植物纤维原料及三大成分
植物纤维化学
植物纤维化学植物纤维化学是研究植物中纤维素及其化学加工和应用的一门学科。
植物纤维作为一种自然的、可再生的生物大分子材料，在生产和生活中具有广泛的应用。
例如，纸张、纺织品、建筑材料等众多行业都离不开植物纤维这一重要资源。
植物纤维化学旨在深入了解植物纤维的化学组成、结构与性质，制定优化的加工工艺，拓展其新的使用领域。
一、植物纤维的化学组成植物纤维的主要化学成分是纤维素和半纤维素。
纤维素是一种多糖，由葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键连接而成。
半纤维素也是一种多糖，包括木聚糖、半乳糖、甘露聚糖等。
此外，植物纤维还有少量的酚类物质和蛋白质。
纤维素和半纤维素的含量和比例因植物种类和部位不同而变化。
在棉花中，纤维素含量占80%以上，半纤维素含量较低；而在木质植物中，两者含量相近。
二、植物纤维的结构植物纤维的结构可分为两种类型：原生纤维和次生纤维。
原生纤维是由原生细胞壁构成的，例如棉纤维和亚麻纤维。
原生纤维的直径较细，一般小于20微米；因其生长仅发生一次，其结构较简单，只包括纤维素、半纤维素和细胞壁质量。
次生纤维是由次生细胞壁构成的，例如木质素。
次生纤维的直径较粗，一般为20-50微米；其结构复杂，包括三部分：原生细胞壁、次生细胞壁的中层和次生细胞壁的内层。
三、植物纤维化学加工植物纤维在工业上常通过化学方法进行加工。
主要包括以下几个步骤：去除杂质、碱处理、漂白、纤维素膨胀、染色和强化。
去除杂质：将植物纤维进行筛分、清洗、熬软等步骤，去除与纤维相连的非纤维物质，如叶片、树枝等。
碱处理：将去除杂质后的植物纤维浸泡在碱液中，使纤维得到脱脂、脱胶、脱色等处理。
常用的碱液包括氢氧化钠、碳酸钠及亚硫酸等。
漂白：碱处理后的植物纤维中仍含有少量的杂质和色素。
漂白是将这些杂质和色素分离出来，使纤维得到漂白和增白的效果。
漂白剂主要有氯和过氧化氢等。
纤维素膨胀：纤维素膨胀是将处理后的植物纤维浸泡在化学溶液中，使其膨胀，并形成纤维素膜。
纤维的种类
一、植物纤维主要组成物质是纤维素，又称为天然纤维素纤维。
是由植物上种籽、果实、茎、叶等处获得的纤维。
根据在植物上成长的部位的不同，分为种子纤维、叶纤维和茎纤维。
1.种子纤维：棉、木棉等；2.叶纤维：剑麻、蕉麻等；3.茎纤维：苎麻、亚麻、大麻、黄麻等。
二、动物纤维主要组成物质是蛋白质，又称为天然蛋白质纤维，分为毛和腺分泌物两类。
1.毛发类：绵羊毛、山羊毛、骆驼毛、兔毛、牦牛毛等；2.腺分泌物：桑蚕丝、柞蚕丝等。
三、矿物纤维主要成分是无机物，又称为天然无机纤维，为无机金属硅酸盐类，如石棉纤维。
四、化学纤维用天然的或人工合成的高分子化合物为原料经化学纺丝而制成的纤维。
可分为人造纤维、合成纤维、无机纤维。
五、人造纤维用纤维素、蛋白质等天然高分子物质为原料，经化学加工、纺丝、后处理而制得的纺织纤维。
用失去纺织加工价值的纤维原料，经人工溶解或熔融再抽丝而制成，其原始的化学结构不变，纤维成分仍分别为纤维素和蛋白质，而形成的物理结构、化学结构变化的衍生物，组成成分为纤维素醋酸酯纤维。
1.再生纤维素纤维：粘胶纤维、富强纤维、铜氨纤维等；（其区别为用烧碱、二氧化硫不同的溶液溶解）2.纤维素酯纤维：醋酯纤维；3.再生蛋白质纤维：大豆纤维、花生纤维等。
六、合成纤维用人工合成的高分子化合物为原料经纺丝加工制得的纤维。
1.普通合成纤维：涤纶、锦纶、晴纶、丙纶、维纶、氯纶等；2.特种合成纤维：芳纶、氨纶、碳纤维等。
七、无机纤维以矿物质为原料制成的纤维，如：玻璃纤维、金属纤维等。
人们通常喜欢天然纤维而不喜欢化学纤维是因为天然纤维的柔韧性和光滑性比合成纤维好。
植物纤维化学式-概述说明以及解释
植物纤维化学式-概述说明以及解释1.引言1.1 概述植物纤维作为一种重要的自然资源，在人类生活和工业生产中发挥着不可替代的作用。
它们具有丰富的化学成分和优良的物理性质，被广泛应用于纺织品、造纸、建筑材料等领域。
本文旨在探讨植物纤维的化学式及其应用，从而加深对植物纤维的了解，并展望其在未来的发展前景。
通过对植物纤维的深入研究，我们可以更好地利用这一天然资源，推动可持续发展的进程。
1.2 文章结构本文将从以下几个方面展开讨论植物纤维的化学式内容：1. 植物纤维的特点：介绍植物纤维的来源、特性以及与化学结构的关系。
2. 植物纤维的化学成分：详细解析植物纤维中主要的化学组分，包括纤维素、半纤维素、木质素等。
3. 植物纤维的用途：探讨植物纤维在各个领域的广泛应用，如纺织、造纸、生物质能源等。
通过对这些内容的深入探讨，可以更全面地了解植物纤维的化学式及其在各个领域的重要性和发展前景。
1.3 目的本文旨在探讨植物纤维的化学式及其在各个领域的广泛应用。
通过深入了解植物纤维的特点、化学成分和用途，可以更好地认识植物纤维在现代生活中的重要性和意义。
同时，本文也旨在展望植物纤维在未来的发展趋势，以及可能的应用领域，为读者提供新的思路和视角。
通过对植物纤维的研究和应用前景的探讨，希望能够激发更多人对植物纤维的关注和研究，促进其在未来的发展和应用。
2.正文2.1 植物纤维的特点植物纤维是一种重要的天然材料，具有以下几个特点：1. 环保性：植物纤维是基于植物原料制成的，相比于合成纤维，植物纤维更加环保，对环境友好。
2. 透气性：植物纤维具有良好的透气性，能够吸收并释放湿气，保持材料的干燥性和舒适性。
3. 舒适性：植物纤维的特殊结构使得其触感柔软、舒适，适合用于制作衣物、家居用品等。
4. 生物降解性：植物纤维可以在自然环境中被微生物降解，不会对环境造成污染，符合可持续发展的理念。
5. 抗菌性：部分植物纤维具有天然的抑菌作用，可以有效防止细菌滋生，保持物品的清洁卫生。
第二部分1植物纤维化学部分成分
少量组分
细胞壁的主要组分
有机物 无机物 木素
碳水化合物
有机溶剂抽出物
纤维素 半纤维素
造纸植物纤维原料
少量组分 （低分子量物质）
细胞壁的主要组分 （高分子量物质）
有机物
无机物（灰分） 木素
碳水化合物
有机溶剂抽出物
芳香族化合物（酚类） 萜烯类 脂肪酸 醇类 蜡 树脂酸
纤维素
水解产物 D－ 葡 充在胞间层及微细纤维之间的“填充剂”
和“粘合剂”。
木素与制浆造纸的关系
1、木素原料及纸浆的颜色的主要来源。 2、木素含量是制定蒸煮及漂白工艺条件的重要依
据，决定着化学制浆的难易及化学药品的用量。 例如：禾本科原料木素含量低，容易蒸煮，
而木材原料较难蒸煮。 3、木素对纸张的不透明度有利。
2、性质： 支链特性、－OCH3数量、聚合度（DP）
3、粘度： DP——粘度
4、位置： 主要存在于胞间层，是细胞间的粘结物质。也
存在于细胞壁中，特别是初生壁中。 5、含量：
韧皮纤维中果胶质的含量较高 木材和草类原料中果胶质含量较少
常用造纸植物纤维原料比较
针叶木 纤维素 高 半纤维素 低 木素含量 高
第一节 造纸植物纤维原料的分类 及其代表性植物
一、木材纤维原料
1、针叶材（needle leaved wood/soft wood） 云杉、冷杉、马尾松、落叶松、湿地松、 火炬松等。
2、阔叶材（leaf wood/hard wood） 杨木、桦木、桉木、榉木、楹木、相思木
等。
针叶木（软木soft wood）： 云杉、冷杉、铁杉、落叶松、红松、马尾松……。
苯-醇混合液
能溶解乙醚溶解的全部物质，果胶质、单宁、色素 等也可溶解。
天然纤维的主要成分
天然纤维的主要成分
天然纤维是指来源于植物、动物或矿物的纤维，其主要成分包括以下几种：
1. 棉纤维：棉纤维是一种天然的植物纤维，主要成分是纤维素，含有少量的蛋白质、脂肪和灰分等。
2. 麻纤维：麻纤维是一种天然的植物纤维，主要成分是纤维素和半纤维素，含有少量的蛋白质、脂肪和灰分等。
3. 羊毛：羊毛是一种天然的动物纤维，主要成分是角蛋白质，含有少量的脂肪、灰分和水分等。
4. 丝绸：丝绸是一种天然的动物纤维，主要成分是丝素，含有少量的脂肪、灰分和水分等。
5. 矿物纤维：矿物纤维是一种天然的无机纤维，主要成分是石棉、玻璃纤维等，不含有有机成分。
总的来说，天然纤维的主要成分是纤维素、半纤维素、角蛋白质和丝素等有机成分，同时还含有少量的脂肪、灰分和水分等。
这些成分决定了天然纤维的特性和用途。
第二节 植物纤维原料的化学成分.
综纤维素制备四法:
⑴、氯化法：(1937年Ritter（里特）提出)
无抽提物试料
氯气 木素被氧化 乙醇胺的乙醇溶液 抽提
氯化木素
+
（白色） 综纤维素
⑵、亚氯酸纳法（1942年Jayme(杰姆)提出）
无抽提物试料
NaClO2 HAc 6% pH=4.5
综纤维素 （白色）
造 纸 植 物 纤 维 原 料
少 量 组 分 （ 低 分 子 量 物 质 ）
细 胞 壁 的 主 要 组 分 （ 高 分 子 量 物 质 ）
有 机 物 organic compound
无 机 物 inorganic (灰 分 )(ash)
木 素 (lignin)
碳 水 化 合 物 (Carbohydrate )
(polymerization degree)
(polydispersity)
棉花初生壁：2000-6000 次生壁：1400 草类较低
与木、麻 相同
棉：95－99％
苧麻：80－90％
木材：40－50％ 竹：40－50％ 麦草：30－49％
化学浆：1000左右
天然纤维素：大于1000
降解：高分子化合物在受到光照、加热、机械等作用
3、造纸用化学浆应尽量多保留半纤维素，这样不但 可提高制浆得率，而且对纸浆的性能及成纸性能有 良好的影响。 4、精制浆：尽量去除木素和半纤维素，只保留纤维 素的纸浆，又称为溶解浆。 5、生产纤维素衍生物用化学浆时，半纤维素应尽量 除去，以免影响纤维素的化学加工。
三）、木素 定义：木素是由苯基丙烷结构单元通过碳-碳键和醚键连 接而成的具有三度空间结构的高分子聚合物 。 结构与含量： 硝基苯氧化或乙醇解的方法已经证明： 1 、针叶木木素与阔叶木木素化学结构不同，草类木素也 不同于木材木素。 2、木素结构在植物体内不同部位变化很大。 结论：木素不是单一物质，而是代表植物中某一共同 性质的一群物质。 凡是木质化的植物都含有木素，但不同原料木素含量不同。 针叶木：30％左右，禾本科：20％，阔叶木木素含量介 于前两者之间，棉纤维不含木素或含量极少。
纤维素基础知识
纤维聚丙烯晴纤维纤维（Fiber ）：一般是指细而长的材料。
纤维具有弹性模量大，塑性形变小，强度高等特点，有很高的结晶能力，分子量小，一般为几万。
一、天然纤维天然纤维是自然界存在的，可以直接取得纤维，根据其来源分成植物纤维、动物纤维和矿物纤维三类。
(一)植物纤维植物纤维是由植物的种籽、果实、茎、叶等处得到的纤维，是天然纤维素纤维。
从植物韧皮得到的纤维如亚麻、黄麻、罗布麻等；从植物叶上得到的纤维如剑麻、蕉麻等。
植物纤维的主要化学成分是纤维素，故也称纤维素纤维。
植物纤维包括：种子纤维、韧皮纤维、叶纤维、果实纤维。
种子纤维：是指一些植物种子表皮细胞生长成的单细胞纤维。
如棉、木棉。
韧皮纤维：是从一些植物韧皮部取得的单纤维或工艺纤维。
如：亚麻、苎麻、黄麻、竹纤维。
叶纤维：是从一些植物的叶子或叶鞘取得的工艺纤维。
如：剑麻、蕉麻。
果实纤维：是从一些植物的果实取得的纤维。
如：椰子纤维。
(二)动物纤维动物纤维是由动物的毛或昆虫的腺分泌物中得到的纤维。
从动物毛发得到的纤维有羊毛、兔毛、骆驼毛、山羊毛、牦牛绒等；从动物腺分泌物得到的纤维有蚕丝等。
动物纤维的主要化学成分是蛋白质，故也称蛋白质纤维。
动物纤维 (天然蛋白质纤维) 包括：毛发纤维和腺体纤维。
毛发纤维: 动物毛囊生长具有多细胞结构由角蛋白组成的纤维。
如：绵羊毛、山羊绒、骆驼毛、兔毛、马海毛。
丝纤维: 由一些昆虫丝腺所分泌的，特别是由鳞翅目幼虫所分泌的物质形成的纤维，此外还有由一些软体动物的分泌物形成的纤维。
如：蚕丝。
(三)矿物纤维矿物纤维是从纤维状结构的矿物岩石中获得的纤维，主要组成物质为各种氧化物，如二氧化硅、氧化铝、氧化镁等，其主要来源为各类石棉，如温石棉，青石棉等。
二、化学纤维化学纤维是经过化学处理加工而制成的纤维。
可分为人造纤维和合成纤维两类。
(一)人造纤维人造纤维是用含有天然纤维或蛋白纤维的物质，如木材、甘蔗、芦苇、大豆蛋白质纤维等及其他失去纺织加工价值的纤维原料，经过化学加工后制成的纺织纤维。
植物纤维原料的化学组成
聚-4-0-甲基葡萄糖醛酸木糖 聚葡萄糖甘露糖
阔叶材：
01
聚半乳糖葡萄糖甘露糖 聚阿拉伯糖-4-0-甲基葡萄糖醛酸木糖
针叶材：
02
聚阿拉伯糖-4-0-甲基葡萄糖醛酸木糖
禾本科：
03
木素（木质素，Lignin）
木素含量：针叶材>阔叶材>禾本科>棉花。
2．的概念
1964年Timell提出：半纤维素是低分子量的聚糖类（其平均聚合度近200），它和纤维素一起正常地产生在组织中，它们可以从原来的或从脱去木素的物料中被水或碱水溶液（这是常用）抽提出来。
木糖(Xylose)、阿拉伯糖(Arabinose)、甘露糖(Mannose)、葡萄糖(Glucose)、半乳糖(Galactose)、4-0-甲基葡萄糖醛酸(4-0-Methyl-Glucuronic Acid)、半乳糖醛酸(Galacturonic Acid)、葡萄糖醛酸(Glucuronic Acid)。
3、禾本科原料抽出物
比木材的更低：蜡质、高级脂肪酸、高级醇
2、阔叶材的抽出物
含量少：脂肪酸、中性物等。
不同原料的有机溶剂抽出物
01
主要组成：松香酸、松节油、萜烯类化合物、脂肪酸及不皂化物等。
02
含量：较高，如：红松的乙醚抽提物为4.69%，马
03
尾松乙醚抽提物为4.43%。
04
存在位置：树脂道和射线薄壁细胞中。
第二节 植物纤维原料的化学成分
利用原料、制定生产工艺条件的基本依据 与产品的产量和质量有密切关系 影响生产过程及综合利用等方面
汇报人姓名
少量组分 细胞壁的主要组分
有机溶剂抽出物 纤维素 半纤维素
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（二）非木材纤维原料
1、禾本科纤维原料： 竹子、芦苇、荻、芒秆、甘蔗渣、麦草等。 2、韧皮纤维原料： 树皮类：桑皮、檀皮、构皮、棉秆皮等。 麻类：红麻、大麻、黄麻、青麻、亚麻等。
三倍体毛白杨
尾叶桉
马占相思
竹子
稻草
玉米杆
甘蔗渣
1
芦苇
麦草
己糖 （D－ 葡萄糖） （D－ 甘露糖） （D－ 半乳糖）
造纸植物纤维原料的化学组成组成
戊糖 （D－ 木糖） （D－ 阿拉伯糖 ）
糖醛酸
乙酰基
（一）植物纤维原料的主要组分
纤维素 微细纤维 纤维细胞壁的网状骨架
半纤维素 木素
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80％～95％
大麻
3、籽毛纤维原料 棉花、棉短绒及棉质 破布等。
4、叶部纤维原料 香蕉叶、甘蔗叶、 龙须草等。
棉花
龙须草
甘蔗基地
香蕉树
（三）半木材纤维原料
主要指棉杆，结构介于木材和禾本 科原料之间。
二 植物纤维原料的化学成分
¾ 原料化学组成是我们制定工艺条件的依据，也与 纸张质量、生产过程以及污染控制等方面有密切 的关系。
造纸用植物纤维原料分类图
二、造纸植物纤维原料的分类 及其代表性植物
（一）木材纤维原料 1、针叶材（soft wood）
这类植物的叶子多呈针状、条状或鳞型，材质比较 松软，纤维较长。代表植物：松、柏、杉等。
水杉
云杉
马尾松
2. 阔叶材（hard wood）
叶子多为宽阔状，材质坚硬，称之为硬木，造纸工业中使用
植物纤维原料及三大成分
纤维原料类型 纤维素 半纤维素 木素
第一节 植物的基本类群
植物界的基本类群及其与制浆造纸的关系 造纸植物纤维原料的分类及其代表性植物
一、植物界的基本类群及其 与制浆造纸的关系
种子植物
裸子植物 松柏纲
松科 杉科
被子植物
单子叶植物 禾本科
双子叶植物 木本植物（阔叶材）
2
1、 纤维素(cellulose)
9 定义：纤维素是由D－吡喃式葡萄糖基通过1，4—β苷键联 结而成的线状高分子化合物。
9 纤维素是由葡萄糖基环构成的，其构型是β－D－ 型葡萄糖 构型。
9 纤维素是植物原料的最主要化学成分，也是纸浆、纸张的最 主要、最基本的化学成分。
9 聚合度 纤 维 素 分 子 中 β -D- 葡 萄 糖 基 数 目 即 为 纤 维 素 分 子 的 聚 合 度 （DP),木材和棉花的天然聚合度在10000左右。在蒸煮和漂 白过程中纤维素发生降解，聚合度降至1000左右。
¾ 碳水化合物（纤维素和半纤维素）和木素 ¾ 树脂、脂肪、蜡、金属元素
造纸植物纤维原料
少量组分 （低分子量物质）
细胞壁的主要组分 （高分子量物质）
有机物
无机物（灰分） 木族化合物（酚类） 萜烯类 脂肪酸 醇类 蜡 树脂酸
纤维素
水解产物 D－葡萄糖
半纤维素
水解获得 各种单体
残留木素对纸浆和纸张的化学及物理性能 有很大的影响。
3
分布
木素浓度最高的部位在复合胞间层（CML）；次生壁的浓 度低。但大量的木素都存在于次生壁。 CML占木材纤维的体积分数6～12%；次生壁80～90% 是原料及纸浆的颜色的主要来源；
木素含量：针叶材>阔叶材>禾本科>棉花。 与制浆造纸的关系 1、其含量是制定蒸煮及漂白工艺条件的重要
依据。 2、化学制浆和漂白过程是脱除木素的过程,
特点
1、带有支链（更容易与碱反应） 2、具有两种或两种以上的糖基 3、分子量比纤维素低（<200）
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， 提高纸浆得率；
2、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。
3、木素
定义
木素是由苯丙烷结构单元(即C6-C3单元)通过醚键、碳-碳 键等连接而成的具有三维空间结构的芳香族高分子化合物.
9 与制浆造纸的关系 1. 原料的纤维素含量高低，是评价原料的制浆造纸价值的基 本依据。 2. 它是植物纤维原料和纸浆的主要化学成分，在制浆过程中 尽量不受破坏。
(C6H10O5)n
2、半纤维素（hemicellulose）
定义：
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。