植物纤维化学研究生试题

一、填空题（20分，每空格1分）：

1．造纸工业将植物原料分为：木材纤维、非木材纤维、半木材纤维。

2. 植物纤维原料的主要化学成分包括：纤维素、半纤维素、木素。

3．阔叶材木素的基本结构单元是主要由愈疮木基丙烷和紫丁香基丙烷单元所构成。

4．针叶材、阔叶材和禾草类木素的木素含量的变化规律是：

针叶材> 阔叶材> 禾草类。

5．针叶材最主要的细胞是管胞，阔叶材最主要的细胞是木纤维，禾本科植物纤维原料的主要细胞有：纤维细胞、薄壁细胞。

6. 纤维素是由β-D-葡萄糖结构单元通过1，4-苷键连接而成的高分子化合物。

7．木素大分子结构中最主要的连接形式为β-芳基醚键。

8．木素总量的大部分存在于细胞壁的S2 层，而木素含量最高的是复合胞间层。

二、名词解释（15分）：

1.(3分)早材（春材）：

树木的每一个年轮是由两部分组成的，靠树心部分的颜色浅，是每年生长季节的前期生长出来的，故称为春材，也称早材。

2．(3分)木素：

木素是由苯丙烷结构单元（即C6-C3单元）通过醚键、碳-碳键联接而成的芳香族高分子化合物。

3. (3分)剥皮反应：

在碱的影响下，纤维素具有还原性末端基的葡萄糖基会逐个掉下来，一直到产生纤维素末端基转化为偏变糖酸基的稳定反应发生为止。由于消除下来的烷氧基—OR具有新的还原性末端基（也即是纤维素长链分子具有新的还原性末端基），可以继续进行上述反应，逐个不断地脱掉末端基，所以称为剥皮反应。4. (3分) 半纤维素

半纤维素是除纤维素和果胶以外的植物细胞壁聚糖。也可称为非纤维素的碳水化合物。由两种或两种以上单糖基组成的不均一聚糖，大多带有短的侧链，聚合度较低。\

5. (3分)纤维素的结晶度：

纤维素结晶区占纤维素整体的百分率。

三、简答题（60分）：

1．硫酸盐法蒸煮过程中臭气的主要成分是什么？并说明其形成机理？（10分）

硫酸盐法蒸煮过程中放出的臭气的主要成分为甲硫醇和二甲硫醚。在硫酸盐法蒸煮时，木素结构单元上甲基芳基醚结构和硫化钠发生反应，首先，亲核试剂HS-离子进攻木素芳香环上的甲氧基的碳原子，生成甲硫醇，并在苯环上导出酚羟基；然后，甲硫醇的阴离子（CH3S-）与第二个甲氧基反应，生成二甲硫醚。

2. 对同一种木材，晚材率的大小对制浆造纸有何影响（10分）

晚材率是指树木年轮中晚材的宽度与年轮总宽度之比的百分率。晚材率的大小对制浆造纸有相当大的影响。因为早材是由细胞壁比较薄的细胞组成，所以早材纤维具有弹性和柔韧性，容易打浆，能够制造出抗张强度和耐破强度高的纸张；而晚材纤维壁厚，形成管状，纤维又挺又硬，不容易打浆，抄成的纸除了撕裂度比较高以外，其他指标都不如早材纤维。因此，就同一种木材而言，晚材率低的要优于晚材率高的。

3. 区分两个概念：纤维素，纤维素纤维（10分）

-1，4-苷键联接起来的链状高分子化合物。纤维素纤维指植物原料经过特定的纤维化学工程所得到的残余

物——纸浆，主成分为纤维素，其中还含有一些半纤维素和木素。β纤维素指在常温下不溶于水、稀酸、稀碱的D-葡萄糖基以

4、蒽醌在碱法蒸煮中的作用是什么？（10分）。

-芳醚键的断裂，从而加速木素的脱除，蒽氢醌和木素反应又生成蒽氢醌，继续发生氧化-还原反应。β在碱法蒸煮中，蒽醌氧化碳水化合物，生成糖醛酸末端基，防止剥皮反应的发生，使纸浆得率增加，蒽醌本身被还原蒽氢醌，它与木素的亚甲基醌发生还原作用，促进了木素

5. 为什么纤维素的吸水量随无定形区百分率的增加而增加？（10分）

水有一定的极性，所以能进到无定形区，发生结晶区之间的润胀。纤维素的吸着水只能进入无定形区而不能进入结晶区，并且与无定形区中的羟基形成氢键结合。吸着水量随无定形区百分率的增加而增加。

6. 针叶木和阔叶材主要的聚木糖类半纤维素是什么？（10分）

针叶材的聚木糖半纤维素是：聚阿拉伯糖基-4-O-甲基葡萄糖醛酸基木糖，

阔叶材的聚木糖半纤维素是：聚4-O-甲基葡萄糖醛酸基木糖。

四、问答题（55分）：

1、纸浆中半纤维素的存在对纸浆的打浆和成纸性能有哪些影响？（15分）

（1）由于半纤维素亲水性好，能在打浆过程中促使制浆的润胀，因此能提高打浆的效率。

（2）由于半纤维素形成氢键的能力比较强，但是聚合度较低(DP＜200)，纸浆中含一定量

的半纤维素有利于提高纸张的物理强度，但半纤维素含量太高会显著影响纸张的强度。。

（3）半纤维素的存在能提高纸张的紧度。但同时降低纸张的不透明度。

（4）半纤维素吸水性好，易受环境中水分的影响，影响纸页的尺寸稳定性。在纸张印刷过程中影响套色。

2. 对于木材纤维，如何用壁腔比大小来判断原料的优劣？（15分）

答：壁腔比就是细胞壁厚度的二倍与细胞腔直径的比值。纤维细胞壁的绝对厚度与纸张性能无关。影响纸张性能的是纤维细胞壁厚度与细胞腔直径的比值（壁腔比）。一般认为细胞壁薄而细胞腔大的纤维抄成的纸张强度比较大。这是由于壁薄腔大的纤维有柔软性，彼此容易结合得好。而壁厚腔小的纤维比较僵硬，彼此结合差，制成的纸张强度比较低，纸页比较疏松，而吸水性好。对木材纤维原料，壁腔比小于1是好原料；等于1是中等原料；大于1是劣等原料。

3．解释一下为什么吸附等温曲线和解吸等温曲线不能重合，这种现象被称为什么现象？（10分）

干燥的纤维素在吸湿过程中其无定形区的氢键不断打开，纤维素分子间的氢键被纤维素与水分子间的氢键所代替，形成了新的氢键。在解吸过程中，润湿了的纤维脱水收缩，无定形区纤维素分子之间重新形成氢键，但由于内部阻力的抵抗，被吸着的水不易挥发，纤维素与水分子之间的氢键不能全部可逆地打开，故吸着的水较多，使得吸附等温曲线和解吸等温曲线不能重合，产生所谓的滞后现象。

4. 如何制备Klason木素，其基本原理是什么？（15分）

C下处理两小时，然后在3%硫酸溶液中水解四小时，得到的不溶残渣即为克拉森木素，它的分离原理是把纤维原料中的多糖水解成单糖，使木素变成不溶性残渣进行分离木素。在制备过程中纤维素和半纤维素发生润胀，然后发生酸性水解反应，最后变成单糖而溶出。︒60-80目的脱提取物木粉以72%硫酸在20