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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
植物纤维化学课件第六节 纤维素溶剂及其溶液
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。
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。
植物纤维化学课件第三章 纤维素及其衍生物第三章 绪论
“I succeeded in extracting clearly the elemental tissues
of the hardwoods most charged with Ligneous
incrutations ,The composition of the substance in such
一是天然橡胶的利用开发与改性。在中美洲与 南美洲，15世纪左右当地人用天然橡胶球做游戏与 生活用品如容器与雨具等，直到19世纪40年代美国 人发现用松节油、硫黄与碳酸铅共热后得到不粘而 有弹性制品即所谓硫化技术。二是最早的塑料。在 20世纪初，美国人用苯酚与甲醛反应可得到用作电 绝缘器材的酚醛树脂，这是最早的合成高分子，与 此同时，俄国人用酒精制丁二烯，再用钠使之聚合 成橡胶，二次大战后德国人与美国人又发展成一类 十分重要的合成橡胶即丁二烯与苯乙烯共聚而得的 丁苯橡胶 。
二、大分子概念的形成 1、天然高分子的应用与改性
所谓高分子包括天然高分子与合成高分
子，前者如蛋白质与淀粉以及棉毛及蚕丝 ，利用竹、棉、麻等纤维造纸是我国古代 的天然高分子加工技术，再如，利用桐油 与大漆作为油漆、涂料乃一对漆制品又是 我国古代的传统技术。
19世纪中叶开始了对天然高分子的化学 改性与应用，而后又发展到高分子的人工 合成，笼统地说主要包括塑料、橡胶、纤 维与油漆涂料等，可分述如下：
他也是一位多产的科技书作家，许多有关工 业，农业、食品化学方面的著作成为经典论著 被翻译为英语和其他欧洲语言。他在1826年至 1865年间主要出版了9部科学论著。
他在工业技术和研究领域中荣获很多荣 誉。
1826 － Gold Medal of French
Agricultural Society 1826 － Knight of Legion of Honor by
植物纤维原料的化学成分26页PPT
植物纤维原料的化学成分
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我愿不知老。
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、自己的饭量自己知道。
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我愿不知老。
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、自己的饭量自己知道。
第二部分2植物纤维化学部分木素ppt课件
洗涤烘干
称量
对于酸可溶木素的定量，可以用紫外吸收法在 205nm处测量。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
2. 物理方法 紫外光（UV）及可视光吸收、荧光、固
1、甲氧基
甲氧基（-OCH3）是木素最有特征的功能基。
甲氧基在原料木素中的含量
原料木素 针叶木木素 阔叶木木素 草类 甲氧基含量 14％～16％ 19％～22％ 14％～15％
为什么含量多
联系木素基本结构单元的结构
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
木素的存在 木素的分离与研究 木素的化学构造 木素的化学反应 木素的物理性质及其利用
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
第一节 木素的存在
定义：木素是由苯基丙烷结构单元（C6-C3单元）通 过醚键、碳-碳键联接而成的具有三维立体结构的芳 香族高分子化合物。 是具有共同性质的一类物质的 总称。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
第三节 木素的化学构造
研究的内容：
木素的功能基 木素的结构单元的类型 各种结构单元量的比例 木素结构单元间的连接方式
《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。
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麦草半纤维素的抽提
二、半纤维素化学结构的研究方法
• 研究内容
– 半纤维素聚糖主链和支链组成 – 主链糖基与支链糖基之间的连接方式和位置
• 研究方法
– 部分水解法 – 高碘酸盐氧化法 – Smith降解法 – 甲基化醇解法
三、半纤维素聚糖的类型及化学结构
• 针叶材：
– 聚O-乙酰基-半乳糖葡萄糖甘露糖
解能力较小。 阔叶木：10％的KOH抽提 草 类：5％的KOH抽提
• 在上述三种用碱液抽提半纤维素的方法中，半纤维素会 引起下列反应：
（1）乙酰化聚糖的部分乙酰基脱落（发生皂化反应）； （2）碱性剥皮反应； （3）苷键发生断裂的碱性水解； （4）半纤维素与木素间化学键的断裂。 • 如何保护乙酰基？
– 二甲亚砜抽提半纤维素时，乙酰基可被保留。
4、二甲亚砜抽提法
– 此种方法可减少半纤维素发生变化，保留半纤 维素结构中的乙酰基。
分离半纤维素的实例
1.针叶木中半纤维素的分离 （1） 浓碱溶解硼酸络合分级抽提分离法 （2）氢氧化钡选择性分级提纯分离法
浓碱溶解硼酸络合分级抽提分离法 针叶木综纤维素
（二）分离提取的两种途径
• 阔叶木、草类原料和针叶木中的落叶松可以直接从无 抽提物试料中抽提分离半纤维素，这种方法叫直接抽 提法。
– 草类、阔叶材半纤维素主要为聚木糖，且带有酸性取代基， 在碱中易溶出；同时由于木素含量较低，半纤维素受木素 包围较针叶材少，碱液易进入细胞次生壁将高聚糖溶出。
– 针叶材中的落叶松中含有的聚阿拉伯糖半乳糖含量高，存 在于细胞腔，易溶于水，可用水直接抽提。
24％KOH
抽出液 乙 醇
粗聚木糖 聚半乳糖葡萄糖甘露糖
亚氯酸钠
不溶残渣 17.5％NaO聚木糖、聚半乳糖葡萄糖甘露 聚葡萄糖甘露糖
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。
《植物纤维》PPT课件
第三章 植物纤维
第一节 第二节 第三节 第四节
种子纤维 韧皮纤维 叶纤维 维管束纤维
内容提要： 植物纤维的分类 棉纤维和木棉纤维的形态特征及其主要性能特点 各类麻纤维的形态特征及主要性能特点 竹纤维的形态特征及其主要性能特点
整理课件
2
植物纤维的主要组成物质是纤维素，还有果胶、 半纤维素、木质素、水溶物、灰分等。
整理课件
5
2. 按初加工方法分
初加工：将籽棉上的纤维与棉籽分离的过程，亦 称轧棉（yà mián）。
（1）籽棉：带有棉籽的棉花。
（2）皮棉（原棉）：去除棉籽所得到的棉纤维。
皮棉重量占籽棉重量的百分数，称为衣分率 （30％～40％）。
（3）锯齿棉：用锯齿轧花机加工的皮棉。纺纱用 棉多为锯齿棉。
（4）皮辊棉：用皮辊轧花机加工的皮棉。
（5）微生物的作用：不耐霉菌，霉变后强力下降。
（6）染色性：染色性好，可用多种染料进行染色。
初生层：约束和保护作用
纤维的初生细胞壁，由 网状原纤组成。对棉纤维 整体起约束和保护作用。
整理课件
次生层：纤维主体，决定主要的物理机械性质 （1）棉纤维在加厚期淀积而成的部 分，几乎都是纤维素。
（2）纤维素逐日淀积一层形成了棉 纤维的日轮。
（3）与棉纤维的成熟度、天然转曲 有关。（纤维素以束状小纤维的形态
（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。
整理课件
8
（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）
第一节 第二节 第三节 第四节
种子纤维 韧皮纤维 叶纤维 维管束纤维
内容提要： 植物纤维的分类 棉纤维和木棉纤维的形态特征及其主要性能特点 各类麻纤维的形态特征及主要性能特点 竹纤维的形态特征及其主要性能特点
整理课件
2
植物纤维的主要组成物质是纤维素，还有果胶、 半纤维素、木质素、水溶物、灰分等。
整理课件
5
2. 按初加工方法分
初加工：将籽棉上的纤维与棉籽分离的过程，亦 称轧棉（yà mián）。
（1）籽棉：带有棉籽的棉花。
（2）皮棉（原棉）：去除棉籽所得到的棉纤维。
皮棉重量占籽棉重量的百分数，称为衣分率 （30％～40％）。
（3）锯齿棉：用锯齿轧花机加工的皮棉。纺纱用 棉多为锯齿棉。
（4）皮辊棉：用皮辊轧花机加工的皮棉。
（5）微生物的作用：不耐霉菌，霉变后强力下降。
（6）染色性：染色性好，可用多种染料进行染色。
初生层：约束和保护作用
纤维的初生细胞壁，由 网状原纤组成。对棉纤维 整体起约束和保护作用。
整理课件
次生层：纤维主体，决定主要的物理机械性质 （1）棉纤维在加厚期淀积而成的部 分，几乎都是纤维素。
（2）纤维素逐日淀积一层形成了棉 纤维的日轮。
（3）与棉纤维的成熟度、天然转曲 有关。（纤维素以束状小纤维的形态
（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。
整理课件
8
（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）
植物纤维化学课件第七节 纤维素的物理、化学性质
图7-7 β-烷氧消除反应
◆取代基在每个葡萄糖单元上的取代分布，即在3个 羟基上的取代分布。这一分布的均一性影响到（a）产 品的溶解度；（b）溶液的稳定性；（c）产品的溶解 性质。
纤维素纤维的反应性
经历如下反应过程： （1）表面过程：在原纤表面上的反应； （2）大不均匀过程（macro heterogeneous process）：反
CC H Ｏ·
Ⅴ
+HO·
OH OH OHOH
C C· + H
Ⅱ
CC H OH
Ⅵ
OH OH
C C +HO· HH
Ⅰ
HO·+ HO·
OH OH C C· +H2O HＯ
Ⅱ
H2O
羰基形成
OH OOH CC H ＯH
Ⅵ
OH OH C C +H2O H ＯＯ
Ⅶ
图7-6 碱纤维素游离基自动氧化机理
温度对碱纤维素的自动氧化降解有极大的影响，
◆ 摩尔取代度（Molar Degree of Substitution, MS） 当纤维素醚生成侧向分支的醚时，平均每个失水葡萄糖 单元上所结合的取代醚基总量。MS的大小与侧链形成的 程度有关，理论上，MS的值可以是无限的，对纤维素烷 基、羧烷基衍生物，DS与MS是相同的，对纤维素羟烷基 衍生物，当一个羟烷基被引入纤维素分子链时，就形成了
（5）整条纤维素链上不同失水葡萄糖单元与反应试剂间 的反应；
（6）每个失水葡萄糖单元上三个不同羟基与反应试剂的 反应。
纤维素纤维有复杂的结构和超分子超分子结构，使纤维素与 化学反应试剂的反应存在不同层次的不均匀性。
（a）
CH2OR
H
O
22第二节植物纤维原料的化学成分PPT课件
分，在制浆过程中尽量不受破坏。
5
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。
6
半纤维素的性质及对制浆造纸的影响 1、造纸用化学浆应尽量多保留半纤维素，
15
1、抽提剂及抽出物
抽提剂：水、碱、丙酮、乙醚、乙醇、苯醇混合液。
抽出物：无机盐、糖类、植物碱、单宁、 色素、淀粉、果胶质、脂肪、脂肪酸、树 脂、树脂酸、酚类物质、蜡、香精油等。
16
2、不同原料的有机溶剂抽出物
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），其主要成分为松香酸、 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。
纤维素
水解产物 D－ 葡 萄 糖
半纤维素
水解获得 各种单体
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
3
一、植物纤维原料的主要成分
1、纤维素(cellulose)
21
4、灰分
① 定义
造纸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
22
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
5
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。
6
半纤维素的性质及对制浆造纸的影响 1、造纸用化学浆应尽量多保留半纤维素，
15
1、抽提剂及抽出物
抽提剂：水、碱、丙酮、乙醚、乙醇、苯醇混合液。
抽出物：无机盐、糖类、植物碱、单宁、 色素、淀粉、果胶质、脂肪、脂肪酸、树 脂、树脂酸、酚类物质、蜡、香精油等。
16
2、不同原料的有机溶剂抽出物
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），其主要成分为松香酸、 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。
纤维素
水解产物 D－ 葡 萄 糖
半纤维素
水解获得 各种单体
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
3
一、植物纤维原料的主要成分
1、纤维素(cellulose)
21
4、灰分
① 定义
造纸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
22
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
植物纤维化学课件第四节 纤维素的分子量及其分布(共33张PPT)
。 MW
高聚物分子量的多分散性及表征(biǎo zhēnɡ)方法
高聚物的多分散性越大，那么各种平均(píngjūn)分子量的差值
也 那越 么大，其M 顺Z 序是M M W Z M MW 。M M n Mn，当高聚趋于单分散时，
采用(cǎiyòng)多分散系数U来表征。
U Mw Mn
或
U Mz Mn
第十二页，共33页。
10 g/mole
例1
1. Mn
niMi Mn = ni
=
(5)(1) + (5)(5) + (5)(10) 5+5+5
= 5.33
2. Mw
miMi Mw = mi
=
(5)(1)(1) + (5)(5)2 + (5)(10)2 (5)(1) + (5)(5) + (5)(10)
第三十一页，共33页。
凝胶渗透色谱仪装置的原理图如上页图所示，溶 剂连续不断地用泵送入装有凝胶的样品柱和参比柱， 流经样品柱的溶剂通过(tōngguò)示差折射仪的样品池 后经虹吸管进入溶剂回收瓶，流经参比柱的溶剂通过 (tōngguò)示差折射仪的参比池后进入溶剂回收瓶。测 定时，通过(tōngguò)进样阀，注入聚合物试样溶液， 在样品柱中经凝胶屡次别离后，溶质分子从大到小连 续地被溶剂流淋洗出来。淋洗出来的溶质分子的量由 示差折射仪的样品池中溶液的折射率和参比池中溶剂 的折射率之差ΔRI来表示，淋洗时间通过(tōngguò)装 有光电计数装置的虹吸管测定的淋洗体积Ve来表示。
第二十二页，共33页。
一．分级沉淀和分级溶解法 原理(yuánlǐ)：基于高聚物溶解度的分子量依赖性。 分级沉淀测定：用降温或将某种非溶剂(沉淀剂) 参加到聚合物溶液中，聚合物就在不同非溶剂浓度 下沉淀出来，分子量较大的聚合物分子可溶性较小， 最先沉淀出来，而分子量较小的分子较慢沉淀出来， 这样就得到一系列分子量由大到小的级分．将每一 级分称重并测定其分子量，就得到该聚合物的分子 量分布．
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4、了解木材及造纸用非木材植物原料中抽提物 的主要类型及主要代表物的结构、性质以及对 制浆造纸过程的影响。
完整版课件ppt
5
三、本课程与化工专业的关系
植物纤维原料中主要成分的分离和利用
（1）、纤维素的综合利用
（2） 、半纤维素的利用
（3） 、木质素的分离和利用
（4） 、提取物的分离与利用
纤维素衍生物的制备：
学习方法：课堂学习与课后阅读结合
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14
六、教学安排
理论课40学时。
教学内容：
（一）绪论
（二）主要成分及在细胞中的分布
（三）木质素化学
（四）纤维素化学
（五）半纤维素化学
（六）提取物化学
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15
第一章
植物纤维原料的结构
完整版课件ppt
16
1.1 植物分类及命名
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。
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6
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。
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7
纤维素衍生物
纤维素酯：
醋酸酯（醋酸纤维素或乙酰纤维素）
电
影胶片、清漆（难燃）（–OH被–
O–CO–CH3取代）
硝酸酯（硝酸纤维素或硝化纤维素） 炸药、清漆（易燃）（–OH被–NO2取代）
磺酸酯（黄原酸酯）
粘胶人造丝、玻璃纸
（
Cell–OH + CS2 + NaOH，–OH被–O–CS– SNa取代）
植物纤维化学
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1
一、课程性质和研究内容
1、课程性质 植物纤维化学是轻化、林 产化工专业的基础理论课程，研究木材 及造纸用非木材植物原料的化学组成、 结构、性质、分布规律及其利用途径。
2、研究内容 主要研究植物纤维原料的 生物结构及其所含各组分，特别是木质 素、纤维素和半纤维素三种主要组分的 化学组成、化学结构、物理和化学性质、 分布规律及其利用途径。
如杨木、桦木、桉木、榉木、相思 木等
完整版课件ppt
18
1.1.1.2 、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；
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19
（2）韧皮纤维原料 包括各种麻类及某些树种的树皮，如亚
完整版课件ppt
10
木质素产品
水泥减水剂 植物生长调节剂 固沙剂 粘合剂 制药（胃溃疡、止血剂） 缓释肥 用于石油开采 表面活性剂等
完整版课件ppt
11
提取物的分离与利用
松香、松节油 栲胶、活性炭 生物活性物质：生物农药、天然药物
如：紫杉醇、甾醇、生物碱、植物 激素、印楝素等。
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2
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。
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8
纤维素衍生物
纤维素醚
乙基纤维素
塑料、清漆、涂料、胶粘剂
（–OC2H5代替–OH）
羧甲基纤维素（CMC）
造纸业、食品、化妆品、纺织工业添加
剂
（–OCH2–COOH代替–OH）
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9
半纤维素衍生物
在造纸工业中的重要性 生产糠醛 生产木糖醇 在医药和生物化学中的应用
完整版课件ppt
3
本课程重点研究植物纤维原料的三种主要 成分（俗称三大素），都是天然有机高分 子化合物，因此本课程可视作是高分子化 合物化学的一个组成部分。
高分子化合物：
指原子数量达到103 — 109个，分子量 极高并含有若干规则结构单元的物质。高 分子化合物可直接来源于自然界，也可以 是人工合成产品。 高分子化合物的化学结 构
Dietrich Fengel, Gerd Wegener
(1984)
（4） 木质素的化学 ─ 基础与应用，（日本）中野準三 著， 高洁等译，轻工业出版社（1979）
（5） 木材化学，（日本）中野準三等著， 鲍禾等译， 中国林业出版社（1983）
完整版课件ppt
13
五、本课程的特点及学习方法
课程特点：植物纤维化学是一门发展中的 学科。这一学科虽然已有100余年的历 史，但至今仍在不断发展、不断完善。
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
完整版课件ppt
17
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）
完整版课件ppt
12
四、主要参考资料
（1） 植物纤维化学（第二版），轻工业出版（1991）
（2） 木材化学 ─ 基础与应用，（芬兰）Eero Sjö rstrom著， 王佩卿，丁振森译，中国林业出版社
（1981）
（3） Wood Chemistry ─ Ultrastructure and
Reactions,
链状线型：橡胶、纤维素、热塑性塑料
网状结构：热固性塑料、木质素
完整版课件ppt
4
二、课程的具体要求
1、掌握木材和造纸用植物原料的主要化学成分-纤维素、半纤维素和木质素的结构、性质
2、掌握造纸用植物原料的主要化学成分--纤维 素、半纤维素和木质素在植物细胞中的分布状 பைடு நூலகம்，以及相互之间的关系；
3、掌握制浆造纸过程中主要化学反应的实质， 为制浆造纸专业课奠定理论基础；
植物种类繁多，地球现存约40万种 根据亲缘关系，归结为
命名
界——门——纲——目——科——属——种
藻类植物 低等植物
菌类植物 植物
国际统一命名为拉丁名，即植物 学名一般采用双名法：属名、种 名、定名人。
苔藓植物
如马尾松 Pinus massoiana Lamb
高等植物 蕨类植物
种子植物
木本—针叶树类
裸子植物：
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5
三、本课程与化工专业的关系
植物纤维原料中主要成分的分离和利用
（1）、纤维素的综合利用
（2） 、半纤维素的利用
（3） 、木质素的分离和利用
（4） 、提取物的分离与利用
纤维素衍生物的制备：
学习方法：课堂学习与课后阅读结合
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六、教学安排
理论课40学时。
教学内容：
（一）绪论
（二）主要成分及在细胞中的分布
（三）木质素化学
（四）纤维素化学
（五）半纤维素化学
（六）提取物化学
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第一章
植物纤维原料的结构
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16
1.1 植物分类及命名
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。
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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。
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纤维素衍生物
纤维素酯：
醋酸酯（醋酸纤维素或乙酰纤维素）
电
影胶片、清漆（难燃）（–OH被–
O–CO–CH3取代）
硝酸酯（硝酸纤维素或硝化纤维素） 炸药、清漆（易燃）（–OH被–NO2取代）
磺酸酯（黄原酸酯）
粘胶人造丝、玻璃纸
（
Cell–OH + CS2 + NaOH，–OH被–O–CS– SNa取代）
植物纤维化学
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一、课程性质和研究内容
1、课程性质 植物纤维化学是轻化、林 产化工专业的基础理论课程，研究木材 及造纸用非木材植物原料的化学组成、 结构、性质、分布规律及其利用途径。
2、研究内容 主要研究植物纤维原料的 生物结构及其所含各组分，特别是木质 素、纤维素和半纤维素三种主要组分的 化学组成、化学结构、物理和化学性质、 分布规律及其利用途径。
如杨木、桦木、桉木、榉木、相思 木等
完整版课件ppt
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1.1.1.2 、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；
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（2）韧皮纤维原料 包括各种麻类及某些树种的树皮，如亚
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木质素产品
水泥减水剂 植物生长调节剂 固沙剂 粘合剂 制药（胃溃疡、止血剂） 缓释肥 用于石油开采 表面活性剂等
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提取物的分离与利用
松香、松节油 栲胶、活性炭 生物活性物质：生物农药、天然药物
如：紫杉醇、甾醇、生物碱、植物 激素、印楝素等。
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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。
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8
纤维素衍生物
纤维素醚
乙基纤维素
塑料、清漆、涂料、胶粘剂
（–OC2H5代替–OH）
羧甲基纤维素（CMC）
造纸业、食品、化妆品、纺织工业添加
剂
（–OCH2–COOH代替–OH）
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半纤维素衍生物
在造纸工业中的重要性 生产糠醛 生产木糖醇 在医药和生物化学中的应用
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本课程重点研究植物纤维原料的三种主要 成分（俗称三大素），都是天然有机高分 子化合物，因此本课程可视作是高分子化 合物化学的一个组成部分。
高分子化合物：
指原子数量达到103 — 109个，分子量 极高并含有若干规则结构单元的物质。高 分子化合物可直接来源于自然界，也可以 是人工合成产品。 高分子化合物的化学结 构
Dietrich Fengel, Gerd Wegener
(1984)
（4） 木质素的化学 ─ 基础与应用，（日本）中野準三 著， 高洁等译，轻工业出版社（1979）
（5） 木材化学，（日本）中野準三等著， 鲍禾等译， 中国林业出版社（1983）
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13
五、本课程的特点及学习方法
课程特点：植物纤维化学是一门发展中的 学科。这一学科虽然已有100余年的历 史，但至今仍在不断发展、不断完善。
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
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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）
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四、主要参考资料
（1） 植物纤维化学（第二版），轻工业出版（1991）
（2） 木材化学 ─ 基础与应用，（芬兰）Eero Sjö rstrom著， 王佩卿，丁振森译，中国林业出版社
（1981）
（3） Wood Chemistry ─ Ultrastructure and
Reactions,
链状线型：橡胶、纤维素、热塑性塑料
网状结构：热固性塑料、木质素
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二、课程的具体要求
1、掌握木材和造纸用植物原料的主要化学成分-纤维素、半纤维素和木质素的结构、性质
2、掌握造纸用植物原料的主要化学成分--纤维 素、半纤维素和木质素在植物细胞中的分布状 பைடு நூலகம்，以及相互之间的关系；
3、掌握制浆造纸过程中主要化学反应的实质， 为制浆造纸专业课奠定理论基础；
植物种类繁多，地球现存约40万种 根据亲缘关系，归结为
命名
界——门——纲——目——科——属——种
藻类植物 低等植物
菌类植物 植物
国际统一命名为拉丁名，即植物 学名一般采用双名法：属名、种 名、定名人。
苔藓植物
如马尾松 Pinus massoiana Lamb
高等植物 蕨类植物
种子植物
木本—针叶树类
裸子植物：