植物纤维原料的化学组成..
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。
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。
植物纤维化学成分及纤维形态对纸张性能的影响
树皮的化学组成 木材腐朽时化学组成的变化
不同原料的有机溶剂抽出物
灰分
四、植物纤维形态对纸张性能的 影响
约0.1－1um
与P层接近
打浆时需将此层 打碎破除
次 生 壁
次生壁中层 （S2）
纤维束和半纤维束的
大约3－10um
含量高，木素的
含量少
是打浆的主要对 象
次生壁内层 （S3）
约0.1um
木素的含量低，纤维 素含量高
一般不考虑
纤维形态的测定
进口木浆的技术分析.ppt
植物纤维化学成分分布图
纤维素----骨架物质 半纤维素—填充物质
木素---粘合物质
主要化学组分
常用三类原料的主要化学成分比较
三、木材纤维化学成分
边材和心材：树木生长到一定的树龄之 后，木质部中靠树心部分的组织中，逐 步被树脂、单宁、色素等物质所填充而 失去生理活性，变成死细胞，称为心材； 木质部中靠边缘的，颜色较浅的部分， 称边材
纤维的概念
造纸所需的植物纤维有两种来源：草本植物和木本植物。草浆价格便宜， 但生产过程中污染严重。从这个意义上讲，用木浆造纸是不二选择。
（从左 到右）
上排依 次是水 杉、云 杉、马
尾松
下排依 次是三 倍体毛 白杨、 尾叶桉、 相思木
纸是由植物纤维为主体的 纤维物质构成的
二、植物纤维化学成分
纸张性能：物理性能、光学性能等
纸张的强度是由纤维本身的强度以及纤维与纤维之 间的结合强度构成的。
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。
植物纤维化学复习
第一章植物纤维原料的结构主要：细胞壁的层状构造；微纤丝；纹孔及其类型；纹孔对及其类型；针叶材的三切面及其细胞组成；阔叶材的三切及其细胞组成。
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）如杨木、桦木、桉木、榉木、相思木等。
2、非木材纤维原料：（1）草类纤维原料：即禾本科植物纤维原料。
如稻草、麦草、芦苇、荻、甘蔗渣、竹、龙须草等；（2）韧皮纤维原料：包括各种麻类及某些树种的树皮，如亚麻、黄麻、红麻、桑皮、构皮、檀皮等；（3）种毛纤维原料：如棉短绒纤维。
3、植物细胞学基础：活的细胞腔内充满原生质、成熟后形成空腔。
成熟细胞的构造主要为细胞壁【复合胞间层（胞间层M、初生壁P）、次生壁S】的构造，其中包括细胞壁的层状构造。
4、各层的精细构造：通过电子显微镜研究，可进一步了解纤维细胞壁的层状结构是由不同走向的微纤丝构成。
微纤丝：纤维素分子的聚集体是细胞壁中用电镜能鉴别出的最小天然结构单位，在电镜下呈细丝状。
微纤丝外围是半纤维素，微纤丝相互之间镶嵌着木质素和半纤维素，须脱去木质素才能在电镜下看到微纤丝。
5、S1（外）层微纤维结晶度较高，对化学作用较稳定，与P层结合较紧密，S1紧紧套住S2（中）使S2不易分丝纵裂，打浆时先将P、S1剥离，S1-S2结合较松弛，生产半化学浆时往往在S1-S之间分离，S2层是否易散开，与微纤丝夹角有关，角度越小，越容易分丝量化，P层薄而易碎。
稻草、麦草与木材纤维相似，但分层较厚，S2层角度较大多年生禾本科植物（如竹）次生壁层状构造较为特殊，具有多层结构，每层由厚、薄不一，微纤丝走向不同的两个薄层交替排列而成。
窄层：走向几乎与轴垂直（85-90度），且恒定。
宽层：走向几乎与轴平行（2-20度）。
胞间层——腔缓慢增加。
木质素浓度：窄层>宽度。
禾草类纤维超微结构有四种类型，见“中国造纸原料纤维特性及显微图谱”P33。
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
植物资源化学_第二章资料
第一章第二节植物纤维主要化学成分主要成分（细胞壁物质）纤维素碳水化合物有机物半纤维素木质素芳香族化合物少量成分（非细胞壁物质）提取物萜类、脂肪族、酚类化合物灰分无机盐等无机物2.1.1 主要化学成分概述2.1 植物纤维的主要化学成分植物纤维原料的化学组成百分比2.1.1.1 细胞壁物质纤维素：由 -D-葡萄糖单元通过1→4苷键连接而成的线型高分子化合物。
纤维素是自然界贮量最丰富的可再生资源。
半纤维素：细胞壁中非纤维素高聚糖（习惯上不包括果胶和淀粉）的总称。
由两个或两个以上的糖基组成，通常有分枝结构，可用热水或冷碱提取。
木质素：由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接而成的，具有三度空间结构的复杂的高聚物。
木质素和半纤维素在一起，填充在细胞壁的微纤丝之间，同时也存在于胞间层。
2.1.1.2 非细胞壁物质植物纤维原料中的非细胞壁物质通常指存在于细胞腔和细胞间隙的、不参与细胞壁结构的物质，大部分可溶于中性有机溶剂或水，又称提取物。
提取物：用水、水蒸汽或中性有机溶剂可提取的物质。
在植物原料中含量少（一般2~5%），但种类繁多（约700余种）。
提取物可分为三大类：萜类化合物：树脂、萜类等。
脂肪族化合物：蜡、脂肪、单糖和低聚糖、淀粉、果胶、树胶、蛋白质、生物碱等。
酚类化合物：茋(芪) 、木酚素、黄酮类化合物、单宁等。
2.1.2 植物纤维化学成分分析主要名词2.1.2.1 综纤维素综纤维素：经脱脂的植物纤维原料除去木质素后保留下来的全部高聚糖，即纤维素和半纤维素的总和。
2.1.2.2 α-、β-和 γ -纤维素综纤维素(化学浆)不溶部分α-纤维素溶解部分不溶部分溶解部分17.5%NaOH 或24%KOHHAc 中和β-纤维素γ-纤维素根据起始物的不同，分为综纤维素的a-、β-、γ-纤维素和化学浆的a-、β-、γ-纤维素注意：a-、β-、γ-纤维素的主要成分，及其与纤维素的区别2.1.2.3 Klason 木质素与总木质素不溶残渣溶解部分72%H 2SO 4 20℃, 2 hrKlason 木质素 或硫酸木质素、酸不溶木质素脱脂木粉3%H 2SO 4 回流, 4 hr酸溶木质素总木质素 = Klason 木质素 + 酸溶木质素Total lignin = Klason lignin + Acid soluble lignin为什么测定木质素需要保留少量碳水化合物？相当于植物纤维原料中全部五碳糖的总和。
第一章植物纤维原料的化学成分及生物结构
如：大叶相思：Acacia auriculiformis A.cunn.ex.Benth
三、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 or Softwood or
Coniferous) 2 、阔叶材(Leaf wood or Hardwood or Dicotyledon)
松柏纲
松、杉、柏及南洋杉科
被子植物门
双子叶植物纲 单子叶植物纲
双子叶植物纲 单子叶植物纲
阔叶材 禾本科
二、植物的命名
国际通用的学 名，基本采用了 1753 年瑞典植物学 家林奈 (Carl von Linne) 所倡用的 “双名法”作为统 一的植物命名法。
« 第一个词是属名，相当于“姓”，词性：名词； « 第二个词是种加词，相当于“名”，词性：形容词； « 学名后面加上最早给这个植物命名的作者名的缩写；
1．纤维素（Cellulose）
纤维素是不溶于水的均一聚糖。它是由D-葡萄糖基构 成的线状高分子化合物。纤维素大分子中的D-葡萄糖基之 间按照纤维素二糖联接的方式联接（1,4-β-苷键）。纤维 素具有特性的X-射线图。
高分子形状
➢ 线型（链状）高分子； ➢ 枝链型高分子； ➢ 网状结构高分子； ➢ 体型高分子。
序论
一、植物纤维化学主要研究的内容 重点研究制浆造纸植物纤维原料的生物结构、
化学组成、化学结构及它们的物理和化学性质。
生物结构方面：主要研究植物细胞形态和微细结构。 化学特性方面：主要研究植物纤维原料的三种主要组
成，既：纤维素、半纤维素和木素。
另外也对植物纤维原料的少量组成进行了解。如：有 机溶剂抽出物、果胶质、灰分等等。
纤维素
CH 2O H O OH
HO OH OH
（2）葡萄糖的羰酰基是半缩醛基，位于葡萄 糖分子的端部
2
苷羟基 苷原子
HO ＊ H C
H
1 C
O
OH
H 2 OH
HO
H O HO 3 H
H OH
H 4 OH
Hபைடு நூலகம்
H 5 OH
CH2OH
6 CH2OH
β-D-(+)-葡萄糖
（3）葡萄糖环是六环（吡喃型）而不是五环型（呋 喃型）
第2章 纤维素
2.1 纤维素的化学结构
前言
纤维素是构成植物细胞的基本成分，它存在 于高等植物细胞壁当中，是植物界中一种最丰 富的可再生的天然高分子化合物（几百亿吨/ 年）。
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。
这5种结晶变体属同质多晶体。
同质多晶体：对某些晶体来讲，它 们具有相同的化学结构，但单元晶 胞不同，称之同质多晶体。
纤维素Ⅰ 天然存在的纤维素，如细菌纤维素、海 藻和高等植物细胞壁中的纤维素
H C OH H C OH
CH2OH
CH2OH O OH
HO OH OH
α-D-葡萄糖
β-D-葡萄糖
CHO H C OH HO C H H C OH H C OH
CH2OH
H 6
H
5C OH
CH2OH
4C
OH
H CH O 1
OH C C
3
2
H OH
楔型线表示指向纸平面的键，虚线表示指向纸平面后面的键。
植物纤维化学
窄层：走向几乎与轴垂直（85-90度），且恒定 宽层：走向几乎与轴平行（2-20度） 胞间层——腔缓慢增加 木质素浓度窄层>宽度
禾草类纤维超微结构有四种类型，见“中国造纸 原料纤维特性及显微图谱”P33
1.2.2 、植物成熟细胞壁上的纹孔
纹孔（pit）：次生壁不均匀加厚过程中遗 留下来的未加厚部分形成的凹穴。
纹孔对：相邻细胞壁上成对出现的纹孔。
（也有不成对的称为盲纹孔）
作用：相邻细胞间水分和养料交流的主要 通道。制浆造纸过程中药液渗透的主要通 道。
单纹孔（Simple pit） 纹孔类型
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。
针叶材的细胞组成
(a)松木早材管胞 (b)松木晚材管胞 (c)云杉早材管胞 (d)云杉木射线管胞 (e)松木木射线管胞 (f)云杉木射线薄壁细胞 (g)松木木射线薄壁细胞
阔叶材的细胞组成
（a） 桦木导管 （a1）桦木导管（晚材） （b） 杨木导管 （c） 橡木导管（早材） （c1）橡木导管（晚材） （d） 橡木轴向薄壁细胞 （e） 橡木射线薄壁细胞 （f） 桦木射线薄壁细胞 （g） 橡木纤维状管胞 （h） ，（i）桦木韧型纤维
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；
植物纤维素化学试卷
植物纤维素化学试卷一、填空题（共40分，每空2分）1.植物纤维原料的主要化学成分包括、和。
2.木材原料的灰分含量一般不超过，草类原料的灰分含量一般多在以上，其中草类原料的灰分含量中 %以上是SiO2。
草类原料的苯醇抽出物含量一般为 %。
3. 木素的基本结构单元是，结构单元分别是、和，木素结构单元间主要是通过联结；纤维素的基本结构单元和结构单元相同都是，结构单元间主要是通过联结。
4.针叶材的纤维细胞为，阔叶材的纤维细胞为。
5.半纤维素的物理结构中少部分是结构，大部分是结构。
6. 纤维素本身含有极性羟基基团，使纸浆中的纤维素纤维表面带（负电、正电）。
为提高填料或胶料留着率，应使用化学助剂来调整纸浆的电荷特性。
7.的在纤维细胞壁中木素深度最高的部位是，木素含量最高的部位是。
二、词汇英译汉(共10分，每小题2分)1. LCC——————————2.Liguin—————————3.Glucose—————————4.Hemicellulose——————5.Annual ring————————三、名词解释（共10分，每小题2分）1.结合水2.润胀3.纤维素结晶度4.复合胞间层5.纹孔四、判断题（共10分，每小题2分）1. 由于剥皮反应，纤维素具有还原性末端基的葡萄糖会逐个掉下来，一直到产生纤维素末端基转化为偏变糖酸基的稳定反应为止。
（）2.水分子可以进入纤维素的无定形区而不能进入结晶区。
（）3.碘价、铜价越大，则纤维素的还原性越强。
（）4.游离水能使纤维素发生润胀，但无热效应。
（）5. 作为造纸原料，同种木材相比，晚材率低的优于晚材率高的。
（）五、问答题（每小题15分，共30分）1.纤维素纤维的吸湿和解吸的概念，及其吸湿和解吸等温曲线存在滞后现象的原因。
2.如何自漂白化学浆制备α-纤维素、β-纤维素、γ-纤维素？并指出各自的化学组成。
答案仅供参考一、填空题（共40分，每空2分）1.植物纤维原料的主要化学成分包括纤维素、半纤维素和木素。
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。
植物纤维原料的化学组成..
-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
说明： a.同一原料不同方法所获得的纤维素量不同： 综纤维素 > 克贝纤维素 > 硝酸乙醇法纤维素
（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。
棉：95－99％，苧麻：80－90％ ，木材：40－50％ 竹：40－50％ ，麦草：30－49％
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。
半纤维素
半纤维素的来源
存在于植物细胞壁中 是植物细胞壁三大组分之一 是地球上最丰富最、廉价的可再生资源之一 3.5*1010t/y
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，对纸浆的性能及成纸性能 也有良好的影响；
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。
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.
3
3 4
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 ）
植物纤维化学结构
植物纤维化学结构
植物纤维的化学结构主要包括纤维素、半纤维素和木质素，占总体的70%-75%，另外包含其他的脂肪族、芳香族、枯烯类、含氮化合物以及果胶和无机物等组成。
其中，纤维素的化学结构是由许多D-吡喃式葡萄糖相互以1，4β-键连接而成的线性高分子化合物，其分子内含有羟基，这些羟基形成了分子内氢键或分子间氢键，使纤维表现出较强的极性和亲水性。
植物纤维增强聚合物复合材料两者的界面层性质对复合材
料的各种性能有显著影响。
界面层是相邻两相间的可活动部分构成，大分子的链段可在其中相互扩散，并且存在着界面间的化学键合作用，决定了界面区域的力学强度。
植物纤维原料的主要化学组成及其特点
植物纤维原料的主要化学组成及其特点
1. 纤维素呀，那可是植物纤维原料的一大主角呢！就像房子的大梁一样重要。
你看纸，主要就是纤维素做的呀。
它的特点就是特别坚韧，能让植物有很好的支撑和结构。
想象一下，如果植物没有坚韧的纤维素，那岂不是都软趴趴的啦！
2. 半纤维素呢，就像是个好帮手。
比如说在木材里，它和纤维素配合得可好啦！它能让纤维原料更容易被加工处理。
就像团队里那个默默辅助的人，没了它还真不行呢，对吧？
3. 木质素啊，虽然有点麻烦，可也是不可或缺的呀！它就像是胶水一样把纤维粘在一起。
但处理它可得费点功夫呢，不然会影响产品质量哟！好比你要去掉一块顽固的污渍一样。
4. 果胶也很有意思呢！在水果里特别常见。
它能让水果保持形状和口感。
这不就像给水果穿上了一件小铠甲嘛，保护着它们。
要是没有果胶，水果恐怕都不成样子啦！
5. 淀粉也是植物纤维原料的一部分哟！你想想土豆呀、玉米呀，里面都有大量淀粉呢。
它可以为植物储存能量，就像我们给自己存点小积蓄一样重要呢。
6. 植物蜡就像是一层保护膜，它能让植物表面光滑有光泽。
就像给植物涂了一层保护油，让它们能更好地抵御外界环境呢，神奇吧！
7. 还有一些其他的化学成分呢，它们虽然不太起眼，但也都有着各自的作用呀！就像一个大家庭里的每个成员，都有自己的位置和价值。
植物纤维原料
就是这么奇妙，有着这么多不同的化学组成，共同造就了它们独特的特点呢！我觉得呀，了解这些真的超有趣，能让我们更懂得大自然的奥秘呢！。
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。
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紫丁香基 Syringyl
对-羟苯基 p-Hydroxyphenyl
G型
S型
H型
不同植物原料中木素结构单元的比例(100个C9结构) 原 料 草类 针叶木 阔叶木
对-羟苯基，%
愈创木基，%
10-25
25-50
2.5-3.5
90-95
2.5-3.5
25-50
紫丁香基，%
25-50
0-1
50-75
针叶木：愈创木基型木素（G） 阔叶木：愈创木基型木素、紫丁香基型木素
3
3 4
4
4 2
注：所有数值都是对无抽出物木材的百分数
常用植物纤维原料的半纤维素
• 针叶木：聚O－乙酰基半乳糖葡萄糖甘露糖为主， 部分聚阿拉伯糖4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖 • 阔叶木：聚O－乙酰基－ 4-O-甲基葡萄糖醛酸木 糖为主，少量聚葡萄糖甘露糖
• 禾本科：聚阿拉伯糖木糖、聚4-o-甲基葡萄糖醛 酸木糖
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
植物纤维原料的化学组成
木材纤维原料的化学组成
主要组分：纤维素、半纤维素、木素占纤维原料组 成的大部分。 次要组分： 指除纤维素、半纤维素、木素之外的少量组分，主 要是能被水、乙醇、苯、乙醚等中性溶剂或者稀酸 稀碱抽提的有机物和少量无机物。
主要组分
纤维素 微细纤维 纤维细胞壁的网状骨架 填充在纤维之间和微细 纤维之间的"粘合剂"和 "填充剂" 半纤维素 木素
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，对纸浆的性能及成纸性能 也有良好的影响；
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。
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.
-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
① 综纤维素(Holocellulose)
定义：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和)。
② 克-贝纤维素
无抽提物试料
湿氯气 H2SO3 + 2% NaSO3
英国人Cross和Bevan提出的分离纤维素的方法。
反复洗（针叶木：4次，禾本科：1－2次）
贝纤维素 克? －
b、原料不同、位置不同、年龄不同，灰分含量以 及灰分中各种元素的比例不同，与植物生长环境 也有关系；
c、原料中灰分是呈氧化物状态的矿物质元素。
植物纤维原料化学组成比较
溶液抽出物
原料 灰分 冷水 热水 乙醚 1%Na OH
聚戊 糖
木素
果胶 纤维 质 素
硝酸-乙 醇纤维 素 54.81
70.75
桑皮 4.40
① 什么是半纤维素 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。
② 半纤维素的特点
有两种或两种以上的糖基组成的不均一聚糖， 大多带有短的支链。 构成半纤维素主链的糖基有：木糖基、葡 萄糖基、甘露糖基 构成支链的糖基有：木糖、葡萄糖、半乳糖、 阿拉伯糖、葡萄糖醛酸
木素
聚葡萄糖-甘露糖 聚木糖
16 9
29
5 25
21
0 33
17
植物纤维原料的次要成分
植物纤维原料的次要成分 指除纤维素、半纤维素、木素之外的少量组 分，主要是能被水、乙醇、苯、乙醚等中性 溶剂或者稀酸稀碱抽提的有机物和少量无机 物。 （1）有机物
果胶：是一组聚半乳糖醛酸 芳香族化合物：单宁、立格南、黄酮类物质 萜烯类化合物： -蒎烯、-蒎烯 高级脂肪酸及酯、高级醇、蜡质
（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％；
单宁能与蛋白质、多糖、生物碱、微生物、酶、金 属离子反应的活性以及它的抗氧化、捕捉自由基、 抑菌、衍生化反应的行为被揭示后, 其应用前景和 范围迅速扩大。目前它在食品加工、果蔬加工、贮 藏、医药和水处理等方面已取得重要突破, 近年来 它在化妆品生产中也崭露头角。
单宁的用途非常广泛，具有杀菌、美容、抗衰老、 吸附重金属、澄清液体等作用。
半纤维素是无定形物质，聚合度较低，易吸水 润胀。
③ 不同植物原料，所含半纤维素种类不一样：
表4-1 几种温带针叶木阔叶木的化学组成
半纤维素 树种 纤维素 木素 聚-O-乙酰基4-O甲基葡萄糖醛酸 木糖 聚阿拉伯糖-4O-甲基葡萄糖 醛酸木糖 聚葡萄糖甘 露糖 聚-O-乙酰基 半乳糖葡萄 糖甘露糖 果胶、淀粉、 灰分等
12.43
22.87 21.32 15.61 30.98
11.62
8.54 25.90 22.61 21.12
28.4 3
28.4 2 22.9 1 17.1 0 30.6 7
1.3 2
0.9 4 1.6 9 1.7 6 0.7
46.92
51.86 53.43 43.24 45.50
不同原料的有机溶剂抽出物
香脂冷杉 白云衫 美国五叶松 加拿大铁杉 侧柏 红槭 白桦
42 41 41 41 41 45 42
29 27 29 33 31 25 19 25 35
9 13 9 7 14 4 3
18 18 18 16 12
2 1 3 3 2 2 1
大叶水青冈
颤杨 美国榆树
45
48 51
22
21 24
26
24 19
亚麻 1.32
5.94
2.39
-
3.37
2.34
35.47
-
10.42
-
8.74
-
8.8 4
9.2 9
云杉 0.73
马尾 0.33 松 桦木 0.82 杨木 0.32 毛竹 1.10
1.42
2.21 1.69 1.38 2.38
2.68
6.77 2.36 2.46 5.96
0.37
4.43 2.16 0.23 0.66
（1）针叶木的抽出物
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、萜烯类化 合物、脂肪酸及不皂化物。 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。
（2）阔叶材的抽出物
阔叶木的抽出物主要存在于木射线、木薄壁细 胞中和导管中,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。
（G－S）
禾本科：愈创木基型木素、紫丁香基型木素、 对羟苯基型木素
（G-S-H）
与制浆造纸的关系
对于化学浆而言，木素是尽量去除的成分， 提高纸浆的性能及成纸性能。 化学法制浆中 产生黑液的 “罪魁祸首”
常用原料主要化学成分比较
主要化学成分 纤维素 半纤维素 针叶木 45 26 阔叶木 45 34 禾本科 42 40
（3）禾本科植物原料的抽出物
抽出物含量低 蜡质，少量高级脂肪酸和高级醇 主要存在于禾本科原料表皮层的外表 面
说明： 1、同一原料，溶剂不同，溶出物质及溶解能 力不同，抽出物的含量与成分不同。 2、很少单独用苯或醇作为抽提剂，经常以苯 醇混合液作为抽提剂。
Thank you!
③ 硝酸-乙醇纤维素
用20%硝酸和80%乙醇加热沸腾处理无抽提物的木 粉，使木素变为硝化木素并溶于乙醇，所得残渣即 为硝酸-乙醇纤维素。
未抽提试料 HNO3 (20%份数 ) CH3CH2OH 80％ 沸腾 硝酸乙醇法纤维素
说明： a.同一原料不同方法所获得的纤维素量不同： 综纤维素 > 克贝纤维素 > 硝酸乙醇法纤维素
棉：95－99％，苧麻：80－90％ ，木材：40－50％ 竹：40－50％ ，麦草：30－49％
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。
半纤维素
半纤维素的来源
存在于植物细胞壁中 是植物细胞壁三大组分之一 是地球上最丰富最、廉价的可再生资源之一 3.5*1010t/y
木材组分化学分析
纤维素(cellulose)
纤维素(cellulose) 定义：纤维素是由D－吡喃式葡萄糖基通过1，4—β苷键联