植物资源化学1-2

1.纤维长度、宽度、长宽度均一性及长宽比2.细胞壁的厚度与壁腔比值3.非纤维细胞含量植物纤维形态对纸张性能的影响1.6植物纤维原料的化学组成1.6.1植物纤维的化学组成1.6.1.1细胞壁结构物质构成木材细胞壁和胞间层的物质，占木材的90%以上，热带木材略低，纤维素和半纤维素占木材的65%-75%。1.纤维素（cellulose）是β-D-吡喃葡萄糖通过1-4苷键彼此连接的线性高分子化合物。具有特性的x射线图。初生细胞壁含1-10%纤维素，次生壁含50%纤维素，棉花最高。主要成分针叶木阔叶木纤维素半纤维素木质素42±227±228±345±230±520±4表1针叶木和阔叶木中主要成分的含量（%）克-贝纤维素(CrossBevancellulose):氯气处理润湿的无抽提试样，使其中的木质素转化为氯化木素，然后用亚硫酸及3%亚硫酸钠溶液洗涤，以溶出木质素，重复多次，直至加入亚硫酸钠溶液后仅显淡红色（被子植物）或微棕色（裸子植物）为止。白色预留物称为克-贝纤维素。硝酸-乙醇纤维素:硝酸：乙醇=20：80木粉经浓硝酸乙醇混合液（1：4v/v）处理3次，每次1h，氧化除去木质素，半纤维素水解，得到白色预留物称硝酸-乙醇纤维素-纤维素、-纤维素、-纤维素、工业半纤维素综纤维素或化学浆——17.5%NaOH——沉淀-纤维素溶液——醋酸中和——沉淀-纤维素——溶液-纤维素-纤维素：纤维素和抗碱半纤维素-纤维素：（高度降解纤维素）和半纤维素-纤维素：高度降解半纤维素工业半纤维素：-纤维素和-纤维素综纤维素纤维素与半纤维素之和制备方法：亚氯酸钠法、氯化法、二氧化氯法、过醋酸法亚氯酸钠法：亚氯酸钠氧化除去木质素氯化法：氯气处理木材，乙醇胺的乙醇溶液除去2.半纤维素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。3.木质素•苯丙基丙烷单元通过醚键和碳-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•二氧化氯法：二氧化氯（ClO2）+NaHCO3氧化除去木质素1.6.1.2非细胞壁结构物质•1.提取物•提取物包括许多有机物,如树脂酸、萜类、多酚类、蜡、脂肪、脂肪酸、精油、生物•碱、蛋白质、单糖、黏液、果胶、树胶、树脂、淀粉、糖苷、甾醇、皂角苷等。定义：不构成细胞壁、胞间层的低分子化合物，可被极性和非极性有机溶剂、水蒸汽或水提取，称为提取物、抽提物或浸出物；近800种化合物存在于木材中；除一些树种外，一般约占绝干木材的2-5%。2.灰分（包括不溶性无机盐）灰分不属于提取物范畴，属于木材的少量组分，但对木材的物理和化学加工厂有影响。成分：少量无机物，其含量和组成与材种、树龄、立地条件、采运和运输方法等有关。组成元素：主要Ca、K、Mg。多数木材Ca占50%以上；其次为Mn、Na、P和Si等。热带木材含有高比例的Si，甚至超过Ca的含量。温带木材灰分含量为0.3~1%，多数热带木材灰分含量超过1%，有些5%以上。灰分分为两类：一类溶于水，占全部灰分的10~25%，主要为K和Na的碳酸盐类（约占整个溶解部分的60~70%）；另一类不溶于水，主要为Ca和Mg的碳酸盐和磷酸盐。二、植物纤维的少量组分1.6.2常用植物纤维原料的化学成分（自学）(一)木材的化学成分(二)竹材的化学成分(三)秸秆和韧皮类纤维原料的化学成分1.7植物纤维的超微结构•1.7.1植物纤维的细胞壁构造•1.7.1.1植物纤维细胞壁的超微结构•微纤丝•原纤丝•纤维素大分子链P43微纤丝——纤维素分子的聚集体是细胞壁中用电镜能鉴别出的最小天然结构单位，在电镜下呈细丝状微纤丝外围是半纤维素，微纤丝相互之间镶嵌着木质素和半纤维素，须脱去木质素才能在电镜下看到微纤丝。各层的精细构造通过电子显微镜研究，可进一步了解纤维细胞壁的层状结构是由不同走向的微纤丝构成。木材纤维细胞壁各层组织示意图）CML复合胞间层Compoundmiddlelamella1.7.1.2木材纤维细胞壁结构纤维素在整个次生壁中近于均匀分布，胞间层没有微纤维，但初生壁有松散和凌乱的微纤维。木质素密度最大的区域是复合胞间层的角隅，其次是胞间层。但是，由于所占的体积比例较小，所含木质素的总量不多，70%-80%的木质素仍然存在于次生壁中。•禾本科造纸纤维的四种结构模型图•I、II.稻草、麦草；II、III.芦苇、蔗渣、荻；II、IV.龙须草、竹子1.7.1.3禾本科纤维细胞壁结构禾本科草类植物与木材生物结构有诸多相似之处，但纤维微细结构仍有差异。概括成四种结构模型：•第一种：胞腔较大，模型和针叶木纤维结构形态相似，但S1层较厚，S2微纤维角度较大，由ML、P、S1、S2、S3组成。微纤维排列状态：ML—网状，S1—近横向交叉螺旋形，S2—缠绕角为30°-40°，S3—近于横向交叉螺旋形。•第二种模型和某些树皮纤维结构相似，细胞腔极小，细胞壁厚，S2层是细胞壁的绝对主要部分，S2层微纤维的缠绕角与约30°-40°。稻草、麦草纤维是由第一、二模型的纤维构成的。•禾本科草类纤维超微构造结构模型•第三种模型：草类纤维独有，特点是细胞壁中S3也是细胞壁中层的主要组成部分，其厚度和S2相当。S2和S3微纤维方向相反的，内层为S4。芦苇、荻、甘蔗渣、芒秆等由第二、三两种模型的纤维组成。•第四种模型：禾本科纤维独有，特点是细胞壁中层呈更多层结构，可达8-9层以上。微纤维走向不同，木素含量不同，交错排列有S形和Z形缠绕方式，竹子、龙须草主要由第二、四两种模型的纤维组成。1.7.2细胞壁的形成•(一)纤维素的沉积•1.微纤丝沉积•2.微纤丝缠绕取向•(二)木质素沉积•(三)半纤维素沉积1.7.3化学组成在细胞壁中的分布•(一)纤维素、半纤维素的分布细胞胞间层中不含纤维素,而是由木质素、半纤维素和少量果胶物质组成;初生壁中纤维素浓度低于次生壁,具有较高的木质素、半纤维素浓度,形成的微纤丝结构疏松;次生壁中纤维素浓度最高,微纤丝规律性排列,木质素和半纤维素浓度较低,在S2层尤为明显。分布规律：分布不均匀；采集部位愈高，木质素含量愈低；胞间层的木质素浓度最高；细胞内部浓度减小，次生壁内层又增高；如花旗松的胞间层木质素浓度为60%-90%，细胞腔附近约10%-20%。(二)木质素分布思考题•细胞壁的层状构造•植物纤维细胞壁的超微结构•微纤丝（定义）•化学组成在细胞壁中的分布(填空判断)•克-贝纤维素？硝酸-乙醇纤维素？纤维素、-纤维素、-纤维素、工业半纤维素？