植物纤维期末复习

润胀度：纤维素纤维润胀时，直径增大的百分率，即：润胀后直径增值/原纤维直径第一章思考题1．如何将造纸植物纤维原料进行分类？根据原料的形态特征、来源及我国的习惯，可大体上分类如下：一、木材纤维原料（针叶材原料、阔叶材原料）二、非木材纤维原料（禾本科纤维原料、韧皮纤维原料、籽毛纤维原料、叶部纤维原料）三、半木材纤维原料（棉秆）2．造纸植物纤维原料中、主要化学组成是什么？写出定义或概念。主要化学组成是木素和碳水化合物（carbohydrates):纤维素和半纤维素纤维素是由D－吡喃式葡萄糖基通过1，4-β苷键联结而成的均一的线状高分子化合物。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。木素是由苯基丙烷结构单元(即C6-C3单元)通过醚键、碳-碳键连接而成的具有三维空间结构的芳香族高分子化合物****3．比较纤维素与半纤维素的异同。①纤维素与半纤维素共同存在于大多数植物细胞壁中。②纤维素全部由葡萄糖单位聚合而成，而半纤维素是一种杂聚多糖，常含有木糖，甘露糖，半乳糖，鼠李糖，阿拉伯糖等单糖单位。③在酸性环境下半纤维素远较纤维素易于水解。④半纤维素比纤维素的分子要小，大约含有500到3000个单糖单位，后者大约含有7000到15000个。⑤半纤维素是分支的聚糖，而纤维素是不分支的。半纤维素具有亲水性能，可以造成细胞壁的润胀，赋予纤维弹性。⑥一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～30%的木质素。4．写出综纤维素的定义及四种制备方法、并指出哪种方法比较好？P7（1）定义又称总纤维素，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称）。（2）制备方法(P7)氯化法、亚氯酸钠法、二氧化氯法、过醋酸法以上方法得到的综纤维素都含有少量的木素，而且制备过程中往往使得少量碳水化合物被溶出。5．如何自综纤维素制备α-纤维素？并指出其化学组成。P8(1)用17.5%NaOH或（24%KOH）溶液在20℃下处理综纤维素或漂白化学浆45min，将其中的非纤维素碳水化合物大部分溶出，留下的纤维素及抗碱的非纤维素碳水化合物，分别称为综纤维素的α-纤维素或化学浆的α-纤维素。(2)α-纤维素包括纤维素和抗碱的半纤维素6．如何自漂白化学浆制备α-纤维素、β-纤维素、γ-纤维素？并指出各自的化学组成。（1）α-纤维素用17.5%NaOH或（24%KOH）溶液在20℃下处理综纤维素或漂白化学浆45min，将其中的非纤维素碳水化合物大部分溶出，留下的纤维素及抗碱的非纤维素碳水化合物，分别称为综纤维素的α-纤维素或化学浆的α-纤维素。（用英文翻译）包括纤维素和抗碱的半纤维素（2）β-纤维素和γ-纤维素用漂白化学木浆制备α-纤维素时，处理中所得到溶解部分，用醋酸中和沉淀出来的那部分为β-纤维素，不沉淀部分为γ-纤维素。β-纤维素包括高度降解的纤维素和半纤维素，γ-纤维素全为半纤维素。7．如何制备CrossandBevan纤维素？P8采用氯气处理湿润的无抽提物试料，使木素转化为氯化木素，然后用亚硫酸及约含2%亚硫酸钠溶液洗涤、以溶出木素。重复以上处理、直至加入亚硫酸钠后仅显淡红色为止。半纤维素的溶出较多，残留少量木素。8．如何制备硝酸乙醇纤维素？P8用20%的硝酸和80%乙醇的混合液，在加热至沸腾的条件下处理无抽提物的试样，使其中的木素变为硝化木素、溶于乙醇中而被除去，所得残渣既为硝酸乙醇法纤维素。此法结果最差，部分纤维素和大部分半纤维素被降解，含量更低。9．写出有机溶剂抽出物的定义、并指出常用的有机溶剂有哪些？P9有机溶剂抽出物：用中性有机溶剂抽提植物纤维原料，溶解在溶剂中的有机物。常用的有机溶剂：水、稀碱、苯、乙醇、苯－醇混合液、乙醚、丙酮、石油醚10．写出针叶材、阔叶材和草类原料、各自的有机溶剂抽出物的化学组成及存在的位置？针叶材：主要组成：松脂松香：树脂酸（松香酸）、脂肪酸、中性物等。松节油：萜烯类的混合物α-蒎烯（生物制药的重要成分）、β-蒎烯等。存在位置：树脂道和射线薄壁细胞中。阔叶才：组成：游离的及酯化的脂肪酸，中性物；不含或只含少量松香酸。存在位置：木射线薄壁细胞与薄壁细胞中。禾本科：主要成分：蜡质，伴以少量的高级脂肪酸、高级醇等。存在位置：禾本科表皮层的外表面11．写出果胶质的分子结构式、并说明果胶质存在于哪些植物中？P20主要存在于胞间层（M）和初生壁(P)果胶质含量：针叶木及草类的果胶质含量很少（阔叶木针叶木和草类）。麻、棉杆皮、桑皮、檀皮含果胶质较多。所以韧皮纤维原料制浆中所要解决的主要矛盾（脱胶）与木材和草类不同（脱木素）。12．写出植物纤维的定义。植物纤维（plantfibre）是广泛分布在种子植物中的一种厚壁组织。它的细胞细长，两端尖锐，具有较厚的次生壁，壁上常有单纹孔，成熟时一般没有活的原生质体。植物纤维在植物体中主要起机械支持作用。****14．叙述木材的粗视结构。P221、木材解剖的三个切面2、树心3、树皮4、形成层5、木质部6、年轮、生长轮7、春材、秋材8、边材、心材9、环孔材、散孔材15．植物细胞壁上纹孔的功能及种类？P63—64单纹孔和具缘纹孔半具缘纹孔作用——在活立木中是相邻细胞间水分和养料的通道。制浆造纸过程中药液渗透的主要通道。在木材工业中木材的干燥、防腐和阻燃浸注、化学反应、提取物浸出都与纹孔的渗透性有关。17．叙述针叶材的生物结构、并指出其含有哪几种细胞及含量百分比？P17生物结构看书本上的图P17针叶材中的细胞最主要是管胞，并有少量的木射线，一般不含导管（1）管胞：针叶木的最主要细胞，形似纺锤状；占针叶木细胞总数的90%-95%，具有输导水分和支撑树木的双重作用。（2）木薄壁组织：针叶材中的射线细胞，含量少，壁薄腔大，长度小，呈长方形，径向排列，胞腔内含树脂；在木质部称为木射线，在韧皮部称为韧皮射线；一般为单列，且无异型射线，通过纹孔与其他细胞相通，是细胞间横向流通的通道，具有储存营养的作用、（3）树脂道：是部分针叶木独有的特征，是由若干个分泌细胞所围成形的一种胞间道。它不是一个细胞也不是组织而是细胞间隙，中间充满树脂，故称为树脂道。分为轴向树脂道和径向树脂道，两者互相沟通，形成树脂道网。18．叙述阔叶材的生物结构、并指出其含有哪几种细胞及含量百分比？P18(1)木纤维：阔叶木的纤维细胞，是阔叶木的主要细胞和支持组织。大部分阔叶材的纤维细胞含量为60～80%。纤维细胞含量明显低于针叶木纤维细胞含量，造纸价值不如针叶木。般不用于单独抄造高强度纸张。（2）管胞：阔叶材中的管胞短而少，形态与针叶木中的管胞相似，纹孔为具缘纹孔，纹孔缘明显，纹孔直径大于或等于导管细胞侧壁上的纹孔直径。（3）导管：由一串具穿孔的管状细胞所构成，是阔叶木中的水分输导组织。约占阔叶材总体积的20%；以导管的细胞壁的增厚情况不同，可分为五种类型：环纹导管、螺旋状导管、梯形导管、网纹导管、纹孔导管；导管的大小和分布影响制浆过程中药液的浸透。（4）薄壁细胞：轴向薄壁组织：纺锤状薄壁组织细胞、木薄壁组织束；含量分布变化较大：从小于1％至24％不等（5）木射线细胞：同型木射线：只有径向排列的木射线细胞；异型木射线：既有直立的又有横卧的细胞19．叙述草类原料的生物结构、并指出其含有哪几种细胞及含量百分比？P33①纤维细胞是禾本科植物纤维原料的最主要细胞，禾秆的支持组织。形态：两端尖削，腔小。纤维长度1.0~1.5mm(一般2mm)，宽一般10~20µm。纤维含量低，40～70％②薄壁细胞（Parenchyma）◈壁薄腔大，形状多样（杆状、长方形、正方形、球形、枕头形等），长度较短◈含量高，草类达46％。又称为基本组织（禾本科原料的一大缺点）③表皮细胞长细胞和短细胞（硅细胞、栓质细胞）④导管和筛管导管细胞含量高，直径大⑤石细胞细胞壁极度增厚，细胞腔极小，常木质化、栓质化或角质化。非纤维状，尺寸小，洗涤过程易随水流失。主要存在于竹子中20．从细胞形态的角度分析、哪种植物纤维原料为造纸的优质原料？植物体内管状或长纺锤状的细胞，在造纸技术上称做纤维。植物纤维形态①针叶木：含有管胞、射线细胞和射线管胞等，管胞占木材容积90％以上，长1.5～5.6mm，宽30～75µm，是造纸的优质纤维；②阔叶木：木纤维长0.7～1.7mm，宽20～40µm，占木材容积的25～35％，其中以韧型木纤维最多。③禾本科植物：含有的纤维细胞约占细胞总量的50～60％,纤维一般长1～1.5mm,宽10～20µm，禾本科植物及阔叶木所制纸浆，因其纤维较短和所含非纤维状细胞较高，质量不如针叶木。****21．解释下列名词概念并写出数学表达式：长宽比、壁腔比、纤维数量平均长、纤维重量平均长、纤维长度分布频率。P44—P48长宽比：纤维长度与纤维宽度的比值壁腔比：细胞壁厚度与细胞腔直径的比值。柔软性！Runkel曾经指出：壁腔比1很好原料壁腔比=1好原料壁腔比1劣等原料****22．叙述这些纤维形态学指标与纸张性能之间的关系。P43（1）长宽比：长宽比大，成纸时单位面积中纤维之间相互交织的次数多，纤维分布细密，成纸强度高；反之成纸强度低（2）壁腔比：壁腔比小的纤维，成纸时纤维间的接触面积较大，结合力强，成纸强度高；反之，纤维僵硬，纤维间接触面积小，结合力小。对耐破度影响最为显著。壁腔比1很好原料、壁腔比=1好原料、壁腔比1劣等原料；值得注意的是，纤维的壁腔比并非越小越好。壁腔比太小的纤维，其本身的强度太差，成纸的强度仍不高。虽然其柔软性好，成纸紧度高，但成纸强度不高。（3）纤维粗度：纤维粗度大，成纸粗糙，平滑度低，强度下降，但松厚度增加；纤维粗度小，成纸的平滑度好，纸的裂断长、耐破度、撕裂度和耐折度增加，但松厚度下降****23．简述针叶材管胞的超结构。图参照课本P23、P181微细结构（ultrastructure）：原料中超越普通光学显微镜的分辨能力的细节。植物细胞的微细结构包括:纤维、导管、薄壁细胞等的微细结构。****24.叙述草类原料纤维细胞的超结构与针叶材管胞超结构的异同？相同点：细胞次生壁都具有多层结构不同点：小部分纤维的次生壁结构不符合S1S2S3模式，维系纤维的取向不同，禾本科植物中P层S1层的厚度占细胞壁的厚度比例远远大于木材纤维中相应层次的比例第二章思考题1．针叶材细胞壁中木素是如何分布的？阔叶材细胞壁中木素是如何分布？并与针叶材比较木素浓度最高的部位是复合胞间层，次生壁浓度最低，但由于次生壁比复合胞间层厚得多，针叶木木素总量的70%以上位于次生壁，和针叶木相似，阔叶木也是胞间层木素浓度最高，次生壁浓度较低，全部木素的80%位于次生壁。木材细胞壁中的木素并不是均匀分布分散在整个细胞壁中的，而是和半纤维素一起成切向同心薄层和纤维素间隔地存在着。3．在分化的细胞壁中木素是如何沉积的？a木素化过程在S2形成之前就已在细胞角隅和复合胞间层开始，接着木素快速地沉积。b而次生壁木素化作用是一个渐进过程，只有在胞间层木素浓度大约达到其最大值一半时才开始。c在次生壁中，S1层最先木素化，随后是S2层，最后S3层。4．木素的分离方法分为几大类？各自的缺点是什么？P78a木素作为残渣而分离缺点：这种方法分离的木素其结构已发生了变化。b木素被溶解而分离缺点：这种方法往往不能得到木素量的全部。5．如何制备Klason木素、并说出此法的缺点及主要应用范围？P81木粉首先用苯-醇混合液抽提6hr，以除去木粉中的有机溶剂抽提物，然后将木粉在72%H2SO4、温度18~20℃条件下水解，这时试样中聚糖的聚合度下降，2hr后聚合度下降至10左右。再加水使H2SO4的浓度稀释至3%，在稀酸条件下继续水解，使聚糖水解成单糖溶于溶液中，余下的残渣即为Klason木素。缺点：a由酸水解聚糖时，木素的结构发生了很大的变化，主要是缩合反应该方法由于在制备过程中发生了缩合反应，不适用于结构研究，广泛应用于定量分析6．为什么用Klason木素测