木材改性的预备知识PPT学习教案

1、会计学1 木材改性的预备知识木材改性的预备知识 2.1 2.1 木材细胞壁结构木材细胞壁结构（Cell Wall Texture of Wood） 木木 材材 细细 胞胞 壁壁 3.2.1细胞壁的结构组成细胞壁的结构组成 3.2.2微纤丝及其构成微纤丝及其构成microfibril and the structure 骨架物质骨架物质 framesubstance 结壳物质结壳物质 Encrustingsubstance 基体物质基体物质 matrix substance 纤维素纤维素 微纤丝角微纤丝角（）(microfibrillar angle) 决定着木材各向异性的特征，分出了细胞壁的各

2、个壁层。决定着木材各向异性的特征，分出了细胞壁的各个壁层。 木材细胞壁的一级物理形态单位木材细胞壁的一级物理形态单位 半纤维半纤维 素素 木质素木质素 图示图示 第2页/共48页第1页/共48页 中微纤丝排列方向与细胞轴所 成的角度。 2.1.1 2.1.1 微纤丝及其构成微纤丝及其构成 第3页/共48页第2页/共48页 纤维素分子链纤维素分子链 （4040根左右）根左右） 基本纤丝（基本纤丝（2 2 4 4个）个） 粗纤丝粗纤丝 胞壁的各层胞壁的各层 微纤丝微纤丝 薄壁层薄壁层 下一张下一张 第4页/共48页第3页/共48页 纤维素的结晶区和无定形区纤维素的结晶区和无定形区 结晶区结晶区(c

3、rystalline area) 纤维素分子链平行紧密地排列形成结晶结构（纤维素分子链平行紧密地排列形成结晶结构（X X射线衍射图上反映出高度结晶）射线衍射图上反映出高度结晶） 非结晶区非结晶区(amorphous area) 纤维素分子链排列不平行（纤维素分子链排列不平行（ 但不是完全无序的）但不是完全无序的） 基本纤丝的两相结构理论：基本纤丝的两相结构理论： 基本纤丝包括基本纤丝包括结晶区结晶区和和非非 结晶区结晶区。 返回 第5页/共48页第4页/共48页 木木 材材 的的 细细 胞胞 壁壁 组组 成成 初生壁（初生壁（P） (primary wall) 次生壁（次生壁（S） (seco

4、ndary wall) 胞间层（胞间层（ML） (intercellular layer) 2.1.2 2.1.2 壁层结构壁层结构（The Structure of Cell Wall) 复合胞间层（复合胞间层（ ML+2P） (compound middle lamella) 次生壁外层次生壁外层S1 S1 = 1020% 次生壁中层次生壁中层S2 S2 = 7090% 次生壁内层次生壁内层S3 S3 = 28% S2 层的微纤丝角接近层的微纤丝角接近 于细胞轴的排列方向于细胞轴的排列方向 ，决定着木材许多物，决定着木材许多物 理力学性质理力学性质 典型的细胞壁层结构 第6页/共48页第5

5、页/共48页 管胞和纤维的壁层结构管胞和纤维的壁层结构 管胞管胞(tracheid) 锐端细胞，是组成针叶材的主要细胞，占木材体积的锐端细胞，是组成针叶材的主要细胞，占木材体积的90% 90% 以上以上 木纤维木纤维( (wood fiber) 薄壁细胞的壁层结构薄壁细胞的壁层结构（wall-structure of parenchyma） 细长而壁厚。主要指韧性纤维和纤维状管胞，是阔叶材的主要组成分子之一，占木材总体积的细长而壁厚。主要指韧性纤维和纤维状管胞，是阔叶材的主要组成分子之一，占木材总体积的50%50%以上。以上。 细胞壁的主要组成部分细胞壁的主要组成部分 导管分子的壁层结构导管分

6、子的壁层结构 wall-structure of vessel 次生壁外层次生壁外层S1S1：微纤丝角：微纤丝角=50=507070 次生壁中层次生壁中层S2S2：微纤丝角：微纤丝角=10=103030 次生壁内层次生壁内层S3S3：微纤丝角：微纤丝角=60=609090 次生壁次生壁(secondary wall) 纹孔多，各层微纤丝倾角的差异性减弱，层次不太明显，次生壁仍有三层之分纹孔多，各层微纤丝倾角的差异性减弱，层次不太明显，次生壁仍有三层之分 初生壁初生壁: : 微纤丝的排列是无定向的微纤丝的排列是无定向的 S1S1层和层和S3S3层层:= 30 := 30 6060 S2S2层层:

7、 0 : 0 ，与细胞长轴几乎平行，与细胞长轴几乎平行 图示 壁层结构壁层结构 第7页/共48页第6页/共48页 偏光显微镜下细胞壁的壁层结构偏光显微镜下细胞壁的壁层结构 下一张下一张 第8页/共48页第7页/共48页 细胞壁的壁层 细胞壁的壁层 返回 第9页/共48页第8页/共48页 细胞壁上的特征细胞壁上的特征 纹孔纹孔 pit 瘤层瘤层 Wart structure 纹孔的类型纹孔的类型 形成原因形成原因 针、阔叶树材具缘纹孔的主要差异针、阔叶树材具缘纹孔的主要差异 纹孔的结构纹孔的结构 2.1.3 2.1.3 胞壁特征胞壁特征（The Characteristics of Cell W

8、all） 单纹孔的结构单纹孔的结构 螺纹加厚螺纹加厚 Spiral pitting 眉条眉条 crassulae bars of sanio 具缘纹孔的结构具缘纹孔的结构 请点击绿色链接请点击绿色链接 第10页/共48页第9页/共48页 木木 材材 的的 密密 度度 木材分类木材分类 木材密度分类木材密度分类 木材密度的测定木材密度的测定 全干材密度全干材密度 气干材密度气干材密度 生材密度生材密度 直线量测法直线量测法 2.2.1 木材的密度木材的密度 水银测容器法水银测容器法 密度的影响因素密度的影响因素 实质密度和空隙度实质密度和空隙度 排水法排水法 树种树种 年轮宽度与晚材率年轮宽度与

9、晚材率 含水率含水率 树干不同部位树干不同部位 基本密度基本密度 第11页/共48页第10页/共48页 自然界中自然界中,凡能与水结合并为水湿润的材料凡能与水结合并为水湿润的材料, 可以归纳为三类可以归纳为三类 胶体 毛细管多孔胶体 毛细管多孔体 l这类物质所含水分的数量发生变化时这类物质所含水分的数量发生变化时, ,其尺寸和体积也随之变化其尺寸和体积也随之变化, ,但不会发生性质的变化但不会发生性质的变化 l吸水时吸水时, , 水分的增减不改变或极少改变其原有的尺寸和体积，只影响重量，性质变脆、强度降低水分的增减不改变或极少改变其原有的尺寸和体积，只影响重量，性质变脆、强度降低 l综合了前两

10、种物质，具有前两种物质的特性，如纸板、布匹综合了前两种物质，具有前两种物质的特性，如纸板、布匹 木材是一种毛细管多孔有限膨胀胶体 原因原因 大毛细管系统大毛细管系统+微毛细管系统微毛细管系统 2.2.2木材和水分木材和水分 第12页/共48页第11页/共48页 水分的存在位置和分类水分的存在位置和分类 吸着水吸着水 bound water 自由水自由水free water 微毛细管水微毛细管水 吸附水吸附水 化合水化合水 存在于微毛细管系统内，依靠表面张力而与木材呈物理机械的结合，约存在于微毛细管系统内，依靠表面张力而与木材呈物理机械的结合，约6% 吸附在结晶区表面和无定形区域内纤维素吸附在结

11、晶区表面和无定形区域内纤维素 分子游离羟基上分，分子游离羟基上分，24%左右左右 饱和水蒸气饱和水蒸气 吸附水吸附水 液态水液态水 生材与气干材中的水分生材与气干材中的水分 第13页/共48页第12页/共48页 绝对含水率绝对含水率 通常用木材所含水分的重量占其全干材重量的百分率表示通常用木材所含水分的重量占其全干材重量的百分率表示 相对含水率相对含水率 用木材所含水分的重量占木材原重量的百分率表示用木材所含水分的重量占木材原重量的百分率表示 测定方法 干燥法干燥法 蒸馏法蒸馏法 电测法电测法 第14页/共48页第13页/共48页 2.2.3 木材的纤维饱和点木材的纤维饱和点 纤维饱和点纤维饱

12、和点(fiber saturation point)木材中不包含自由水，且吸着水达到最大状态时的含水率，叫木材的纤维饱和点。木材中不包含自由水，且吸着水达到最大状态时的含水率，叫木材的纤维饱和点。其变异范围为其变异范围为23-33%, 23-33%, 平均值为平均值为30%30% 木材纤维饱和点示意图木材纤维饱和点示意图 中图：木材含水率在纤维饱和点状态中图：木材含水率在纤维饱和点状态 左图：木材含水率大于纤维饱和点左图：木材含水率大于纤维饱和点 右图：木材的含水率低于纤维饱和点右图：木材的含水率低于纤维饱和点 第15页/共48页第14页/共48页 思考：为什么纤维饱和点是木材性质的思考：为什

13、么纤维饱和点是木材性质的 转折点？转折点？ 木材体积木材体积( (干缩率或膨胀率随含水率的变化干缩率或膨胀率随含水率的变化 木材导电性随含水率的变化木材导电性随含水率的变化 第16页/共48页第15页/共48页 定义定义 当木材在一定的相对湿度和温度的空气中，当木材在一定的相对湿度和温度的空气中，吸收水分和散失水分的速度相等吸收水分和散失水分的速度相等，即吸湿速度等于解吸速度，即吸湿速度等于解吸速度 平衡含水率的影响因素平衡含水率的影响因素 环境的相对湿度和温度环境的相对湿度和温度 在木材加工利用上的意义在木材加工利用上的意义 木材在制成木制品前木材在制成木制品前, 必须干燥到所在地区空气温、

14、湿度相适应的木材平衡含水率必须干燥到所在地区空气温、湿度相适应的木材平衡含水率 第17页/共48页第16页/共48页 吸湿吸湿 性性 吸湿吸湿 吸附吸附 吸收吸收 解吸解吸 蒸汽压力差使木材自外吸收水分蒸汽压力差使木材自外吸收水分 蒸汽压力差使木材向外蒸发水分蒸汽压力差使木材向外蒸发水分 毛细管表面张力作用对液体进行机械地吸收毛细管表面张力作用对液体进行机械地吸收 多孔性的材料或溶胀的凝胶体物质对气态液体或气体紧密地吸收现象多孔性的材料或溶胀的凝胶体物质对气态液体或气体紧密地吸收现象 第18页/共48页第17页/共48页 木材的吸木材的吸 着滞后着滞后 定义 在一定的大气条件下，吸湿时的平衡含

15、水率总比解吸时要低在一定的大气条件下，吸湿时的平衡含水率总比解吸时要低 原因原因 l木材的微毛细管系统内的空隙一部分被空气占据木材的微毛细管系统内的空隙一部分被空气占据 l干燥收缩后的木材，其羟基价键非常坚固干燥收缩后的木材，其羟基价键非常坚固 l木材的塑性木材的塑性 第19页/共48页第18页/共48页 木材的胀缩性木材的胀缩性 木材含水率木材含水率( (变干变干) ) 尺寸缩小尺寸缩小 干缩干缩 性性 木材含水率木材含水率( (变湿变湿) ) 尺寸膨胀尺寸膨胀湿胀性湿胀性 木材干缩率的计算木材干缩率的计算 木材为什么干缩湿胀？木材为什么干缩湿胀？ 线干缩、体积干缩线干缩、体积干缩 方向、树

16、种、密度、晚材率方向、树种、密度、晚材率 木材干缩湿胀木材干缩湿胀 的影响因素的影响因素 纵向干缩远小横向纵向干缩远小横向 干缩系数干缩系数 干缩湿胀各向干缩湿胀各向 异性的原因异性的原因 径向和弦向径向和弦向 差异干缩差异干缩 干缩应力和干燥缺陷干缩应力和干燥缺陷 右图右图 木材的湿胀示意图木材的湿胀示意图 见 图 减小木材干缩湿胀的方法减小木材干缩湿胀的方法 第20页/共48页第19页/共48页 木材的各种变形木材的各种变形 木材中不同位置木材中不同位置 木材的不同变形木材的不同变形 木材的典型变形木材的典型变形 返回 第21页/共48页第20页/共48页 减小细胞壁的膨胀减小细胞壁的膨胀

17、 减小膨胀量减小膨胀量 a. 取代-OH或其它方法降低-OH量 b用憎水物覆盖自由表面，堵塞水的通道 c.浸入某种物质充胀细胞壁 1. 减小传递给外部尺寸的膨胀量减小传递给外部尺寸的膨胀量胶合板的交错结构胶合板的交错结构 第22页/共48页第21页/共48页 水分在木材内移动的通道水分在木材内移动的通道 木材中水分移动的机理木材中水分移动的机理 驱动力与形式驱动力与形式 驱动力形式驱动力形式 含水率梯度大毛细管液态水移动含水率梯度大毛细管液态水移动 水蒸气压力差大毛细管水蒸气移动水蒸气压力差大毛细管水蒸气移动 微毛细管张力差微毛细管液态水移动微毛细管张力差微毛细管液态水移动 木材中水分移动的动

18、力有三种：木材中水分移动的动力有三种： 毛细管作用、蒸气压力、含水率梯度毛细管作用、蒸气压力、含水率梯度 分为含水率在纤维饱和点以下及以上两分为含水率在纤维饱和点以下及以上两 种情况种情况 移动途径有三种：移动途径有三种： 直接联通的细胞腔直接联通的细胞腔 细胞间隙细胞间隙 通过纹孔膜的通道通过纹孔膜的通道 第23页/共48页第22页/共48页 图图7-21 7-21 木材细胞壁中吸附水的移木材细胞壁中吸附水的移 动动 含水率梯度含水率梯度 树种树种 密度密度 心、边材心、边材 方向方向 温度温度 移动的途径移动的途径 通过连续的细胞壁通过连续的细胞壁 通过断续的细胞腔细胞壁通过断续的细胞腔细

19、胞壁 影响木材中水分移动速度的因素影响木材中水分移动速度的因素 第24页/共48页第23页/共48页 2.2.8 木材的电学、热学和声学性质木材的电学、热学和声学性质 导电的影响因素导电的影响因素 (1)(1)含水率含水率 (2)(2)温度温度 (3)(3)方向：顺纹理最大方向：顺纹理最大 (4)(4)木材密度：影响较小木材密度：影响较小( (直流电传导中直流电传导中) ) (5)(5)木材中电解质含量木材中电解质含量 热学性热学性 质质 声学性质声学性质 木材的传声性木材的传声性 声波的阻力声波的阻力( ( 木材的透音性木材的透音性) ) 木材共振性木材共振性 热膨胀热膨胀 热容和比热容热容

20、和比热容 木材的热导率木材的热导率 热扩散率热扩散率 热分解过程热分解过程 第25页/共48页第24页/共48页 图图5-15-1木材的化学组成木材的化学组成 木材木材 木质素木质素 碳水化合物碳水化合物 半纤维素半纤维素 （水解单糖（水解单糖D-葡萄糖、葡萄糖、D-半乳糖、半乳糖、D-甘露糖、甘露糖、D-木糖、木糖、L-阿拉伯糖）阿拉伯糖） 纤维素纤维素 （水解单糖（水解单糖D-葡萄糖）葡萄糖） 细胞壁细胞壁 主要组分主要组分 少量组分少量组分 无机物（灰分）无机物（灰分） 有机物（芳香族、萜烯类、脂肪族化合物）有机物（芳香族、萜烯类、脂肪族化合物） 第26页/共48页第25页/共48页 纤

21、维素微骨架结构纤维素微骨架结构 半纤维素填充物质半纤维素填充物质 木质素结壳物质木质素结壳物质 木材木材 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 天然的高分子聚合物天然的高分子聚合物 是由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳是由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳-碳键联接而成、具有三维结构的芳香族高分子化合物碳键联接而成、具有三维结构的芳香族高分子化合物 第27页/共48页第26页/共48页 主要成分主要成分针叶树材针叶树材(%)阔叶树材阔叶树材(%) 纤维素纤维素 半纤维素半纤维素 木质素木质素 422

22、272 283 452 305 204 细胞壁中三大主成分细胞壁中三大主成分 结合的层状模型结合的层状模型 针叶树材和阔叶树材中纤维素、半纤维素和木针叶树材和阔叶树材中纤维素、半纤维素和木 质素的含量见表质素的含量见表: : 1 2 3 6 5 4 第28页/共48页第27页/共48页 脂肪族化合物脂肪族化合物 萜烯及萜烯萜烯及萜烯 类化合物类化合物 其它物质其它物质 芳香族化合物芳香族化合物 抽提物抽提物 不构成细胞壁、胞间层的游离的低分子化合物，可被极性和非不构成细胞壁、胞间层的游离的低分子化合物，可被极性和非 极性有机溶剂、水蒸汽或水提取，约占绝干木材的极性有机溶剂、水蒸汽或水提取，约占

23、绝干木材的2%-5%2%-5% 第29页/共48页第28页/共48页 木质素的存在木质素的存在 木质素主要存在于木质化植物的细胞壁中木质素主要存在于木质化植物的细胞壁中 木质素的分布木质素的分布 木质素的元素组成木质素的元素组成 胞间层的木质素浓度最高，细胞内部浓度则减小，次生壁内层又增高胞间层的木质素浓度最高，细胞内部浓度则减小，次生壁内层又增高 木质素的分离方法木质素的分离方法 木质素的结构木质素的结构 将木质素作为不溶性成分被过滤分离出来将木质素作为不溶性成分被过滤分离出来 将木质素作为可溶性成分溶解，其他成分不溶解进行分离将木质素作为可溶性成分溶解，其他成分不溶解进行分离 木质素是非常

24、复杂的天然聚合物，其化学结构与纤维素和蛋白质相比，缺少重复单元间的规律性和有序性木质素是非常复杂的天然聚合物，其化学结构与纤维素和蛋白质相比，缺少重复单元间的规律性和有序性 苯丙烷作为木质素的主体结构单元，共有三种基本结构，即愈疮木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构苯丙烷作为木质素的主体结构单元，共有三种基本结构，即愈疮木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构 第30页/共48页第29页/共48页 C C C OCH3 OH C C C OCH3 OH C C C OH H3CO 愈疮木基丙烷愈疮木基丙烷 （G G） 紫丁香基丙烷紫丁香基丙烷 （S S） 对羟苯基丙烷对羟苯基丙烷 （H H） 第3

25、1页/共48页第30页/共48页 甲氧基甲氧基 针叶树材木质素中含针叶树材木质素中含13%16%：阔叶树材木质素中含：阔叶树材木质素中含17%23%阔叶树材木质素中甲氧基含量高于针叶树材阔叶树材木质素中甲氧基含量高于针叶树材 羟基羟基 木质素中酚羟基木质素中酚羟基 是一个十分重要的结构参数是一个十分重要的结构参数,它直接影响木质素的化学性质和物理性质它直接影响木质素的化学性质和物理性质 羧基羧基 羰基羰基 木质素结构中存在约木质素结构中存在约6种羰基，其定量通常用盐酸羟胺法，与芳香环共轭的羰基，可用紫外光谱法定量测定种羰基，其定量通常用盐酸羟胺法，与芳香环共轭的羰基，可用紫外光谱法定量测定 一

26、般认为木质素中是不存在羧基的，但在磨木木质素中存在一般认为木质素中是不存在羧基的，但在磨木木质素中存在0.01-0.02/OCH3 第32页/共48页第31页/共48页 一般物理性质和热性质一般物理性质和热性质 颜色 原本木质素是一种白色或原本木质素是一种白色或 接近无色的物质接近无色的物质 相对密度 木质素的相对密度大约在木质素的相对密度大约在 1.351.50之间之间 光学性质 木质素结构中没有不对称碳木质素结构中没有不对称碳 ，所以没有光学活性，所以没有光学活性 燃烧热 木质素的燃烧热值比较高木质素的燃烧热值比较高 溶解度 缩合或降解产生溶性木质缩合或降解产生溶性木质 素和不溶性木质素之

27、分素和不溶性木质素之分 热性质热性质 除了酸木质素和铜胺木质素除了酸木质素和铜胺木质素 外，原本木质素和大多数分外，原本木质素和大多数分 离木质素是一种热塑性高分离木质素是一种热塑性高分 子物质，无确定的熔点，具子物质，无确定的熔点，具 有玻璃态转化温度（有玻璃态转化温度（Tg）或）或 转化点，而且较高转化点，而且较高 2.3.3.3木质素的物理性质木质素的物理性质 第33页/共48页第32页/共48页 2.3.3.4 木素的化学反应简述木素的化学反应简述 木木 材材 加加 工工 这些反应是生产工艺的基础，与木材加工有密切关系这些反应是生产工艺的基础，与木材加工有密切关系 用碱法蒸煮木材脱用碱

28、法蒸煮木材脱 木素，生成碱木素木素，生成碱木素 可作乳化稳定剂可作乳化稳定剂 碱碱 作作 用用 木木 素素 的的 氯氯 化化 生产中用氯化生产中用氯化 法生产纸浆和法生产纸浆和 氯化漂白纸浆氯化漂白纸浆 木木 素素 的的 溴溴 化化 木素的溴化作用木素的溴化作用 是木材溴化滞火是木材溴化滞火 处理的理论基础处理的理论基础 木木 素素 的的 氧氧 化化 木素与氧发生化学木素与氧发生化学 反应，形成发色团反应，形成发色团 使木材材色变深使木材材色变深 乙乙 酰酰 化化 木素大分子上木素大分子上 有羟基可用乙有羟基可用乙 酰化进行改性酰化进行改性 处理处理 木木 素素 脱脱 除除 木材制浆也就是木材

29、制浆也就是 木素脱除，生产木素脱除，生产 用酸法和碱法用酸法和碱法 第34页/共48页第33页/共48页 纤维素是由环式吡喃型纤维素是由环式吡喃型D葡萄糖基在葡萄糖基在1-4位置通过位置通过甙键联结而成的链状高分子化合物甙键联结而成的链状高分子化合物 抗拉强度大，对木材的物理、力学性质影响很大。纤维素既不溶于冷水，也不溶于热水抗拉强度大，对木材的物理、力学性质影响很大。纤维素既不溶于冷水，也不溶于热水 5.3.1 纤维素的化学结构纤维素的化学结构 右图右图 纤维素的结构式纤维素的结构式 第35页/共48页第34页/共48页 非还原性端基非还原性端基纤维二糖基本单元纤维二糖基本单元脱水葡萄糖脱水

30、葡萄糖 单元单元 还原性端基还原性端基 第36页/共48页第35页/共48页 聚合度聚合度(n) 是指高分子中所含的链节的数目是指高分子中所含的链节的数目 意 义 纤维素分子中葡萄糖基的数目纤维素分子中葡萄糖基的数目 n200 n200 纤维素强度丧失纤维素强度丧失; ; 200n700 200n700 n700 强度与聚合度关系不明显强度与聚合度关系不明显 与纤维强度的关系与纤维强度的关系 纤维素分子量纤维素分子量= =聚合度聚合度葡萄糖基的分子量葡萄糖基的分子量 聚合度是纤维的重要物理常数之一，直接关系到纤维的物理、力学及化学性质聚合度是纤维的重要物理常数之一，直接关系到纤维的物理、力学及

31、化学性质 聚合度聚合度大分子长度大分子长度强度强度溶解度和反应能力溶解度和反应能力 定 义 纤维素分子的聚合度 2.3.4.1 纤维素的聚合度纤维素的聚合度 第37页/共48页第36页/共48页 纤维素的物理结构纤维素的物理结构 分子间力分子间力 氢键力氢键力 （hydrogen bondhydrogen bond） 湿法纤维板（湿法纤维板（wetting method fiber-boardwetting method fiber-board）成板理论）成板理论 木材干燥过程木材干燥过程 木材力学强度之所以在纤维饱和点以下随水分减少而增大，纤维素大分子之间形成的氢键是主要原因之一木材力学强度

32、之所以在纤维饱和点以下随水分减少而增大，纤维素大分子之间形成的氢键是主要原因之一 氢键与木材加工工艺的关系密切氢键与木材加工工艺的关系密切 形成条件形成条件 定定 义义 存在大量存在大量羟基（羟基（hydroxylhydroxyl）, ,相邻大分子中的羟基距离在相邻大分子中的羟基距离在0.3nm0.3nm以下以下 当氢原子以主价健与电负性很强的原子结合后再以负价键与另一电负性很强的原子相结合所形成的键当氢原子以主价健与电负性很强的原子结合后再以负价键与另一电负性很强的原子相结合所形成的键 纤维素分子链中的氢键纤维素分子链中的氢键 2.3.4.2 纤维素物理结构纤维素物理结构 第38页/共48页

33、第37页/共48页 纤维素大分子的排列纤维素大分子的排列两相体系理两相体系理 论论 amorphous region 纤维素分子链的排列不呈定向有序、规则性不强，不形成晶格，排列不整齐结合松散。纤维素分子链的排列不呈定向有序、规则性不强，不形成晶格，排列不整齐结合松散。 结晶区与非结构晶区之间无明显的分界线，是逐渐过渡的。结晶区与非结构晶区之间无明显的分界线，是逐渐过渡的。 crystalline region 纤维素分子链的排列定向有序具有完全的规整性，靠侧面的氢键缔合构成的晶格，呈清晰的纤维素分子链的排列定向有序具有完全的规整性，靠侧面的氢键缔合构成的晶格，呈清晰的x-射线衍射图，结晶区长

34、度为射线衍射图，结晶区长度为600A左右左右 纤维素的结晶区和无定形区模型纤维素的结晶区和无定形区模型 结晶度结晶度crystallinity 用用X-射线衍射的方法射线衍射的方法 第39页/共48页第38页/共48页 木材物木材物 理理 性质性质 吸湿性吸湿性 电学性质电学性质 色泽色泽 比重比重 热学性质热学性质 光学性质光学性质 收缩膨胀收缩膨胀 各向异性各向异性 吸湿吸湿 adsorptionadsorption 解吸解吸 desorptiondesorption 吸水吸水 吸湿机理吸湿机理 轴向与横轴向与横 向的结合向的结合 力不同、力不同、 弹性模量弹性模量 不同不同 这一性质可用

35、于测纤维饱和点以下的含水率；介电性质通常与非结晶区的羟基数目密切相关这一性质可用于测纤维饱和点以下的含水率；介电性质通常与非结晶区的羟基数目密切相关 比热比热c=0.320.33；沿轴向的热传导率高于横向；沿轴向的热传导率高于横向 第40页/共48页第39页/共48页 结合力方式：结合力方式： b b轴轴主价键力主价键力 a a轴轴氢键力氢键力 c c轴轴范德华力范德华力 由于三个轴方向的联接键不同，因此，纤维素的弹性模量和力学强度沿各轴方向也不同，这是木材各向异性的基本成因由于三个轴方向的联接键不同，因此，纤维素的弹性模量和力学强度沿各轴方向也不同，这是木材各向异性的基本成因 第41页/共4

36、8页第40页/共48页 为什么木材吸湿后的为什么木材吸湿后的 曲线是曲线是“S S”型？型？ 第42页/共48页第41页/共48页 2.3.4.4 纤维素的主要化学性质纤维素的主要化学性质 水解作用水解作用 酯化作用酯化作用 乙酰乙酰 化化 作用作用 氧化作用氧化作用 热解热解 光降解光降解 生物降解生物降解 机械降解机械降解 在酸的作用下发生水解，最初得到水解纤维素，最后得到葡萄糖，经发酵可制得酒精，国外正开展酶水解的研究在酸的作用下发生水解，最初得到水解纤维素，最后得到葡萄糖，经发酵可制得酒精，国外正开展酶水解的研究 纤维素分子上羟基中的氢为酸根所取代即生成酯纤维素分子上羟基中的氢为酸根所取代即生成酯 用乙酰剂（冰醋酸和乙酐）作用下，羟基全部或部分被封闭用乙酰剂（冰醋酸和乙酐）作用下，羟基全部或部分被封闭 纤维素热解不仅引起分子链断裂，还有脱水、氧化等反应发生纤维素热解不仅引起分子链断裂，还有脱水、氧化等反应发生 波长愈短，光强度愈大，对纤维素的降解作用也愈大。光对纤维素的降解作用有两种类型波长愈短，光强度愈大，对纤维素的降解作用也愈大。光对纤维素的降解作用有两种类型 第43页/共48页第42页/共