植物纤维化学复习总结--(整理版5.7))

1植物纤维化学总结第一章植物纤维原料的化学成分及生物结构1、（1）纤维素(Cellulose)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。（2）半纤维素（Hemicellulose）由①两种或两种以上单糖基（②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③支链。④构成半纤维素短的侧链糖基有：木、葡、阿、半、岩藻、鼠李、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸等，还含有乙酰基。特点：①②③④（3）木素（Lignin）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立体结构的芳香族高分子化合物.木素的作用：以物理或化学方式使纤维素纤维之间粘结和加固，增加木材的机械强度和抵抗微生物侵蚀的能力，使木化植物直立挺拔和不易腐朽。（4）草类（straw）针叶材（needleleavedwood或softwood）阔叶材（leafwood或hardwood）克-贝纤维素（CrossandBevanCellulose)果胶质（Pectin）灰分(Ash)髓心（pith）树皮（Bark）形成层（Cambium）韧皮部(phloem)木质部(xylem)胞间层（MiddleLamella）导管（vesselelements）木薄壁细胞（parenchymacell）木射线细胞（raycell）初生壁（PrimaryWall）次生壁（Secondarywall）（5）综纤维素(Holo-cellulose)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）。（6）植物纤维：失去生命机能的细长锐端永久细胞2、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。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。3、有机溶剂抽出物及其对制浆造纸的影响。（1）针叶材的抽出物：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），其主要成分为松香酸(RosinAcids)、萜烯类化合物、脂肪酸(FattyAcids)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）阔叶木的抽出物：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。主要存在于木射线和木薄壁细胞中。（3）对制浆的影响：①蒸煮时抽出物的含量高（特别是心材）会阻碍药液浸透，增加蒸煮时的药品消耗,延缓蒸煮过程；②碱法蒸煮时，抽出物与碱反应，生成皂化物（塔尔油）；酸法制浆时，这些抽出物只是被加热、软化成油状物，漂浮在纸浆悬浮液中，易黏附在浆池壁、管道内壁、流浆箱、毛毯、造纸网、烘缸、纸张等处，导致粘辊、糊网、毛毯透气度、纸张有透明点等给生产过程及纸张质量带来不良影响—“树脂障碍”；③抽出物中有些多酚类物质在蒸煮时易与木素缩合，而一旦缩合将不能再碎裂，导致浆中有生片出现，严重的出现“生煮”。此外，多酚类物质与木素间的缩合造成黑液黏度升高，不利于碱回收.4、常用造纸植物纤维原料比较。P21棉花纤维以及棉短绒中，纤维素以外的杂质含量最低，针叶材、阔叶材和禾本科三类原料相比，针叶材的木素含量最高，阔叶材次之，禾本科原料（除竹子外）木素含量最低。木材原料的有机溶剂抽出物含量高，禾本科原料的灰分含量明显比木材原料的高；碱法制浆时，增加碱回收的“硅干扰”；韧皮纤维原料中果胶质含量较高，韧皮纤维原料中的灰分含量也较高。原料中尤其是草类原料灰分中的SiO2和Na2O反应后溶于黑液（Na2SiO3是粘合剂），使黑液粘度升高，给碱回收造成许多困难，黑液的提取率降低，并严重影响碱回收过程，称之为硅干扰。25、春材（springwood）或早材（earlywood）：树木的每个年轮是由两部分组成的，靠树心部分的颜色较浅，是每年生长季节的前期生长出来的。秋材（autumnwood）或晚材（latewood）：年轮中靠外圈、颜色较深部分，是每年生长季节的后期，即秋、冬天生长出来的。木质部中靠边缘的、颜色较浅的部分，称为边材（sapwood）。树木在生长过程中，木质部靠树心的部分组织逐步被树脂、单宁、色素等物质填充而失去活性变成死细胞，称为心材（heartwood）6、针叶材的细胞类型、含量及形态（重点）p26~28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。7、阔叶材的细胞类型、含量及形态P28~31阔叶材中细胞的种类较多，包括木纤维、管胞、导管、木射线和薄壁细胞。（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注：此题可能考针叶材阔叶材的细胞类型、含量及形态的比较（重点）8、植物细胞壁的基本构造P43（填空）细胞壁可分为胞间层ML（Middlelamella）、初生壁P（primarywall）和次生壁S（secandarywall）。胞间层M与初生壁P组成复合胞间层CML,次生壁根据形成的先后，可分为外层（S1层），中层（S2层）和内层（S3层）所有植物细胞都具有初生壁，但是并不一定有次生壁、9、纤维形态及其与纸浆（张）性质的关系P43~46（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10、纤维细胞壁的微细结构（重点）P50~55（可能做论述题）（一）纤维细胞壁的层次构成正常的纤维细胞的胞壁，自外至里是P、S1、S2、S3等层次所组成的；两个细胞间存在一个共同的胞间层3（ML层）；在3个或4个细胞之间存在一个共同的区域—细胞角隅（CC）胞间层及细胞角隅的体积分数均不大；P层的厚度极小，紧0.1μm左右，相邻两个细胞的P层及共有的ML层一起形成复合胞间层（CML）。S1层在P层的内侧，厚度较小，一般占细胞壁厚度的10%~20%,S3层更薄些，一般仅占2%~8%、S2层占70%~90%；S2层的厚度虽树龄、季节、部位等的不同而产生的变化幅度最大，故S2层是决定细胞壁厚度的最主要层次。对于大多数原料的多数纤维来说，纤维细胞壁是由P、S1、S2、S3等层次所决定的。（二）不同层次微细纤维的取向及其对材质的影响不同材种中相应层次的微细纤维的取向有差异，可作为鉴别材种的重要特征的依据，而且微细纤维取向倾角的大小还影响纤维的收缩及润胀性能、（三）微细纤维的精细结构微细纤维是细胞壁骨架物质的最基本结构单位、微细纤维是由比他更小的结构单元组成（四）微细纤维与半纤维素、木素的微细结构关系微细纤维是细胞壁骨架物质，而半纤维素、木素则是微细纤维间的“填充物质”。这三种组分在细胞壁中构成了绕细胞腔排列的相互间断的同心层半纤维素填充在原细纤维与微细纤维之间。木素填充在微细纤维之间与胞间层内。当细胞壁中的半纤维素和木素被除去以后，在电镜下可以看到原细纤维。11、纤维素、半纤维素、木素的分布（填空）（一）纤维素的分布(distribution）胞间层不含纤维素、自外至里，纤维素含量逐步升高，次生壁中，特别是S2和S3中，纤维素的含量最高（二）半纤维素的分布所有材种的复合胞间层（CML）中半纤维素含量都是最高的，次生壁中含量较低，尤其是S2层。半纤维素的浓度分布也是胞间层及细胞外层最高，次生壁尤其是S2层中最低。（三）木素浓度的分布：浓度依据从大到小排列CCCMLS3S1S2；尽管CC、CML中木素的浓度高，由于其体积分数甚小，故木素总量不多；相反，S2层中木素浓度虽低，由于其体积占细胞的大部分故木素总量的大部分存在于S2层之中。12、为什么说非纤维细胞的多少是衡量草类原料优劣的标准之一：（1）杂细胞多，影响成纸结合率，成纸强度低。（2）洗涤时影响脱水，湿纸强度差，影响纸机车速。（3）SiO2多存在于黑液中，影响碱回收，主要是增粘和结垢等问题。13、针叶材与阔叶材组织结构比较4第二章木素1、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立体结构的芳香族高分子化合物.2、木素的作用：以物理或化学方式使纤维素纤维之间粘结和加固，增加木材的机械强度和抵抗微生物侵蚀的能力，使木化植物直立挺拔和不易腐朽。—微细纤维间：加固木质化组织的细胞壁—胞间层：相邻细胞粘结在一起3、木素的含量（1）针叶木（裸子植物）中，木素含量25-35%（2）阔叶木（被子植物中的双子叶植物）中，木素含量20-25%（3）单子叶中的禾本科植物一般含15-25%（4）树种、树龄、部位不同，木素含量和组成也不同（木素分布的不均一性）木素含量针叶材木素阔叶材和禾本科植物热带阔叶木≈针叶木同株木材:上部低、下部高相同高度：心材边材晚材早材（次生壁中）4、木素三种基本结构单元：P69（G）愈疮木酚基丙烷、（S）紫丁香基丙烷、（H）对羟基苯基丙烷针叶木：愈疮木基丙烷含量在80%~90%，受压材(Compressionwood)约含70%愈疮木基丙烷和少量的对-羟基苯基丙烷；阔叶木和草类原料：愈疮木基丙烷、紫丁香基丙烷和少量的对-羟基苯基丙烷。55、木素三大功能基：包括甲氧基（-OCH3）、羟基（-OH）和羰基（-CO）(主要为填空题)（1）元素组成及甲氧基（methoxylgroup）甲氧基是木素最重要的特征基团。木素中的甲氧基是联接在芳香环上的，而不是联接在脂肪族侧链上。–针叶木木素：14％－16％–阔叶木木素：19％－22％–草本类木素：14％－15％–针叶木中木素是由愈疮木基单元构成的（一个甲氧基/每个苯丙烷单元）–阔叶木木素是愈疮木基和紫丁香基的共聚物（两个甲氧基/每个苯丙烷单元）（2）羟基（hydroxylgroup）按其存在的状态，有两种类型，酚羟基（phenolichydro