞 横向：厚壁：无薄壁：射线薄壁细胞 横生树胶道的泌胶细胞木材化学性质木材的化学组成：木材化学成分，有细胞壁物质和非细胞壁物质之分，或称为主要化学成分和少量化学成分。
植物纤维化学基础培训
管胞 占木质部体积容积的90%-95%
针叶木
长度为3-5mm 宽0.03-0.05mm
木射线细胞 木射线薄壁细胞
占比较少，且为植物纤维中树脂产 生场所，在树脂道（基本垂直于管 胞）中储藏运输。
阔叶木纤维原料（短纤） 壁厚，两端尖削、切面呈四角形或多边形
木纤维 占木质部体积容积的60%-80%
阔叶木
有1→2、1→3、1→4、1→6，-或-苷 键等多种连接，除纤维素外植物中全部 的碳水化合物
木素 由苯基丙烷通过醚键相连的三度空间结构的芳香族高分子化合物
纤维
原细纤维
微细纤维
纤维素大分子
纤维素大分子构成原细纤维
宽度：2～4nm，长度：约5000nm； 平均由36个相互平行的纤维素大分子构成。
原细纤维结合在一起形成微细纤维
纤维素的化学反应
纤维素的化学反应与纤维素大分子结构和超分子结构有关。 纤维素起何种反应，取决于其大分子结构； 反应的深度和广度，取决于其超分子结构。
纤维素的大分子结构，决定了其可能发生的反应有： （1）葡萄糖基环上的反应：氧化、酯化、醚化、接枝反应等； （2）苷键和苷羟基的反应：酸性水解、碱性降解、氧化降解等。
植物纤维化学基础培训
目录
CONTENTS
01 植物纤维基础知识
02 纤维化学基础特性 03 纤维质量基础评价
01
植物纤维基础知识
纤维：连续或者不连续的细丝物纤维 矿物纤维
化学纤维
人造纤维 合成纤维
无机纤维
木材纤维 禾本科纤维 棉麻类纤维 韧皮部纤维
植物纤维原料
（2）改变葡萄糖↔果糖、葡萄糖↔甘露糖互变的相对速度 在NaOH溶液中加入Ca2+，使葡萄糖↔甘露糖的互变成为主要反应。甘露糖转变为果糖很慢，有利
4木材细胞壁结构
单纹孔
具缘纹孔
针叶材管胞上的具缘纹孔： 针叶材管胞上的具缘纹孔：
纹孔塞(torus) 纹孔塞(torus)：纹孔膜中央的加厚 (torus) 部分。 塞缘(margo) (margo)：纹孔塞的外围部分。 塞缘(margo) 纹孔环(pit annulus)：胞间质沿纹 纹孔环(pit annulus) 孔边界的加厚部分。 纹孔缘(pit border)：纹孔的开口周 纹孔缘(pit border) 围形成的拱形突起。 纹孔腔(pit civity)：由纹孔膜到细 纹孔腔(pit civity) 胞腔的全部空隙。 纹孔室(pit chamber)：纹孔膜与拱 纹孔室(pit chamber) 形环绕纹孔缘之间的空隙部分。 纹孔口(aperture) (aperture)：纹孔室通向细胞 纹孔口(aperture) 腔的开口。
微纤丝
基本纤丝： 基本纤丝： 构成微纤丝的结构单元，是由40根左右的 纤维素分子链组成。
葡萄 糖
纤维素 分子链
亚基本 纤丝
基本 纤丝
细胞 壁
粗纤 丝
微纤 丝
木材细胞壁结构
基本纤丝的两相结构理论： 基本纤丝的两相结构理论：
结晶区(crystalline area)：纤维素分子链平行紧密地排列形 结晶区 成结晶结构（X射线衍射图上反映出高度结晶）。 非结晶区(amorphous area)：纤维素分子链排列不平行（但不 非结晶区 是完全无序的）。 注意：结晶区与非结晶区之间并无明显界线。
阔叶材管胞上的具缘纹孔： 阔叶材管胞上的具缘纹孔：
阔叶材木纤维上的具缘纹孔在纹孔膜中央部分一般不具纹孔塞。 与针叶材构造的差异： 纹孔道: 纹孔道:纹孔室与细胞腔间较窄的通道。 纹孔内口(inner aperture)：纹孔道通向细胞腔的开口。 纹孔内口 纹孔外口(outer aperture)：通向纹孔室的开口。 纹孔外口 纹孔内口有内含和外延之分： 内含纹孔口(included aperture) ：纹孔内口的长轴尺寸不大于纹孔 内含纹孔口 环。 外延纹孔口(extended aperture)：纹孔内口的长轴尺寸大于纹孔环。 外延纹孔口 相邻纤维细胞壁上的纹孔对在正面观察时，由于纹孔内口的 走向相反，故常呈交叉状。
制浆造纸培训ppt课件
化学机械法制浆
先用温和的化学法处理原料，然后磨解成浆。 特点：两段制浆，包括化学预处理和机械后处理两个阶段。 化学预处理（浸渍）是用化学药剂将原料的非纤维成分溶解掉，实现纤维的软 化，使纤维组织松弛，更适于磨浆。
24
生物法制浆
以微生物或其制品（酶）对木片进行预处理，然后用机械 法或化学机械法制浆。
②初生壁和次生壁外层的破除 由于初生壁和次生壁外层木素含量较多，能透水而不能润涨，并紧紧
地束缚次生壁中层，使次生壁中层的细纤维得不到松散和润涨。需要通 过打浆的机械作用和纤维之间的相互摩擦将初生壁和次生壁外层破除， 才能使次生壁中层充分的润涨和细纤维化。 ③润胀
难以润胀的 P层和S1层被破除后，S2层便开始润胀，由于S2层的各向 异性的结构，因而有可能发生润胀。润胀的结果，有使纤维直径增大的 趋势，并变得柔软可塑。又因吸水润胀，纤维的比容有所增加，使纤维 细胞壁的结构变得松弛，降低了细纤维之间的内聚力，为打浆机械的进 一步细纤维化作用提供了基础。润胀与纤维中所含的亲水性物质（即半 纤维素）有关。
指半纤维素和其 它碳水化合物。 渗透于骨架物质， 增加细胞的刚性。
结壳物质 （水泥）
以纤维素的微纤丝状态存在于细 胞壁中，赋予细胞拉力强度。在 细胞壁的各个层次按不同的方向 排列，起到骨架物质的作用。微 纤丝的排列方向不但决定着木材 各向异性的特征，而且分出了细 胞壁的各个壁层。
物理作 用
木素，遍布于细胞壁之 中，使细胞获得硬度。
9
纤维素存在于一切植物的细胞壁内，是植物纤维的主要成分，约占40-98 ％，它是在制浆过程中应极力设法保留的部分。
半纤维素是非纤维素的碳水化合物，半纤维素的结构疏松无定形，易于 吸水润胀，易溶于稀碱液。半纤维素也是在制浆过程中应该极力保留的 部分。
印刷材料及适性
1-3 印刷用纸的制造工艺
三、纸料的制备
1.打浆——造纸工艺中最重要的工序
概念：主要利用机械作用，将纤维横向切断， 纵向摩擦分裂，吸水润胀，分丝帚化，使其适 合于造纸机的抄造。
目的：增加纤维的表面积，裸露出更多的羟基， 利于纤维的交织与氢键的结合，增强纤维的结 合力，提高纸张的强度。
H
O
OH
1-2 印刷用纸的辅料
一、胶料
1. 施胶的作用：
纸张纤维及纤维间存在大量的孔隙，各纤维 成分含有大量亲水羟基，对水或液体的吸收 极强，会导致字迹图像模糊或透印；
在纸中加入某些具有抗液性的胶体物质，使 纸张在一定程度上不被水等液体浸润，即给 予纸张抗液体渗透和扩散的性能。
1-2 印刷用纸的辅料
漂白工艺复杂，废液回收设备复杂。
亚硫酸盐法：
利用亚硫酸盐产生的和SO32-和HSO3-与木素反应，将木 素溶出形成原浆。
特点：成浆颜色浅，纤维润胀能力大，易打浆； 成纸柔软，强度小，对原料要求严格。
2. 机械法制浆
利用机械方法（磨解）对纤维原料进行处理，使纤维离解， 形成机械木浆或机械草浆，常用主要为磨木浆。
1-1 印刷用纸的基本组成
2. 半纤维素
是多种具有支链的复合聚糖的总称，原料不同，化 学结构不同。
特点：
① 含有大量羟基，吸水润胀能力大，半纤维素的 含量决定了纤维的吸水性；
② 半纤维素的聚合度一般在200左右； ③ 半纤维素的含量多少影响纸张的性质，可增强
纤维的润胀、水化、细纤维化程度，提高纸张 的强度（柔软性）； ④ 半纤维素含量过高，则纸张的形状稳定性下降， 伸缩率增大。
特点：
木素绝大部分未被除去，因此制出的纸发黄、易脆，不 宜久存；
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早材（春材）、晚材（夏材、秋材）
（ spring or early-wood 、 autumn or latewood）
• 早材：春、夏季，细胞分裂快，生长迅速， 形成的细胞壁薄，腔大，色浅，木质疏松。
• 晚材：秋季，细胞分裂慢，生长慢，所形 成的细胞较细长，壁厚，腔小，色深，木 质紧密。
Figure 4. Cross-section of a spruce (Picea Abies) sample showing an annual growth ring boundary.
韧皮部（内皮） 外皮
形成层
Main structure of the woody stem of trees
2．树 心
树心，也称髓心（pith），一般位于树干中心， 也有偏离中心的，称为偏心材。髓心由薄壁细胞组成， 所占容积一般较小，对制浆没有什么意义。
Figure 4. Cross-section of
第三节 木材纤维原料的生物结构及细胞形态
一、树木的粗视结构 （The macroscopic structure of wood）
一、木材解剖用术语
横、径、弦切面
树心
形成层
树皮 木质部
1．木材解剖的三个切面
A 横切面：与树干的轴垂直的切面； B 径切面：通过树干髓心与横切面垂直的切面，又称辐射
an 85 year old Larix sibirica stem （西伯利亚 落叶松 ）
Figure 20. Severe compression wood on a crosssection surface of a leaning softwood stem in Pinus sylvestris (Photo by Hannu Kalaja)（长柏松）
切面; C 弦切面：垂直横切面与年轮相切的切面，又称切线切面。
横切面：纤维细胞、导管细胞、纵向树 脂道等的横切面，木射线的纵切面。
径切面 ：纤维、导管、树脂道的径向切 面、木射线、纹孔。
弦切面：纤维、导管的纵切面；横向树 脂道、大量木射线横向切面。
针 叶 木 三 个 切 面
Figure 3. Different planes of a cut tree stem revealing transverse (cross-sectional), radial, and tangential faces
Hale Waihona Puke 23春材和秋材的特点比较纤维 腔壁
春材 腔大 早材 壁薄 秋材 腔小 晚材 壁厚
纤
长度
树脂 含量
颜 色
材 质
强 度
维 硬
度
较短 较低
色 浅
疏 松
较 差
柔 软
较长 较高
色 深
紧 密
较 高
挺 硬
晚材率
晚材率 = -------年---轮---中---晚---材---宽×度100%
年轮总宽度
对制浆造纸的影响：
3．树 皮（Bark）
树皮是树干的最 外层，是树干的保护 层，尤其是保护树木 的形成层。树皮分外 皮（Out Bark）和 内 皮 （ Inner Bark）。
外皮: 是由已死亡的木栓细胞（含有木栓质的细胞） 组成。其作用是对木材组织起着抵制外来机 械伤害以及防止外界温度和湿度变化的作用。
内皮: 是由有生命的活细胞组成，又称韧皮部 （Phloem），其作用负担着把树叶光合作用 产生的养分向下输送。
Tianjin University of Science & Technology
红 豆 杉 横 切 面
Chapter 1 The Composition and Structure of Wood
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Tianjin University of Science & Technology
落 叶 松 横 切 面
4．形 成 层（Cambium）
形成层位于韧皮部 与木质部之间，它是由 具有分裂机能的分生细 胞组成的一个薄层。这 一薄层是由6~8层细胞组
成。
位于韧皮部和木质部之间的细胞 纺锤状原始细胞：产生管胞、导管、筛管等 作用：使次生木质部不断增生加粗长高； 射线原始细胞：产生维管射线； 木射线（woodray）；韧皮射线； 作用：树木的横向运输与储藏组织。 树皮 外 形成层 内 木质部
Chapter 1 The Composition and Structure of Wood
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落 叶 松 横 切 面
Chapter 1 The Composition and Structure of Wood
5．木 质 部（Xylem）
木质部是树干的主要 部分，位于形成层与髓心 之间，是造纸原料的最主 要部分。木质部是植物主 要的输导组织和机械支持 组织。
6．年 轮、早 材 和 晚 材
在树木茎的横切面上，木质部上具有许多同心圆环， 即为生长轮。生长轮是由于形成层在一个生长周期 中的周期性活动形成的。 一年中只长出一个生长轮，故称年轮。 每个年轮一般由两层构成，内层是在每年的春季与 夏季之间形成的，称之为早材（或春材）；外层是 夏末及秋天形成的，称为晚材（秋材或夏材）。
• 晚材率低：易打浆，抗张、耐破强度高， 纸质匀细，因早材壁薄、弹性好、柔软， 故纤维结合力高。
• 晚材率高：除撕裂度高外，透气度大， 其它物理强度指标均不及早材。纸质挺 硬，结合强度差。
早晚材的比例是造纸用材着重考虑的重 要指标之一，特别是针叶木，常见的几 个树种的晚材率约为： 红松：20％ 鱼鳞云杉：20％ 落叶松：25～40％ 马尾松：25～30％ 云南松：20～40％
7．边 材 与 心 材
颜色深的部分（木材的中心）称为心材（heart wood or Inner wood ），颜色浅的靠近树皮的部 分称为边材（ Outer wood or Sapwood ） 。
心材
心材(heart wood)：
木质部中靠树心部分，被树脂、单宁等物质填充而 失去生理活性，变成死细胞。 作用：支撑作用 特点：颜色深、树脂含量高，抗腐能力强、耐久性 好、浸透性差，适用于制家具及建筑装修等行业。 对制浆造纸的影响： 制浆时，药液浸透较困难，将会影响蒸煮的均匀性， 降低浆的质量；酸法制浆时极易产生树脂障碍及由 于浸透不均匀而产生“黑片”等问题。