《木材化学性质》PPT课件.ppt

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1、木木材材化化学学性性质质 重重点点介介绍绍木木材材三三大大成成分分木木质质素素、纤纤维维素素及及半半纤纤维维素素的的结结构构、物物理理性性质质、化化学学性性质质。并并简简要要介介绍绍木木材材中中的的抽抽提提物物、木材的酸碱性质。木材的酸碱性质。目目 录录5.1 5.1 木材的化学组成木材的化学组成 5.2 5.2 木质素木质素 5.3 5.3 纤维素纤维素 5.4 5.4 半纤维素半纤维素 5.5 5.5 木材抽提物木材抽提物 5.6 5.6 木材的酸碱性质木材的酸碱性质 5.1 木材的化学组成木材的化学组成 木材化学成分，有细胞壁物质和非细胞壁物质之分，或木材化学成分，有细胞壁物质和非细胞壁

2、物质之分，或称为主要化学成分和少量化学成分。称为主要化学成分和少量化学成分。图图5-15-1木材的化学组成木材的化学组成木材木材木质素木质素碳水化合物碳水化合物半纤维素半纤维素（水解单糖（水解单糖D-葡萄糖、葡萄糖、D-半乳糖、半乳糖、D-甘露糖、甘露糖、D-木糖、木糖、L-阿拉伯糖）阿拉伯糖）纤维素纤维素（水解单糖（水解单糖D-葡萄糖）葡萄糖）细胞壁细胞壁主要组分主要组分少量组分少量组分无机物（灰分）无机物（灰分）有机物（芳香族、萜烯类、脂肪族化合物）有机物（芳香族、萜烯类、脂肪族化合物）木材的主要化学成分木材的主要化学成分 木木材材主主要要化化学学成成分分是是构构成成木木材材细细胞胞壁壁和

3、和胞胞间间层层的的物物质质，由由纤纤维维素素、半半纤纤维维素素和和木木质质素素三三种种高高分分子子化化合合物物组组成成，一一般般总总量量占占木木材材的的90%90%以以上上，热热带带木木材材中中高高聚聚物物含含量量略略低低，在在高高聚聚物物中中纤纤维维素素和和半半纤纤维维素素组组成成的的多多糖糖含含量量居居多多，占占木木材材的的65%-75%65%-75%。纤维素微骨架结构；纤维素微骨架结构；半纤维素填充物质；半纤维素填充物质；木质素结壳物质。木质素结壳物质。1.纤维素纤维素2.半纤维素半纤维素3.木素木素1235.1.1.1 纤维素（纤维素（cellulose）纤纤维维素素是是由由D-D-葡

4、葡萄萄糖糖基基构构成成的的直直链链状状高高分分子子化化合合物物。纤纤维维素素大大分分子子中中的的D-D-葡葡萄萄糖糖基基之之间间按按着着纤纤维维素素二二糖糖连连结结的的方方式式联联结结。纤纤维维素素二二糖糖的的C C1 1位位上上保保持持着着半半缩缩醛醛的的形形式式，有有还还原原性性，而而在在C C4 4上上留留有有一一个个自自由由羟羟基基，纤纤维维素素具具有有特特殊的殊的x x射线图。射线图。它是不溶于水的均一聚糖。它是不溶于水的均一聚糖。纤纤维维素素的的化化学学结结构构是是1 1，4-4-D-D-吡吡喃喃式式失失水水聚聚葡葡萄萄糖糖组组成成。但但在在自自然然界界中中它它的的性性质质和和功功

5、能能是是通通过过纤纤维维素素分分子子聚聚集集体体所所形形成成的的结结晶态和细纤维结构决定的。晶态和细纤维结构决定的。1.纤维素微纤丝纤维素微纤丝2.葡萄糖单体链葡萄糖单体链3.半纤维素半纤维素4.中性果胶中性果胶5.酸性的果胶酸性的果胶6.糖原蛋白质糖原蛋白质5.1.1.2 半纤维素半纤维素(hemicellulose)半纤维素是除纤维素和果胶以外的植物细胞壁半纤维素是除纤维素和果胶以外的植物细胞壁聚糖，与纤维素不同，半纤维素是两种或两种以上聚糖，与纤维素不同，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，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。大多带有

6、支链。构成半纤维素的主链的主要单糖是：木糖、甘构成半纤维素的主链的主要单糖是：木糖、甘露糖和葡萄糖，构成半纤维素的支链的主要单糖是：露糖和葡萄糖，构成半纤维素的支链的主要单糖是：半乳糖、阿拉伯糖、木糖、葡萄糖、岩藻糖、鼠李半乳糖、阿拉伯糖、木糖、葡萄糖、岩藻糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸和半乳糖糖、葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸等。醛酸等。5.1.1.3 木质素木质素(lignin)木木质质素素是是一一种种天天然然的的高高分分子子聚聚合合物物。是是由由苯苯基基丙丙烷烷结结构构单单元元通通过过醚醚键键和和碳碳-碳碳键键联联接接而而成成、具具有有三三维维结结构构的的芳芳香香族族高高分分子子化合物。化合物。苯苯基基

7、丙丙烷烷单单元元分分成成三三类类：愈愈疮疮木木基基丙丙烷烷（G G）、紫紫丁丁香香基基丙丙烷（烷（S S）和对羟基丙烷（）和对羟基丙烷（H H）。）。针针叶叶树树材材和和阔阔叶叶树树材材中中纤纤维维素素、半半纤纤维维素素和和木木质质素素的的含含量量见表。见表。一一般般针针叶叶树树材材中中纤纤维维素素和和半半纤纤维维素素的的含含量量低低于于阔阔叶叶树树材材中中的的含含量量，但但是是针针叶叶树树材材中中木木质质素素含含量量高高于于阔阔叶叶树树材材中中木木质质素素的的含含量。量。主要成分主要成分针叶树材针叶树材阔叶树材阔叶树材纤维素纤维素半纤维素半纤维素木质素木质素42227228345230520

8、41.中间薄层中间薄层2.2.初生壁初生壁3.3.原生质膜原生质膜4.4.果胶果胶5.5.纤维素纤维素6.6.半纤维素半纤维素121234565.1.2 木材的木材的抽提物抽提物 抽抽提提物物：木木材材的的少少量量化化学学成成分分是是一一组组不不构构成成细细胞胞壁壁、胞胞间间层层的的游游离离的的低低分分子子化化合合物物，可可被被极极性性和和非非极极性性有有机机溶溶剂剂、水水蒸蒸汽汽或或水水提提取取，所所以以称称抽抽提提物物或或浸浸出出物物。一一般般约约占占绝绝干干木木材材的的2%-5%2%-5%。木木材材抽抽提提物物种种类类庞庞多多，因因树树木木的的种种类类不不同同而而差差异异很很大大，有有些

9、些抽抽提提物物是是各各科科、属属、亚亚属属等等特特有有的的化化学学成成分分，可可以以作作为为某一特定树种分类的化学依据。某一特定树种分类的化学依据。木材抽提物化学也是植物化学研究领域的一个分支。木材抽提物化学也是植物化学研究领域的一个分支。木木材材抽抽提提物物包包括括的的化化学学成成分分组组成成复复杂杂，经经鉴鉴定定，已有近已有近800800种化合物存在于木材抽提物中，主要有：种化合物存在于木材抽提物中，主要有：（1 1）脂脂肪肪族族化化合合物物 包包括括饱饱和和脂脂肪肪酸酸、不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸、脂肪、蜡、低聚糖、果胶质、淀粉、蛋白质。脂肪、蜡、低聚糖、果胶质、淀粉、蛋白质。（2 2）萜

10、萜烯烯及及萜萜烯烯类类化化合合物物 包包括括单单萜萜（松松节节油油等等）、倍半萜、树脂酸、植物甾醇等。倍半萜、树脂酸、植物甾醇等。（3 3）芳香族化合物）芳香族化合物 包括黄酮类化合物、单宁、芪等。包括黄酮类化合物、单宁、芪等。树木的化学组成树木的化学组成5.1.3.1 5.1.3.1 木质部的化学组成差异木质部的化学组成差异 树树种种与与产产地地：由由于于树树种种不不同同，木木材材的的化化学学组组成成有有很很大大差差别别，如如针针叶叶树树材材与与阔阔叶叶树树材材。同同一一种种树树木木，产产地地和和生生长长环环境境不不同同，化学组成也有差异。化学组成也有差异。边边材材与与心心材材：在在针针叶叶

11、树树材材中中，心心材材比比边边材材含含有有较较多多的的有有机机溶溶剂剂抽抽提提物物，较较少少的的木木质质素素与与纤纤维维素素。在在阔阔叶叶树树材材中中，心心材材与与边边材材差差异异较较小小。无无论论是是针针叶叶树树材材或或阔阔叶叶树树材材，边边材材中中乙乙酰酰基基的含量较心材高。的含量较心材高。早早材材与与晚晚材材：由由于于晚晚材材管管胞胞的的细细胞胞壁壁厚厚度度大大于于早早材材的的细细胞胞壁壁，并并且且晚晚材材胞胞间间层层占占的的比比例例较较少少，细细胞胞壁壁成成分分的的大大多多数数为为纤纤维维素素，胞胞间间层层物物质质大大多多数数为为木木质质素素，所所以以，晚晚材材比比早早材材常常含含有有

12、较高的纤维素与较低的木质素。较高的纤维素与较低的木质素。在树干的不同高度处，木材的化学组成也略有差异。在树干的不同高度处，木材的化学组成也略有差异。5.1.3.2 树干与树枝化学组成的区别树干与树枝化学组成的区别 树树干干与与树树枝枝化化学学组组成成差差别别较较大大，不不论论是是针针叶叶树树材材还还是是阔阔叶叶树树材材，树树枝枝的的纤纤维维素素含含量量较较少少，木木质质素素含含量量较较多多，聚聚戊戊糖糖、聚聚甘露糖较少，热水抽提物含量较多。甘露糖较少，热水抽提物含量较多。几个树种树干与树枝化学组成分析（几个树种树干与树枝化学组成分析（%）化学组成化学组成云云 杉杉松松青青 杨杨树干树干树枝树枝

13、树干树干树枝树枝树干树干树枝树枝纤维素纤维素木质素木质素聚戊糖聚戊糖聚甘露糖聚甘露糖聚半乳糖聚半乳糖乙醚抽提乙醚抽提热水抽提热水抽提灰分灰分58.8-59.32810.57.62.61.01.70.244.834.312.83.73.01.36.60.3556.5-57.62710.571.44.52.50.248.227.413.14.81.53.33.40.3752.2-5221.222.80.61.52.60.2643.925.8935.10.52.54.90.335.1.3.3 树皮的化学组成树皮的化学组成 树皮约占全树的树皮约占全树的10%10%，树皮可分为外皮和内皮（韧皮），树皮可

14、分为外皮和内皮（韧皮），其化学组成也有不同。其化学组成也有不同。一些树木的树皮的化学组成（一些树木的树皮的化学组成（%）化学组成化学组成松松云杉云杉桦木桦木青杨青杨韧韧 皮皮外外 皮皮韧韧 皮皮外外 皮皮韧韧 皮皮外外 皮皮韧韧 皮皮灰分灰分2.191.392.332.312.420.522.73水抽出物水抽出物21.8215.0933.828.6321.84.4931.81乙醇抽出物乙醇抽出物3.853.481.72.6213.124.787.5甲甲氧氧基基（包包括括木木质质素素内内的）的）1.943.751.962.923.22.595.15挥发酸挥发酸1.731.251.110.690.

15、771.11.6纤维素纤维素19.3617.725.2316.419.33.8510.9聚已糖聚已糖16.36.09.37.75.1-7.0聚糖醛酸聚糖醛酸6.0421.75.983.957.352.23.56聚戊糖聚戊糖12.246.769.657.1012.54.811.8木醛质木醛质02.8502.85034.40.91木质素木质素17.243.6215.5727.4424.9-27.75.2 木质素木质素 5.2.1 概述概述：5.2.1.1 5.2.1.1 木质素的存在木质素的存在 木材中除去纤维素、半纤维素和抽提物后，剩余的细胞壁物木材中除去纤维素、半纤维素和抽提物后，剩余的细胞壁

16、物质为木质素，木质素是针叶树类、阔叶树类和草类植物的基本化质为木质素，木质素是针叶树类、阔叶树类和草类植物的基本化学组成之一。学组成之一。木木质质素素与与纤纤维维素素和和半半纤纤维维素素是是构构成成植植物物骨骨架架的的主主要要成成分分，存存在在于于高高等等植植物物之之中中。地地球球上上木木质质素素的的数数量量仅仅次次于于纤纤维维素素，估估计计每每年年全全世世界界由由植植物物生生长长可可产产生生15001500亿亿吨吨木木质质素素。我我国国森森林林资资源源不不是是很丰富，农作物秸杆每年有很丰富，农作物秸杆每年有5-65-6亿吨。亿吨。木木质质素素主主要要存存在在于于木木质质化化植植物物的的细细胞

17、胞壁壁中中，强强化化植植物物组组织织，其其化化学学结结构构是是苯苯丙丙烷烷类类结结构构单单元元组组成成的的复复杂杂多多酚酚类类高高分分子子化化合合物物，含有多种活性官能团。含有多种活性官能团。木木质质素素一一般般可可分分为为三三种种：阔阔叶叶树树木木质质素素、针针叶叶树树木木质质素素和和草草类类木木质质素素。在在木木本本植植物物中中，木木质质素素含含量量为为20%-35%20%-35%，在在草草本本植植物物中为中为15%-25%15%-25%。5.2.1.2 木质素的分布木质素的分布 木木质质素素在在木木材材中中的的分分布布不不均均匀匀，一一般般采采集集部部位位愈愈高高，木木质质素素含含量量愈

18、愈低低。木木质质素素在在植植物物结结构构中中的的分分布布是是有有一一定定规规律律的的，胞胞间间层层的的木木质质素素浓浓度度最最高高，细细胞胞内内部部浓浓度度则则减减小小，次次生生壁壁内内层层又又增增高高，如如用用紫紫外外显显微微分分光光法法测测定定花花旗旗松松的的胞胞间间层层木木质质素素为为60%90%60%90%，细胞腔附近为，细胞腔附近为10%20%10%20%。5.2.2 木质素的分离木质素的分离 在在植植物物体体内内的的木木质质素素与与分分离离后后的的木木质质素素，在在结结构构上上是是有有差差别别的的，而而且且分分离离方方法法不不同同，其其结结构构也也有有变变化化，因因此此将将未分离的

19、木质素称作原本木质素。未分离的木质素称作原本木质素。在工业上一般是利用纤维素时将木质素分离提取出来。在工业上一般是利用纤维素时将木质素分离提取出来。木质素的分离方法，按其基本原理可分为两类：木质素的分离方法，按其基本原理可分为两类：将将植植物物中中木木质质素素以以外外的的成成分分溶溶解解除除去去，木木质质素素作作为为不不溶溶性性成分被过滤分离出来；成分被过滤分离出来；将将木木质质素素作作为为可可溶溶性性成成分分溶溶解解，纤纤维维素素等等其其他他成成分分不不溶溶解解进行分离。如表进行分离。如表5-45-4所示。所示。5.2.2.1 木质素作为不溶残子渣而分离的方法木质素作为不溶残子渣而分离的方法

20、 这这类类方方法法是是将将木木材材中中的的多多糖糖类类物物质质溶溶出出，所所得得木木质质素素是是不溶木质素。不溶木质素。作作为为前前一一类类分分离离方方法法的的原原理理是是木木材材的的纤纤维维素素和和半半纤纤维维素素的的酸酸水水解解、氧氧化化降降解解或或络络合合溶溶解解，木木质质素素作作为为水水解解残残渣渣被被分分离离。这这些些硫硫酸酸木木质质素素、盐盐酸酸木木质质素素、铜铜氨氨木木质质素素和和高高碘碘酸酸盐盐木木质质素素与与天天然然木木质质素素相相比比，木木质质素素的的结结构构已已发发生生了了很很大大的的变变化化，因因为为在在分分离离过过程程中中发发生生高高分分子子的的解解聚聚和和缩缩合合反

21、反应应。但但是是，其其中中的的硫硫酸酸木木质质素素（KlasonKlason木木质质素素）是是测测定定木木质质素素含含量量的的直直接可靠方法。接可靠方法。5.2.2.2 木质素被溶出而分离的方法木质素被溶出而分离的方法 有机溶剂有机溶剂无机溶剂无机溶剂乙醇乙醇 酚酚 二氧六环二氧六环 醋酸醋酸 酸性条件酸性条件 氢氧化钠氢氧化钠 硫化钠硫化钠 亚硫酸钠亚硫酸钠 造纸造纸的制的制浆过浆过程程 磨木木质素的制备方法磨木木质素的制备方法 用有机溶剂用有机溶剂抽提后的试样抽提后的试样 试样试样悬浮悬浮 甲苯等非甲苯等非润胀试剂润胀试剂振动球磨机振动球磨机 磨碎磨碎48h或更长时间或更长时间 细细磨磨后

22、后的的木木粉粉 二氧六环二氧六环溶液溶液 二氧六环二氧六环 水水=9 1或或8 2 提取提取 粗粗磨磨木木木木质质素素 90%的的醋酸醋酸 水水沉淀提纯沉淀提纯 1，2-二氯二氯乙烷乙烷-乙醇乙醇 溶溶解解 乙醚乙醚 沉淀沉淀 干燥干燥 洗涤洗涤磨木木质素磨木木质素 这这种种分分离离方方法法的的缺缺点点是是，只只能能得得到到部部分分木木质质素素，最最大大得率约木材天然存在木质素的得率约木材天然存在木质素的25%25%。在在用用振振动动球球磨磨机机中中磨磨碎碎48h48h后后，用用对对纤纤维维素素和和半半纤纤维维素素具具有有高高活活力力的的酶酶制制剂剂处处理理，然然后后分分别别用用96%96%二

23、二氧氧六六环环含含水水溶溶液液和和50%50%二二氧氧六六环环含含水水溶溶液液提提取取，得得到到纤纤维维素素酶酶木木质素质素(CEL)(CEL)。磨磨木木木木质质素素（MWLMWL）和和纤纤维维素素酶酶木木质质素素(CEL)(CEL)是是目目前前分分离离方方法法得得到到的的最最接接近近天天然然木木质质素素的的制制备备物物，适适宜宜于于做做木质素结构研究试样。木质素结构研究试样。但但与与原原本本木木质质素素并并不不相相同同，因因为为在在分分离离中中木木质质素素大大分分子子已已经经部部分分发发生生碎碎片片化化，分分离离的的仍仍是是部部分分木木质质素素，少少量化学反应使木质素中游离酚羟基和量化学反应

24、使木质素中游离酚羟基和-羰基增加等。羰基增加等。5.2.3 木质素的结构木质素的结构 木木质质素素是是非非常常复复杂杂的的天天然然聚聚合合物物，其其化化学学结结构构与与纤纤维维素素和蛋白质相比，缺少重复单元间的规律性和有序性。和蛋白质相比，缺少重复单元间的规律性和有序性。研研究究表表明明，木木质质素素是是木木质质素素的的结结构构单单元元（木木质质素素的的先先驱驱体体）按按照照连连续续脱脱氢氢聚聚合合作作用用机机理理，用用几几种种形形式式相相互互无无规规则则地地连连接接起起来来，形形成成一一个个三三维维网网状状的的聚聚酚酚化化合合物物。因因此此它它不不能能象象纤纤维维素素等等有有规规则则天天然然

25、聚聚合合物物可可用用化化学学式式来来表表示示，木木质质素素的的结结构构是是一一种种物物质质的的结结构构的的模模型型，是是按按测测定定结结果果平平均均出出来来的的假假定定分分子子结结构构。这这些些测测定定包包括括：元元素素组组成成、结结构构单单元元和和比比例例、官官能团、连接方式，从而推得结构模型。能团、连接方式，从而推得结构模型。5.2.3.1 木质素的元素组成木质素的元素组成 木木质质素素的的基基本本结结构构单单元元是是苯苯丙丙烷烷，苯苯环环上上具具有有甲甲氧氧基基。因因此此，表表示示元元素素分分析析结结果果以以构构成成苯苯丙丙烷烷结结构构单单元元的的碳碳架架C C6 6-C-C3 3（即即

26、C C9 9）作作为为基基本本的的单单位位来来表表示示。木木质质素素的的元元素素组组成成随随植植物物品种、产地和分离方法的不同而不同。品种、产地和分离方法的不同而不同。三个树种磨木木质素（三个树种磨木木质素（MWLMWL）的元素组成）的元素组成磨木木磨木木质素质素云杉云杉山毛榉山毛榉桦木桦木元素组元素组成成C9H8.82O2.27(OCH3)0.95C9H7.10O2.41(OCH3)1.36C9H9.05O2.77(OCH3)1.58 由由于于甲甲氧氧基基是是木木质质素素结结构构中中特特征征官官能能团团之之一一，并并且且比比较较稳稳定定，在在表表示示木木质质素素的的元元素素组组成成时时往往往

27、往列列出出。不不同同产产地地和和分分离离过过程程的的差差异异，出出自自不不同同文文献献，同同一一种种木木质质素素的的元元素素组成有差异。组成有差异。5.2.3.2 结构单元结构单元 苯苯丙丙烷烷作作为为木木质质素素的的主主体体结结构构单单元元，共共有有三三种种基基本本结结构构，即即愈疮木基结构愈疮木基结构、紫丁香基结构紫丁香基结构和和对羟苯基结构对羟苯基结构。愈疮木基丙烷愈疮木基丙烷（G G）紫丁香基丙烷紫丁香基丙烷（S S）对羟苯基丙烷对羟苯基丙烷（H H）木质素结构单元（三种类型）木质素结构单元（三种类型）针针叶叶树树木木质质素素以以愈愈创创木木基基结结构构单单元元为为主主，紫紫丁丁香香基

28、基结结构构单单元元和对羟苯基结构单元极少。和对羟苯基结构单元极少。阔阔叶叶树树木木质质素素以以紫紫丁丁香香基基结结构构单单元元和和愈愈创创木木基基结结构构单单元元为为主主，含含有有少少量量的的对对羟羟苯苯基基结结构构单单元元，草草类类木木质质素素与与阔阔叶叶树树木木质质素素的的结结构单元组成相似构单元组成相似。结结构构单单元元之之间间的的连连接接方方式式主主要要是是醚醚键键，约约占占2/33/42/33/4，还还有有碳键约占碳键约占1/41/31/41/3，各种键型如图，各种键型如图5-35-3所示。其比例列于表所示。其比例列于表5-65-6。木质素结构单元的连接方式与比例木质素结构单元的连接

29、方式与比例键键 型型联接方式联接方式100C9中含有的个数中含有的个数名名 称称云杉木质素云杉木质素山毛榉木质素山毛榉木质素-O-4型型-烷基芳香醚键烷基芳香醚键4951（48）6265愈创木基甘油愈创木基甘油-芳基醚芳基醚-O-4型型-烷基芳香醚键烷基芳香醚键686愈创木基甘油愈创木基甘油-芳基醚芳基醚4-O-5型型二芳基（联苯）醚键二芳基（联苯）醚键3.541.5愈创木基芳基醚愈创木基芳基醚-O-型型二烷基醚键二烷基醚键064松脂酚松脂酚-5型型-烷基芳基醚烷基芳基醚-碳键碳键9126苯基香豆满苯基香豆满5-5型型二苯基（联苯）碳键二苯基（联苯）碳键9.5112.3二联苯愈创木基丙烷二联苯

30、愈创木基丙烷-型型-二烷基碳键二烷基碳键25二芳基（愈创木基）联丙烷二芳基（愈创木基）联丙烷-1型型-芳基碳键芳基碳键2（7）15愈创木基愈创木基-芳基丙烷芳基丙烷5.2.3.3 官能团官能团 木木质质素素结结构构中中有有复复杂杂的的官官能能团团，其其分分布布与与种种类类有有关关，也也与提取分离方法有关。与提取分离方法有关。（1 1）甲甲氧氧基基 甲甲氧氧机机含含量量因因木木质质素素的的来来源源而而异异，一一般般针针叶叶树树材材木木质质素素中中含含13%16%13%16%，阔阔叶叶树树材材木木质质素素中中含含17%23%17%23%。阔阔叶叶树树材材木木质质素素中中甲甲氧氧基基含含量量高高于于

31、针针叶叶树树材材，因因为为阔阔叶叶树树材材木木质质素既存在愈疮木基结构单元，也存在紫丁香基节单元。素既存在愈疮木基结构单元，也存在紫丁香基节单元。（2 2）羟羟基基 木木质质素素结结构构中中存存在在较较多多的的羟羟基基，以以醇醇羟羟基基和和酚酚羟羟基基两两种种形形式式存存在在。木木质质素素结结构构中中的的酚酚羟羟基基是是一一个个十十分分重重要要的的结结构构参参数数，酚酚羟羟基基直直接接影影响响木木质质素素的的化化学学性性质质和和物物理理性性质质，如木质素的醚化、酯化和缩合的程度，溶解性能等。如木质素的醚化、酯化和缩合的程度，溶解性能等。磨磨木木木木质质素素中中羟羟基基总总数数是是1.001.2

32、5/OCH1.001.25/OCH3 3，其其中中酚酚羟羟基基是是0.240.335/OCH0.240.335/OCH3 3，这这些些酚酚羟羟基基又又分分为为四四种种类类型型：非非缩缩合合型型、缩缩合合型型、侧侧链链位位有有羰羰基基的的共共轭轭型型和和肉肉桂桂醛醛型型的的共共轭轭型型。木木质质素素中中游游离离羟羟基基的的含含量量可可采采用用乙乙酰酰化化方方法法测测定定，酚酚羟羟基基的的含量可采用气相色谱法测定。含量可采用气相色谱法测定。（3 3）羰羰基基 木木质质素素结结构构中中存存在在约约6 6种种羰羰基基，其其定定量量通通常常用用盐盐酸酸羟羟胺胺法法，与与芳芳香香环环共共轭轭的的羰羰基基，

33、可可用用紫紫外外光光谱谱法法定定量量测测定定，磨磨木木木木质质素素的羰基含量为的羰基含量为3 3。（4 4）羧羧基基 一一般般认认为为木木质质素素中中是是不不存存在在羧羧基基的的，但在磨木木质素中存在但在磨木木质素中存在3 3。5.2.3.4 木质素与糖类连接木质素与糖类连接 在在植植物物体体内内，木木质质素素总总是是与与纤纤维维素素及及半半纤纤维维素素共共存存的的，甚甚至至还还有有一一些些寡寡糖糖存存在在，其其共共存存方方式式影影响响组组分分分分离离和和材材料料利利用用。长长期期研研究究表表明明，木木质质素素的的部部分分结结构构单单元元与与半半纤纤维维素素中中的的某某些些糖糖基基通通过过化化

34、学学键键连连接接在在一一起起，形形成成木木质质素素-糖糖类类复合体，称为复合体，称为LCCLCC复合体。复合体。与与木木质质素素缩缩合合的的糖糖基基有有如如下下几几种种：呋呋喃喃式式阿阿拉拉伯伯糖糖基基、吡吡喃喃式式木木糖糖基基、吡吡喃喃式式半半乳乳糖糖基基和和吡吡喃喃式式糖糖醛醛酸酸基基。木木质质素素与与糖糖类类的的连连接接方方式式可可分分为为糖糖苷苷键键连连接接，缩缩醛醛键键连连接接、酯酯键连接和醚键连接，糖苷键连接所占比例较大。键连接和醚键连接，糖苷键连接所占比例较大。5.2.3.5 木质素的结构模型木质素的结构模型 木木质质素素是是聚聚酚酚类类的的三三维维网网状状高高分分子子化化合合物

35、物，不不同同于于蛋蛋白白质质、多多糖糖和和核核酸酸等等天天然然高高分分子子，后后者者的的有有规规结结构构可可用用化化学学式式来来表表示示，而而木木质质素素只只能能用用结结构构模模型型来来表表达达，这这种种结结构构模模型型所所描描述述的的也也只只是是木木质质素素大大分分子子切切出出的的可可代代表表平平均均分分子子的一部分，或一种假定结构。的一部分，或一种假定结构。由由于于木木质质素素的的结结构构非非常常复复杂杂，虽虽然然从从1919世世纪纪后后期期就就开开始始研研究究，但但至至今今还还没没有有将将各各种种木木质质素素的的详详细细结结构构研研究究清清楚楚，近近2020年年来来已已提提出出了了十十几

36、几种种结结构构模模型型，尤尤其其是是通通过过计计算算机的辅助分析，提出的结构模型更趋合理。机的辅助分析，提出的结构模型更趋合理。木质素的物理性质木质素的物理性质 5.2.4.1 5.2.4.1 一般物理性质一般物理性质（1 1）颜颜色色 原原本本木木质质素素是是一一种种白白色色或或接接近近无无色色的的物物质质，我我们们所所见见到到木木质质素素的的颜颜色色，是是在在分分离离、制制备备过过程程中中造造成成的的。随随着着分分离离、制制备备方方法法的的不不同同，呈呈现现出出深深、浅浅不不同同的的颜颜色色，BraunsBrauns云云杉杉木木质质素素是是浅浅奶奶油油色色，酸酸木木质质素素、铜铜铵铵木木质

37、质素素、过碘酸盐木质素的颜色较深，在浅黄褐色到深褐色之间。过碘酸盐木质素的颜色较深，在浅黄褐色到深褐色之间。（2 2）相对密度相对密度 木质素的相对密度大约在木质素的相对密度大约在1.351.501.351.50之间。之间。测测定定时时用用不不同同的的液液体体，得得到到的的数数据据略略有有不不同同，如如用用水水测测定定，松松木木硫硫酸酸木木质质素素的的相相对对密密度度是是1.4511.451，用用苯苯测测定定是是1.4361.436。云云杉杉二二氧氧六六环环木木质质素素用用水水作作比比重重液液，在在2020时时测测定定为为1.381.38，用二氧六环作比重液测定为，用二氧六环作比重液测定为1.

38、3911.391。制制备备方方法法不不同同的的木木质质素素，相相对对密密度度也也不不同同，如如松松木木乙乙二醇木质素是二醇木质素是1.3621.362，而松木盐酸木质素是，而松木盐酸木质素是1.3481.348。（3 3）光光学学性性质质 木木质质素素结结构构中中没没有有不不对对称称碳碳，所所以以没没有有光光学学活活性性，云云杉杉铜铜胺胺木木质质素素的的折折光光率率为为1.611.61，表表明明木木质质素素的的芳芳香香族性质。族性质。（4 4）燃燃烧烧热热 木木质质素素的的燃燃烧烧热热值值是是比比较较高高的的，如如无无灰灰份份的的云云杉杉盐盐酸酸木木质质素素的的燃燃烧烧热热是是110kJ/g1

39、10kJ/g，硫硫酸酸木木质质素素的的燃燃烧烧热热是是109.6kJ/g109.6kJ/g。（5 5）溶溶解解度度 木木质质素素是是一一种种聚聚集集体体，结结构构中中存存在在许许多多极极性性基基团团，尤尤其其是是较较多多的的羟羟基基，造造成成了了很很强强的的分分子子内内和和分分子子间间的的氢氢键，因此原本木质素是不溶于任何溶剂的。键，因此原本木质素是不溶于任何溶剂的。分分离离木木质质素素因因发发生生了了缩缩合合或或降降解解，许许多多物物理理性性质质改改变变了了，溶溶解解性性质质也也随随之之改改变变，从从而而有有可可溶溶性性木木质质素素和和不不溶溶性性木木质质素素之之分分。酚酚羟羟基基和和醇醇羟

40、羟基基的的存存在在，使使木木质质素素能能在在浓浓的的强强碱碱溶溶液液中中溶溶解解。碱碱木木质质素素可可溶溶于于稀稀碱碱或或中中性性的的极极性性溶溶剂剂中中，木木质质素素磺酸盐可溶于水中，形成胶体溶液。磺酸盐可溶于水中，形成胶体溶液。5.2.4.2 热性质热性质 除除了了酸酸木木质质素素和和铜铜胺胺木木质质素素外外，原原本本木木质质素素和和大大多多数数分分离离木木质质素素是是一一种种热热塑塑性性高高分分子子物物质质，无无确确定定的的熔熔点点，具具有有玻玻璃态转化温度（璃态转化温度（T Tg g）或转化点，而且较高。）或转化点，而且较高。木素的摩尔氏反应与木材的颜色木素的摩尔氏反应与木材的颜色1

41、1木木素素的的颜颜色色反反应应可可作作为为鉴鉴定定木木材材组组织织中中或或机机械械纸纸浆浆中中有有无无木木素素存在的参考依据。存在的参考依据。2 2用用摩摩尔尔氏氏反反应应来来区区别别针针、阔阔叶叶树树材材。用用1%1%高高锰锰酸酸钾钾溶溶液液处处理理木木材材薄薄片片，浸浸15-2015-20分分钟钟，用用蒸蒸馏馏水水冲冲洗洗1010分分钟钟，最最后后放放入入氢氢氧氧化化氨氨溶液中观察。溶液中观察。针叶树材显黄色，阔叶树材显红色。针叶树材显黄色，阔叶树材显红色。3 3木木材材的的材材色色是是由由于于木木素素中中含含有有发发色色基基及及助助色色基基，以以及及木木材材提提炼炼物中含有色素，单宁和树

42、脂类等物质而引起的。物中含有色素，单宁和树脂类等物质而引起的。5.2.5 木素的化学反应简述 木木素素的的化化学学反反应应不不如如纤纤维维素素了了解解的的深深入入，但但有有些些反反应应成成为为生生产产工工艺艺的的基基础础，下下面面介介绍绍几几种种与与木木材材加加工工有有密密切切关关系的化学反应：系的化学反应：1 1碱对木素的作用碱对木素的作用 用用碱碱法法蒸蒸煮煮木木材材、脱脱木木素素、木木素素与与碱碱发发生生化化学学作作用用、生成碱木素、碱木素可作作乳化稳定剂。生成碱木素、碱木素可作作乳化稳定剂。2 2木素的氯化木素的氯化 氯氯易易与与木木素素反反应应，木木素素氯氯化化后后，易易溶溶于于碱碱

43、液液中中。生生产产中中用用氯氯化化法法生生产产纸纸浆浆和和氯氯化化漂漂白白纸纸浆浆，在在实实验验室室可可制制备备综综纤维素。纤维素。3 3木素的溴化：溴化剂为溴化钠（木素的溴化：溴化剂为溴化钠（NaBrNaBr）木素的溴化作用，是木材溴化滞火处理的理论基础。木素的溴化作用，是木材溴化滞火处理的理论基础。4 4木素的氧化木素的氧化 木木材材中中的的木木素素，在在空空气气中中与与氧氧发发生生化化学学反反应应，形形成成发发色色团团，因因而而使使木木材材材材色色变变深深。当当有有碱碱存存在在时时，空空气气中中的的氧氧可将木素氧化成腐植酸。可将木素氧化成腐植酸。5木素的乙酰化木素的乙酰化 木木素素大大分

44、分子子上上有有羟羟基基，所所以以与与纤纤维维素素分分子子一一样样可可以以乙乙酰酰化化，因此木材可用乙酰化进行改性处理。因此木材可用乙酰化进行改性处理。6.6.木素脱除（制浆）木素脱除（制浆）是是指指将将纤纤维维素素与与木木材材其其他他组组分分分分离离。在在木木素素脱脱除除过过程程中中，半纤维素、树脂等也随着分离出来。半纤维素、树脂等也随着分离出来。把把木木素素从从木木材材中中分分离离，溶溶解解于于处处理理液液中中，保保留留纤纤维维素素的的纤维制得纸浆，木材制浆也就是木素脱除。纤维制得纸浆，木材制浆也就是木素脱除。在生产有两种方法：在生产有两种方法：酸法（亚硫酸法）：酸法（亚硫酸法）：Ca(HS

45、O3)2Ca(HSO3)2（亚硫酸氢钙）（亚硫酸氢钙）碱法：苏打法（碱法：苏打法（NaOHNaOH）蒸煮木片，硫酸盐法）蒸煮木片，硫酸盐法 这两种脱除木素方法，都是采用化学药剂处理木材，使这两种脱除木素方法，都是采用化学药剂处理木材，使木素分离出来，近年来国外除采取化学方法外，大量开展生木素分离出来，近年来国外除采取化学方法外，大量开展生物解离木素的研究。物解离木素的研究。5.3 纤维素（Cellulose）纤纤维维素素约约占占胞胞壁壁物物质质的的50%50%左左右右，是是胞胞壁壁的的骨骨架架物物质质。是是碳碳水水化化合合物物，是是高高聚聚糖糖，其其分分子子含含大大量量糖糖单单元元。因因此此对

46、对木木材材的的物物理理、力力学学性性质质影影响响很很大大。抗抗拉拉强强度度大大，一一般般以以纤纤维维状状存存在在，形形成成胞胞壁壁的的骨骨架架。既既不不溶溶于于冷冷水水，也也不不溶溶于于热热水水。C44.44%C44.44%、H6.17%H6.17%、O49.69%-O49.69%-（C C6 6H H1010O O5 5）n n植物种类植物种类 纤维素（纤维素（%）植物种类植物种类 纤维素（纤维素（%）棉花棉花 9599 木材木材 4060宁麻宁麻 8090 树皮树皮 2030竹竹 4060 苔藓苔藓 2530植物中纤维素含量植物中纤维素含量 5.3 纤维素（Cellulose）一、纤维素的

47、化学结构一、纤维素的化学结构纤纤维维素素为为环环式式吡吡喃喃型型，由由DD葡葡萄萄糖糖基基在在1-41-4位位置置，以以甙键联结而成的链状高分子化合物。甙键联结而成的链状高分子化合物。结结构构特特点点：单单元元是是DD葡葡萄萄糖糖基基、相相邻邻的的葡葡萄萄糖糖基基扭扭转转180180度度。葡葡萄萄糖糖基基包包含含三三个个醇醇羟羟基基，分分别别位位于于2 2、3 3、6 6三三个个碳碳原原子子上上，形形成成氢氢键键的的基基本本条条件件。葡葡萄萄糖糖基基为为环环式式结构。结构。葡萄糖基的连接为葡萄糖基的连接为1 1、4-4-甙键联结。甙键联结。非还原性端基纤维二糖基本单元无水葡萄糖单元 还原性端基

48、5.3纤维素二、纤维的聚合度二、纤维的聚合度聚合度：聚合度：每一高分子所含的链节的数目。每一高分子所含的链节的数目。纤维素分子的聚合度纤维素分子的聚合度纤维素分子中葡萄糖基的数目。纤维素分子中葡萄糖基的数目。纤维素分子量纤维素分子量=聚合度聚合度葡萄糖基的分子量葡萄糖基的分子量 聚聚合合度度是是纤纤维维素素纤纤维维的的重重要要物物理理常常数数之之一一，直直接接关关系系到纤维的物理、力学及化学性质。到纤维的物理、力学及化学性质。聚合度聚合度大分子长度大分子长度强度强度 溶解度和反应能力溶解度和反应能力聚合度聚合度(n)(n)n200 n200 纤维素强度丧失纤维素强度丧失200n700 200n

49、700 n700 强度与聚合度关系不明显强度与聚合度关系不明显5.3 纤维素三、纤维素的物理结构三、纤维素的物理结构 纤纤维维素素大大分分子子链链之之间间的的连连接接是是由由有有分分子子间间力力（范范德德瓦瓦耳斯力）和氢键力二者的存在而形成的。耳斯力）和氢键力二者的存在而形成的。1 1氢氢键键（hydrogen hydrogen bondbond）：当当氢氢原原子子以以主主价价健健与与电电负负性性很很强强的的原原子子结结合合后后再再以以付付价价键键与与另另一一电电负负性性很很强强的的原原子子相结合所形成的键。相结合所形成的键。纤维素大分子链之间氢键形成的条件：纤维素大分子链之间氢键形成的条件：

50、羟基（羟基（hydroxylhydroxyl）存在是先决条件）存在是先决条件相相邻邻大大分分子子中中的的羟羟基基距距离离，在在0.3nm0.3nm以以下下，超超过过0.3nm0.3nm只只有范德华力，没有氢键。有范德华力，没有氢键。氢键的键能：氢键的键能：5-85-8千卡千卡/摩尔摩尔范德华力键能：范德华力键能：2-32-3千卡千卡/摩尔摩尔C-O-CC-O-C主键力：主键力：80-9080-90千卡千卡/摩尔摩尔三、纤维素的物理结构 氢氢键键键键能能虽虽小小，其其总总和和非非常常大大，对对纤纤维维素素和和木木材材的的性性质质影影响响很很大大，尤尤其其对对木木材材的的吸吸湿湿性性溶溶解解度度影