植物纤维原料的化学组成

植物纤维原料的化学组成主要组分：纤维素、半纤维素、木素占纤维原料组成的大部分。次要组分：指除纤维素、半纤维素、木素之外的少量组分，主要是能被水、乙醇、苯、乙醚等中性溶剂或者稀酸稀碱抽提的有机物和少量无机物。木材纤维原料的化学组成主要组分纤维素半纤维素木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原料总质量的80％～95％1、在细胞壁中，微细纤维、半纤维素和木素以不连续的层状结构绕细胞腔排列着2、三种主要成分在细胞壁中不是均匀分布的3、微细纤维是细胞壁的骨架物质4、木素和半纤维素是细胞壁中的填充物质，是微细纤维的“填充剂”和“粘合剂”。木材纤维次生壁中微细纤维－半纤维素－木素之间的微细结构关系木材组分化学分析纤维素(cellulose)纤维素(cellulose)定义：纤维素是由D－吡喃式葡萄糖基通过1，4—β苷键联结而成的线状高分子化合物。纤维素是植物原料的最主要化学成分，也是纸浆、纸张的最主要、最基本的化学成分。与纤维素有关的几个概念随制备方法、条件的不同，半纤维素和木素溶出程度、纤维素降解程度的不同而有各种“纤维素”。①综纤维素(Holocellulose)定义：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和)。②克-贝纤维素英国人Cross和Bevan提出的分离纤维素的方法。无抽提物试料湿氯气反复洗H2SO3+NaSO32%?贝纤维素克－（针叶木：4次，禾本科：1－2次）③硝酸-乙醇纤维素用20%硝酸和80%乙醇加热沸腾处理无抽提物的木粉，使木素变为硝化木素并溶于乙醇，所得残渣即为硝酸-乙醇纤维素。未抽提试料80％沸腾硝酸乙醇法纤维素HNO3(份数)20%CH3CH2OH说明：b.制备纤维素时，制备方法、制备条件不同，半纤维素、木素溶出程度不同，纤维素降解程度不同。因而会得到各种“纤维素”，因此在表明分离得到的纤维素时除了给出量值外还必须给出分离方法。a.同一原料不同方法所获得的纤维素量不同：综纤维素克贝纤维素硝酸乙醇法纤维素（含0.1-0.3%木素，纤维素发生水解降解半纤维素亦有溶出）大部分半纤维素水解与制浆造纸的关系1.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.它是植物纤维原料和纸浆的主要化学成分，在制浆过程中尽量不受破坏。棉：95－99％，苧麻：80－90％，木材：40－50％竹：40－50％，麦草：30－49％半纤维素存在于植物细胞壁中是植物细胞壁三大组分之一是地球上最丰富最、廉价的可再生资源之一3.5*1010t/y半纤维素的来源①什么是半纤维素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、阿拉伯糖基及鼠李糖基等）组成的非均一聚糖，并且分子中往往带有数量不等的支链。②半纤维素的特点有两种或两种以上的糖基组成的不均一聚糖，大多带有短的支链。构成半纤维素主链的糖基有：木糖基、葡萄糖基、甘露糖基构成支链的糖基有：木糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖醛酸半纤维素是无定形物质，聚合度较低，易吸水润胀。③不同植物原料，所含半纤维素种类不一样：表4-1几种温带针叶木阔叶木的化学组成树种纤维素木素半纤维素果胶、淀粉、灰分等聚-O-乙酰基4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖聚阿拉伯糖-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖聚葡萄糖甘露糖聚-O-乙酰基半乳糖葡萄糖甘露糖香脂冷杉42299182白云衫412713181美国五叶松41299183加拿大铁杉41337163侧柏413114122红槭45252542白桦42193531大叶水青冈45222634颤杨48212434美国榆树51241942注：所有数值都是对无抽出物木材的百分数常用植物纤维原料的半纤维素•针叶木：聚O－乙酰基半乳糖葡萄糖甘露糖为主，部分聚阿拉伯糖4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖•阔叶木：聚O－乙酰基－4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖为主，少量聚葡萄糖甘露糖•禾本科：聚阿拉伯糖木糖、聚4-o-甲基葡萄糖醛酸木糖-纤维素、-纤维素、-纤维素、工业纤维素不溶解部分-纤维素（纤维素和抗碱的半纤维素）溶解部分醋酸中和沉淀部分-纤维素（高度降解的纤维素和半纤维素）不沉淀部分-纤维素（半纤维素）漂白化学浆或综纤维素17.5%NaOH（24%KOH）20℃处理45min工业半纤维素与制浆造纸的关系1、对一般纸浆，半纤维素是尽量保留成分，提高纸浆得率，对纸浆的性能及成纸性能也有良好的影响；2、生产纤维素衍生物用的化学浆，应尽量除去，以免影响纤维素的化学加工。木素定义木素是由苯丙烷结构单元(即C6-C3单元)通过醚键、碳-碳键等连接而成的具有三维空间结构的芳香族高分子化合物.木素来源凡是木质化的植物都含有木素，但不同原料木素含量和种类不同。针叶木：25％～35％，阔叶木：20％～25％，禾本科：15％～25％，棉纤维含量极少针叶材阔叶材禾本科棉花。木素基本结构单元G型S型H型CCCOHCCCOHOCH3CCCOHOCH3H3CO对-羟苯基p-Hydroxyphenyl愈创木基Guaiacyl紫丁香基Syringyl原料草类针叶木阔叶木对-羟苯基，%10-252.5-3.52.5-3.5愈创木基，%25-5090-9525-50紫丁香基，%25-500-150-75不同植物原料中木素结构单元的比例(100个C9结构)针叶木：愈创木基型木素（G）阔叶木：愈创木基型木素、紫丁香基型木素（G－S）禾本科：愈创木基型木素、紫丁香基型木素、对羟苯基型木素（G-S-H）与制浆造纸的关系对于化学浆而言，木素是尽量去除的成分，提高纸浆的性能及成纸性能。化学法制浆中产生黑液的“罪魁祸首”常用原料主要化学成分比较主要化学成分针叶木阔叶木禾本科纤维素半纤维素聚葡萄糖-甘露糖聚木糖木素452616929453452521424003317植物纤维原料的次要成分植物纤维原料的次要成分指除纤维素、半纤维素、木素之外的少量组分，主要是能被水、乙醇、苯、乙醚等中性溶剂或者稀酸稀碱抽提的有机物和少量无机物。（1）有机物果胶：是一组聚半乳糖醛酸芳香族化合物：单宁、立格南、黄酮类物质萜烯类化合物：-蒎烯、-蒎烯高级脂肪酸及酯、高级醇、蜡质（2）无机物钾、钙、钠、镁等金属离子的碳酸盐、硅酸盐及磷酸盐等。1）果胶主要存在于植物的胞间层，少量存在于细胞壁中。具有水溶性，溶液易形成凝胶。韧皮纤维原料(如麻、桑皮、檀皮）的果胶含量比较高，应先用生物的和化学的方法脱除果胶。2）单宁（tannin）单宁又称单宁酸、鞣质,存在于多种树木(如橡胶树和漆树)的树皮和果实中。单宁为黄色或棕黄色无定形松散粉末,在空气中颜色逐渐变深,有强吸湿性;不溶于乙醚、苯、氯仿,易溶于水、乙醇、丙酮,水溶液有涩味。单宁能与蛋白质、多糖、生物碱、微生物、酶、金属离子反应的活性以及它的抗氧化、捕捉自由基、抑菌、衍生化反应的行为被揭示后,其应用前景和范围迅速扩大。目前它在食品加工、果蔬加工、贮藏、医药和水处理等方面已取得重要突破,近年来它在化妆品生产中也崭露头角。单宁的用途非常广泛，具有杀菌、美容、抗衰老、吸附重金属、澄清液体等作用。3）灰分（1）定义植物纤维原料都含有一定量的矿物质。纤维原料燃烧和灰化后剩下的物质。（2）木材与草类原料的灰分含量与组成有很大差别*稻草（10~15%)1(0.1~1.0%)CaO,K2O和Na2O组成叶部原料含量针叶木阔叶木草类2%(2~5%)*SiO2存在树皮说明：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。植物纤维原料化学组成比较溶液抽出物聚戊糖木素果胶质纤维素硝酸-乙醇纤维素原料灰分冷水热水乙醚1%NaOH桑皮4.40-2.393.3735.4710.428.748.8454.81亚麻1.325.94-2.34---9.2970.75云杉0.731.422.680.3712.4311.6228.431.3246.92马尾松0.332.216.774.4322.878.5428.420.9451.86桦木0.821.692.362.1621.3225.9022.911.6953.43杨木0.321.382.460.2315.6122.6117.101.7643.24毛竹1.102.385.960.6630.9821.1230.670.745.50芦苇2.23--2.3929.8623.4020.72-50.15麦草6.045.3623.15-44.5625.5622.340.3040.40稻草14.15--6.6848.7921.089.49-36.73不同原料的有机溶剂抽出物（1）针叶木的抽出物针叶木中，松木和柏木的有机溶剂抽出物的含量是比较高的（尤其在心材中），其主要成分为松香、萜烯类化合物、脂肪酸及不皂化物。针叶木有机溶剂抽出物主要存在于树脂道和射线薄壁细胞中，心材含量比边材含量高。（2）阔叶材的抽出物阔叶木的抽出物主要存在于木射线、木薄壁细胞中和导管中,主要含游离的已酯化的脂肪酸、中性物、多酚类化合物，不含或只含少量松香酸。（3）禾本科植物原料的抽出物抽出物含量低蜡质，少量高级脂肪酸和高级醇主要存在于禾本科原料表皮层的外表面说明：1、同一原料，溶剂不同，溶出物质及溶解能力不同，抽出物的含量与成分不同。2、很少单独用苯或醇作为抽提剂，经常以苯醇混合液作为抽提剂。Thankyou!