《植物纤维化学》复习思考题

1．如何将造纸植物纤维原料进行分类？一、木材纤维原料1针叶材，叶子多呈针状，材质比较松软，如马尾松、落叶松、云杉、冷杉、火炬松等。2阔叶材，叶子多呈宽阔状，材质较坚硬，如杨木、桉木、桦木、相思木等。二、非木材纤维原料。1禾本科纤维原料。稻草、麦草、芦苇、荻、甘蔗渣、高梁杆、玉米秆、麻杆、竹子等。2韧皮纤维原料。树皮类：棉秆皮、桑皮、构皮、檀皮、雁皮。麻类：红麻、亚麻、黄麻、青麻、大麻。3籽毛纤维原料棉花、棉短绒、棉质破布4叶部纤维原料。香蕉叶、龙舌兰麻、龙须草等三、半木材纤维原料。棉秆,其化学成分、形态结构及物理性质与软阔叶材相近。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？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）。制备方法。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。(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。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。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？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。8．如何制备硝酸乙醇纤维素？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。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？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？①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，其主要成分为松香酸、萜烯类化合物、脂肪酸及不皂化物。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禾本科植物原料的抽出物主要成分是蜡质，少量高级脂肪酸和高级醇抽出物含量低，主要存在于禾本科原料表皮层的外表面。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？果胶质为聚半乳糖醛酸。主要存在于胞间层和初生壁，麻、棉杆皮、桑皮、檀皮含果胶质较多。12．写出植物纤维的定义。植物纤维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。13．试述死亡细胞壁的构造。胞间层M、初生壁P、次生壁S：外层S1中层S2内层S3。14．叙述木材的粗视结构。外树皮、内树皮、形成层、次生木质部、木射线、树心15．植物细胞壁上纹孔的功能及种类？功能：1、在植物生长过程传输水分，营养，光合作用产物。2、蒸煮液通过纹孔渗透到细胞内部使其与木素进行反应，利于药液渗透，使原料得到均匀蒸煮。种类：单纹孔和具缘纹孔。针叶木纤维细胞都是具缘纹孔。阔叶木都是单纹孔，只有少量是具缘纹孔。16．如何将木材植物细胞进行分类？纤维细胞、导管细胞、木射线、木薄壁组织等细胞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？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，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？(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。（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。（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%；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：分只有径向排列的同型木射线细胞；既有直立的又有横卧的异型木射线细胞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？①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。两端尖削，腔小。纤维含量低，40～70％②薄壁细胞，壁薄腔大，形状多样，长度较短，含量高达46％。又称为基本组织③
表皮细胞长细胞和短细胞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。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？棉花纤维以及棉短绒中，纤维素以外的杂质含量最低，因而具有制浆、漂白工艺最简单，造纸价值最高等特点。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。禾本科原料较易蒸煮、漂白，生产工艺条件需温和些；针叶材原料较难蒸煮、漂白，工艺条件需强烈些；阔叶材原料制浆、漂白难易程度则介于两者之间。三类原料的半纤维素含量（及组成）明显不同，半纤维素含量高的原料，碱法浆得率高，纸浆易吸水润涨，成纸具有紧度高、透明度高等特点。木材原料的有机溶剂抽出物含量高，既赋予原料特有的颜色、特殊用途及经济价值；也将对制浆生产及工艺操作，废液回收，纸浆漂白剂白度稳定性方面造成影响。并且，阔叶材原料所造成问题会更突出一些。禾本科原料的灰分含量明显比木材原料的高；且其主要成分是二氧化硅，对草浆洗涤、漂白液回收等方面造成影响。碱法制浆时，增加碱回收的“硅干扰”；酸法制浆时，会引起纸的纸病。韧皮纤维原料中果胶质含量较高，由于果胶质与金属离子的特殊关系，韧皮纤维原料中的灰分含量也较高。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？P52图1—32、33与P57图1—40第二章思考题1．针叶材细胞壁中木素是如何分布的？2．阔叶材细胞壁中木素是如何分布？并与针叶材比较。3．在分化的细胞壁中木素是如何沉积的？•观点一：–木素最初的堆积开始于次生壁形成前的嫩的细胞角隅部分;–（S1形成期）以细胞角隅为起点沿着初生壁进行木化，–（S2形成期）复合胞间层的全部进行木素的堆积，S2层外部木化，S2层内部木化，持续到S3形成期，ML层木化结束。–随着细胞的成熟，S2层木化程度增加，S3层木化.•观点二：–木素最初的堆积发生在细胞角隅的初生壁，然后沿切向和径向扩展到复合胞间层，再到细胞角隅的CML，最后是细胞壁各层的木化。4．木素的分离方法分为几大类？各自的缺点是什么？P78按分离原理不同，可分为两大类：•第一类：溶出碳水化合物，保留木素(木素作为残渣)将无抽提物木粉经水解除去聚糖（纤维素、半纤维素），木素则以不溶性残渣分离出来。如：硫酸木素、盐酸木素。这种方法分离的木素其结构已被破坏发生了变化。•第二类：直接溶出木素(木素被溶解而分离)选用与木素不起反应溶剂,将木材中的木素抽提出来或将木素转变成可溶性的衍生物，再用适当溶剂抽提。如磨木木素、纤维素酶解木素（中性有机溶剂），二氧六环（dioxane）木素、乙醇木素（酸性有机溶剂）等，木素结构接近原本木素。这种方法往往不能得到木素量的全部,得率低。5．如何制备Klason木素、并说出此法的缺点及主要应用范围？P81硫酸木素（Klason木素）用72%H2SO4处理无抽提物的试样，溶出高聚糖，保留的残渣即为硫酸木素，或Klason木素。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木素测定方法、测定草及阔叶材木素时，必须同时测定酸溶木素？P81•实际上有少量木素溶于酸液——酸溶木素。•酸溶木素的含量：•针叶材1%•阔叶材3~5%•禾草类原料