植物纤维原料的化学组成

1、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：主要组分：纤维素、半纤维素、木素占纤维原料纤维素、半纤维素、木素占纤维原料组成的大部分。组成的大部分。 次要组分：次要组分： 指除纤维素、半纤维素、木素之外的少量组分，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。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木材纤维原料的化学组成主要组分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80951 1、在

2、细胞壁中，微细纤维、在细胞壁中，微细纤维、半纤维素和木素以不连续的半纤维素和木素以不连续的层状结构绕细胞腔排列着层状结构绕细胞腔排列着2 2、三种主要成分在细胞壁中、三种主要成分在细胞壁中不是均匀分布的不是均匀分布的3 3、微细纤维是细胞壁的骨架、微细纤维是细胞壁的骨架物质物质4 4、木素和半纤维素是细胞壁、木素和半纤维素是细胞壁中的填充物质，是微细纤维中的填充物质，是微细纤维的的“填充剂填充剂”和和“粘合剂粘合剂”。 木材纤维次生壁中微细纤维半纤维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素木素之间的微细结构关系纤维素(cellulose) 纤维素纤维素(cellulose)(c

3、ellulose)l定义：定义：纤维素是由纤维素是由D吡喃式葡萄糖基吡喃式葡萄糖基通过通过1，4苷键苷键联联结而成的线状高分子化合物。结而成的线状高分子化合物。l纤维素是植物原料的最主要化学成分，也是纸浆、纸张的纤维素是植物原料的最主要化学成分，也是纸浆、纸张的最最主要、最基本主要、最基本的化学成分。的化学成分。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：12次）未抽提试料80沸腾硝酸乙醇法纤维素HNO3 ( 份数 )20%CH3CH2OH|与制浆造纸的关系与制浆造纸的关系 1. 1. 原料的纤维素含量高低，是评价原料的原料的纤维素含量高低，是评价原料的

4、制浆造纸价值的基本依据。制浆造纸价值的基本依据。 2. 2. 它是植物纤维原料和纸浆的主要化学成它是植物纤维原料和纸浆的主要化学成分，分，在制浆过程中尽量不受破坏。在制浆过程中尽量不受破坏。|棉：棉：9599，苧麻：，苧麻：8090 ，木材：，木材：4050 |竹：竹：4050 ，麦草：，麦草：3049半纤维素半纤维素u存在于植物细胞壁中存在于植物细胞壁中u是植物细胞壁三大组分之一是植物细胞壁三大组分之一u是地球上最丰富最、廉价的可再生资源之一是地球上最丰富最、廉价的可再生资源之一3.5*1010t/y 半纤维素的来源半纤维素的来源 什么是半纤维素什么是半纤维素半纤维素是由两种或两种以上单糖基

5、（葡萄糖基、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。带有数量不等的支链。 半纤维素的特点半纤维素的特点u有两种或两种以上的糖基组成的不均一聚糖，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。大多带有短的支链。 l构成半纤维素构成半纤维素主链主链的糖基有：木糖基、葡的糖基有：木糖基、葡萄糖基、甘露糖基萄糖基、甘露糖基 l构成构成支链支链的糖基有：木糖、葡萄糖、半乳糖、的糖基有：木糖、葡萄糖、半乳

6、糖、阿拉伯糖、葡萄糖醛酸阿拉伯糖、葡萄糖醛酸 u半纤维素是无定形物质，聚合度较低，易吸水半纤维素是无定形物质，聚合度较低，易吸水润胀。润胀。 不同植物原料，所含半纤维素种类不一样：不同植物原料，所含半纤维素种类不一样： 表表4-1 4-1 几种温带针叶木阔叶木的化学组成几种温带针叶木阔叶木的化学组成注：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常用植物纤维原料的半纤维素 针叶木：针叶木：聚聚O乙酰基半乳糖葡萄糖甘露糖为主，乙酰基半乳糖葡萄糖甘露糖为主，部分聚阿拉伯糖部分聚阿拉伯糖4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖甲基葡萄糖醛酸木糖 阔叶木阔叶木：聚：聚O乙酰基乙酰基 4-O-甲基葡萄

7、糖醛酸木甲基葡萄糖醛酸木糖为主，少量聚葡萄糖甘露糖糖为主，少量聚葡萄糖甘露糖 禾本科禾本科：聚阿拉伯糖木糖、聚：聚阿拉伯糖木糖、聚4-o-甲基葡萄糖醛甲基葡萄糖醛酸木糖酸木糖与制浆造纸的关系与制浆造纸的关系 1、对一般纸浆，半纤维素是尽量保留成分，、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提高纸浆得率，对纸浆的性能及成纸性能也有良好的影响；也有良好的影响； 2、生产纤维素衍生物用的化学浆，应尽量、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。除去，以免影响纤维素的化学加工。木素 木素来源木素来源凡是木质化的植物都含有木素，凡是木质化的植物都含

8、有木素，但不同但不同原料木素含量和种类不同。原料木素含量和种类不同。 针叶木：针叶木：2535， 阔叶木：阔叶木：2025， 禾本科：禾本科：1525， 棉纤维含量极少棉纤维含量极少 针叶材针叶材阔叶材阔叶材禾本科禾本科棉花棉花 。 木素基本结构单元木素基本结构单元G型 S型 H型CCCOHCCCOHOCH3CCCOHOCH3H3COp-HydroxyphenylGuaiacylSyringyl不同植物原料中木素结构单元的比例不同植物原料中木素结构单元的比例(100(100个个C9C9结构结构) )针叶木：愈创木基型木素针叶木：愈创木基型木素（G）阔叶木：愈创木基阔叶木：愈创木基型木素、型木素

9、、紫丁香基型木素紫丁香基型木素 （GS S） 禾本科：愈创木基型木素、紫丁香基型木素、禾本科：愈创木基型木素、紫丁香基型木素、 对羟苯基型木素对羟苯基型木素 （G-S-HG-S-H） 与制浆造纸的关系与制浆造纸的关系 对于化学浆而言，木素是尽量去除的成分，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。提高纸浆的性能及成纸性能。 化学法制浆中化学法制浆中 产生黑液的产生黑液的 “罪魁祸首罪魁祸首” 常用原料主要化学成分比较常用原料主要化学成分比较植物纤维原料的次要成分植物纤维原料的次要成分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、木素之外的少量组指除纤维

10、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溶剂或者稀酸稀碱抽提的有机物和少量无机物。物。（1）有机物）有机物 果胶：是一组聚半乳糖醛酸果胶：是一组聚半乳糖醛酸 芳香族化合物：单宁、立格南、黄酮类物质芳香族化合物：单宁、立格南、黄酮类物质 萜烯类化合物：萜烯类化合物： -蒎烯、-蒎烯 高级脂肪酸及酯、高级醇、蜡质高级脂肪酸及酯、高级醇、蜡质（2）无机物）无机物 钾、钙、钠、镁等金属离子的碳酸盐、硅酸盐及钾、钙、钠、镁等金属离子的碳酸盐、硅酸盐及磷酸盐等。磷酸盐等。1）果胶）果胶主要存在于植物的主

11、要存在于植物的胞间层，胞间层，少量存在于少量存在于细胞细胞壁壁中。具有水溶性，溶液易形成凝胶。中。具有水溶性，溶液易形成凝胶。韧皮纤维原料韧皮纤维原料( (如麻、桑皮、檀皮）的果胶含如麻、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量比较高，应先用生物的和化学的方法脱除果胶。果胶。2）单宁（）单宁（tannin） 单宁又称单宁又称单宁酸、鞣质单宁酸、鞣质, , 存在于多种树木存在于多种树木( (如橡胶树和漆树如橡胶树和漆树) ) 的树皮和果实中。单的树皮和果实中。单宁为黄色或棕黄色无定形松散粉末宁为黄色或棕黄色无定形松散粉末, , 在空在空气中颜色逐渐变深气中颜色逐渐变深, ,

12、有强吸湿性有强吸湿性; ; 不溶于不溶于乙醚、苯、氯仿乙醚、苯、氯仿, , 易溶于水、乙醇、丙酮易溶于水、乙醇、丙酮, , 水溶液有涩味。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）灰分（1 1）定义）定义 植物纤维原料都含有一定量的矿物质。纤维原料植物纤维原料都含有一定量的矿物质。纤维原

13、料燃烧和灰化后剩下的物质。燃烧和灰化后剩下的物质。（2 2）木材与草类原料的灰分含量与组成有很）木材与草类原料的灰分含量与组成有很大差别大差别* 稻草（1015%)2%(25%)*SiO2存在存在树皮树皮说明：说明：a a、大多数木材原料灰分为、大多数木材原料灰分为0.30.30.50.5，禾本科原，禾本科原料的灰分多数在料的灰分多数在2 25 5； b b、原料不同、位置不同、年龄不同，灰分含量以及、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，与植物生长环境也灰分中各种元素的比例不同，与植物生长环境也有关系；有关系；c c、原料中灰分是呈氧化物状态的矿物质元素。、原料

14、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不同原料的有机溶剂抽出物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（尤其在心材出物的含量是比较高的（尤其在心材中），其中），其主要成分为主要成分为松香、萜烯类化松香、萜烯类化合物、脂肪酸及不皂化物。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针叶木有机溶剂抽出物主要存在于树树脂道和射线薄壁细胞脂道和射线薄壁细胞中，心材含量比中，心材含量比边材含量高。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阔叶木的抽出物主要存在于木射线、木薄壁细木射线、木薄壁细胞中和导管胞中和导管中中, ,主要含主要含游离的已酯化的脂肪游离的已酯化的脂肪酸、中性物、多酚类化合物酸、中性物、多酚类化合物，不含或只含，不含或只含少少量松香酸量松香酸。