植物纤维原料的化学成分
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。
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。
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
植物纤维原料的化学成分及生物结构
细胞壁的化学组成与结构特征
化学组成
植物细胞壁主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其中纤 维素含量最高，木质素和半纤维素含量因植物种类而异。
结构特征
细胞壁具有层次结构，从外到内依次为胞间层、次生壁和初 生壁。胞间层主要由果胶和少量蛋白质组成，次生壁主要由 纤维素、半纤维素和木质素组成，初生壁主要由蛋白质、脂 类和碳水化合物组成。
04
植物纤维原料的物理性质与化学 性质
物理性质
密度
吸湿性
植物纤维原料的密度通常较低，具有轻质 的特点，这使得植物纤维原料在纺织、造 纸等领域具有广泛的应用。
植物纤维原料具有较强的吸湿性，能够吸 收大量水分，这与其多孔性和表面积较大 的结构有关。
弹性与可塑性
导热性与绝缘性
植物纤维原料具有一定的弹性和可塑性， 能够在加工过程中适应不同的形状和尺寸 要求。
分类
根据来源和性质，植物纤维原料可分 为天然纤维素纤维和再生纤维素纤维 。
பைடு நூலகம்
植物纤维原料的应用领域
纺织业
造纸业
生物医学
食品包装
用于制作衣物、床单、 毛巾等纺织品。
用于制造纸张、纸板等。
用于制造医疗用品，如 绷带、手术缝合线等。
用于制造食品包装材料。
植物纤维原料的重要性
可再生资源
植物纤维原料是可再生资源， 来源广泛，可持续利用。
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细胞壁的超微结构与功能
超微结构
细胞壁具有复杂的超微结构，包括微纤维、微孔和微纤丝等。这些结构在细胞 壁中形成交错的网状结构，赋予细胞壁强度和韧性。
功能
细胞壁作为植物细胞的支撑结构，具有保护细胞免受机械损伤、维持细胞形态、 参与物质运输和信号转导等功能。同时，细胞壁还参与植物的生长、发育和生 理过程。
第二节植物纤维原料的化学成分
差异: 针叶木:树脂酸、少量脂肪酸及不可皂化物
（树脂道木射线薄壁细胞） 阔叶木：脂肪酸（主要）游离的，酯化的都有
（木薄壁细胞，射线薄壁细胞）
5、有机溶剂抽出物对制浆造纸的影响 有机溶剂抽出物含量少，但它对制浆、漂白、纸浆白度及
白度稳定性、废液回收利用等会产生不同的影响，有时这种 影响是不容忽视的。具体阐述如下：
二）、不同原料的有机溶剂抽出物 1、针叶木的抽出物
主要成分：松香酸、萜烯类化合物、脂肪酸及不皂化物
以马尾松抽出物为例：
马尾松松脂 蒸馏 松香（固体，74－77％） 松节油（液体，18－21％）
(1)松香的组成及性质
主要成分是树脂酸，树脂酸是一类混合物的总称分子式 为，C19H29COOH。因此松香的性质就取决于树脂酸的性质， 树脂酸分子中的双肩及羧基能使松香发生异构化、加成、 歧化、氢化、聚合、氨解、酯化、成盐、脱羧等反应。
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 。
综纤维素 漂白化学浆
17.5%NaOH 20℃ 不 综纤维素的 溶 α-纤维素
或 24%KOH 45min 物 漂白化学浆的 α-纤维素
纤维素和 抗碱的半 纤维素
溶液
醋酸
沉淀，β-纤维素 溶液，γ-纤维素
精品课 植物纤维化学
精品课植物纤维化学植物纤维的化学结构植物纤维是植物中含有的复杂生物聚合物，主要成分为纤维素、半纤维素和木质素。
纤维素纤维素是植物纤维中最丰富的成分，约占其重量的40-60%。
它是由β-D-葡萄糖单元组成的直链聚合物，每个葡萄糖单元以β-1,4-糖苷键连接。
纤维素分子排列成紧密有序的结晶结构，赋予纤维强度和刚度。
半纤维素半纤维素是一组异质性聚合物，约占植物纤维重量的15-35%。
它们由多种糖类单体组成，包括木糖、阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖。
半纤维素分子较短且无规，连接纤维素微纤维，提供结构稳定性和柔韧性。
木质素木质素是一种复杂的芳香聚合物，约占植物纤维重量的15-30%。
它赋予纤维硬度、耐腐性和防水性。
木质素分子通过醚键和酯键与纤维素和半纤维素连接。
植物纤维的性质植物纤维的性质取决于其化学结构。
纤维素的强度和刚度使纤维具有很高的抗拉强度和弹性模量。
半纤维素的柔韧性和可塑性赋予纤维柔韧性和抗皱性。
木质素的疏水性和抗腐性保护纤维免受水分和生物降解的影响。
植物纤维的应用植物纤维广泛应用于造纸、纺织、建筑和复合材料等领域。
造纸：纤维素是造纸的主要原料，为纸张提供强度和韧性。
纺织：棉花、麻和亚麻等天然植物纤维用于生产服装、家纺和工业织物。
建筑：木材和竹子等植物纤维用于建造房屋、桥梁和其他结构。
复合材料：植物纤维增强聚合物复合材料在轻量化、耐用性和可持续性方面具有应用潜力。
植物纤维的修饰植物纤维可以进行化学或物理修饰以改善其性能。
化学修饰包括氧化、乙酰化和酯化，它们可以改变纤维的亲水性、吸湿性和热稳定性。
物理修饰包括纤维化、表面粗糙化和涂层，它们可以增强纤维的强度、抗皱性和抗菌性。
植物纤维的可持续性植物纤维是一种可再生和可持续的资源，与合成纤维相比，其环境足迹较低。
植物纤维的种植和加工需要更少的能源和水，并且可以生物降解，减少环境污染。
植物资源化学_第二章资料
第一章第二节植物纤维主要化学成分主要成分（细胞壁物质）纤维素碳水化合物有机物半纤维素木质素芳香族化合物少量成分（非细胞壁物质）提取物萜类、脂肪族、酚类化合物灰分无机盐等无机物2.1.1 主要化学成分概述2.1 植物纤维的主要化学成分植物纤维原料的化学组成百分比2.1.1.1 细胞壁物质纤维素：由 -D-葡萄糖单元通过1→4苷键连接而成的线型高分子化合物。
纤维素是自然界贮量最丰富的可再生资源。
半纤维素：细胞壁中非纤维素高聚糖（习惯上不包括果胶和淀粉）的总称。
由两个或两个以上的糖基组成，通常有分枝结构，可用热水或冷碱提取。
木质素：由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接而成的，具有三度空间结构的复杂的高聚物。
木质素和半纤维素在一起，填充在细胞壁的微纤丝之间，同时也存在于胞间层。
2.1.1.2 非细胞壁物质植物纤维原料中的非细胞壁物质通常指存在于细胞腔和细胞间隙的、不参与细胞壁结构的物质，大部分可溶于中性有机溶剂或水，又称提取物。
提取物：用水、水蒸汽或中性有机溶剂可提取的物质。
在植物原料中含量少（一般2~5%），但种类繁多（约700余种）。
提取物可分为三大类：萜类化合物：树脂、萜类等。
脂肪族化合物：蜡、脂肪、单糖和低聚糖、淀粉、果胶、树胶、蛋白质、生物碱等。
酚类化合物：茋(芪) 、木酚素、黄酮类化合物、单宁等。
2.1.2 植物纤维化学成分分析主要名词2.1.2.1 综纤维素综纤维素：经脱脂的植物纤维原料除去木质素后保留下来的全部高聚糖，即纤维素和半纤维素的总和。
2.1.2.2 α-、β-和 γ -纤维素综纤维素(化学浆)不溶部分α-纤维素溶解部分不溶部分溶解部分17.5%NaOH 或24%KOHHAc 中和β-纤维素γ-纤维素根据起始物的不同，分为综纤维素的a-、β-、γ-纤维素和化学浆的a-、β-、γ-纤维素注意：a-、β-、γ-纤维素的主要成分，及其与纤维素的区别2.1.2.3 Klason 木质素与总木质素不溶残渣溶解部分72%H 2SO 4 20℃, 2 hrKlason 木质素 或硫酸木质素、酸不溶木质素脱脂木粉3%H 2SO 4 回流, 4 hr酸溶木质素总木质素 = Klason 木质素 + 酸溶木质素Total lignin = Klason lignin + Acid soluble lignin为什么测定木质素需要保留少量碳水化合物？相当于植物纤维原料中全部五碳糖的总和。
植物纤维化学填空题和名词解释
名词解释1、综纤维素纤维原料中的全部碳水化合物，即纤维素与半纤维素之总和，故又称全纤维素。
2、复合胞间层位于细胞壁的最外层，由两个相邻细胞所共有的一层，胞间层物质的大多数是木素，少量的果胶质。
胞间层与相邻两个细胞的初生壁一起称为复合胞间层。
3、半纤维素除纤维素和果胶以外的植物细胞壁聚糖。
也可称为非纤维素的碳水化合物。
由两种或两种以上单糖基组成的不均一聚糖，大多带有短的侧链。
4、剥皮反应在碱的影响下，纤维素具有还原性末端基的葡萄糖基会逐个掉下来，一直到产生纤维素末端基转化为偏变糖酸基的稳定反应发生为止。
由于消除下来的烷氧基—OR具有新的还原性末端基（也即是纤维素长链分子具有新的还原性末端基），可以继续进行上述反应，逐个不断地脱掉末端基，所以称为剥皮反应。
5、纤维素结晶度结晶区占纤维素整体的百分率。
6、微分吸着热一克水与大量干的或湿的纤维素结合，或者一克水自大量的干的或湿的纤维素中取出，7.早材（春材）：树木的每一个年轮是由两部分组成的，靠树心部分的颜色浅，是每年生长季节的前期生长出来的，故称为春材，也称早材。
8.木素：木素是由苯丙烷结构单元（即C6-C3单元）通过醚键、碳-碳键联接而成的芳香族高分子化合物。
填空题：. 1、草类原料的苯醇抽出物含量一般为（ 3～6 ）%。
2、根据纹孔对的构造，可以分为单纹孔对、（具缘纹孔对）和（半具缘纹孔对）三类。
3、木素中存在的基本结构基团类型是愈疮木基、（紫丁香基）和（对羟苯基）。
4、木素大分子中，大约有（2/3—3/4）的苯丙烷单元是以醚健形式联接到相邻的单元上的。
5、梅厄—米斯奇晶胞模型的不足之处是（没有考虑到以后才确立的Glu基的椅式构型）以及（分子内的氢键）。
6、半纤维素的物理结构中少部分是（结晶）结构，大部分是（无定形）结构。
7、纤维素的酸水解可以有（单项酸水解）和（多项酸水解）两种过程。
8、纤维素容易发生氧化反应的原因是（每个Glu基的C2、C3和C6上存在醇羟基）。
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b、原料中尤其是草类原料灰分中的SiO2和Na2O反应 后溶于黑液（Na2SiO3是粘合剂）给碱回收造成许 多困难，黑液的提取率降低，并严重影响碱回收过 程，称之为硅干扰。
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23
5、果胶质（pectin）
➢ 定义
果胶酸羧基中一部分被甲基酯化，一部分被中和成盐， 使其成为部分可溶于水的物质，成为果胶质。
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③ 禾本科植物原料的抽出物
抽出物含量低 蜡质，少量高级脂肪酸和高级醇 主要存在于禾本科原料表皮层的外表面
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3、有机溶剂抽出物与纸浆生产、木材加 工的关系
对制浆、漂白、漂浆白度及白度稳定性、废 液回收及利用、甚至对木材加工等方面都 带来不同程度的影响。
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如何减轻或消除有机溶剂抽出物对制浆造纸产 生的不良影响？
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说明： a、大多数木材原料灰分为0.3－0.5％，禾本科原料
的灰分多数在2－5％；
b、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 也有关系
c、原料中灰分是呈氧化物状态的矿物质元素
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22
③ 与制浆造纸的关系
灰分对制浆造纸的影响 a、纸浆中Cu、Fe、Mn等金属离子对纸浆的颜色以及
造纸植物纤维原料的化学组成组成
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戊糖 （ D－ 木 糖 ） （ D－ 阿 拉 伯 糖 ）
糖醛酸
乙酰基
2
一、植物纤维原料的主要成分
1、纤维素(cellulose)
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。 纤维素是植物原料的最主要化学成分，也是纸浆、
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2、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出物的含量是
比较高的（尤其在心材中），其主要成分为松香酸、 萜烯类化合物、脂肪酸及不皂化物。 针叶木有机溶剂抽出物主要存在于树脂道和射线薄 壁细胞中，心材含量比边材含量高。
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② 阔叶材的抽出物
阔叶木的抽出物主要存在于木射线、木薄壁 细胞中和导管中,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。
果胶质是-D-半乳糖尾酸的酯或盐以1-4苷键联接而成 的。
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三、植物纤维原料化学组成比较
溶液抽出物
原料 灰分 冷水 热水
桑皮 4.40 -
⑵、亚氯酸纳法（1942年Jayme(杰姆)提出）
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10
（3）二氧化氯法：
（4）过醋酸法ຫໍສະໝຸດ 注意:部分综纤维素在木素溶出的同时亦被溶出，为 保留全部综纤维素需保留部分木素。（也就是说： 为了保护纤维素和半纤维素不受损伤，通常木素不 能全部除去，而保留一部分，所以综纤维素+测定 木素值大于无酯试料质量。）
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8
4、与纤维素有关的几个概念
随制备方法、条件的不同，半纤维素和木素溶出程度、 纤维素降解程度的不同而有各种“纤维素”。
① 综纤维素(Holocellulose)
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和)。
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综纤维素制备四法: ⑴、氯化法：(1937年Ritter（里特）提出)
措施 1.原料储蓄一段时间后用,树脂因风化可 减少。
2.备料车间钻孔去节。
3.经过以上措施处理后发现纸浆中树脂含 量还较高时,可加一些滑石粉,然后在纸机净化 系统中一并除去。
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4、灰分
① 定义
造纸植物纤维原料都含有一定量的矿物质。纤维原料 燃烧和灰化后剩下的物质。
② 木材与草类原料的灰分含量与组成有很大差别
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11
② 克-贝纤维素
英国人Cross和Bevan提出的分离纤维素的方法。
③ 硝酸-乙醇纤维素
用20%硝酸和80%乙醇加热沸腾处理无抽提物的木 粉，使木素变为硝化木素并溶于乙醇，所得残渣即 为硝酸-乙醇纤维素。
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12
④ -纤维素、-纤维素、-纤维素、 工业纤维素的定义
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纸张的最主要、最基本的化学成分。
✓ 聚合度
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3
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。
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4
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。
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%
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7
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, 残留木素对纸浆和纸张的化学及物理性能 有很大的影响。
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5
半纤维素的性质及对制浆造纸的影响
1、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。
2、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。
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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.
第二节 植物纤维原料的化学成分
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1
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 萄 糖
半纤维素
水解获得 各种单体
己糖 （ D－ 葡 萄 糖 ） （ D－ 甘 露 糖 ） （ D－ 半 乳 糖 ）
二、次要成分
木材中的有机物： 芳香族化合物：单宁、立格南、黄酮类物质 萜烯类化合物： 高级脂肪酸及酯、苷油、高级醇 醇
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14
1、抽提剂及抽出物
抽提剂：水、碱、丙酮、乙醚、乙醇、苯醇混合液。
抽出物：无机盐、糖类、植物碱、单宁、 色素、淀粉、果胶质、脂肪、脂肪酸、树 脂、树脂酸、酚类物质、蜡、香精油等。