木材的化学性质分析

OH
对羟苯基丙烷 （H）
5.2.2 官能团
甲氧基
针叶树材木质素中 含13%~16%：阔叶 树材木质素中含 17%~23%阔叶树材 木质素中甲氧基含 量高于针叶树材
羰基
木质素结构中存在 约6种羰基，其定 量通常用盐酸羟胺 法，与芳香环共轭 的羰基，可用紫外 光谱法定量测定
木质素中酚羟基
是一个十分重要的 结构参数,它直接影 响木质素的化学性 质和物理性质
➢燃烧热 木质素的燃烧热值
比较高
➢溶解度 缩合或降解产生溶
性木质素和不溶性木质素之分
热性质
除了酸木质素和铜胺木质素外， 原本木质素和大多数分离木质 素是一种热塑性高分子物质， 无确定的熔点，具有玻璃态转 化温度（Tg）或转化点，而 且较高
5.2.4 木素的化学反应简述
木
素
生产中用氯化 法生产纸浆和
结构特点：
结构单元是D-葡萄糖基，相邻的葡萄糖基扭转180°； 葡萄糖基包含三个醇羟基，分别位于2、3、6三个碳原子上； 三个羟基中有一个为伯醇基，二个为仲醇基； 葡萄糖基为环状结构； 葡萄糖基为陆环的吡喃式糖，为六节环，包含1－5连结的氧桥； 每个葡萄糖基的连结为1，4－β－甙键连结； 纤维素大分子中的D－葡萄糖基为β型。
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，大多带 有支链
针叶树材和阔叶树材中纤维素、半纤维素和木 质素的含量见表:
主要成分
纤维素 半纤维素
木质素
针叶树材(%)
42±2 27±2 28±3
阔叶树材(%)
45±2 30±5 20±4
1
2
3 细胞壁中三大主成分 结合的层状模型
4
1.中间薄层
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
5.2.1. 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。
C
C
C
C
C
C
C
C
C
OCH3 OH
愈疮木基丙烷 （G）
H3CO
OCH3
OH
紫丁香基丙烷 （S）
的 氯化漂白纸浆
氯
化
碱 用碱法蒸煮木材脱 作 木素，生成碱木素 用 可作作乳化稳定剂 木
素
的 溴
木素的溴化作用 是木材溴化滞火 处理的理论基础
化
木
素 木素与氧发生化学
的 氧
反应，形成发色团 使木材材色变深
乙 木素大分子上有
酰 化
羟基可用乙酰化 进行改性处理
化
木
素 木材制浆也就是
脱 除
木素脱除，生产 用酸法和碱法
2.初生壁
3.原生质膜 5 4.果胶
5.纤维素
6
6.Biblioteka Baidu纤维素
5.1.2 木材的抽提物
抽提物 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，约占绝干木材的2%-5%
脂肪族化合物
芳香族化合物
萜烯及萜烯 类化合物
其它物质
5.2 木质素
木质素的存在 木质素的分布 木质素的分离 方法
木材科学与技术国家重点学科 湖南省精品课程
木材学
课程负责人 吴义强 教授
第五章 木材的化学性质
1 木材的化学组成 2 木质素 3 纤维素 4 半纤维素 5 木材的酸碱性质
5.1 木材的化学组成
木材
少量组分
细胞壁 主要组分
无机物（灰分）
有机物（芳香族、萜烯类、脂肪族化合物）
碳水化合物
纤维素 （水解单糖—D-葡萄糖）
羟基
一般认为木质素中 是不存在羧基的， 但在磨木木质素中 存在0.01-
0.02/OCH3
羧基
5.2.3 木质素的物理性质
一般物理性质和热性质
➢颜色 原本木质素是一种白
色或接近无色的物质
➢相对密度 木质素的相对密
度大约在1.35～1.50之间
➢光学性质 木质素结构中没
有不对称碳，所以没有光学活 性
聚合度↑→大分子长度↑→强度↑→溶解度和反应能 力↓
n<200 纤维素强度丧失; 200<n<700 强度随着n的提高而增 加 n>700 强度与聚合度关系不明显
5.3.3 纤维素物理结构
纤 分子间力 维
素
的
物
氢键力
理 结 构
（ hydrogen bond）
定义
当氢原子以主价健与电负性很强的 原子结合后再以负价键与另一电负 性很强的原子相结合所形成的键
纤维素分子链中的氢键
纤维素大分子的排列——两相体系理论
结晶度
crystallinity 用X-射线衍 射的方法
crystalline region 纤维素分子链的排 列定向有序具有完 全的规整性，靠侧 面的氢键缔合构成 的晶格，呈清晰的x射线衍射图，结晶 区长度为600A左右
木质素的结构
木质素的元素组 成
木质素主要存在于木质化植物的 细胞壁中
胞间层的木质素浓度最高，细胞 内部浓度则减小，次生壁内层又 增高
①将木质素作为不溶性成分被过滤分离出 来 ②将木质素作为可溶性成分溶解，其他成 分不溶解进行分离
木质素是非常复杂的天然聚合物，其化学 结构与纤维素和蛋白质相比，缺少重复单 元间的规律性和有序性
木
这些反应是生 材 产工艺的基础
，与木材加工 有密切关系 加
工
5.3 纤维素 （Cellulose）
5.3.1 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—甙键联结而成的链状高分子化合物 抗拉强度大，对木材的物理、力学性质影响很 大。纤维素既不溶于冷水，也不溶于热水
右图 纤维素的结构式
非还原性端基 纤维二糖基本单元 脱水葡萄糖 还原性端基 单元
5.3.2 纤维素的聚合度
定义
纤维素分子
聚
的聚合度
合
度
(n)
意义
与纤维强度 的关系
是指高分子中所含 的链节的数目
纤维素分子中葡萄 糖基的数目
纤维素分子量=聚合度 ×葡萄糖基的分子量
聚合度是纤维的重要物理常数之一，直接关系到纤 维的物理、力学及化学性质
半纤维素 （水解单糖—D-葡萄糖、D-半乳糖、 D-甘露糖、D-木糖、L-阿拉伯糖）
木质素
图5-1 木材的化学组成
5.1.1 木材的主要化学成分
木材
天然的高分子聚合物 是由苯基丙烷结构单元 通过醚键和碳-碳键联接 而成、具有三维结构的 芳香族高分子化合物
木质素－结壳物质
半纤维素－填充物质
纤维素－微骨架结构
形成条件
存在大量羟基（hydroxyl）,相
邻大分子中的羟基距离在0.3nm 以下
氢键与木材加工 工艺的关系密切
湿法纤维板（wetting method fiber-board） 成板理论
木材力学强度之所以在纤 维饱和点以下随水分减少 而增大，纤维素大分子之 间形成的氢键是主要原因 之一
木材干燥过程