木材化学构成
木材化学知识点总结归纳
木材化学知识点总结归纳一、木材的化学组成1. 木材主要由纤维素、半纤维素和木质素三种化学成分组成。
其中，纤维素是木材中含量最多的成分，占据了木材的大部分，通常约占木材干重的40-50%。
纤维素分子是由葡萄糖分子经由β-1,4-键连接而成的长链聚合物，具有很强的结晶性和拉伸性。
半纤维素是一种多糖类物质，主要由葡萄糖、木糖和甘露糖等单糖组成，是一种支链聚合物，能够增加木材的柔韧性和弹性。
木质素是木材中的第三大成分，是一种由苯丙烷单体聚合而成的高分子化合物，具有很好的抗腐蚀性和耐受性。
2. 木材中还含有少量的脂肪、酚类、树脂、以及矿物质等成分。
这些成分对木材的性质和用途都有一定的影响。
3. 木材的化学组成是决定木材性能和用途的关键因素，因此对木材的化学组成进行深入了解，对于木材的加工和利用具有重要意义。
二、木材的化学性质1. 木材具有吸湿性、膨胀性和收缩性等性质。
由于木材中的纤维素和半纤维素含有大量的羟基基团，使得木材具有很强的吸水性和膨胀性。
而在干燥条件下，木材会失去吸湿性，并出现收缩现象。
2. 木材具有很强的化学稳定性和抗腐蚀性。
木材中含有的木质素具有很好的抗腐蚀性，使得木材能够在湿润和高温条件下仍然保持其结构和性能。
3. 木材还具有较好的燃烧性能。
木质素是一种含有大量的芳香族和脂肪族羟基的高分子化合物，因此具有较好的燃烧性能。
但由于木材中的脂肪和树脂含量较低，所以木材的燃烧速度并不高。
4. 木材还具有一定的抗弯性、抗压性、抗拉性等物理力学性能。
这些性能与木材的化学组成和化学结构密切相关。
三、木材的化学加工1. 木材的化学加工主要包括干燥、防腐、着色、改性等过程。
干燥是指将原木材中的水分蒸发或挥发出去的过程，以提高木材的稳定性和耐久性。
防腐是指利用一些化学防腐剂或者热处理等方法，使木材具有较好的防腐性。
着色是指利用染料或者其他着色剂对木材进行染色加工，以获得一定的色彩效果。
改性是指通过一些特殊的化学或物理方法，对木材的化学组成和结构进行改变，以获得特定的性能和用途。
木材学：木材的化学性质
三 纤维素的物理性质
➢ 2 吸湿滞后现象：是指在同一相对温度下，吸湿时 吸着水的量低于解吸时吸着水的量。
原因：吸湿过程中的游离羟基相对较少，吸着 的水相应的也较少。而解吸过程中，吸着中心相 对较少，吸着水量相应也较多，即羟基的有效性。
三 纤维素的物理性质
➢ 3 热效应：干纤维吸湿的过程具有放热现象，即产生热效 应，放出的热称为吸着热或润湿热。
（二）纤维素的膨胀与收缩
➢ 纤维素吸湿后发生膨胀的现象称为膨胀或湿胀，解吸发生收缩的 现象称为收缩或干缩。由纤维素大分子的结构与排列方向以及纤 维素纤维的超微结构可知，水分只能进入无定形区分子链之间及 结晶区的表面，因此纤维吸湿或解吸时，水分的增减必然引起链 分子间距离的增大或减小，从而导致纤维横向的膨胀或收缩。
纤维素的结晶结构
纤维素的两相体系理论 纤维素的结晶区和无定形区： 结晶区，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一定的 结晶格子，呈现清晰的X—射线衍射图。 在无定形区，纤维素 分子链的排列不呈定向有序，规则性不强，不构成结晶格子， 但也不象液体那样完全无序，只是排列不整齐，结合松散而已。
木材的化ntroduction
木材的化学组成 Chemical Components
木
高分子物质
多糖
木素
材 低分子物质 有机物 无机物
纤维素 半纤维素
抽提物
灰分
木材化学组成
高分子物质
➢1 纤维素(cellulose)：木材的主要成分，骨架作用。
➢ 纤维素既不溶于冷水，又不溶于热水。此外，也不溶于醇、 苯、乙醚等中性有机溶剂，也几乎不溶于酸和碱的常温稀 水溶液中。
纤维素的物理结构
纤维素的微细结构 微小纤维（Fibeil）光学显
木材化学成分对木材加工利用及性质的影响
木材化学成分对木材加工利用及性质的影响专业：木材科学与技术木材的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素,其总量占木材的90% 以上,其分子结构、性质及相互间的关系不仅是木材各种性质的物质基础,也是木材改性和阻燃处理的化学基础。
木材的次要成分包括抽提物、灰分等,在木材中的含量较低,但对木材的性能影响也比较大。
通常,抽提物含量越大的木材越易燃烧,灰分含量大的木材较难燃烧。
木材纤维素、半纤维素和木质素都属于高分子化合物,因而木材是一种高分子复合体,既可发生交联反应又可进行降解反应,还可以进行酯化、醚化、氧化、卤代反应;具有分子量的多分散性和结构的多分散性,其反应速度较低分子化合物慢且复杂。
现在简单介绍一下木材成分对木材的加工利用及木材性质的影响。
1 纤维素和半纤维素木材的强度主要来自于木材纤维，半纤维素对纤维素起着机体的作用，并提高细胞壁的容积量。
而且他们在造纸中的也是非常重要的，在制浆造纸中，半纤维素能增加纤维素的可塑性和柔韧性，因此在造纸的过程中要尽可能的脱去木素，最大程度的保留纤维素，不同程度的保留半纤维素。
纤维素原料是地球上产量最大的可再生资源,包括林木、农作物秸秆、农副产品加工下脚料等,在自然生态系统的能量流与物质循环流中有重要地位,开发以木质纤维素为原料制备乙醇的工艺是未来乙醇生产的发展方向。
而且纤维板也是现在社会木材加工利用的主要产品之一。
2 木质素木质素是聚酚类三维网状高分子化合物,结构主体之间的连接方式主要是醚键及碳碳键,这两种键分子极性小、键能高难以反应,而且甲氧基含量高,羟基含量低,苯环上位阻大,从木质素胶粘剂合成中就可以看出木质素与苯酚、甲醛和酚醛树脂反应其活性明显不足。
木质素在胶粘剂中的应用有两种方式,一种是木质素本身作为胶粘剂,但是木质素本身作为胶粘剂存在很多弊端:长的热压时间、高的热压温度和酸度、产品为黑色并且有很低的物理和机械性能及低的耐水性;另一种是木质素与其它原料混合对树脂进行改性从而制得胶粘剂。
木材纹理及化学组成
轴向薄壁组织
• 轴向薄壁组织
•
在木材横切面上，可见部分材色较周围稍浅色，用水湿润后更明
显，党构成各种形状的组织称轴向薄壁组织。在阔叶材中，该类组织
数量多，范围广，肉眼或放大镜下明显可见，轴向薄壁组织对宏观识
别阔叶材具有重要意义。
红松
材用
已 加 工 好 的 木 料
红 松 木 加 工 的 木
榆木
大家应该听说过“榆木疙瘩”这个词 吧，意思是形容其不开窍，难解难伐 之意，从这个词语我们可以就看出榆 木的一些性能，榆木属榆科，榆属， 主要产地为北方，尤其黄河流域。榆 木材幅宽大，质地温存优良；变形率 小，木性坚韧，纹理通达清晰，硬度 与强度适中，适宜雕刻，刨面光滑， 弦面花纹美丽，有“鸡翅木”的花纹， 可供家具、装修等用。在北方家具用 材中，榆木所占比例最大，有擦蜡做， 也有擦漆做。山西、山东、河北、河 南等古家具大省随时可见榆木家具的 踪迹。榆木做的家具纹理粗犷，风格 质朴。
非洲黄花梨木纹：
2、木材的化学成分
木材的主要成分是纤维素、半纤维素和 木质素,其总量占木材的90% 以上,其分子结 构、性质及相互间的关系不仅是木材各种 性质的物质基础,也是木材改性和阻燃处理 的化学基础。木材的次要成分包括抽提物、 灰分等,在木材中的含量较低,但对木材的性 能影响也比较大。
木材的化学组成
早材、晚材
• 早材与晚材：维管形成层的活 动易受外界环境条件的影响， 在有明显冷暖季节交替的温带 ，或有干湿季节交替的热带， 形成层的活动随季节更替，表 现出明显的节奏性变化。形成 层的活动有强有弱，形成的细 胞有大有小，壁有厚有薄，颜 色有深有浅，从而在次生木质部的形态结构上表现出明显差异。在温带春季 ，气候条件逐渐变暖，形成层活动也随之增强，结果形成的次生木质部细胞 多，其中导管和管胞的直径大而壁薄，木材颜色较浅，木材质地较疏松，称 之为早材(early wood)。在夏末秋初，气候条件逐渐不适宜于树木生长，形 成层活动随之减弱，形成的细胞数目减少，其中导管和管胞径小而壁厚，木 材颜色深，木材质地较紧密，称之为晚材(late wood)。
木头主要成分化学式
木头主要成分化学式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：木头是一种常见的自然材料，广泛用于建筑、家具、工艺品等领域。
它具有高强度、良好的耐久性和美观的外观，因此受到人们的青睐。
木头的主要成分是纤维素和木质素，它们通过化学反应形成木头的结构和性质。
我们来了解一下纤维素的成分和化学式。
纤维素是由葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键结合而成的聚合物。
其分子式为（C6H10O5）n，其中n表示重复单元的数量。
纤维素是植物细胞壁的主要成分，也是木头的主要来源之一。
它具有很高的抗拉强度和硬度，能够使木头具有良好的结构强度和稳定性。
另一个重要的成分是木质素，它是木头中的次要成分，但对木头的性质影响巨大。
木质素是一种复杂的天然高分子化合物，主要由苯环和萜环组成。
其结构复杂，不同种类的木质素有不同的结构和性质。
木质素是植物细胞壁中的胶合物，能够增强木头的硬度和抗腐蚀性，使木头具有更长的使用寿命。
除了纤维素和木质素，木头中还含有一些其他成分，如半纤维素、脂肪酸、蛋白质等。
这些成分在木头的结构和性质中也起着重要作用。
半纤维素是一种由五碳糖苷键连接而成的多糖，能够增强木头的黏合性和抗水性。
脂肪酸是一种脂肪分解产生的有机酸，能够增加木头的稳定性和耐久性。
蛋白质是一种氨基酸组成的生物大分子，能够增加木头的韧性和弹性。
木头的主要成分化学式是纤维素（C6H10O5）n 和木质素，它们通过复杂的化学反应和结构组合形成了木头的独特性质和外观。
这些化学式不仅揭示了木头的组成结构，也为我们理解木头的性质和用途提供了重要的参考。
希望通过这篇文章的介绍，大家对木头的主要成分化学式有了更深入的了解。
第二篇示例：木头主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，它们是木质植物细胞壁的主要构成成分。
纤维素是由葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键相互连接而成的线性多聚物。
纤维素的化学式为（C6H10O5）n，其中n代表了纤维素分子中葡萄糖单元的重复次数。
纤维素具有极强的结晶性，使得木质植物的细胞壁具有很高的力学强度和稳定性。
木材的化学性质
第四章木材的化学性质[本章难点与重点]木材是一种天然生长的有机高分子材料，主要由纤维素、半纤维素、木素和木材抽提物等组成。
通过本章内容的学习，要求重点掌握纤维素、半纤维素、木素的化学结构及其与木材性质、加工工艺和利用的关系；同时了解木材抽提物的主要成分、木材的酸碱性质对木材的表面性质、木材加工、利用的影响，从而丰富木材科学知识，奠定木材加工的理论基础。
4.1 木材的化学成分4.2 木材纤维素4.3 木材半纤维素4.4 木素4.5 木材的抽提物4.6 木材化学成分与木材加工利用的关系木材由天然形成的有机物构成，属于高分子化合物，要研究木材的利用以及以木材为基础的林产品加工，首先要了解组成木材的化学成分及其化学性质。
4.1 木材的化学成分木材细胞的组成成分分为主要成分和次要成分两种，主要组成成分是纤维素（cellulose）、半纤维素（hemicelluloses）和木素（lignin）；次要成分有树脂、单宁、香精油、色素、生物碱、果胶、蛋白质等。
木材纤维素含量为40%～50%，禾本科植物纤维素含量略低些。
表3－1中数字显示：针叶材木素含量高于阔叶材；禾本科植物和阔叶材半纤维素及聚戊糖含量高于针叶材；针、阔叶材的纤维素含量无显著差别，依树种不同而略有不同。
纤维素、半纤维素和木素是构成细胞壁的物质基础，其中纤维素形成微纤丝（micro fibril），在细胞壁中起着骨架作用，半纤维素和木素则成为骨架间的粘结和填充材料，如图4－1所示，三者相互交织形成多个薄层，共同组成植物的细胞壁。
从木材细胞壁中化学成分的分布来看：初生壁中含有较少的纤维素，而半纤维素和木素的浓度较高，相反次生壁纤维素含量高，而且呈现由外（S1层）向内（S3层）纤维素含量逐渐增加的趋势；利用电子显微镜直接观察云杉切片半纤维素的分布，结果表明总的趋势是由外向内渐减，以S2层中层半纤维素含量为最低。
云杉管胞细胞壁各个部位的聚葡萄糖甘露糖含量和复合胞间层中聚阿拉伯糖含量均明显高于桦木细胞壁。
木材学(6.4.2)--木材化学
第六章 木材化学木材的主要化学成分：木材主要化学成分是构成木材细胞壁和胞间层的物质，由纤维素、半纤维素和木质素三种高分子化合物组成，一般占木材总量的90%以上。
纤维素：纤维素是由环式吡喃型D—葡萄糖基在1,4位置通过β—苷键联结而成的一种链状高分子化合物。
木材的抽提物：木材的少量化学成分是一组不构成细胞壁、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，所以称抽提物或浸出物。
纤维素：不溶于水的均一聚糖。
它是由D-葡萄糖基构成的直链状高分子化合物。
以微纤维的形态存在于木材细胞壁中，有较高的结晶度，使其具有较高的强度，因此被称为细胞壁的骨架结构半纤维素：除纤维素和果 胶以外的植物细胞壁聚糖，半纤维素是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，大多数有支链。
半纤维素是无定形物质，分布在微纤维之中，称为填充物质。
木质素：一种天然的高分子聚合物，由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳碳—键连接而成、具有三维结构的芳香族高分子化合物。
木质素是无定形物质，包围在微纤维之间，是纤维与纤维之间形成胞间层的主要物质，称为结壳物质。
抽提物：木材的少量化学成分是一组不构成细胞壁、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，所以称抽提物或浸出物木质素的分离方法：将植物中木质素以外的成分溶解除去，而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，纤维素等其他成分不溶解进行分离。
木质素的结构单元：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。
木质素的官能团：甲氧基；羟基；羰基；羧基。
纤维素的化学结构：纤维素是由环式吡喃型D-葡萄糖基在1,4位置通过β-苷键联结而成的链状高分子化合物。
纤维素的物理结构：纤维素大分子链之间的结合：包括分子间力（范德瓦耳斯力）和氢键力两种结合形式。
吸湿机理：纤维素在无定形区(非结晶区)分子链的游离态羟基为极性基团，易于吸附极性水分子，与其形成氢键结合，这是纤维素具有吸湿性的内在原因。
木材学(6.4.5)--木材化学
第1章木材的化学性质重点介绍了木材三大成分——木质素、纤维素、半纤维素的结构、物理性质和化学性质。
并简要介绍了多种存在于木材中的抽提物。
另外简述了木材的酸碱性质。
1.1木材的化学组成无机物（灰分）少量组分有机物（芳香族、萜烯类、脂肪族化合物）木材 纤维素（水解单糖——D-葡萄糖）碳水化合物 半纤维素（水解单糖 —— D-葡萄糖 、D-半乳糖、主要组分 D-甘露糖、D-木糖、L-阿拉伯糖）木质素1.1.1木材的主要化学成分木材的主要化学成分是构成木材细胞壁和胞间层的物质，由纤维素、半纤维素和木质素三种高分子化合物组成，一般总量占木材的90％以上，热带木材中高聚物含量略低，在高聚物中纤维素和半纤维素组成的多糖含量居多，占木材的65％～75％。
纤维素在细胞壁中为骨架物质；半纤维素是无定形物质，分布在微纤维之中，称为填充物质；木质素是结壳物质。
1.1.2木材的少量化学成分木材的少量化学成分是一组不构成细胞壁、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、水蒸气、和水提取，所以称为抽提物或浸出物。
木材抽提物包括的化学成分组成复杂，主要包括以下几类化合物。
a.脂肪族化合物：包括饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、脂肪、蜡、低聚糖、果胶质、淀粉、蛋白质。
b.萜烯及萜烯类化合物：包括单萜（松节油等）、倍半萜、树脂酸等c.芳香族化合物：包括黄酮类化合物、单宁等。
1.1.3树木的化学组成1.1.3.1木质部的化学组成树种与产地：由于树种不同，木材的化学组成有很大区别，如针叶树材与阔叶树材。
同一种树木，产地和生长环境不同，化学组成也有差异。
边材与心材：在针叶树材中，心材比边材含有较多的有机溶剂抽提物、较少的木质素和纤维素。
早材与晚材：由于晚材管胞的细胞壁厚度大于早材的细胞壁，并且晚材胞间层占的比例较少，细胞壁成分的大多数为纤维素，胞间层物质大多数为木质素，所以，晚材比早材常含有较高的纤维素与较低的木质素。
1.1.3.2树干与树枝化学组成的区别树干与树枝化学组成差别较大，不论是针叶树材还是阔叶树材，树枝的纤维素含量较少，木质素含量较多，聚戊糖、聚甘露糖较少，热水抽提物含量较多。
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木质材料连续干燥过程中伴随氢键的变化
1水分子之间氢键被断裂，部分水分子移出后纤维表面彼此接近，使两纤维表面间只剩下一个单层水分子
2水-OH和纤维-OH间氢键破坏，在纤维表面间形成了新的氢键结合
羰基
=CO
脂肪族羧基
特性
化学结构
树种
愈疮木基：紫丁香基
针叶材
10：1
阔叶材
1：3
木材颜色
发色基团
苯环
羰基
松柏醛基
乙烯基
助色基团
羟基、羧基、醚键
结合基团反应显色
化学反应特性
制浆造纸工艺
高聚物特性
胶合性能；木素为无定形物，玻璃化转变特性
紫外光谱特性
木材表面劣化，木材保护相关
纤维素--纤维素分子结构
纤维素
（氢键形成、分布不均一形成了结晶区与不定型区）
3.木材物理力学性质：提高木材强度，降低吸湿性与化学反应特性
纤维板加工工艺
湿法纤维板成板理论--氢键结合理论
打浆促使纤维分离，提高纤维表面积，增加游离羟基数量，改善形成氢键的条件。
板坯预热，提高板内各组分功能基活性，使功能基间距<0.275nm形成氢键，提高了纤维板的结构密度与强度
三大素分布
纤维素
半纤维素
木质素
复合胞间层
14%
27%
59%
次生壁中层
59%
14%
27%
三种聚合物分子皆是由原子通过共价键联结而成的，无自由电子和可移动的电子
低分子物质
有机物
抽提物
芳族（酚）化合物--单宁
酸、醇
Vb、硫胺素（木腐菌生长）
萜烯类化合物
无机物
灰分
部分利于木腐菌生长、干燥木材微弱导电原因
木质素
吡喃型D-葡萄糖基在1-4位置上彼此以β-甙键联结而成的线型高聚物
分子构型
纤维素--纤维素超分子结构
氢键
功能基
主要功能基羟基-OH
-OH与O- N - S -水
分类
分子内氢键单一分子链赋予一定强度
分子间氢键超分子结构形成
作用以及影响
木材结构与性能
1.细胞壁氢Leabharlann ，纹孔闭塞，影响液体传导2.纤维素分子氢键，集中在一定区域形成结晶区
大自然含量第二多的有机物，只存在于高等植物中
分离方法（模型法）
木材多糖溶解，木质素作为残渣分离（酸木质素，水解部分）
木质素溶解与木材多糖分离（酸性条件下分离）
基本结构单元
愈疮木基丙烷
对羟苯基丙烷
紫丁香基丙烷
针叶材
大量
少量
阔叶材
大量
少量
大量
分子式
官能团
甲氧基
—OCH3
【阔叶材】>【针叶材】
羟基
—OH
两种存在方式；苯环、侧链
木材化学性质
木材
高分子物质
（97%~99%）
多糖
纤维素（50%）
细胞壁结构物质；骨架作用
β-D-葡萄糖组成的线性高分子聚合物
半纤维素
粘结作用
构成
5种中性单糖；已糖、甘露糖、半乳糖、戊糖、阿拉伯糖
【阔叶材】>【针叶材】
阿拉伯糖、木糖、半乳糖连接
木质素
细胞壁中硬固作用
苯基丙烷单元组成的芳香族化合物
【针叶材】>【阔叶材】