第二部分-1 植物纤维化学部分-成分

木素含量及组成上的差异造成三种原料在生 产工艺上的差异
禾本科原料：较易蒸煮、漂白，生产工艺条件需 温和些； 针叶材原料：较难蒸煮、漂白，生产工艺条件需 强烈些； 阔叶材原料：制浆、漂白难易的程度介于禾本科 原料和针叶材原料之间。
半纤维素含量对制浆造纸工艺、产品的产量及质 量等的影响
半纤维素含量高的原料，碱法浆的得 率高，纸浆易吸水润胀，成纸具有紧度 高、透明度高等特点。

乙醇
对蜡、脂肪的溶解能力较低，但能与水相混溶，能 溶解单宁、色素、部分碳水化合物和微量木素。

苯-醇混合液
能溶解乙醚溶解的全部物质，果胶质、单宁、色素 等也可溶解。
（2）不同原料的有机溶剂抽出物
1、针叶材的抽出物
松香酸、萜烯类化合物、脂肪酸及不皂化物等。
2、阔叶材的抽出物 含量少：脂肪酸、中性物等，一般在1%以下。 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
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）：
溶 于 碱 的 部 分
+
醋酸中和后 不沉淀的部分 γ-纤维素：全为半纤维素
工 业 半 纤 维 素
说明：工业半纤维素中含有残留的天然半纤维素和制浆过程中纤维素的降 解产物。
二、 少量成分及其对制浆造纸生产的影响
（1）抽出物
抽提剂：水、碱、丙酮、乙醚、乙醇、苯-醇混 合液等。 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。

水抽出物
无机盐类、糖、植物碱、单宁、色素、多糖类物质 （树胶、粘液、淀粉、果胶质）。

碱
除溶出能被水溶出的物质外，还可以溶出部分木素、 聚戊糖、树脂酸、糖醛酸等。

乙醚抽出物
脂肪、脂肪酸、树脂、蜡及不挥发的碳氢化合物。 但乙醚沸点低，易挥发、散失，蒸发时易发生爆炸。

苯
溶解树脂、蜡、脂肪及香精油的能力甚强，但对含 水试样渗透性差。
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？
云杉、冷杉、铁杉、落叶松、红松、马尾松……。
云杉
冷杉
落叶松
马尾松
白杨 阔叶木（硬木）： 白杨、桦木、 桉木、榉木、楹木、相思木等
桉树
桦树
二、非木材原料
1、禾本科纤维原料
稻麦草、荻苇、芒秆、蔗渣、高粱杆、麻秆、玉米秆、 芦竹、毛竹、慈竹、白夹竹、楠竹、斑竹等。
注意
2、韧皮纤维原料
树皮类：桑皮、构皮、棉杆皮、檀皮、雁皮、棉杆皮
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。
2.半纤维素
非纤维素的碳水化合物。
结构：
半纤维素是由多种糖基、糖醛酸基所组成，分子 中常带有支链，是一群复合聚糖的总称。 常见的糖基有木糖基、葡萄糖基、甘露糖基、半 乳糖基、阿拉伯糖基、鼠李糖基等。 糖醛酸基（半乳糖醛酸基、葡萄糖醛酸基等）。 乙酰基
第二部分 植物纤维化学部分
植物纤维化学与制浆造纸的关系

问题1：造纸用的主要原料是什么？ 问题2：造纸主要原料的主要成分？ 问题3：纸是如何造出来的？
1、纤维分离：化学法、机械法、化学机械法 2、重新交织结合成纸 有必要了解纤维原料的形态、成分！
植物纤维化学研究的内容

植物纤维
哪些纤维属于植物纤维？ 哪些植物中含有较多纤维？
有机溶剂抽出物与纸浆生产、 木材加工的关系
抽出物对纸浆生产的影响 1、制浆过程中，抽出物含量高会阻碍药液的浸透； 2、碱法制浆中，抽出物中的酸与碱反应生成皂；部分抽 出物的存在有助于提高脱木素速率。 3、在酸法制浆过程中，抽出物被加热、软化成油状物， 漂浮在浆水体系中，粘附在浆池壁、管道内壁、毛毯等 地方，给生产带来不良影响，造成“树脂障碍”。 4、抽出物使浆难于漂白，漂剂消耗增加，既防碍漂浆白 度的提高又助长返黄。
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
半纤维素亦有溶出） 大部分半纤维素水解） b.制备纤维素时，除了给出量值外还必须给出 分离方法。
4、α-纤维素、β-纤维素、γ-纤维素、工业半纤 维素
综 纤 维 素 或 漂 白 化 学 浆
不溶于碱的部分 α -纤维素：纤维素及抗碱的半纤维素 醋酸中和后 沉淀的部分 β -纤维素：高度降解 的纤维素及半纤维素
3. 木素
定义： 木素是由苯基丙烷结构单元（即C6-C3单元） 通过醚键、碳-碳键联接而成的具有三维空间结构 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。 木素含量： 针叶材>阔叶材>禾本科>棉花。
苯基丙烷结构单元
C C C C C C C C C
O CH 3 O
H3C O O
O CH 3 OH
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。
灰分对制浆造纸的影响
对纸浆的影响： a、灰分对普通化学浆的质量没有什么影响，只对生产人造丝浆 和电容器纸产生不良影响。
麻类：红麻、大麻、黄麻、青麻、亚麻、苎麻等
桑树
构树
亚麻
棉秆皮
3、籽毛类纤维原料 半木材 纤维原 4、叶部纤维原料 料 龙须草、甘蔗叶、香蕉叶、龙舌兰麻等。
棉花、棉短绒及棉质破布等。
棉花
甘蔗叶
香蕉叶
棉杆
第二节 植物纤维原料的化学组成

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
聚合度：
纤维素分子中的β, D－葡萄糖基含量（数目）即为 纤维素分子的聚合度（DP）。 天然状态下，木材的纤维素分子链长度约为5000nm， 相应的平均聚合度约为10000；棉花纤维素的聚合度稍 高，15000左右；草类纤维素的平均聚合度稍低。 化学制浆时，经过蒸煮、漂白，纤维素的聚合度受 到化学药剂的作用而下降。
综纤维素制备四法: (先抽提，再除去木素)
⑴氯化法(1937年)
⑵亚氯酸纳法（1942年）
⑶二氧化氯法（1921年)
⑷过醋酸法
2、克-贝纤维素(C.B纤维素) 3、硝酸－乙醇纤维素 说明： a.同一原料不同方法所获得的纤维素比较： 综纤维素 > 克贝纤维素 > 硝酸-乙醇纤维素
（含0.1-0.3%木素，（纤维素发生水解降
与纤维素有关的几个概念
1、综纤维素 氯化法、亚氯酸钠法、二氧化氯法、过醋酸 法 2、克－贝纤维素 3、硝酸－乙醇纤维素 4、α -纤维素、 β-纤维素、γ -纤维素、工业 半纤维素
1、综纤维素：（Holo－cellulose）（总纤维素或全 纤维素）
指造纸植物纤维原料除去抽出物和木素后留 下的部分，即纤维素与半纤维素之和。
造纸植物纤维原料的化学组成
造纸植物纤维原料 少量组分 有机物 无机物 木素 纤维素 细胞壁的主要组分 碳水化合物 半纤维素
有机溶剂抽出物
造纸植物纤维原料
少量组分 （低分子量物质） 无机物（灰分）
细胞壁的主要组分 （高分子量物质）
有机物 有机溶剂抽出物
木素 纤维素
碳水化合物 半纤维素 水解获得 各种单体
树脂在吸水箱上的沉积
树脂引起的纸病
（3）灰分
1、概念
把原料样品在105℃左右干燥后，在750℃左右 的高温炉中处理，C、H、O、S等以气态化合物形 式散失，剩下即为灰分。
2、木材、非木材灰分比较 灰分成分 含量 木材 CaO、K2O、MgO <1% 非木材 SiO2 >2% (竹1%，稻草10～15%)
研究植物纤维原料的生物结构及其所含各组分， 特别是纤维素、木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。
第一章 植物纤维原料化学成分及 其与制浆造纸的关系
主要内容： 造纸植物纤维原料的分类及其代表性植物 植物纤维原料的化学成分及与制浆造纸生产的 关系 纤维原料的生物结构及细胞形态 纤维形态参数及其与纸浆（张）性质的关系 纤维细胞壁的微细结构
注意
（1）半纤维素不是均一聚糖； （2）分子中带有支链，不是线状分子；
（3）不是一种物质，是一类物质。
半纤维素的特点：
① 是无定形物质，填充在纤维之间和微细纤维之间；
② 聚合度较低；
③ 容易吸水润胀。 半纤维素与制浆造纸的关系： 由于半纤维素容易吸水润胀，所以对于一般造纸 用浆来说，保留一定量的半纤维素，有利于打浆，节 省打浆动力消耗，提高纸页的结合强度，故在符合纸 张质量的条件下，应尽量多保留半纤维素，以提高得 率，降低成本。
原料总质量的80％～95％
常用三类原料的主要化学成分比较
项目 纤维素 半纤维素 其中： 葡萄糖-甘露糖 木糖 木素 ％ ％ ％ 16 9 29 5 25 21 0 33 17 单位 ％ ％ 软木 45 26 硬木 45 34 禾本科 42 40
1. 纤维素
纤维素结构： 是由β、D—葡萄糖基通过1，4-苷键连接而 成的线状高分子化合物。 纤维素是不溶于水的均一聚糖。
c、Cu、Fe、Mn 在过氧化氢、氧气、臭氧漂白时分解漂白剂、降 解碳水化合物，降低漂白效果。
d、适量Ca、Mg离子稳定漂白剂，保护碳水化合物；但过量又会使 木素稳定，降低纸浆白度。
（4）果胶质
1、水溶性: a、部分水溶——羧基被中和成盐 b、不溶性的——多价金属离子作用，网状结构
2、性质： 支链特性、－OCH3数量、聚合度（DP） 3、粘度： DP——粘度 4、位置： 主要存在于胞间层，是细胞间的粘结物质。也 存在于细胞壁中，特别是初生壁中。 5、含量： 韧皮纤维中果胶质的含量较高 木材和草类原料中果胶质含量较少
己糖 （ D－葡萄糖） （ D－甘露糖） （ D－半乳糖） 戊糖 （ D－木糖） （ D－阿拉伯糖） 糖醛酸 乙酰基
芳香族化合物（酚类） 萜烯类 脂肪酸 醇类 蜡 树脂酸
水解产物 D－葡萄糖
造纸植物纤维原料的化学组成组成
一、主要化学组成
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
常用造纸植物纤维原料比较
针叶木 纤维素 高 半纤维素 低 木素含量 高 阔叶木 次之 次之 次之 禾本科 最少 最高 最少* *除竹类外
棉花及棉短绒
1、含少量果胶质、蜡，灰分较少 2、制浆：主要脱脂，用碱皂化脱除 碱法制浆：浆料几乎100％纤维素
韧皮纤维原料
1、麻类： a、纤维素含量高，>65％ b、木素含量低；（青麻、黄麻稍高） c、果胶质含量高，制浆主要任务是脱果胶、碱 法制浆。 2、树皮类：桑皮 a、纤维少、木素多； b、灰分含量高 c、果胶质含量高，碱法制浆
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。
对碱回收的影响：
b、硅干扰：原料中的硅，在碱法制浆过程中形成Na2SiO3，溶于黑 液中，造成黑液粘度升高，洗浆时黑液提取率降低，给黑液的蒸 发、燃来自百度文库、苛化、白泥回收等过程带来麻烦。蒸发时造成结垢； 燃烧时由于 Na2SiO3 熔点高，造成 Na2CO3 挥发，引起碱的损失；苛 化时造成澄清困难。故草浆黑液碱回收受到制约。 （了解）对漂白的影响：