植物纤维原料的化学组成..

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
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
木素来源
凡是木质化的植物都含有木素，但不同 原料木素含量和种类不同。 针叶木：25％～35％， 阔叶木：20％～25％， 禾本科：15％～25％， 棉纤维含量极少 针叶材>阔叶材>禾本科>棉花 。
木素基本结构单元
C C C C C C C C C
OCH3 OH
H3CO OH
OCH3 OH
愈创木基 Guaiacyl
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
（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
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
结而成的线状高分子化合物。 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。
与纤维素有关的几个概念
随制备方法、条件的不同，半纤维素和木素溶出程度、纤维 素降解程度的不同而有各种“纤维素”。
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％；
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
-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
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
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.
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
（2）无机物
钾、钙、钠、镁等金属离子的碳酸盐、硅酸盐及 磷酸盐等。
1）果胶 主要存在于植物的胞间层，少量存在于细胞 壁中。具有水溶性，溶液易形成凝胶。 韧皮纤维原料(如麻、桑皮、檀皮）的果胶含 量比较高，应先用生物的和化学的方法脱除 果胶。
2）单宁（tannin）
单宁又称单宁酸、鞣质, 存在于多种树木 (如橡胶树和漆树) 的树皮和果实中。单宁 为黄色或棕黄色无定形松散粉末, 在空气 中颜色逐渐变深, 有强吸湿性; 不溶于乙醚、 苯、氯仿, 易溶于水、乙醇、丙酮, 水溶液 有涩味。
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
（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。
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。
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
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
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
（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。
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
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.Baidu Nhomakorabea 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
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? －
（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!