第四章 木材的化学性质

5
4.1.3 胞壁三大素在胞壁各层的含量 (%)
WP层 纤维素 半纤维 素 木质素 14 27 59 S 1层 23 35 42 S 2层 59 14 27 S 3层 44 38 18
6
4.1.3 胞壁三大素在胞壁各层的含量
(图例)
7
4.2 木材纤维素
4.2.1 纤维素的定义与结构
1.定义:
纤维素是由D-葡萄糖基构成的直链状高分 子化合物。 綜纤维素:木材中纤维素、半纤维素总和。 α－纤维素：在20℃下，不溶于17.5%NaOH β－纤维素：所得溶液，加醋酸析出沉淀部分 γ－纤维素：所得溶液，加醋酸未沉淀部分
11
1. 氢键
③ 氢键键能虽小，其总和非常大，对纤维素和
木材的性质影响很大，尤其对木材的吸湿性、 溶解度影响很大。氢键与木材加工工艺的关 系密切: 湿法纤维板成板理论（一是氢键结合理论， 二是木素结合理论） 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。 干燥过程中，木材水分初期易蒸发，后期 不易蒸发也和水分与木材之间形成的氢键有 关。
17
4.2.3.2 与木材改性有关的性质
（3)交联作用：先湿法生产纤维板，不需胶粘
剂而成板的重要原因之一。 （4)胺液处理：NH4OH 可进入非结晶区、半纤 维素、木质素、最后进入结晶区而使其改性 药液进入木材，提高处理效果。 （5)塑化处理：先用液态氨软化木材，后塑化， 生产异型木构件或变形构造改直，都是利用 此原理。 （6)强化处理：注入未缩聚或初缩聚的极性分 子使形成树脂，以增加密度，提高密度，减 少吸湿性。
2.有机物质 :
⑴主要物质:占木材重量97%～99%
①纤维素:属多糖类物质,在细胞壁中为骨架 物质,占木材重量50% ②半纤维素:属多糖类物质,在细胞壁中为粘 结物质,占木材重量20%～30% ③木质素:属芳香族物质,在细胞壁中为结壳 物质,占木材重量15%～35%
4
4.1.2 木材的物质组成
⑵少量物质:抽提物,占木材重量1%～3%。 ①单宁: ②色素: ③挥发性油类: ④树脂(胶): ⑤硫胺素:
12
2．纤维素大分子的形状和排列
（1）形状：纤维素大分子链系为可以弯曲的线状。 （ 2 ）排列：纤维素是由结晶区与非结晶区交错联接 而成，具有空隙系统的两相体系。当大分子排列方 向相同，其定向程度越好，则分子间的羟基形成氢 键的可能性也越大，大分子结构越牢固，纤维的密 度越大，吸湿性越低，力学强度越高。
8
2.分子式：（C6H10O5）n 聚合度7000-15000 3.化学结构:1，4-β-D-吡喃式失水聚葡萄糖组成。
在自然界中它的性质和功能是通过纤维素分子聚 集体所形成的结晶态和细纤维结构决定的。纤维素 的化学结构
图4－1 纤维素分子链结构式
9
4.化学结构的特点:
①单元是D—葡萄糖基、以1、4-β-甙键 联结。 ②纵向连接为纤维素二糖基，相邻的葡萄 糖基扭转180度。 ③葡萄糖基包含三个醇羟基，分别位于2、 3、6三个碳原子上，形成氢键的基本条件。 ④葡萄糖基右端显还原性左端显非还原性 ⑤葡萄糖基为氧环式结构。
3.生物降解:
某些微生物可自木材分解出纤维素和半纤维素， 而保留木素，这类微生物通常称为褐腐菌。
15
4.2.3.1 纤维素的降解作用
4.光降解： 光对纤维素的降解作用有两种类型： （ 1) 光解作用 : 光照对化学键的直接破 坏，与氧的存在无关； （ 2) 光敏作用 : 由于光敏物质的存在， 在氧及水分同时存在时，才能使纤维素发 生破坏。
13
4.2.3 纤维素的化学性质
4.2.3.1 纤维素的降解作用 1.水解作用： (1)酸水解: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. (2)酶水解:国外正开展酶水解的研究。
14
4.2.3.1 纤维素的降解作用 2.热解作用：
纤维素在220～260℃时,纤维素的结晶结构明显 地受到破坏，聚合度下降。在325 ～ 375℃时， 纤维素热解迅速，生成大量的挥发性产物；500℃ 以上时，逐步形成石墨化结构。
18
4.3 木材半纤维素
4.3.1 半纤维素的成分与结构
1.半纤维素的定义 ：
是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，常带有各种短的侧 链。仅含有150-200个半纤维素糖基。 2. 针叶树材与阔叶树材的半纤维素：: 阔叶树材的半纤维素高聚糖主要有：木糖和葡甘聚 糖。 针叶材的半纤维素高聚糖主要有：①半乳糖基葡萄 糖基甘露聚糖。②阿拉伯糖基-4-氧-甲基-葡萄糖醛酸 基木聚糖，前者约占15-35%，后者约占10-15%。
16
4.2.3.2 与木材改性有关的性质
（1)乙酰化作用：利用醋酸酐处理木材，生成醋酸酯， 取代-OH，既提高强度又提高稳定性。 （ 2 ）酯化作用：纤维素与酸发生反应得到脂类化合 物称之。酯化产品的种类： ①纤维素硝酸酯（硝酸纤维），它是喷漆、照像 软片、火棉等原料。 ②纤维素醋酸酯（醋酸纤维）：它是人造丝、塑 料等的原料。 ③黄酸酯（黄酸纤维）：它是粘胶丝、玻璃纸等 的原料。
10
4.2.2 纤维素的物理结构
1．氢键：
当氢原子以主价健与电负性很强的原子结合后再 以付价键与另一电负性很强的原子相结合所形成的 键。纤维素大分子链之间氢键形成的条件: ①羟基存在是先决条件 ②相邻大分子中的羟基距离，在 0.3nm 以下，超过 0.3nm只有范德华力，没有氢键。 氢键的键能：20～33kJ/mol 范德华力键能：8～12kJ/mol C-O-C主键力：335～377kJ/mol
第四章 木材的化学性质
本章重点:
纤维素、半纤维素、木质素的化学结 构和化学性质,探讨木材化学性质与木材 加工、木材改性及木材利用的关系
本章难点:
纤维素、半纤维素、木质素的化学结 构及其对木材加工、木材改性的影响.
1
4.1 木材的化学组成
4.1.1 木材的元素组成
1.主要元素:
C 49%～50%, H 6%, O 43%～44%, N﹤1%
2.微量元素:
S、P、K、Ca、Mg、Fe、 Mn、Zn、Cu、Mo、B
2
4.1.2 木材的物质组成
1.无机物质:
统称灰分,占木材重量0.3%～1.7%。 ⑴溶于水:K、Na的碳酸盐,占灰分重10%～ 25%。 ⑵不溶于水:Ca、Mg的碳酸盐,硅酸盐,磷酸 盐,占灰分重75%～90%。
3
Байду номын сангаас
4.1.2 木材的物质组成