第一章 植物纤维原料
植物纤维课堂笔记重点
第一章原料1 第一节植物界的基本类群一、植物的分类原则自然界植物的分类单位：界、门、纲、目、科、属、种种：具有相似性态特征，表现出一定的生物学特征有一定的生存条件，能够产生遗传特性相似的后代，在自然界有一定的分布区域的无数个体的总和。
它是植物分类学中最基本的单位。
2 "我们以马尾松为例说明植物..." 我们以马尾松为例说明植物的分类原则：1、各分类之间的联系是：亲缘关系相近的种归为同属，亲缘关系相近的属归为同科……，依此类推，最后都归属植物界。
2、各分类单位还可以分为更细的单位：比如，可分为亚门、亚纲、亚目、亚科、亚属、变种等。
马尾松-油松组-双维管束松亚属-松属-松亚科-松科-松杉目-松柏纲-裸子植物亚门-种子植物门-植物界3 二、植物的拉丁学名、组成及含义原因：植物的名称因语言不同而异、因不同地区而异，出现了同种异名或同名异种等现象。
由来：瑞典植物学家林奈（Carl von Linne）首创，经国际植物学会确认－－“双名法”双名法：以两个词来指给物命名的，第一个词是植物的属名，第二个词是“种名”。
完整的命明还须附上命名者的姓名缩写。
即“属名+种名+命名者的姓名”。
举例说明：柠檬桉－－Eucalyptus citriodora Hook.马尾松－－Pinus massioniana Lamb.云杉－－Picea asperata Mast.火炬松－－Pinus taeda Linn.4 三、现代植物的基本类群及其与制浆造纸的关系说明：1、自然界植物物种纷繁复杂，但可用于造纸的植物物种却只有少数种子植物。
2、裸子植物是国际造纸工业的最主要用木材原料。
造纸工作者致力于开发新的速生原料，主要是阔叶木，如桉木、意大利黑杨、三倍体毛白杨以及中林46号杨等。
3、我国裸子植物种类中多－－共11科41属238种47变种。
造纸用植物纤维原料分类简图种子植物——1）裸子植物-松柏纲（松科、杉科）2）被子植物-1单子叶植物（禾本科）、2双子叶植物（木本植物(阔叶木)）5 四、造纸植物纤维原料的分类及其代表性植物一）、木材纤维原料针叶木（软木）：云杉、冷杉、铁杉、落叶松、红松、马尾松……。
植物纤维化学第一章复习思考题.doc
第一章复习思考题名词解释1、a -纤维素2、纹孔3、纤维的粗度4、纤维素5、灰分6、（植物）纤维7、应变组织8、壁腔比9、0-纤维素10、果胶质11、柔性系数12、磨木木素13、综纤维素Y-纤维素15、杂细胞16、木质素17、树脂障碍18、硅干扰19、具缘纹孔20、二次纤维21、半纤维素22、树脂道23、管胞24、复合胞间二、判断题1、心材就是晚材，边材就是早材。
（）2、木材纤维原料可以分为两类：即针叶木和阔叶木。
针叶木有：云杉、冷杉、红松、马尾松、杨木等；阔叶木有柏木、桦木、桜木、樺木等。
（）3、所有的植物细胞都能用于造纸，如管胞、木射线薄壁细胞、木纤维、导管、木薄壁细胞等都是适合于造纸的。
（）4、一般來说，胞间层木素浓度最大，其总最也最多。
（）5、胞间层纤维素浓度最高，仅有少量木素.（）6、壁腔比〈1为劣等原料；壁腔比"为优等原料；壁腔比＞1为屮等原料.（）7、针叶木主要细胞是导管，其含量在95%以上，还有少量石细胞。
阔叶木主要细胞是管胞,其含量约为60%左右，木纤维约占30%左右。
（）8、纤维素是可以溶于水的不均一聚糖。
9、纤维索是由D-葡萄糖基构成的链状高分子芳香族化合物。
（）10、综纤维素是指植物原料中碳水化合物的全部。
理论值与实验测定值是一致的。
（）11、春材就是边材，秋材就是心材，树木由边材转变为心材后对造纸是有利的。
（）12、壁腔比大的纤维，成纸时纤维间的接触曲积较大，故结合力强，成纸的强度高。
（）13、针叶木与阔叶木、草类原料中木素的化学单元结构相同，都是由苯丙烷单元组成的线型大分子。
（）14、半纤维索含量在针叶木中含量最多，其次是阔叶木，含量最少的是草类原料。
（）15、有机溶剂抽出物是指用有机溶剂抽提植物纤维原料，能被有机溶剂抽提出来的那些成分称为有机溶剂抽出物。
（）16、纤维形态主要是指：纤维长度、宽度。
（）17、针叶木以其叶了的形状多为针形、条形或鳞形而得名，又由于此类植物材质大部比较坚驶，故国外多称之为硬木。
植物纤维化学复习
第一章植物纤维原料的结构主要：细胞壁的层状构造；微纤丝；纹孔及其类型；纹孔对及其类型；针叶材的三切面及其细胞组成；阔叶材的三切及其细胞组成。
1、木材纤维原料：针叶材（又称软木，Softwood）如云杉、红松、落叶松、马尾松、思茅松等；阔叶木（又称硬木，Hardwood）如杨木、桦木、桉木、榉木、相思木等。
2、非木材纤维原料：（1）草类纤维原料：即禾本科植物纤维原料。
如稻草、麦草、芦苇、荻、甘蔗渣、竹、龙须草等；（2）韧皮纤维原料：包括各种麻类及某些树种的树皮，如亚麻、黄麻、红麻、桑皮、构皮、檀皮等；（3）种毛纤维原料：如棉短绒纤维。
3、植物细胞学基础：活的细胞腔内充满原生质、成熟后形成空腔。
成熟细胞的构造主要为细胞壁【复合胞间层（胞间层M、初生壁P）、次生壁S】的构造，其中包括细胞壁的层状构造。
4、各层的精细构造：通过电子显微镜研究，可进一步了解纤维细胞壁的层状结构是由不同走向的微纤丝构成。
微纤丝：纤维素分子的聚集体是细胞壁中用电镜能鉴别出的最小天然结构单位，在电镜下呈细丝状。
微纤丝外围是半纤维素，微纤丝相互之间镶嵌着木质素和半纤维素，须脱去木质素才能在电镜下看到微纤丝。
5、S1（外）层微纤维结晶度较高，对化学作用较稳定，与P层结合较紧密，S1紧紧套住S2（中）使S2不易分丝纵裂，打浆时先将P、S1剥离，S1-S2结合较松弛，生产半化学浆时往往在S1-S之间分离，S2层是否易散开，与微纤丝夹角有关，角度越小，越容易分丝量化，P层薄而易碎。
稻草、麦草与木材纤维相似，但分层较厚，S2层角度较大多年生禾本科植物（如竹）次生壁层状构造较为特殊，具有多层结构，每层由厚、薄不一，微纤丝走向不同的两个薄层交替排列而成。
窄层：走向几乎与轴垂直（85-90度），且恒定。
宽层：走向几乎与轴平行（2-20度）。
胞间层——腔缓慢增加。
木质素浓度：窄层>宽度。
禾草类纤维超微结构有四种类型，见“中国造纸原料纤维特性及显微图谱”P33。
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
植物纤维第一章习题参考答案
第一章1.如何将造纸住屋纤维原料进行分类？根据原料的形态特征、来源及我国的习惯，可大体上分类如下：一、木材纤维原料（针叶材原料、阔叶材原料）二、非木材纤维原料（禾本科纤维原料、韧皮纤维原料、籽毛纤维原料、叶部纤维原料）三、半木材纤维原料（棉秆）2、造纸纤维原料中，主要化学组成是什么？写出定义或概念纤维素：由β、D-葡萄糖基通过1，4-苷键联结而成的线状高分子化合物；纤维素在细胞壁中自外至内，含量逐步增多，次生壁中，S2 S3中，纤维素含量很高半纤维素：由多种糖基、糖醛酸基所组成的，并且分子中和往往带有支链的复合聚糖的总称；半纤维素的浓度趋势是胞间层及细胞外层较高，次生壁特别是S2层中含量最低木素：由苯基丙烷结构单元通过醚键、碳-碳键联结而成的芳香族高分子化合物。
木素浓度分布CC（胞间角隅）＞CML（复合胞间层）＞S3＞S1＞S2，含量上S2最多3、比较纤维素和半纤维素的区别。
纤维素与半纤维素共同存在于大多数植物细胞壁中。
纤维素全部由葡萄糖单位聚合而成，而半纤维素是一种杂聚多糖，在酸性环境下半纤维素远较纤维素易于水解。
半纤维素比纤维素的分子要小，大约含有500到3000个单糖单位，后者大约含有7000到15000个。
半纤维素是分支的聚糖，而纤维素是不分支的。
半纤维素具有亲水性能，可以造成细胞壁的润胀，赋予纤维弹性。
一般木材中，纤维素占40～50%，10～30%的半纤维素纤维素体现了纸浆纤维的聚合度。
生产过程中必须尽量保护，以免造成得浆率下降，半纤维素填充在纤维之间和微细纤维之间的粘合剂，聚合度低，4.写出综纤维素的定义及四种制备方法、并指出哪种方法比较好？定义：又称总纤维素，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称）氯化法、亚氯酸钠法、二氧化氯法、过醋酸法5.如何自综纤维素制备α－纤维素？并指出其化学组成。
17.5%NaOH在20℃下处理总纤维素45min，将其中的非纤维素的碳水化合物大部分溶出，留下的纤维素及抗碱的非纤维素碳水化合物即为α—纤维素6.如何自漂白化学浆制备α－纤维素、β－纤维素、γ－纤维素？并指出各自的化学组成。
植物纤维
亚麻工艺纤维
亚麻织物
亚麻织物
（三）黄麻
Jute
产地：生长于亚热及热带，有圆果种、长果种 形态：长1~2.5mm，宽10~20um 多边形截面，有中腔 公定回潮率: 14%
黄麻绳索
黄麻产品
（四）汉麻（工业用大麻） 形态：长16~20mm, 宽18um，纵向有裂 纹和微孔与中腔相连 性能：抗菌、抗静电、
主链价键: 1,4 甙键 官能团: 三个羟基， 甙键 空间构型: 椅式结构
2. 形态结构:
外皮 由蜡质、脂肪和果胶组成 初生层 棉纤维横截面 次生层 中腔 初生胞壁 S1 S2 S3 由网状原纤组成
棉纤维横、纵向
截面结构
双边结构: 棉纤维干涸后，次生胞壁的各个部位在 断面结构上有显著不同的现象.
3)按原棉色泽分
白棉: 正常成长、吐絮的棉花
主要纺织原料，洁白、乳白或淡黄色
白色棉 黄棉: 受霜冻的棉
灰棉: 产自多雨地区
彩色棉：棕、绿、红、黄、蓝、紫、灰
彩棉
纯棉织物 Cotton fabric
(二)棉纤维的形态及结构
1.化学组成
纤维素(94%), 多缩糖(0.9%),蛋白质(1%),脂肪与脂腊质 (0.6%),水溶性物质(3.3%) 灰分(1%) 纤维素单基: β－葡萄糖剩基,
剑麻 Sisal
剑 麻
剑 麻
剑麻产品
二
蕉麻
马尼拉麻、菲律宾麻 产于热带、亚热带， 工艺纤维长1~3米 工艺纤维: 半脱胶的束状 纤维，经梳理加工制成的 适合于纺纱工艺要求的麻 纤维
三 菠萝叶纤维 （凤梨麻） Pineapple
凤梨麻工艺品
椰子纤维
实验
纤维细度测试 天然纤维: 白棉、彩棉、羊毛 化学纤维：粘胶、涤纶、腈纶、氯纶 两人一组，天然纤维任选一种，化学纤维任选一种， 报给课代表。 纺织纤维鉴别 棉、羊毛、麻、涤纶、腈纶、锦纶
档案保护技术学第一章第一节造纸植物纤维原料的质量与纸张耐久性
第一章纸质档案耐久性——纸张纸张的定义：由悬浮在流体中的纤维（造纸纤维）在网上互相交织，再经过压榨和干燥后生产的薄页物。
纸张纤维交织图档案制成材料的耐久性(durability)：是指在保存和使用过程中，档案制成材料抵抗外界理化因素的损坏和保持原来理化性能的能力。
耐久性的好坏是决定物质寿命的重要因素。
第一节造纸植物纤维原料的质量与纸张耐久性一、造纸植物纤维（plant fiber）原料的种类（一）木材纤维原料1.针叶木：杉、松、柏等2. 阔叶木：杨、桦、榉等（二）非木材纤维原料1.种毛纤维：主要是棉花、木棉等2.韧皮纤维：麻纤维，如亚麻、大麻、黄麻等树皮纤维，如檀皮、桑皮、楮皮等3.禾本科纤维：竹子、芦苇、龙须草等二、植物纤维细胞的结构（一）植物纤维细胞植物纤维细胞概念：植物体内的一种两头尖、中间空、细而长、细胞壁厚的死细胞。
这类细胞成纺锤状，富有挠曲性(flexibility)和柔韧性，彼此有交织结合力。
（二）植物纤维细胞壁的结构细胞腔和细胞壁。
细胞壁有一定厚度，又分为初生壁、次生壁(外、中、内三层)两个相邻纤维细胞之间的细胞间隙质，称为胞间层。
胞间层把各个相邻细胞连接起来，使植物有一定机械强度，胞间层与初生壁在一起合称复合胞间层。
植物纤维细胞壁结构示意图（三）细胞壁的化学成分纤维素和半纤维素主要在次生壁的中层和内层，木质素主要在复合胞间层和次生壁外层。
三、造纸植物纤维原料的质量（一）纤维形态长度（mm）、宽度（µm）、长宽比（必须大于30的纤维细胞原料才能造纸）、均一性(homogeneity)、壁腔比长宽比越大、均一性越好、壁腔比小于1，是造纸好原料。
（二）化学成分的含量纤维素含量越高（必须大于40%的纤维细胞原料才能造纸），半纤维素适量（11%），木质素越少，是造纸好原料。
（三）杂细胞的含量造纸原料中非纤维细胞称杂细胞，含量越少越好。
棉纤维（含破布纤维）> 麻纤维> 树皮纤维> 针叶木纤维 > 阔叶木纤维 > 禾本科多年生竹纤维＞一年生草类纤维电子显微镜视野下针叶木纤维针叶木管胞加拿大进口干木浆构树皮（潜山汉皮纸的主要原料） 木材纤维原料思考题： 1. 我国造纸原料是否丰富？为什么我国纸质档案保护任务较重？ 2. 衡量造纸植物原料质量标准有哪些依据？3. 造纸纤维、植物纤维细胞、纤维素三者之间基本概念有什么区别？4. 造纸植物原料质量与纸张耐久性的关系是什么？名词解释和基本概念纸张 纸张耐久性 植物纤维 植物纤维细胞壁构造 杂细胞 壁腔比。
植物纤维原料的化学组成..
原料总质量的80％～95％
1、在细胞壁中，微细纤维、 半纤维素和木素以不连续的 层状结构绕细胞腔排列着 2、三种主要成分在细胞壁中 不是均匀分布的 3、微细纤维是细胞壁的骨架 物质
4、木素和半纤维素是细胞壁 中的填充物质，是微细纤维 的“填充剂”和“粘合剂”。 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
-纤维素、-纤维素、-纤维素、工业纤维素
不溶解部分 -纤维素（纤维素和抗碱的 半纤维素）
17.5%NaOH （24%KOH）
沉淀部分 -纤维素
（高度降解的纤维 素和半纤维素） 工业半 纤维素 不沉淀部分 -纤维素 （半纤维素）
漂白化学浆 或综纤维素
20℃处理45min
醋酸中和 溶解部分
（含0.1-0.3%木素， 纤维素发生水解降解 半纤维素亦有溶出） 大部分半纤维素水解
b.制备纤维素时，制备方法、制备条件不同，半纤维 素、木素溶出程度不同，纤维素降解程度不同。因而 会得到各种“纤维素”，因此在表明分离得到的纤维 素时除了给出量值外还必须给出分离方法。
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。
3）灰分
（1）定义
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
原料 针叶木 阔叶木
<1(0.1~1.0%) CaO,K2O和Na2O
含量
组成
存在 树皮 叶部
草类
>2%(2~5%)* * 稻草（10~15%)
SiO2
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％；
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1.2.2 生物结构
1.2.2.1 木材纤维原料的生物结构
树木的结构 树冠 树干：树皮、形成层、 木质部、髓 树根
④ 木质部（xylem）
形成层与髓心之间木材部分，是造纸的主要原料。
Here is a scanning electron micrograph of a wood which shows the abrupt transition zone from earlywood to latewood. This is Douglasfir.
半纤维素是无定形物质，聚合度较低，易吸水 润胀。
④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，对纸浆的性能及成纸性能 也有良好的影响；
• 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。
1.1.2.3 木素的来源
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.
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。
棉：95－99％，苧麻：80－90％ ，木材：40－50％ 竹：40－50％ ，麦草：30－49％
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。
1.1.2.2 半纤维素的来源
存在于植物细胞壁中
第一章 植物纤维原料
（一）木材纤维原料 1、针叶材（softwood）
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。
马 尾 松
水杉
杉木
2. 阔叶材（hardwood）
叶子多为宽阔状，材质坚硬，称之为硬木，造纸工业中使用 的是材质较松软的品种，如杨、桉、柳、楹木、相思木等。
是植物细胞壁三大组分之一 是地球上最丰富最、廉价的可再生资源之一 3.5*1010t/y
① 什么是半纤维素 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。
② 半纤维素的特点
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。 构成半纤维素主链的糖基有：木糖基、葡 萄糖基、甘露糖基 构成支链的糖基有：木糖、葡萄糖、半乳糖、 阿拉伯糖、葡萄糖醛酸
大麻 青麻
③籽毛纤维原料：棉花、棉短绒及棉质破布等。
棉花
④叶部纤维原料：龙舌兰、香蕉叶、甘蔗叶、 龙须草等。
龙须草
龙舌兰
香蕉叶
甘蔗基地
（三） 其它非木材纤维原料
主要指棉杆，结构介于木材和禾本科原料之间。
废新闻纸 (ONP)
纸箱与纸板废纸 OCC（Old Corrugated Container）
原料总质量的80％～95％
1、在细胞壁中，微细纤维、 半纤维素和木素以不连续的 层状结构绕细胞腔排列着 2、三种主要成分在细胞壁中 不是均匀分布的 3、微细纤维是细胞壁的骨架 物质
4、木素和半纤维素是细胞壁 中的填充物质，是微细纤维 的“填充剂”和“粘合剂”。 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
Red pine is another species that illustrates the abrupt change of the transition zone. The two large holes on the cross section are resin canals.
图1-2
木素基本结构单元
C C C C C C C C C
OCH3 OH
H3CO OH
OCH3 OH
愈创木基 Guaiacyl
紫丁香基 Syringyl
对-羟苯基 p-Hydroxyphenyl
G型
S型H型④与制Fra bibliotek造纸的关系对于化学浆而言，木素是尽量去除的成分， 提高纸浆的性能及成纸性能。 化学法制浆中 产生黑液的 “罪魁祸首”
1、纤维素(cellulose)的定义及其与制浆造纸的关 系
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。 纤维素是由葡萄糖基环构成的，其构型是β－D－ 型 葡萄糖构型。 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。
蔗渣的薄壁细胞
图1-3 杨木的导管
图1-4 稻草纤维细胞
杨木导管
带 有 小 舌
尾叶桉导管
带有 小舌 具有 桉木 导管 的特 点
烧碱蒽醌法麦草浆
纤维 表皮 细胞 导管 等杂 细胞
1.2.1.1 植物纤维原料的主要成分
纤维素 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" 半纤维素 木素
三倍体毛白杨
尾叶桉
马占相思
（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。
甘蔗渣
竹子
芦苇 麦草
稻草
玉米杆
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。
构树韧皮中含有大量优质纤维,纤 维色泽洁白,具有天然丝质外观,手 感柔软,具丝和棉的感觉,性能稳定 性较好,耐腐蚀性较好,是做宣纸、 人造棉、钞票用纸的好材料。