西瓜纤维素的提取及其吸液性能

西瓜纤维素的提取及其吸液性能
西瓜纤维素的提取及其吸液性能

纤维素的结构及性质

一.结构 纤维素是一种重要的多糖,它是植物细胞支撑物质的材料,是自然界最非丰富的生物质资源。在我们的提取对象-农作物秸秆中的含量达到450-460g/kg。纤维素的结构确定为β-D-葡萄糖单元经β-(1→4)苷键连接而成的直链多聚 体,其结构中没有分支。纤维素的化学式:C 6H 10 O 5 化学结构的实验分子式为 (C 6H 10 O 5 ) n 早在20世纪20年代,就证明了纤维素由纯的脱水D-葡萄糖的重复 单元所组成,也已证明重复单元是纤维二糖。纤维素中碳、氢、氧三种元素的比例是:碳含量为44.44%,氢含量为6.17%,氧含量为49.39%。一般认为纤维素分子约由8000~12000个左右的葡萄糖残基所构成。 O O O O O O O O O 1→4)苷键β-D-葡萄糖 纤维素分子的部分结构(碳上所连羟基和氢省略)二.天然纤维素的原料的特征 做为陆生植物的骨架材料,亿万年的长期历史进化使植物纤维具有非常强的自我保护功能。其三类主要成分-纤维素、半纤维素和木质素本身均为具有复杂空间结构的高分子化合物,它们相互结合形成复杂的超分子化合物,并进一步形成各种各样的植物细胞壁结构。纤维素分子规则排列、聚集成束,由此决定了细胞壁的构架,在纤丝构架之间充满了半纤维素和木质素。天然纤维素被有效利用的最大障碍是它被难以降解的木质素所包被。 纤维素和半纤维素或木质素分子之间的结合主要依赖于氢键,半纤维素和木质素之间除了氢键外还存在着化学健的结合,致使半纤维素和木质素之间的化学健结合主要在半纤维素分子支链上的半乳糖基和阿拉伯糖基与木质素之间。 表:植物细胞壁中纤维素、半纤维素、和木质素的结构和化学组成

中国纤维素纤维发展现状

中国纤维素纤维发展现状(2013年) 1.1 中国纤维素纤维发展现状 1. 1.2 世界纤维素纤维发展现状 据美国《Fiber Organon》统计,在2012年期 间,世界纤维素纤维(不包括 溶剂纺和烟嘴用醋酯丝束)的 生产量为404万吨,相比2011 年增加了11%。普通粘胶长丝、 粘胶短纤、中等强力粘胶长丝 和铜铵纤维长丝的生产量以中国最多,其生产量为266.58万吨,占世界的66%(2008年这一比例为50%),相比2011年增加了11%。 中国纤维素纤维产量情况万吨 根据欧瑞康纤维统计获悉,近几年世界纤维素纤维年需求平均增

长率达9%,中国纤维素纤维产业随着技术进步发展迅速,近几年产量已达世界总产量的50%以上。但是面对发达国家生产技术的快速发展和其它发展中国家同质化的竞争,中国纤维素纤维产业仍然存在很多问题和挑战,纤维素纤维行业低水平的重复建设导致行业竞争日趋激烈。国内纤维素纤维行业木浆使用比例已超过棉浆达到60%,而木浆进口依存度居高不下(2010年木浆进口达到95%),定价权完全掌握在国外相关企业手中。如何控制低水平重复建设、优化产业结构、提高产业集中度、增强行业竞争力,是中国纤维素纤维行业发展面临的首要问题。 虽然溶剂法生产纤维素纤维具有一系列优点,但由于发达国家已经走在前面,加之知识产权制约及技术封锁,也使中国再生纤维素纤维的发展面临诸多困难。 纤维生产企业自身科研开发能力弱,新产品产业化程度低,下游产业应用与产品开发不能有效接轨,产业结构不合理,常规品种生产过剩,产品差别化、功能化水平低等潜在问题。2012年纤维素纤维产品差别化率仅为10%,远低于发达国家的50%以上水平。 由于全球溶解浆的迅速扩能,使中国溶解浆市场出现进口数量大增,国内溶解浆价格大幅下跌的过剩局面,中国溶解浆企业开工大幅度下降。尤其是棉浆和竹浆基本开工不足40%,同时纤维素纤维制造企业自产配套浆厂也加剧了亏损。2012年中国进口化纤浆粕180.76万吨,占到中国化纤浆粕消耗的47%左右,占中国化纤浆粕产量的88%。目前,国外进口溶解浆售价880-920美元/吨,加上税费折合人

植物组织中纤维素含量的测定

植物组织中纤维素含量的测定 纤维素是植物细胞壁的主要成分之一,纤维素含量的多少,关系到植物细胞机械组织发达与否。因而影响作物的抗倒伏,抗病虫害能力的强弱。测定粮食、蔬菜及纤维作物产品中纤维素含量是鉴定其品质好坏的重要指标。 一、原理 纤维素(cellulose)为β-葡萄糖残基组成的多糖,在酸性条件下加热能分解成β-葡萄糖。β-葡萄糖在强酸作用下,可脱水生成β-糠醛类化合物。β-糠醛类化合物与蒽酮脱水缩合,生成黄色的糠醛衍生物。颜色的深浅可间接定量测定纤维素含量。 二.材料、仪器设备及试剂 (一)材料:烘干的米、面粉或风干的棉、麻纤维。 (二)仪器设备:1. 小试管;2. 量筒;3. 烧杯;4. 移液管;5. 容量瓶;6. 布氏漏斗;7. 分析天平;8. 水浴锅;9. 电炉;10. 分光光度计。 (三)试剂:1. 60%H2SO4溶液;2. 浓H2SO4(AR);3. 2%蒽酮试剂:将2g蒽酮溶解于100ml乙酸乙酯中,贮放于棕色试剂瓶中;4. 纤维素标准液:准确称取100mg纯纤维素,放入100ml量瓶中,将量瓶放入冰浴中,然后加冷的60%H2SO460~70ml,在冷的条件下消化处理20~30min;然后用60%H2SO4稀释至刻度,摇匀。吸取此液5.0ml放入另一50ml 量瓶中,将量瓶放入冰浴中,加蒸馏水稀释至刻度,则每ml含100μg纤维素。 三.实验步骤 (一)求测纤维素标准回归方程 1. 6支小试管,分别放入0,0.40,0.80,1.20,1.60, 2.00ml纤维素标准液,然后分别加入2.00,1.60,1.20,0.80,0.40,0ml 蒸馏水,摇匀,则每管依次含纤维素0,40,80,120,160,200μg。 2. 向每管加0.5ml 2%蒽酮,再沿管壁加5.0ml浓H2SO4,塞上塞子、摇匀,静置1min。然后在620nm下,求测不同含量纤维素溶液的吸光度。 3. 以测得的吸光度为Y值,对应的纤维素含量为X值,求得Y 随X而变的回归方程。 (二)样品纤维素含量的测定 1. 称取风干的棉花纤维0.2g于烧杯中,将烧杯置冷水浴中,加入60%H2SO460ml,并消化30min,然后将消化好的纤维素溶液转入100ml容量瓶,并用60%H2SO4定容至刻度,摇匀后用布氏漏斗过滤于另一烧杯中。 2. 取上述滤液5ml放入100ml容量瓶中,在冷水浴上加蒸馏水稀释至刻度,摇匀后用。

纤维素提取分离技术研究进展_高璇

第28卷第2期 2012年4月 德州学院学报 Journal of Dezhou University Vol.28,No.2 Apr.,2012  纤维素提取分离技术研究进展 高 璇1,陆书明2 (1.江苏省科学技术情报研究所,南京210042;2.南通醋酸纤维有限公司,江苏南通226000) 摘 要:纤维素是一种丰富的生物质资源,具有可再生、可降解等优点,其转化和利用被认为是发展可持续能源的有效途径.本文从近几年的国内外科技文献(尤其是专利)入手,研究并综述了从天然纤维素原料中分离提取纤维素的工艺,分析并指出实现清洁分级分离纤维素、木质素、半纤维素,做到木质纤维素全生物量优化利用才是组分分离的未来. 关键词:纤维素;提取;分离 中图分类号:N99 文献标识码:A 文章编号:1004-9444(2012)02-0069-04 收稿日期:2012-03-15 作者简介:高璇(1983-),女,山东滨州人,硕士,研究方向:科技情报研究、专利分析与战略决策. 1 纤维素概述 纤维素(cellulose)是自然界中存在量最大的一类有机化合物,木材、亚麻、棉花等的主要成分都是纤维素.它是植物细胞壁的主要成分,是构成植物的骨架.纤维素是无色、无味具有纤维状结构的多糖,分子式可以用(C6H10O5)n(n为聚合度)来表示,组成纤维素的基本结构单元是葡萄糖,但与淀粉不同,它是由许多D-葡萄糖单元通过β-1,4糖苷键结合起来的链状高分子化合物.纤维素是目前制浆造纸工业、纺织工业和纤维化工的重要原料,纤维素形式的生物质能也将作为日后重要的清洁能源[1]. 2 纤维素提取分离技术 木质纤维类材料如各种农业残余物(玉米秸杆、小麦秸杆、稻草等)、林业残余物(伐木产生的枝叶、死树、病树等)、野草、芦苇、专门栽培的作物(如松、杨、甘蔗、甜菜、甜高梁等)以及各种废弃物(城市固体垃圾、废纸、甘蔗渣等)都是含有大量纤维素的天然纤维素原料,如果能从其中提取出优质的纤维素应用于工业生产中将会产生巨大的经济效益和生态效益. 但是,纤维素、半纤维素和木质素本身均是具有复杂空间结构的高分子化合物[1],在天然纤维素原料中,它们聚合为一个整体,形成复杂的超分子化合物.其中,木质素大部分存在于胞间层中,和半纤维素形成牢固结合层,对纤维素形成覆盖保护作用.因此,要想获得纤维素并充分利用,就必须将三种组分分离开来,实现纤维素的有效提取. 根据所使用方法的不同性质,纤维素提取工艺可分为物理处理法和化学处理法.在实际应用中,大多是采用两种或两种以上方法的组合,以取长补短,发挥各自优势,改善纤维素分离提取的效果.2.1 物理处理法 物理处理法主要包括机械粉碎、蒸汽爆破、微波和超声波辅助提取法等,一般用于纤维素提取的预处理工艺或是辅助工艺,其目的是去除木质素等对纤维素具有保护作用的成分[1]. 1)机械粉碎法 机械粉碎[1]常用双滚压碎机、球磨机、流态能量

纤维素总结

一:纤维素的结构分类及应用: 1)纤维素的结构: 2)纤维素的分类: 根据其在特定条件下的溶解度,可以分级为:α—纤维素,β-纤维素,γ-纤维素,α—纤维素指的是聚合度大于200的纤维素,β-纤维素是指聚合度为10一200的纤维素,γ-纤维素是指聚合度小于10的纤维素。 3)纤维素的应用: 纤维素是一多羟基葡萄糖聚合物,经过特定的物理或化学改性后,具有不同的功能特性,可以粉状,片状,膜,纤维以及溶液等不同形式出现,因此用纤维素开发的功能材料极具灵活性及应用的广泛性。 3.1 高性能纤维材料: 纤维素纤维是现代纺织业的重要原料之一,同时也是纤维素化工和造纸业的重要原料,当前,纸己经成为社会发展的必需品,不仅大量应用于印刷,日用品及包装物,还可以用于绝缘材料,过滤材料以及复合材料等领域,具有广泛而重要的用途。 3.2 可生物降解材料

纤维素能够作为可降解材料的基材使用,因为纤维素具有很多独特的优点:(1)纤维素本身能够被微生物完全降解;(2)维素大分子链上有许多轻基,具有较强的反应性能和相互作用性能,使得材料便于加工,成本低,而且无污染;(3)纤维素具有很强的生物相容性;(4)纤维素本身无毒,可广泛使用,由于纤维素分子间存在很强的氢键,而且取向度和结晶度都很高,使得纤维素不溶于一般溶剂,高温下分解而不融,所以无法直接用来制作生物降解材料,必须对其进行改性,纤维素改性的方法主要有醋化,醚化以及氧化成醛,酮,酸等。纤维素生物降解材料应用广泛,例如园艺品,农,林,水产用品,医药用品,包装材料及光电子化学品等,这里要特别提出的是纤维素在医学,光电子化学,精细化工等高新技术领域应用的更好西川橡胶工业公司研制开发的纤维素,壳聚糖系发泡材料存在很好的应用前景,其特点是重量轻,绝热性好,透气,吸水等,这些特点使其广泛应用于农业,渔业,工业,包装,医疗等各个领域。 3.3 纤维素液晶材料: 天然纤维素及其衍生物液晶是一类新颖的液晶高分子材料,和其它的纤维素衍生物液晶相比,新型的复合型纤维素衍生物液晶在纤维素大分子链中引入了刚性介晶基元,使得控制其液晶性质能够成为现实"这同时就为开发具有特殊性能的液晶高分子提供了新的研究领域,并且其相应的理论基础研究对探索高分子液晶的形成也有十分重要的指导意义,另外,由于天然纤维素是自然界取之不尽,用之不竭的可再生天然高分子,那么在石油及能源日益枯竭的今天,我们就很有必

植物纤维素化学试题

浙江理工大学 二O一O年硕士学位研究生招生入学考试试题 考试科目:植物纤维化学代码:963 (*请考生在答题纸上答题,在此试题纸上答题无效) 一、名词解释(3×5=15分) 1. 亲电试剂 2. 玻璃转化点 3. 结晶度 4. 剥皮反应 5. —纤维素 二、选择题(2×10=20分(1-6单选,7-10多选)) 1. 针叶材的管胞约占木质部细胞总容积的二-1。 A 45-50%B90-95%C60-70%D30-50% 2. 我们所得到的分离木素中二-2木素和原本木素结构是一样的。 A磨木B Brauns C 硫酸 D 没有一种 3. 无论是碱法还是亚硫酸盐法制浆、脱木素化学过程主要是一种二-3反应。 A 亲电 B 氧化 C 磺化 D 亲核 4. 用NaClO2处理无抽提物木粉、使木素被氧化而除去,剩下的产物为:二-4。 A 综纤维素 B β-纤维素 C 克-贝纤维素 D 氧化纤维素 5. 碱法制浆中、部分木素结构单元的α-醚键断裂后形成二-5中间产物。 A 亚甲基醌 B 正碳离子 C 酚型结构 D 非酚型结构 6. 木素生物合成过程中、不属于首先合成的木素结构单元是:二-6。 A 香豆醇 B 紫丁香醇 C 松柏醇 D 芥子醇 7. 在酸性亚硫酸盐制浆中、木素的缩合方式主要有:二-7。 A Cβ-C5 B Cα-C6 C Cα-C1 D Cβ-C1 E Cβ-C2 8. 半纤维素上的功能基主要有:二-8。 A 羰基 B 羧基 C 乙酰基 D 羟基 E 甲氧基

9. 半纤维素又可称为:二-9。 A 非纤维素的碳水化合物 B 木聚糖 C 结壳物质 D 填充物质 E 骨架物质 10. 一般树皮都含有较多的二-10,故不宜造纸。 A 灰分 B 鞣质 C 木栓质 D 果胶质 E 木素 三、判断题(2×10=20分,正确的打“T”,错误的打“F”) 1. 纤维素单位晶胞的Meyer-Misch模型和Blackwell模型的主要区别在于前者没有考虑纤维素的椅式构象和分子内氢键。 2. 一般来说,吡喃式配糖化物中,β型的酸水解速率低于α型的。 3. 各种碱对纤维素的润胀随着碱浓度的增大,其润胀能力增大。 4. 纤维素的氢键对纤维素纤维及纸张的性质影响不大。 5. 木材在碱法蒸煮过程中木素与氢氧化钠的反应,非酚型结构如在α-碳原子上连有OH基的β-芳基醚键也可以断裂,形成环氧化合物的中间物以及苯环上芳基甲基醚键断裂。 6. 在木素大分子中,大约有60%-70%的苯丙烷单元是以醚键的形式联接到相邻的单元上的,其余30%-40%的结构单元之间以碳-碳键联接。 7. 木材在碱法蒸煮过程中,木素与氢氧化钠的反应首先通过木素大分子中酚型结构基团的α-芳基醚键、α-烷基醚键断裂,形成亚甲基醌中间物。 8. 针叶木的半纤维素主要是己糖,而阔叶木的半纤维素主要是戊糖。 9. 超过纤维饱和点再增加的水称为饱和水。 10. 从木素浓度来看:次生壁>复合胞间层> 细胞角隅胞间层。 四、填空题(每空1×25=25分) 1. 木素分子中存在多种功能基,如(四-1 )、(四-2 )、(四-3 )等,这些功能基影响着木素的化学性质和反应性能。 2. 使原料中的木素溶出转入溶液,(四-4 )的同时,还必须(四-5 ),才能达到目的。 3. 木素分子的生色基团(发色基团)有:(四-6 )、(四-7 )、(四-8 )、(四-9 )等。 4.纤维素分子量和聚合度的测定方法有(四-10 )、(四-11 )、(四-12 )等。(三种即可) 5. 半纤维素的碱性降解包括(四-13 )和(四-14 )。 6. 针叶木的有机溶剂抽出物主要成分是(四-15 ),阔叶木的有机溶剂抽出物主要成分是(四-16 ),而草类的有机溶剂抽出物主要成分是(四-17 )。 7. 木素的化学反应类型有:(四-18 )和(四-19 )。

纤维素纤维基本知识

纤维素纤维基本知识 一、概述 纤维素纤维如棉、苎麻、黄麻、大麻、蕉麻、剑麻、木棉及粘胶纤维、TENCEL纤维、铜氨纤维的主要组成物质为纤维素。除纤维素之外,还有各种伴生物质。 纤维素是一种多糖物质,主要是由很多葡萄糖剩基联结起来的线型大分子,分子式可写成(C6H10O5)n。通常认为纤维素是β-d-葡萄糖剩基彼此以1,4苷键联结而成的大分子,在结晶区内相邻的葡萄糖环相互倒置,糖环中的氢原子和羟基分布在糖环平面的两侧。纤维素的结构式中有以下几个特点: (1)纤维素分子中的葡萄糖剩基(不包括两端的)上有三个自由存在的羟基,其中2,3位上是两个仲醇基,6位上是一个伯醇基,它们具有一般醇基的特性; (2)在左端的葡萄糖剩基上都含有四个自由存在的羟基,但实际上在右端的剩基中含有一个潜在的醛基。按理纤维素也应具有还原性质,但是由于醛基数量甚少,所以还原性就不显著,然而会随着纤维素分子量的变小而逐渐明显起来。 二、纤维素的主要化学性质 人们在对纤维素分子结构有正确认识之前,由于广大劳动人民的实践,对纤维素的化学性质早已有了一定的了解,并能利用这些性能进行一些有关的加工。随着对纤维素分子结构,纤维的形态和超分子结构认识的不断加深,就更有利于人们自觉地去利用这些性能和掌握有关的加工过程。纤维的结构决定了纤维的性能,而纤维的性能则必然是纤维结构的反映,两者是紧密相联的。 1. 纤维素纤维进行化学反应的特征 从纤维素的分子结构来看,它至少可能进行下列两类化学反应:一类是与纤维素分子结构中联结葡萄糖剩基的苷键有关的化学反应。例如:强无机酸对纤维素的作用就属此类;另一类则是纤维素分子结构中葡萄糖剩基上的三个自由羟基有关的化学反应。例如对染料和水分的吸附、氧化、酯化、醚化、交链和接枝等。 从纤维素纤维的形态和超分子结构来看,在保持纤维状态下进行化学反应时,具有不均一的特征,染整加工中所进行的化学反应往往多属此类。产生这种反应不均一性的原因,除了由于纤维表面和内部与反应溶液接触先后不同以及试剂的扩散有关外,从根本上来说则是与纤维的形态和超分子结构的不均一性有关;其次则与反应介质的性能、试剂分子的大小和性能有关。纤维素分子在纤维中组成层、原纤、晶区和无定形区,或者说组成了侧序度高低不同区域,形成了特定的形态和超分子结构。不同的试剂在不同的介质中只能深入到纤维中某种侧序度以下的区域(称为可及区),而不能到达侧序度更高的区域(称为非可及区),以致造成各部分所发生的化学反应程度的不均一。 2. 吸湿和溶胀 在大气中,所谓干燥的纤维素纤维实际上并非绝对干燥的,而是吸附着一定的水分。纤维中水分的含量通常是采用吸湿率或回潮率以及含水率这两项指标表示的。若以D表示试样的绝对干燥重量,W为试样吸收水分的重量,则回潮率或吸湿率(R)和含水率(M)分别是纤维在大气中吸湿的多少,除了与纤维种类有关外,还与大气相对湿度和温度有关。例如棉纤维在相对湿度为65%,温度为20℃的标准状态下的吸湿率大约为7~8%。如果把比较干燥的纤维放置到比较潮湿的环境中去,经过一定时间后则纤维的吸湿率回增加到一定值,建立起动态平衡,这种现象称之为增湿;相反,把比较潮湿的纤维放置在比较干燥的环境中,则纤维的吸湿率会逐渐减小,直到建立起动态平衡,这种情况称之为脱湿滞后现象。纤维的增湿与脱湿的吸湿率并不相等,该现象称为吸湿滞后现象。 纤维的吸湿主要是发生在纤维的无定型区和晶区的表面。关于纤维的吸湿机理,通过研究,

常识积累:纤维素的制法及作用

常识积累:纤维素的制法及作用 纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖,占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%,为天然的最纯纤维素来源。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。 纤维素是植物细胞壁的主要结构成分,通常与半纤维素、果胶和木质素结合在一起,其结合方式和程度对植物源食品的质地影响很大。而植物在成熟和后熟时质地的变化则由果胶物质发生变化引起的。人体消化道内不存在纤维素酶,纤维素是一种重要的膳食纤维。 一、纤维素的制法 生产方法一:纤维素是世界上蕴藏量最丰富的天然高分子化合物,生产原料来源于木材、棉花、棉短绒、麦草、稻草、芦苇、麻、桑皮、楮皮和甘蔗渣等。我国由于森林资源不足,纤维素的原料有70%来源于非木材资源。我国针叶材、阔叶材的纤维素平均含量约43-45%;草类茎秆的纤维素平均含量在40%左右。纤维素的工业制法是用亚硫酸盐溶液或碱溶液蒸煮植物原料,主要是除去木素,分别称为亚硫酸盐法和碱法。得到的物料称为亚硫酸盐浆和碱法浆。然后经过漂白进一步除去残留木素,所得漂白浆可用于造纸。再进一步除去半纤维素,就可用作纤维素衍生物的原料。

生产方法二:用纤维植物原料与无机酸捣成浆状,制成α-纤维素,再经处理使纤维素作部分解聚,然后再除去非结晶部分并提纯而得。 生产方法三:将选好的工业木浆板疏解,然后送入已加1%~10%的盐酸(用量为5%~10%)的反应釜进行升温水解,温度为90~100℃,水解时间0.5~2h,反应结束后经冷却送人中和槽,用液碱调至中性,过滤后滤饼在80~100℃下干燥,最后经粉碎得产品。 生产方法四:由木浆或棉花浆制成的纤维素。经漂白处理和机械分散后精制而成。 二、纤维素的作用 纤维素是地球上最古老、最丰富的天然高分子,是取之不尽用之不竭的,人类最宝贵的天然可再生资源。纤维素化学与工业始于一百六十多年前,是高分子化学诞生及发展时期的主要研究对象,纤维素及其衍生物的研究成果为高分子物理及化学学科的创立、发展和丰富作出了重大贡献。 (一)生理作用 人体内没有β-糖苷酶,不能对纤维素进行分解与利用,但纤维素却具有吸附大量水分,增加粪便量,促进肠蠕动,加快粪便的排泄,使致癌物质在肠道内的停留时间缩短,对肠道的不良刺激减少的作用,从而可以预防肠癌发生。

半纤维素的提取及功能化应用

半纤维素的提取及功能化应用 摘要:进入新世纪以后,全面可持续发展的科学发展观不断深入人心,为贯彻这一思想,可再生木质纤维素类生物质资源的开发和利用得到了人们的极大重视和关注。半纤维素是农林生物质的主要组分之一,含量仅次于纤维素,是地球上最丰富、最廉价的可再生资源之一。本文主要对半纤维素的提取及功能化应用进行综述。 关键词:生物质;半纤维素;功能化应用 Extraction and functional application of Hemicelluloses Abstract: After entering the new century, the comprehensive sustainable development of the concept of scientific development unceasingly thorough popular feeling, lignocelluloses biomass resources development and utilization of the people's great attention and concern to carry out the idea of renewable class. Hemicelluloses is a major component of forestry biomass, content, second only to cellulose is the most abundant on earth, one of the most cheap renewable resource. This article mainly summarized the extraction and functional application of hemicelluloses. Key Words: biomass ; hemicelluloses; functional applications 1.引言 植物体内通常含有纤维素、半纤维素、木质素、果胶和特种化合物。其中,半纤维素在自然界中的含量十分丰富,在木质纤维生物质中的含量占1/4 ~1/3,仅次于纤维素的含量,比木质素还高。长期以来纤维素和木质素的研究利用占据了人们的主导研究地位,近年来有关半纤维素的研究逐步得到了重视,特别是半纤维素的提取和改性技术的提高,使其在造纸、食品包装、生物医药等领域有着潜在的商业价值[1]。本文通过半纤维素的简介、提取方法及功能化应用三个方面进行详细阐述。 2.半纤维素的简介 半纤维素是植物细胞壁的主要组分之一,是由非葡萄糖单元组成的一类多糖的总称,约占细胞壁总重的20~35%。半纤维素与纤维素均一聚糖的直链结构不同,在参与细胞壁的构建中形成的种类很多,多为支链结构,结构复杂,且化学结构随植物种类不同呈现较大差异。 半纤维素主要由大量的非晶戊糖和己糖组成[2],既有均一聚糖也有非均一聚糖。根据一级结构,半纤维素可分为甘露聚糖、木聚糖、半乳聚糖、木葡聚糖和阿拉伯聚糖[3]。下图是半纤维素的主要结构单元。

第三章纤维素纤维的结构和性能

第三章纤维素纤维的结构和性能 § 3.1纤维素纤维的形态结构 一棉纤维的形态结构 棉纤维是种子纤维,其主要成分为纤维素、果胶、蜡质、灰分、含氮物质。 外形:上端尖而封闭,下端粗而敞口,细长的扁平带子状,有螺旋状扭曲,截面 呈腰子 形,中间干瘪空腔。 「最外层:初生胞壁 从外到里分三层:-中 间:次生胞壁 *内部:胞腔 1初生胞壁 决定棉纤维的表面性质,它又分为三层,最外层为果胶物质和蜡质所组成的 皮层。因而具有拒水性,在棉生长过程中起保护作用。但在染整加工中不利。 2次生胞壁 纤维素沉积最后的一层,是构成纤维的主体部分,纤维素含量很高,其组成 和结构决定棉纤维的主要性能。 3胞腔 输送养料和水分的通道,蛋白质、色素等物质的残渣沉积胞壁上,胞腔是棉 纤维内最大的空隙,是染色和化学处理时重要的通道。 二麻纤维的形态结构 麻纤维主要有: 苎麻、亚麻 是属于韧皮纤维,以纤维束形式存在 单根纤维是一个厚壁、两端圭寸闭、内有狭窄胞壁的长细胞 苎麻两端呈锤头形或分支 亚麻两端稍细呈纺锤形 纵向有竖纹和横节 纤维素纤维 -天然纤维素纤维 再生纤维素纤维 (棉、麻) (粘胶纤维、铜氨纤维、醋酯纤

主要化学组成和棉纤维一样是纤维素,但含量低。

§ 3.2纤维素大分子的分子结构 纤维素是一种多糖物质,其大分子是由很多葡萄糖剩基连接而成,分子式为(C6H10O5) n复杂的同系物混合物,n为聚合度,棉聚合度为2500~ 10000,麻 聚合度为10000~ 15000,粘胶纤维聚合度为250~ 500 纤维素大分子的化学结构是由B -d-葡萄糖剩基彼此以1, 4-甙键连接而成,结构如下 n —聚合度 每隔两环有周期性重复,两环为一个基本链节,链节数为( n-2) /2,n为葡 萄糖剩基数,即纤维的聚合度,葡糖糖剩基上有三个自由存在的羟基,其中2, 3位上是仲羟基,6位上伯羟基 § 3.3 棉纤维的超分子结构 超分子结构也称为微结构,主要指棉纤维中次生胞壁纤维素大分子的聚集态结构,纤维素大分子的排列状态,排列方向,聚集紧密程度等。 一X 射线研究 1 棉纤维的X 射线研究结果 超分子结构中有晶体存在,有一定的取向度 2 棉纤维中纤维素的单元晶格单元晶格属于单斜晶系 3 纤维的结晶度与取向度 棉纤维的结晶度约为70%,麻纤维为90%,无张力丝光棉为50%,粘胶纤维为40% 二 电子显微镜的研究 1 棉纤维的电镜图 棉纤维中存在粗大的原纤,但原纤又是由更小的微原纤组成 2边缘(缨状)原纤模型及理论(见P43的图3-8 ) 纤维素大分子通过整齐排列组成微原纤,又由微原纤进行整齐排列形成原纤,原纤中少数

纤维素提取

3,5-二硝基水杨酸(DNS)法测定还原糖3,5-二硝基水杨酸(DNS)法测定还原糖【原理】 还原糖的测定是糖定量测定的基本方法。还原糖是指含有自由醛基和酮基的糖类。单糖都是还原糖。利用单糖、双糖与多糖的溶解度的不同可把他们分开。用酸水解法使没有还原性的双糖,彻底水解成具有还原性的单糖,再进行测定,就可以求出样品中的还原糖的含量。 在碱性溶液中,还原糖变为烯二醇(1,2-烯二醇)。 烯二醇易被各种氧化剂如铁氰化物、3,5-二硝基水杨酸和Cu2+氧化为糖酸。氰化物和二硝基水杨酸盐的还原作用是还原糖定量测定的基础。还原糖和碱性二硝基水杨酸试剂一起共热,产生一种棕红色的氨基化合物,在一定的浓度范围内,棕红色物质颜色的深浅程度与还原糖的量成正比。因此,我们可以测定样品中还原糖以及总糖的量。【试剂】 1. 小麦粉

2. 6 mol/L HCl 50 ml浓盐酸加水稀释至100 ml。 3. 6 mol/L NaOH 240 g NaOH溶解于500 ml水中加水定容到1000 ml。 4. 碘-碘化钾溶液 20 g碘化钾和10 g碘溶于100 ml水中,使用前取1 ml加水稀释到20 ml。 5. 1 mg/ml的葡萄糖溶液 6. 3,5-二硝基水杨酸 6.3 g 3,5-二硝基水杨酸溶于262 ml 2 mol/L的氢氧化钠溶液中。将此溶液与500 ml含有182 g酒石酸钾钠的热水混合。向该溶液中再加入5 g重蒸酚和5 g亚硫酸钠,充分搅拌使之溶解,待溶液冷却后,用水稀释到1 000 ml。储存于棕色瓶中(需在冰箱中放置一周后方可使用)。 【操作】 1. 葡萄糖标准曲线的绘制 取试管6支,按下表操作: 管号 1 2 3 4 5 6

纤维素结构

纤维素结构 structure of cellulose 包括纤维素的化学结构和物理结构。 纤维素的化学结构纤维素是由D-吡喃型葡萄糖基(失水葡萄糖)组成。简单分子式 为[kg2](C H10O);化学结构式可用下二式表示: 霍沃思式是由许多D-葡萄糖基(1-5结环),藉1-4,β-型联结连接起来的,而且连接在环上碳原子两端的OH和H位置不相同,所以具有不同的性质。式中为聚合度。在天然纤维素中,聚合度可达10000左右;再生纤维素的聚合度通常为200~800。在一个样品中,各个高分子的聚合度可以不同,具有多分散性。 [1045-05] 椅式由于内旋转作用,使分子中原子的几何排列不断发生变化,产生了各种内旋转异构体,称为分子链的构象。纤维素高分子中,6位上的碳-氧键绕5和6位之间的碳-碳键旋转时,相对于5位上的碳-氧键和5位与4位之间的碳-氧键可以有三种不同的构象。如以g表示旁式,t表示反式,则三种构象为gt、tg、和gg(图1[C(6位)上O H基团的 构象]H基团的构象" class=image>)。多数人认为,天然纤维素是gt构象,再生纤维素是tg构象。 [1045-06] 在纤维素分子链中,存在着氢键。这种氢键把链中的O(6位上的氧)与O2'以及O与

O5'连接起来使整个高分子链成为带状,从而使它具有较高的刚性。在砌入晶格以后, 一个高分子链的O与相邻高分子的O之间也能生成链间氢键(图2[纤维素高分子的链中 和链间氢键])。 纤维素的物理结构晶胞及其参数具有一定构象的纤维素高分子链按一定的秩序堆砌,便成为纤维素的微晶体,微晶体的组成单元称为晶胞。代表晶胞尺寸的参数可以从纤维素的宽角X射线图象(图3[纤维素的宽角X射线纤维图 象])直接算出。 在纤维素中存在着化学组成相同,而单元晶胞不同的同质多晶体(结晶变体),常见的结晶变体有四种,即纤维素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。四种结晶变体的晶胞参数见表[纤维素的各种结晶变体的晶胞参

第三章 纤维素纤维的结构和性能

第三章纤维素纤维的结构和性能 天然纤维素纤维(棉、麻) 纤维素纤维 再生纤维素纤维(粘胶纤维、铜氨纤维、醋酯纤维) §3.1纤维素纤维的形态结构 一棉纤维的形态结构 棉纤维是种子纤维,其主要成分为纤维素、果胶、蜡质、灰分、含氮物质。 外形:上端尖而封闭,下端粗而敞口,细长的扁平带子状,有螺旋状扭曲,截面呈腰子形,中间干瘪空腔。 最外层:初生胞壁 从外到里分三层:中间:次生胞壁 内部:胞腔 1 初生胞壁 决定棉纤维的表面性质,它又分为三层,最外层为果胶物质和蜡质所组成的皮层。因而具有拒水性,在棉生长过程中起保护作用。但在染整加工中不利。 2 次生胞壁 纤维素沉积最后的一层,是构成纤维的主体部分,纤维素含量很高,其组成和结构决定棉纤维的主要性能。 3 胞腔 输送养料和水分的通道,蛋白质、色素等物质的残渣沉积胞壁上,胞腔是棉纤维内最大的空隙,是染色和化学处理时重要的通道。 二麻纤维的形态结构 麻纤维主要有:苎麻、亚麻是属于韧皮纤维,以纤维束形式存在 单根纤维是一个厚壁、两端封闭、内有狭窄胞壁的长细胞 苎麻两端呈锤头形或分支亚麻两端稍细呈纺锤形纵向有竖纹和横节 主要化学组成和棉纤维一样是纤维素,但含量低。

§3.2纤维素大分子的分子结构 纤维素是一种多糖物质,其大分子是由很多葡萄糖剩基连接而成,分子式为(C6H10O5)n复杂的同系物混合物,n为聚合度,棉聚合度为2500~ 10000,麻聚合度为10000~ 15000,粘胶纤维聚合度为250~ 500 纤维素大分子的化学结构是由β-d-葡萄糖剩基彼此以1,4-甙键连接而成,结构如下 每隔两环有周期性重复,两环为一个基本链节,链节数为(n-2)/2,n为葡萄糖剩基数,即纤维的聚合度,葡糖糖剩基上有三个自由存在的羟基,其中2,3位上是仲羟基,6位上伯羟基

纤维素纤维性能表

纤维素纤维性能表 纤维来源纤维形态外观性能舒适性能耐用性与加工保养性能特点总结 棉纤维 (棉花的种子纤维,长绒棉/细绒棉/粗绒棉)呈细而长的扁平带状, 纵向有螺旋状的转曲; 截面为椭圆或腰圆形, 中间有中腔。 长10-40mm。 染色性较好,易于上染 各种颜色。 光泽较暗淡,风格自然 朴实。 弹性差,不挺括,穿着 时易起皱,起皱后不易 回复。 较柔软,手感温暖,吸 湿性好,穿着舒适,不 易产生静电。 延伸性较低,弹性差, 耐磨性不好。 耐碱不耐酸。 耐热性好。 易生霉。 遇水后的湿冷效应。 丝光、碱缩。 麻纤维 (由麻类植物茎杆上的韧皮加工制得, 亚麻/苎麻)纵向平直,有竖纹横节。 粗细不匀,截面不规则。 光泽较好,颜色为象牙 色、棕黄色、灰色等, 纤维之间存在色差。 不易漂白染色,较粗硬。 弹性差,易起皱且不易 消失。 吸湿性好,放湿快, 导热性好、挺爽、出汗 后不贴身。 不易产生静电。 强度高,延伸性差。 耐水洗、耐热性好。 耐碱不耐酸。 易生霉。 苎麻、亚麻区别: 性能相近,苎麻纤维更 粗长,强度更大、更脆 硬;染色性比亚麻好。 粘胶纤维 (以木材、棉短绒、干蔗渣、芦苇等为原料,经物理化学反应制成纺丝溶液,然后经喷丝孔喷射出来,凝固成纤维)纵向为平直的柱状体, 表面有细沟槽,截面为 锯齿形,有皮芯结构。 染色性好,色谱全,染 色鲜艳,色牢度好。 悬垂性好。 。 吸湿性好。 导热性好。 不易起静电和起毛其 球。 强度低、耐磨、耐疲劳 性较差。 弹性差,易起皱、不易 回复、保形性差。 耐碱不耐酸。 易生霉。 人造棉(短纤维)、 人造丝(长丝)。 预缩。

醋酯纤维 (用含纤维素的天然材料,经过一定的化学加工制得,主要成分为纤维素醋酸酯)纵向有1-2根沟槽,截 面为不规则的带状。 三醋纤具有较好的弹性 和回复性,弹性大于二 醋纤和纤维素纤维。 质量较轻,手感平滑柔 软。 吸湿性、舒适性较纤维 素纤维差,三醋纤易产 生静电。 耐用性、耐热性较差。 耐碱不耐酸。 二醋酯纤维 三醋酯纤维 表2蛋白质纤维性能表 纤维名称纤维形态外观性能舒适性能耐用性与加工保养性能特点总结 羊毛纤维 (绵羊毛,国际羊毛局)比棉纤维粗长,沿长度 方向有立体卷曲,表面 有鳞片,截面为圆形或 接近圆形,有些有毛髓。 弹性好,吸湿后下降。 保型性好、有身骨、不 易起皱。 染色性好。 手感柔糯,触感舒适。 吸湿性好,吸收相当的 水分不显潮湿。 保暖性好,适宜做秋冬 服装。 耐酸不耐碱,对氧化剂 较敏感。选用酸性或中 性洗涤剂洗涤。 易生霉、生虫。 缩绒性 毡合作用。 蚕丝 (蚕的腺分泌物凝固形成的线状长丝,桑蚕丝/ 柞蚕丝)纵向平直光滑,横断面 近似三角形。 闪光 富有光泽 触感柔软舒适。 吸湿性好。 不耐盐水侵蚀,耐酸不 耐碱。 耐光性差 垫布熨烫,防止烫黄和 水渍。 易被虫蛀、发霉。 丝鸣效应。

提取纤维素的研究

纤维素的提取 纤维素的提取根据所使用方法的不同可分为物理处理法和化学处理法。在实际应用中,大多是采用两种或两种以上方法的组合,以取长补短,发挥各自优势,改善纤维素分离提取的效果。 物理处理法 物理处理法主要包括机械粉碎、蒸汽爆破、微波和超声波辅助提取法等,一般用于纤维素提取的预处理工艺或是辅助工艺,其目的是去除木质素,半纤维素等对纤维素具有保护作用的成分,但是物理处理法需要进行处理时间和强度的优化以防止纤维素链的断裂。 化学处理法 化学处理法是应用化学制剂来打破木质素和纤维素的链接,同时使半纤维素溶解的过程。传统造纸工业的制浆过程就是采用化学方法进行处理的过程。化学处理法包括碱液分离法、酸处理、有机溶剂法、离子液体法等。 碱液具有溶胀纤维素,断裂纤维素与半纤维素间氢键的作用。常用的碱提取试剂有氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙等。酸处理法常用的酸包括盐酸、硫酸、硝酸、磷酸等。有机溶剂法是采用单一或者复合有机溶剂(或外加一些催化剂)在一定的温度,压力条件下降解木质素和半纤维素,得到纤维素的方法。常用的有机溶剂包括有机酸、醇类、酮类等,而且提取过程中一般是将有机溶剂与水、碱或者酸混合作为提取剂。离子液体是一种近年新被广泛应用于绿色化学领域的环保溶液,具有良好的溶剂性、不挥发、对水和空气稳定等优点,被广泛地用来作为易挥发有机溶剂的绿色替代溶剂。 从绿色化学的角度看,目前的研究热点集中在利用离子液体溶解纤维素后再进行再生的提取方法。溶解剂包括多聚甲醛/二甲基亚砜(PF/DMSO)体系,NH3/NH4SCN体系,氯化锂/二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)体系,胺氧化物体系等溶剂体系。 PF/DMSO溶剂体系能够溶解纤维素是由于在溶解过程中反应生成了可溶于二甲基亚砜的中间产物羟甲基纤维素,无降解过程。其中羟甲基纤维素是由多聚甲醛受热分解产生的甲醛与纤维素反应生成的。该过程的优点十分突出,溶剂易得、反应速度较快,而且溶液体系稳定。但是该方法存在溶剂回收困难,所得产品结构有缺陷,而且品质不均一等缺点。 在一定的条件,纤维素可在NH3/NH4SCN/H2O体系中形成均匀透明的溶液。该溶剂体系低廉、易得,能在纤维素浓度较低时就得到中间相的溶液,而且纤维素不发生降解。但是该方法需要经过多次的冷冻和解冻的循环过程,不利于工业化生产。 LiCl/DMAc体系可不形成中间产物直接溶解纤维素,纤维素的氢键结构使其在该溶剂体系中可以与LiCl/DMAc形成配合物,从而得到真溶液。该溶解方法非常稳定,可进行均相反应。但是研究表明仅当LiCl的含量为10 %时,即DMAc/LiCl的摩尔比为4:1,LiCl/DMAc 体系才对纤维素有溶解能力。而且LiCl价格昂贵,回收困难,所以该体系目前还一直停留在实验室研究阶段。 胺氧化合物体系主要有N-甲基氧化吗啉、N,N-二甲基氧化乙醇胺、N,N-二甲基氧化环己胺等几种,他们均证实对纤维素有一定的溶解性。目前研究表明只有N-甲基氧化吗啉(NMMO)/H2O体系被认为是前途可观,可以实现工业化的溶剂体系。目前国内外已经对NMMO溶解工艺做了大量的研究。其机理是NMMO中的强极性官能团N-O与纤维素分子中的羟基作用,构成新的氢键,形成纤维素-NMMO-H2O络合物,从而破环了纤维素分子间的氢键。这种破坏首先在纤维素的无定形区进行,而后逐渐进入结晶区,最终使纤维素溶解。无水NMMO对纤维素的溶解能力最强,但是其溶解温度接近于其熔点(184 ℃),使得纤维素和溶剂在溶解过程中降解,释放出胺类等有毒物质,因此在溶解时一般加入一定的抗氧化剂。然而,随着溶剂中含水量的增加,纤维素的溶解性逐渐减弱,当NMMO水合物的含

常用纺织纤维性能

纺织品染整工艺学教案服装与纺织工程系 勇金华

常用纺织纤维的结构和主要性能 教学目标: 知识目标:1、理解并掌握棉纤维的生长、制取及形态结构特点。 2、棉纤维的制取及初加工。 3、麻纤维的生长、制取及形态结构特点。 能力目标:培养学生提出问题、解决问题的能力。 情感目标:培养学生坚持不懈的学习态度。 教学重点:棉、麻的结构特点 教学难点:结构特点 教学方法:讲授法 教学过程: 一、组织教学 二、复习导入 上一学期,大家已经学习了纺织材料学,已经对纺织纤维的生长、结构特点有了一个初步的了解,这学期我们进一步学习纺织品染整加工。首先进一步学习一下各种常用的纤维材料的生长及结构特点、性能特点。 三、新授 常用纤维: 天然纤维:棉、麻(纤维素纤维)、丝、毛(蛋白质纤维) 化学纤维:粘胶(再生纤维)涤纶、锦纶、(合成纤维) (一)棉纤维的生长、制取及形态结构特点 1、棉纤维:由胚珠的表皮细胞经过伸长和加厚而形成 单细胞纤维。上端尖而封闭,下端粗而敞口,整根 纤维为细长的扁平带状(ribbon like shaped), 纵向有螺旋形天然扭曲(convolution),横截面 呈腰圆形(kidney shaped)。 (1)长度:23~45 mm;细度:0.15~0.2tex ;扭曲数:60~120个/cm. (2)单细胞纤维的化学成分:纤维素94% wt.,蜡状物0.6%wt.,灰分1.2%wt.,果胶物0.9%,含氮物等。 (3)结构与性质: *初生胞壁(primary wall)---层厚0.1~0.2 μm,决定棉纤维表面性质。外层由果胶物质和蜡状物组成(角皮层),内二层是纤维素网状结构,横缠竖绕。拒水性,影响染整,前处理的去除对象。 *次生胞壁(second wall) ---层厚约4μm ,占90%wt.,共生杂质少,决定棉纤维性质。层中很多同心日轮,同心轮按走向 S、Z、S分三层,纤维走向与轴向夹角20~30度,走向变化,内层直。 *胞腔(medulla,lumen) ---中空,占横截面1/10,含蛋白质和色素,决定棉纤维颜色。染料和化学处理剂通道。

纤维素的大分子结构

第三节棉纤维的结构 棉纤维的结构一般包括大分子结构、超分子结构和形态结构。棉纤维的性能基本上由这些结构所决定。因此,了解棉纤维结构可为检验棉花品质提供理论基础。 一、棉纤维的大分子结构 成熟的棉纤维绝大部分由纤维素组成。纤维素是天然高分子化合物,其分子式为(C6H10O5),大分子结构式如图1-3所示。 图1-3 纤维素大分子结构式 纤维素是一种多糖物质,每个纤维大分子都是由n个葡萄糖剩基,彼此以1-4苷键联结而形成的。所以,纤维素大分子的基本链节是葡萄糖剩基,在大分子结构式中为不对称的六环形结构,也称“氧六环”。相邻两个氧六环彼此的位置扭转180°,依靠苷键连成一个重复单元,即大分子单元结构是纤维素双糖,长度为1.03nm,是纤维素大分子结构的恒等周期。纤维素大分子的空间结构,如图1-4所示。 图1-4 纤维素大分子空间结构示意图 纤维素大分子的官能团是羟基和苷链。羟基是亲水性基团,使棉纤维具有一定的吸湿能力;而苷键对酸敏感,所以棉纤维比较耐碱而不耐酸。此外,纤维素大分子中氧六环之间距离较短,大分子之间羟基的作用又较多,所以纤维素大分子的柔曲性较差,是属于较僵硬的线型大分子,棉纤维表现为比较刚硬,初始模量较高,回弹性质有限。 二、棉纤维的超分子结构 超分子结构是指大于分子范围的结构,又称“聚焦态结构”。 (一)大分子间的结合力 棉纤维中大分子之间是依靠分子引力(又称“范德华力”)和氢键结合的。 1.分子引力 分子引力是永远存在分子间的一种作用力,是由偶极分子之间的静电引力、相邻分子之间诱导电动势引起的诱导力以及相邻原子上电子云旋转引起瞬间偶极矩产生的色散力综合组成。它的强度比共价键的强度小得多,而且与分子间的距离有关,作用距离约为0.3-0.5nm,当分子间距离大于0.5nm时,这种作用力可忽略不计。 2.氢键 氢键是大分子侧基上(或部分主链上)极性基团之间的静电引力。它的结合力略大于分子引力,在作用距离约0.23-0.32nm条件下能使相邻分子较稳定地结合。 (二)结晶态和非结晶态 纤维中大分子的排列是比较复杂的,一般存在两种状态,即某些局部区域呈结晶态,另一些局部区域呈非结晶态。纤维中大分子在规律地整齐排列的状态都叫“结晶态”,纤维中呈现结晶态的区域叫“结晶区”。在纤维的结晶区中,由于大分子排列比较整齐密实,缝隙孔洞较少,分子之间互相接近的各个基团的结合力互相饱和,因而纤维的吸湿较困难,强度较高,变形较小。棉纤维结晶区内结晶结构的最小单元,即单元晶格是由五个平行排列的纤维素大分子在两个氧六环链节长的一段上组成,中间的一个大分子与棱边的四个大分子是倒向的。不同种类的纤维素纤维其晶胞尺寸是不相同的。棉纤维和麻纤维单元晶格的尺寸为a=0.835nm,b=1.03nm,c=0.795nm,?=84°,称为“纤维素Ⅰ晶胞”,如图1-5所示。粘胶

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