木材的化学性质
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第五章 木材的化学性质
灰分多，热水抽提物含量高，纤维素与聚戊糖含 量则少。
5.2 木质素 lignin
1.木质素的存在：
存在于高等植物中。 主要是在木质化植物的 细胞壁中。
木质素可分为三种:阔 叶树木质素、针叶树木 质素和草类木质素。
在木本植物中,木质素 含量为20％－35％,在 草本植物中为15％-25
图5－1 云杉木质素的结构示意图
（3）水解反应(磺化)：木质素与亚硫酸盐在高温下 蒸煮，发生磺化反应。木质素经磺化，形成含有或 多或少硫的固态木素磺酸。 固态木素磺酸渐渐转为水溶性的木质素磺酸， 这过程受H+浓度的左右，故可认为这就是一种水 解过程。
（4）光解反应：木材的光降解主要发生于木质素 。对光木质素是不稳定的。
（5）碱液对木质素的作用（脱木素反应）
6.木质素的化学性质
（1）显色反应 因为木质素中含有一些特殊基团，如乙烯基、羰基、苯基等具
有共轭双键的发色基团；以及羟基、羧基等助色基团，会使木材 产生颜色。同时木质素可和许多有机化合物，无机化合物发生特 殊的颜色反应，这对研究木材的颜色及其变化，细胞壁木质化程 度确定木质素在细胞壁中的分布和木质素大分子的功能基者很重 要，同时，还可作为区分针、阔叶树材及木材染色的依据。用苯 酚与盐酸处理木材时，木质素产生蓝绿色；用盐酸苯胺处理，木 质素产生黄色；用间苯三酚与盐酸处理，木质素产生红紫色，具 体见下表：
木质素中结构单元的主要键型
（5）木素的主要官能团 为：甲氧基(-OCH3，存 在于苯环上)、羟基(-OH ，酚羟基和脂肪族羟基) 和羰基(-C=O，主要存 在于侧链上)；
（6）木质素与糖类连接 ：糖苷键连接、缩醛键 连接、酯键连接和醚键 连接。
（7）木质素的结构模型 ：木素的结构复杂，通 常所说的木素结构是指 木素的基本结构单元的 形式以及它们之间的联 结方式等。
5.2 木质素 lignin
1.木质素的存在：
存在于高等植物中。 主要是在木质化植物的 细胞壁中。
木质素可分为三种:阔 叶树木质素、针叶树木 质素和草类木质素。
在木本植物中,木质素 含量为20％－35％,在 草本植物中为15％-25
图5－1 云杉木质素的结构示意图
（3）水解反应(磺化)：木质素与亚硫酸盐在高温下 蒸煮，发生磺化反应。木质素经磺化，形成含有或 多或少硫的固态木素磺酸。 固态木素磺酸渐渐转为水溶性的木质素磺酸， 这过程受H+浓度的左右，故可认为这就是一种水 解过程。
（4）光解反应：木材的光降解主要发生于木质素 。对光木质素是不稳定的。
（5）碱液对木质素的作用（脱木素反应）
6.木质素的化学性质
（1）显色反应 因为木质素中含有一些特殊基团，如乙烯基、羰基、苯基等具
有共轭双键的发色基团；以及羟基、羧基等助色基团，会使木材 产生颜色。同时木质素可和许多有机化合物，无机化合物发生特 殊的颜色反应，这对研究木材的颜色及其变化，细胞壁木质化程 度确定木质素在细胞壁中的分布和木质素大分子的功能基者很重 要，同时，还可作为区分针、阔叶树材及木材染色的依据。用苯 酚与盐酸处理木材时，木质素产生蓝绿色；用盐酸苯胺处理，木 质素产生黄色；用间苯三酚与盐酸处理，木质素产生红紫色，具 体见下表：
木质素中结构单元的主要键型
（5）木素的主要官能团 为：甲氧基(-OCH3，存 在于苯环上)、羟基(-OH ，酚羟基和脂肪族羟基) 和羰基(-C=O，主要存 在于侧链上)；
（6）木质素与糖类连接 ：糖苷键连接、缩醛键 连接、酯键连接和醚键 连接。
（7）木质素的结构模型 ：木素的结构复杂，通 常所说的木素结构是指 木素的基本结构单元的 形式以及它们之间的联 结方式等。
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。
木材的可溶性和化学性质
压力：压力越大，木材的溶 解性越好
Part Four
木材的化学性质
氧化反应
木材的氧化反应：木材在 空气中会发生氧化反应， 导致木材变色、腐朽等现
象。
氧化反应的影响因素：温 度、湿度、氧气浓度等环 境因素都会影响木材的氧
化反应。
抗氧化剂：添加抗氧化剂 可以减缓木材的氧化反应，
延长木材的使用寿命。
质素和半纤维素
半纤维素在木材的化 学性质中起着重要作 用，影响木材的强度、
硬度和耐久性
木质素
木质素的定义： 一种复杂的有机 化合物，存在于
植物细胞壁中
木质素的作用： 赋予木材硬度和 强度，增加木材 的耐久性和抗腐
蚀性
木质素的化学性 质：具有芳香族 结构和酚羟基， 易溶于有机溶剂
木质素的分布： 主要存在于硬木 中，如橡木、松
木材的可溶性和化学性 质
,
汇报人：
目录
01 添 加 目 录 项 标 题
02 木 材 的 化 学 组 成
03 木 材 的 可 溶 性
04 木 材 的 化 学 性 质
05 木 材 的 化 学 性 质 的
应用
Part One
单击添加章节标题
Part Two
木材的化学组成
纤维素
纤维素是木材的主要 成分，占木材干重的
木等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
其他成分
木质素：木材的 主要成分之一， 具有抗腐蚀、抗
虫蛀等特性
纤维素：木材的 主要成分之一， 具有高强度、高
弹性等特性
半纤维素：木材 的主要成分之一，
具有亲水性、可 溶性等特性
提取物：木材中 的其他可溶性成 分，如单宁、树 脂等，具有多种
Part Four
木材的化学性质
氧化反应
木材的氧化反应：木材在 空气中会发生氧化反应， 导致木材变色、腐朽等现
象。
氧化反应的影响因素：温 度、湿度、氧气浓度等环 境因素都会影响木材的氧
化反应。
抗氧化剂：添加抗氧化剂 可以减缓木材的氧化反应，
延长木材的使用寿命。
质素和半纤维素
半纤维素在木材的化 学性质中起着重要作 用，影响木材的强度、
硬度和耐久性
木质素
木质素的定义： 一种复杂的有机 化合物，存在于
植物细胞壁中
木质素的作用： 赋予木材硬度和 强度，增加木材 的耐久性和抗腐
蚀性
木质素的化学性 质：具有芳香族 结构和酚羟基， 易溶于有机溶剂
木质素的分布： 主要存在于硬木 中，如橡木、松
木材的可溶性和化学性 质
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汇报人：
目录
01 添 加 目 录 项 标 题
02 木 材 的 化 学 组 成
03 木 材 的 可 溶 性
04 木 材 的 化 学 性 质
05 木 材 的 化 学 性 质 的
应用
Part One
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Part Two
木材的化学组成
纤维素
纤维素是木材的主要 成分，占木材干重的
木等
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其他成分
木质素：木材的 主要成分之一， 具有抗腐蚀、抗
虫蛀等特性
纤维素：木材的 主要成分之一， 具有高强度、高
弹性等特性
半纤维素：木材 的主要成分之一，
具有亲水性、可 溶性等特性
提取物：木材中 的其他可溶性成 分，如单宁、树 脂等，具有多种
木材的质量与检测方法
a. 浮力法：将木材放入水中，根据浮力计算密度 b. 称重法：将木材干燥后称重，根据重量和体积计算密度 c. 钻孔法：在木材上钻孔，根据钻孔的深度和直径计算密度
密度检测的目的：确定木材的材质和等级
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅，单击此 处添加正文；
密度检测的注意事项： a. 木材的含水率会影响密度检 测结果 b. 检测过程中需要注意木材的变形和损坏 c. 密度检测结果需要与实际使用情况进行对比和验证
木材的韧性：包括 冲击韧性、抗弯韧 性等
木材的缺陷与变异
缺陷类型：节子、裂纹、腐朽、虫 眼等
检测方法：眼观察、仪器检测、 化学分析等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
变异原因：生长环境、遗传因素、 加工工艺等
影响因素：树种、湿度、温度、光 照等
2 木材的检测方法
外观检测
颜色：观察木材的 颜色是否均匀，是 否有色差
a. 木材的含水率会影响密度检测结果 b. 检测过程中需要注意木材的变形和损坏 c. 密度检测结果需要与实际使用情况进行对比和验证
含水率检测
目的：确定木材的含水率，确保 木材的质量和稳定性
注意事项：确保检测仪的准确性 和校准，避免环境因素对检测结 果的影响
检测方法：使用含水率检测仪， 通过测量木材的电导率来计算含 水率
强度检测
抗弯强度：测量木材抵抗弯曲变形的能力
硬度：测量木材抵抗外力侵入的能力
抗压强度：测量木材抵抗垂直压缩的能力
冲击韧性：测量木材抵抗冲击载荷的能力
抗拉强度：测量木材抵抗拉伸变形的能力
剪切强度：测量木材抵抗剪切变形的能力
感谢您的观看
汇报人：
纹理：观察木材的 纹理是否清晰，是 否有扭曲、裂纹等 缺陷
密度检测的目的：确定木材的材质和等级
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密度检测的注意事项： a. 木材的含水率会影响密度检 测结果 b. 检测过程中需要注意木材的变形和损坏 c. 密度检测结果需要与实际使用情况进行对比和验证
木材的韧性：包括 冲击韧性、抗弯韧 性等
木材的缺陷与变异
缺陷类型：节子、裂纹、腐朽、虫 眼等
检测方法：眼观察、仪器检测、 化学分析等
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变异原因：生长环境、遗传因素、 加工工艺等
影响因素：树种、湿度、温度、光 照等
2 木材的检测方法
外观检测
颜色：观察木材的 颜色是否均匀，是 否有色差
a. 木材的含水率会影响密度检测结果 b. 检测过程中需要注意木材的变形和损坏 c. 密度检测结果需要与实际使用情况进行对比和验证
含水率检测
目的：确定木材的含水率，确保 木材的质量和稳定性
注意事项：确保检测仪的准确性 和校准，避免环境因素对检测结 果的影响
检测方法：使用含水率检测仪， 通过测量木材的电导率来计算含 水率
强度检测
抗弯强度：测量木材抵抗弯曲变形的能力
硬度：测量木材抵抗外力侵入的能力
抗压强度：测量木材抵抗垂直压缩的能力
冲击韧性：测量木材抵抗冲击载荷的能力
抗拉强度：测量木材抵抗拉伸变形的能力
剪切强度：测量木材抵抗剪切变形的能力
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汇报人：
纹理：观察木材的 纹理是否清晰，是 否有扭曲、裂纹等 缺陷
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
木材的标准与规范
防火涂料：用于木材表面的防火涂料，可以降低木材的燃烧性能 阻燃剂：添加到木材中的化学物质，可以降低木材的燃烧性能 防火处理工艺：包括浸泡、喷涂、浸渍等，可以改善木材的防火性能 防火标准：根据不同的使用环境和要求，制定相应的防火标准和规范
标准长度：通常为2.44米、3.05米、4.88米等 标准宽度：通常为0.1米、0.12米、0.15米等 标准厚度：通常为0.01米、0.015米、0.02米等 标准尺寸与规格：根据不同用途和需求，有不同的标准尺寸与规格
优化运输方式： 根据木材的数量、 尺寸和运输距离， 选择合适的运输 方式，如陆运、 海运、空运等， 以降低运输成本。
采用先进的储存 和运输技术：如 采用真空包装、 冷链运输等技术， 以延长木材的保 质期，降低储存 和运输过程中的 损耗。
加强管理：建立 健全木材的储存 和运输管理制度， 加强对员工的培 训和管理，提高 工作效率，降低 成本。
,
汇报人：
目录
CONTENTS
软木：质地轻软，易于加工，但强度较低，常 用于制作家具、装饰品等。
硬木：质地坚硬，耐磨损，但加工难度较大， 常用于制作地板、家具等。
红木：质地坚硬，色泽鲜艳，具有较高的观 赏价值和收藏价值，常用于制作高档家具、 工艺品等。
松木：质地松软，易于加工，但强度较低，常 用于制作家具、包装材料等。
包装材料：选择防潮、防蛀、防震的材料，如塑料薄膜、木箱等 包装方式：根据木材的尺寸、形状和重量，选择合适的包装方式，如单件包装、组合包装等 防护措施：在运输过程中，采取防潮、防蛀、防震等措施，如使用防潮剂、防蛀剂、减震垫等 标识：在包装上标明木材的种类、规格、数量等信息，以便于识别和管理
合理选择储存地 点：根据木材的 种类和特性，选 择合适的储存地 点，避免潮湿、 高温等不良环境 对木材的影响。
木材的成分分析与化学性质
醚化反应是指木材中的羟基与 醇类物质发生反应，生成醚类 化合物的过程
醚化反应是木材化学性质的 重要组成部分
醚化反应可以提高木材的耐 水性和耐腐蚀性
醚化反应可以改善木材的物 理性能，如硬度、强度等
反应原理：木材中的酚类物质 与甲醛反应生成酚醛树脂
反应条件：加热、加压、催化 剂等
反应产物：酚醛树脂，具有较 好的
05
02
04
纤维素是木材的主 要成分，约占木材 干重的40%-50%
纤维素是由葡萄糖 单元组成的长链分 子，具有很强的韧 性和弹性
纤维素在木材中的 作用是提供机械强 度和支撑力
纤维素在木材中的 存在形式主要是纤 维素纤维和木质素 纤维
组成：由木糖、 阿拉伯糖、半 乳糖等糖类组
木材中的碱性物质主要包括碳酸盐、氢氧化物等 碱性物质对木材的耐腐蚀性、耐候性等有重要影响 碱性物质可以改善木材的物理性能，如硬度、耐磨性等 碱性物质可以促进木材的生物降解，对环境友好
酯化反应是木材中常见的化学反应之一 酯化反应是指木材中的有机酸与醇类物质发生反应，生成酯类化合物的过程 酯化反应在木材的防腐、防虫、防霉等方面具有重要作用 酯化反应的产物具有特殊的香味和色泽，可以用于木材的装饰和美化
应用领域：木材防腐、胶合板 制造等
芳香化反应是木材中木质素和半纤维素发生化学反应的过程 芳香化反应可以产生芳香族化合物，如苯酚、甲酚等 芳香化反应可以提高木材的耐久性和稳定性 芳香化反应可以改善木材的物理性能，如硬度、耐磨性等
乙酰化改性原理：通过化学反应将乙酰基引入木材中，改变木材的化学性质 乙酰化改性方法：常用的乙酰化改性方法有乙酰化反应、乙酰化酯化反应等 乙酰化改性效果：可以提高木材的耐水性、耐腐蚀性、耐磨性等性能 乙酰化改性应用：广泛应用于木材防腐、木材改性、木材加工等领域
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。
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木材科学与技术国家重点学科 湖南省精品课程
木材学
课程负责人 吴义强 教授
第五章
木材的化学性质
1 2 3 4
木材的化学组成
木质素 纤维素 半纤维素 木材的酸碱性质
5
5.1 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 碳水化合物
纤维素 （水解单糖—D-葡萄糖）
木
木素的溴化作用 是木材溴化滞火 处理的理论基础
材
木 素 的 氧 化
这些反应是生 产工艺的基础 ，与木材加工 有密切关系
木素与氧发生化学 反应，形成发色团 使木材材色变深
乙 酰 化
木素大分子上有 羟基可用乙酰化 进行改性处理
加
工
木 用酸法和碱法
5.3 纤维素 （Cellulose）
与纤维强度 的关系
5.3.3 纤维素物理结构
纤 维 素 的 物 理 结 构 分子间力 定 氢键力 （hydrogen bond） 义 当氢原子以主价健与电负性很强的 原子结合后再以负价键与另一电负 性很强的原子相结合所形成的键
形成条件
存在大量羟基（hydroxyl）,相
邻大分子中的羟基距离在0.3nm以 下 湿法纤维板（wetting method fiber-board）成 板理论 木材力学强度之所以在纤 维饱和点以下随水分减少 而增大，纤维素大分子之 间形成的氢键是主要原因 之一 木材干燥过程
光学性质 木质素结构中没
有不对称碳，所以没有光学活 性
燃烧热 木质素的燃烧热值
比较高
溶解度 缩合或降解产生溶
性木质素和不溶性木质素之分
5.2.4 木素的化学反应简述
碱 作 用
用碱法蒸煮木材脱 木素，生成碱木素 可作作乳化稳定剂
木 素 的 氯 化
生产中用氯化 法生产纸浆和 氯化漂白纸浆
木 素 的 溴 化
糖基种类（分子结构） 结构型（分子形态） 半 纤 维 素 hemicellulose 物理结构 与纤维素cellulose的比较 聚合度 在细胞壁中的作用 见左侧 吸湿性和润胀度
纤维素和半纤维素的不同点
纤
糖基种类 （分子结构）
维
素
半
纤
维
素
单糖基构成的高聚物 典型的线型高聚糖无侧链 由结晶区和无定形区交 错联接而成的二相体系 很高，平均7000～15000
对羟苯基丙烷 （H ）
5.2.2 官能团
针叶树材木质素中 含13%~16%：阔叶 树材木质素中含 17%~23%阔叶树材 木质素中甲氧基含 量高于针叶树材 木质素中酚羟基 是一个十分重要的 结构参数,它直接影 响木质素的化学性 质和物理性质 羟基
甲氧基
羰基
木质素结构中存在 约6种羰基，其定 量通常用盐酸羟胺 法，与芳香环共轭 的羰基，可用紫外 光谱法定量测定
5.3.5
纤维素的主要化学性质
用乙酰剂（冰醋 酸和乙酐）作用 下，羟基全部或 部分被封闭
酯化作用
乙酰化 作用
机械降解
生物降解
纤维素分子上 羟基中的氢为 酸根所取代即 生成酯
水解作用
氧化作用
热解
光降解
在酸的作用下发生水解 ，最初得到水解纤维素 ，最后得到葡萄糖，经 发酵可制得酒精，国外 正开展酶水解的研究
非还原性端基 纤维二糖基本单元
脱水葡萄糖 还原性端基 单元
5.3.2 纤维素的聚合度
定 义 是指高分子中所含 的链节的数目 纤维素分子中葡萄 糖基的数目
聚 合 度 (n)
纤维素分子 的聚合度
纤维素分子量=聚合度 ×葡萄糖基的分子量
意
义
聚合度是纤维的重要物理常数之一，直接关系到纤 维的物理、力学及化学性质 聚合度↑→大分子长度↑→强度↑→溶解度和反应 能力↓ n<200 纤维素强度丧失; 200<n<700 强度随着n的提高而增加 n>700 强度与聚合度关系不明显
amorphous region 纤维素分子链的排列不 呈定向有序、规则性不 强，不形成晶格，排列 不整齐结合松散。 结晶区与非结构晶区之 间无明显的分界线，是 逐渐过渡的。
纤维素的结晶区和无定形区模型
5.3.4 纤维素的物理性质
吸湿adsorption 解吸desorption 吸水 吸湿机理
各向 异性
一般认为木质素中 是不存在羧基的， 但在磨木木质素中 存在0.010.02/OCH3
羧基
5.2.3
木质素的物理性质
一般物理性质和热性质
颜色 原本木质素是一种白
色或接近无色的物质
相对密度 木质素的相对密
度大约在1.35～1.50之间
热性质
除了酸木质素和铜胺木质素外， 原本木质素和大多数分离木质 素是一种热塑性高分子物质， 无确定的熔点，具有玻璃态转 化温度（Tg）或转化点，而 且较高
为什么木材吸湿后的曲 线是“S”型？
吸湿性（adsorptive nature） 吸湿（adsorption）- 吸蒸水汽 解吸（desorption）- 蒸发水汽 吸水——直接吸收水分 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。
吸湿性
色泽
轴向与横向 的结合力不 同、弹性模 量不同
木材物理
电学 性质 光学 性质
比重
性质
热学 性质
这一性质可用于测纤 维饱和点以下的含水 率；介电性质通常与 非结晶区的羟基数目 密切相关
收缩 膨胀
比热c=0.32～ 0.33；沿轴向 的热传导率高 于横向
5.3.4.1 纤维素的晶胞（crystal cell）和结 晶结构（crystalline texture）
木质素的分布 木质素的分离 方法
木质素的结构
木质素的元素组 成
5.2.1. 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。
C C C C C C C C C
OCH3 OH
愈疮木基丙烷 （G ）
H3CO
OCH3 OH
紫丁香基丙烷 （S ）
OH
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，大多带 有支链
纤维素－微骨架结构
针叶树材和阔叶树材中纤维素、半纤维素和木 质素的含量见表:
主要成分 纤维素 半纤维素 木质素 针叶树材(%) 42±2 27±2 28±3 阔叶树材(%) 45±2 30±5 20±4
1
4
2
3
细胞壁中三大主成分 结合的层状模型
5.3.1 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—甙键联结而成的链状高分子化合物 抗拉强度大，对木材的物理、力学性质影响很 大。纤维素既不溶于冷水，也不溶于热水
右图
纤维素的结构式
结构特点：
结构单元是D-葡萄糖基，相邻的葡萄糖基扭转180°； 葡萄糖基包含三个醇羟基，分别位于2、3、6三个碳原子上； 三个羟基中有一个为伯醇基，二个为仲醇基； 葡萄糖基为环状结构； 葡萄糖基为陆环的吡喃式糖，为六节环，包含1－5连结的氧桥； 每个葡萄糖基的连结为1，4－β－甙键连结； 纤维素大分子中的D－葡萄糖基为β型。
6
1.中间薄层 2.初生壁 3.原生质膜 5 4.果胶 5.纤维素 6.半纤维素
5.1.2 木材的抽提物
抽提物
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，约占绝干木材的2%-5%
脂肪族化合物
芳香族化合物 其它物质
萜烯及萜烯 类化合物
5.2 木质素
木质素的存在 木质素主要存在于木质化植物的 细胞壁中 胞间层的木质素浓度最高，细胞 内部浓度则减小，次生壁内层又 增高 ①将木质素作为不溶性成分被过滤分离 出来 ②将木质素作为可溶性成分溶解，其他 成分不溶解进行分离 木质素是非常复杂的天然聚合物，其化学 结构与纤维素和蛋白质相比，缺少重复单 元间的规律性和有序性 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
纤维素热解不仅引 起分子链断裂，还 有脱水、氧化等反 应发生
波长愈短，光强度愈 大，对纤维素的降解 作用也愈大。光对纤 维素的降解作用有两 种类型
5.4 半纤维素（Hemicellulose）
定义
由两种或两种以上的糖基所 组成分子量较小的高分子化 合物，其结构型为支链型， 常带有各种短侧链 分布模式 ①围绕纤维轴成同心薄 层状态集聚，常与非结 晶态的纤维素交织②分 散分布。半纤维素一般 为非结晶状态
5.5 木材的酸碱性质
与木材加工的关系 磨光作用 对渗透的影响 对吸湿性、体积稳定 性、木材干燥的影响 对加工的影响 与工人身体健康 对木材表面耐候的影 响 木材的酸碱性质
定义：一般泛指木材中 水溶性物质的酸性或碱 性的程度，通常以木粉 的水抽提物的pH值表示
定义：是指木材中除构成 细胞壁的纤维素、半纤维 素、木素之外、经中性溶 剂或用稀碱稀酸溶液抽提 出来的物质的总称
氢键与木材加工 工艺的关系密切
纤维素分子链中的氢键
纤维素大分子的排列——两相体系理论
结晶度 crystallinity 用X-射线衍 射的方法 crystalline region 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 的晶格，呈清晰的 x-射线衍射图，结 晶区长度为600A左 右
半纤维素 （水解单糖—D-葡萄糖、D-半乳糖、 D-甘露糖、D-木糖、L-阿拉伯糖）
细胞壁 主要组分
木质素 图5-1
木材的化学组成
5.1.1 木材的主要化学成分
天然的高分子聚合物 是由苯基丙烷结构单元 通过醚键和碳-碳键联 接而成、具有三维结构 的芳香族高分子化合物
木材学
课程负责人 吴义强 教授
第五章
木材的化学性质
1 2 3 4
木材的化学组成
木质素 纤维素 半纤维素 木材的酸碱性质
5
5.1 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 碳水化合物
纤维素 （水解单糖—D-葡萄糖）
木
木素的溴化作用 是木材溴化滞火 处理的理论基础
材
木 素 的 氧 化
这些反应是生 产工艺的基础 ，与木材加工 有密切关系
木素与氧发生化学 反应，形成发色团 使木材材色变深
乙 酰 化
木素大分子上有 羟基可用乙酰化 进行改性处理
加
工
木 用酸法和碱法
5.3 纤维素 （Cellulose）
与纤维强度 的关系
5.3.3 纤维素物理结构
纤 维 素 的 物 理 结 构 分子间力 定 氢键力 （hydrogen bond） 义 当氢原子以主价健与电负性很强的 原子结合后再以负价键与另一电负 性很强的原子相结合所形成的键
形成条件
存在大量羟基（hydroxyl）,相
邻大分子中的羟基距离在0.3nm以 下 湿法纤维板（wetting method fiber-board）成 板理论 木材力学强度之所以在纤 维饱和点以下随水分减少 而增大，纤维素大分子之 间形成的氢键是主要原因 之一 木材干燥过程
光学性质 木质素结构中没
有不对称碳，所以没有光学活 性
燃烧热 木质素的燃烧热值
比较高
溶解度 缩合或降解产生溶
性木质素和不溶性木质素之分
5.2.4 木素的化学反应简述
碱 作 用
用碱法蒸煮木材脱 木素，生成碱木素 可作作乳化稳定剂
木 素 的 氯 化
生产中用氯化 法生产纸浆和 氯化漂白纸浆
木 素 的 溴 化
糖基种类（分子结构） 结构型（分子形态） 半 纤 维 素 hemicellulose 物理结构 与纤维素cellulose的比较 聚合度 在细胞壁中的作用 见左侧 吸湿性和润胀度
纤维素和半纤维素的不同点
纤
糖基种类 （分子结构）
维
素
半
纤
维
素
单糖基构成的高聚物 典型的线型高聚糖无侧链 由结晶区和无定形区交 错联接而成的二相体系 很高，平均7000～15000
对羟苯基丙烷 （H ）
5.2.2 官能团
针叶树材木质素中 含13%~16%：阔叶 树材木质素中含 17%~23%阔叶树材 木质素中甲氧基含 量高于针叶树材 木质素中酚羟基 是一个十分重要的 结构参数,它直接影 响木质素的化学性 质和物理性质 羟基
甲氧基
羰基
木质素结构中存在 约6种羰基，其定 量通常用盐酸羟胺 法，与芳香环共轭 的羰基，可用紫外 光谱法定量测定
5.3.5
纤维素的主要化学性质
用乙酰剂（冰醋 酸和乙酐）作用 下，羟基全部或 部分被封闭
酯化作用
乙酰化 作用
机械降解
生物降解
纤维素分子上 羟基中的氢为 酸根所取代即 生成酯
水解作用
氧化作用
热解
光降解
在酸的作用下发生水解 ，最初得到水解纤维素 ，最后得到葡萄糖，经 发酵可制得酒精，国外 正开展酶水解的研究
非还原性端基 纤维二糖基本单元
脱水葡萄糖 还原性端基 单元
5.3.2 纤维素的聚合度
定 义 是指高分子中所含 的链节的数目 纤维素分子中葡萄 糖基的数目
聚 合 度 (n)
纤维素分子 的聚合度
纤维素分子量=聚合度 ×葡萄糖基的分子量
意
义
聚合度是纤维的重要物理常数之一，直接关系到纤 维的物理、力学及化学性质 聚合度↑→大分子长度↑→强度↑→溶解度和反应 能力↓ n<200 纤维素强度丧失; 200<n<700 强度随着n的提高而增加 n>700 强度与聚合度关系不明显
amorphous region 纤维素分子链的排列不 呈定向有序、规则性不 强，不形成晶格，排列 不整齐结合松散。 结晶区与非结构晶区之 间无明显的分界线，是 逐渐过渡的。
纤维素的结晶区和无定形区模型
5.3.4 纤维素的物理性质
吸湿adsorption 解吸desorption 吸水 吸湿机理
各向 异性
一般认为木质素中 是不存在羧基的， 但在磨木木质素中 存在0.010.02/OCH3
羧基
5.2.3
木质素的物理性质
一般物理性质和热性质
颜色 原本木质素是一种白
色或接近无色的物质
相对密度 木质素的相对密
度大约在1.35～1.50之间
热性质
除了酸木质素和铜胺木质素外， 原本木质素和大多数分离木质 素是一种热塑性高分子物质， 无确定的熔点，具有玻璃态转 化温度（Tg）或转化点，而 且较高
为什么木材吸湿后的曲 线是“S”型？
吸湿性（adsorptive nature） 吸湿（adsorption）- 吸蒸水汽 解吸（desorption）- 蒸发水汽 吸水——直接吸收水分 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。
吸湿性
色泽
轴向与横向 的结合力不 同、弹性模 量不同
木材物理
电学 性质 光学 性质
比重
性质
热学 性质
这一性质可用于测纤 维饱和点以下的含水 率；介电性质通常与 非结晶区的羟基数目 密切相关
收缩 膨胀
比热c=0.32～ 0.33；沿轴向 的热传导率高 于横向
5.3.4.1 纤维素的晶胞（crystal cell）和结 晶结构（crystalline texture）
木质素的分布 木质素的分离 方法
木质素的结构
木质素的元素组 成
5.2.1. 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。
C C C C C C C C C
OCH3 OH
愈疮木基丙烷 （G ）
H3CO
OCH3 OH
紫丁香基丙烷 （S ）
OH
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，大多带 有支链
纤维素－微骨架结构
针叶树材和阔叶树材中纤维素、半纤维素和木 质素的含量见表:
主要成分 纤维素 半纤维素 木质素 针叶树材(%) 42±2 27±2 28±3 阔叶树材(%) 45±2 30±5 20±4
1
4
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3
细胞壁中三大主成分 结合的层状模型
5.3.1 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—甙键联结而成的链状高分子化合物 抗拉强度大，对木材的物理、力学性质影响很 大。纤维素既不溶于冷水，也不溶于热水
右图
纤维素的结构式
结构特点：
结构单元是D-葡萄糖基，相邻的葡萄糖基扭转180°； 葡萄糖基包含三个醇羟基，分别位于2、3、6三个碳原子上； 三个羟基中有一个为伯醇基，二个为仲醇基； 葡萄糖基为环状结构； 葡萄糖基为陆环的吡喃式糖，为六节环，包含1－5连结的氧桥； 每个葡萄糖基的连结为1，4－β－甙键连结； 纤维素大分子中的D－葡萄糖基为β型。
6
1.中间薄层 2.初生壁 3.原生质膜 5 4.果胶 5.纤维素 6.半纤维素
5.1.2 木材的抽提物
抽提物
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，约占绝干木材的2%-5%
脂肪族化合物
芳香族化合物 其它物质
萜烯及萜烯 类化合物
5.2 木质素
木质素的存在 木质素主要存在于木质化植物的 细胞壁中 胞间层的木质素浓度最高，细胞 内部浓度则减小，次生壁内层又 增高 ①将木质素作为不溶性成分被过滤分离 出来 ②将木质素作为可溶性成分溶解，其他 成分不溶解进行分离 木质素是非常复杂的天然聚合物，其化学 结构与纤维素和蛋白质相比，缺少重复单 元间的规律性和有序性 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
纤维素热解不仅引 起分子链断裂，还 有脱水、氧化等反 应发生
波长愈短，光强度愈 大，对纤维素的降解 作用也愈大。光对纤 维素的降解作用有两 种类型
5.4 半纤维素（Hemicellulose）
定义
由两种或两种以上的糖基所 组成分子量较小的高分子化 合物，其结构型为支链型， 常带有各种短侧链 分布模式 ①围绕纤维轴成同心薄 层状态集聚，常与非结 晶态的纤维素交织②分 散分布。半纤维素一般 为非结晶状态
5.5 木材的酸碱性质
与木材加工的关系 磨光作用 对渗透的影响 对吸湿性、体积稳定 性、木材干燥的影响 对加工的影响 与工人身体健康 对木材表面耐候的影 响 木材的酸碱性质
定义：一般泛指木材中 水溶性物质的酸性或碱 性的程度，通常以木粉 的水抽提物的pH值表示
定义：是指木材中除构成 细胞壁的纤维素、半纤维 素、木素之外、经中性溶 剂或用稀碱稀酸溶液抽提 出来的物质的总称
氢键与木材加工 工艺的关系密切
纤维素分子链中的氢键
纤维素大分子的排列——两相体系理论
结晶度 crystallinity 用X-射线衍 射的方法 crystalline region 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 的晶格，呈清晰的 x-射线衍射图，结 晶区长度为600A左 右
半纤维素 （水解单糖—D-葡萄糖、D-半乳糖、 D-甘露糖、D-木糖、L-阿拉伯糖）
细胞壁 主要组分
木质素 图5-1
木材的化学组成
5.1.1 木材的主要化学成分
天然的高分子聚合物 是由苯基丙烷结构单元 通过醚键和碳-碳键联 接而成、具有三维结构 的芳香族高分子化合物