木材的化学性质精选文档.ppt
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1、木材的化学性质本讲稿第一页,共三十二页4.1 4.1 木材的化学组成木材的化学组成1.1.主要元素主要元素:C 49%C 49%50%,H 6%,O 43%50%,H 6%,O 43%44%,N1%44%,N1%2.2.微量元素微量元素:S S、P P、K K、CaCa、MgMg、FeFe、MnMn、ZnZn、CuCu、MoMo、B B 4.1.1 4.1.1 木材的元素组成木材的元素组成 本讲稿第二页,共三十二页4.1.2 4.1.2 木材的物质组成木材的物质组成1.1.无机物质无机物质:统称灰分统称灰分,占木材重量占木材重量0.3%0.3%1.7%1.7%。溶于水溶于水:K:K、NaNa的
2、碳酸盐的碳酸盐,占灰分重占灰分重10%10%25%25%。不溶于水不溶于水:Ca:Ca、MgMg的碳酸盐的碳酸盐,硅酸盐硅酸盐,磷酸盐磷酸盐,占灰分重占灰分重75%75%90%90%。本讲稿第三页,共三十二页4.1.2 4.1.2 木材的物质组成木材的物质组成2.2.有机物质有机物质 :主要物质主要物质:占木材重量占木材重量97%97%99%99%纤维素纤维素:属多糖类物质属多糖类物质,在细胞壁中为骨架物质在细胞壁中为骨架物质,占木材重量占木材重量50%50%半纤维素半纤维素:属多糖类物质属多糖类物质,在细胞壁中为粘结物在细胞壁中为粘结物质质,占木材重量占木材重量20%20%30%30%木质素
3、木质素:属芳香族物质属芳香族物质,在细胞壁中为结壳物在细胞壁中为结壳物质质,占木材重量占木材重量15%15%35%35%本讲稿第四页,共三十二页4.1.2 4.1.2 木材的物质组成木材的物质组成 少量物质少量物质:抽提物抽提物,占木材重量占木材重量1%1%3%3%。单宁单宁:色素色素:挥发性油类挥发性油类:树脂树脂(胶胶):):硫胺素硫胺素:本讲稿第五页,共三十二页4.1.3 4.1.3 胞壁三大素在胞壁各层的含量胞壁三大素在胞壁各层的含量(%)(%)WPWP层层 S S1 1层层 S S2 2层层 S S3 3层层纤维素纤维素 14 14 23 23 59 59 44 44半纤维半纤维素素
4、 27 27 35 35 14 14 38 38木质素木质素 59 59 42 42 27 27 18 18本讲稿第六页,共三十二页4.1.3 4.1.3 胞壁三大素在胞壁各层的含量胞壁三大素在胞壁各层的含量(图例图例)本讲稿第七页,共三十二页4.2 4.2 木材纤维素木材纤维素1.定义定义:纤维素是由纤维素是由D-D-葡萄糖基构成的直链状高分葡萄糖基构成的直链状高分子化合物。子化合物。綜纤维素綜纤维素:木材中纤维素、半纤维素总和。木材中纤维素、半纤维素总和。纤维素:在纤维素:在2020下,不溶于下,不溶于17.5%NaOH纤维素:所得溶液,加醋酸析出沉淀部分纤维素:所得溶液,加醋酸析出沉淀部
5、分纤维素:所得溶液,加醋酸未沉淀部分纤维素:所得溶液,加醋酸未沉淀部分4.2.1 4.2.1 纤维素的定义与结构纤维素的定义与结构本讲稿第八页,共三十二页2.分子式:分子式:(C C6 6H H1010O O5 5)n n 聚合度聚合度7000-150007000-150003.3.化学结构化学结构:1 1,4-4-D-D-吡喃式失水聚葡萄糖组成。吡喃式失水聚葡萄糖组成。在在自自然然界界中中它它的的性性质质和和功功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晶态态和和细细纤纤维维结结构构决决定定的的。纤纤维维素素的的化化学结构学结构图41 纤维素分子链结构式本讲稿第九
6、页,共三十二页4.4.化学结构的特点化学结构的特点:单元是单元是D D葡萄糖基、以葡萄糖基、以1 1、4-4-甙键联结。甙键联结。纵向连接为纤维素二糖基,相邻的葡萄糖基扭纵向连接为纤维素二糖基,相邻的葡萄糖基扭转转180180度。度。葡萄糖基包含三个醇羟基,分别位于葡萄糖基包含三个醇羟基,分别位于2 2、3 3、6 6三个碳原子上,形成氢键的基本条件。三个碳原子上,形成氢键的基本条件。葡萄糖基右端显还原性左端显非还原性葡萄糖基右端显还原性左端显非还原性 葡萄糖基为氧环式结构。葡萄糖基为氧环式结构。本讲稿第十页,共三十二页4.2.2 纤维素的物理结构纤维素的物理结构 1 1氢键:氢键:当当氢氢原
7、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相结结合合所所形形成成的的键键。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:羟基存在是先决条件羟基存在是先决条件 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只有范德华力,没有氢键。只有范德华力,没有氢键。氢键的键能:氢键的键能:202033kJ/mol33kJ/mol 范德华力键能:范德华力键能:8 812kJ/mol/mol C-O-C C-O-C主键力:主键力:3353
8、35377kJ/mol/mol本讲稿第十一页,共三十二页1.氢键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、溶溶解解度度影影响响很大。氢键与木材加工工艺的关系密切很大。氢键与木材加工工艺的关系密切:湿湿法法纤纤维维板板成成板板理理论论(一一是是氢氢键键结结合合理理论论,二是木素结合理论)二是木素结合理论)木木材材力力学学强强度度之之所所以以在在纤纤维维饱饱和和点点以以下下随随水水分分减减少少而而增增大大,纤纤维维素素大大分分子子之之间间形形成成的的氢氢键键是是主要原因之一。主要原因之一。干干
9、燥燥过过程程中中,木木材材水水分分初初期期易易蒸蒸发发,后后期期不不易易蒸蒸发也和水分与木材之间形成的氢键有关。发也和水分与木材之间形成的氢键有关。本讲稿第十二页,共三十二页2 2纤维素大分子的形状和排列纤维素大分子的形状和排列(1 1)形状:纤维素大分子链系为可以弯曲的线状。)形状:纤维素大分子链系为可以弯曲的线状。(2 2)排排列列:纤纤维维素素是是由由结结晶晶区区与与非非结结晶晶区区交交错错联联接接而而成成,具具有有空空隙隙系系统统的的两两相相体体系系。当当大大分分子子排排列列方方向向相相同同,其其定定向向程程度度越越好好,则则分分子子间间的的羟羟基基形形成成氢氢键键的的可可能能性性也也
10、越越大大,大大分分子子结结构构越越牢牢固固,纤纤维维的的密密度度越越大大,吸吸湿湿性越低,力学强度越高。性越低,力学强度越高。本讲稿第十三页,共三十二页4.2.3 纤维素的化学性质纤维素的化学性质1.水解作用:水解作用:(1)(1)酸水解酸水解:在酸的作用下发生水解,最初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,经得到水解纤维素,最后得到葡萄糖,经发酵可制得酒精发酵可制得酒精.(2)(2)酶水解酶水解:国外正开展酶水解的研究。国外正开展酶水解的研究。4.2.3.1 4.2.3.1 纤维素的降解作用纤维素的降解作用本讲稿第十四页,共三十二页4.2.3.1 纤维素的降解作用纤维素的
11、降解作用2.热解作用:热解作用:纤维素在纤维素在220220260260时时,纤维素的结晶结构明显地纤维素的结晶结构明显地受到破坏,聚合度下降。在受到破坏,聚合度下降。在325 325 375 375时,纤维素时,纤维素热解迅速,生成大量的挥发性产物;热解迅速,生成大量的挥发性产物;500500以上时,逐步以上时,逐步形成石墨化结构。形成石墨化结构。3.3.生物降解生物降解: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。木素,这类微生物通常称为褐腐菌。本讲稿第十五页,共三十二页4.2.3.1 纤维素的降解作用纤维
12、素的降解作用4.4.光降解:光降解:光对纤维素的降解作用有两种类型:光对纤维素的降解作用有两种类型:(1)1)光光解解作作用用:光光照照对对化化学学键键的的直直接接破破坏坏,与氧的存在无关;与氧的存在无关;(2)2)光光敏敏作作用用:由由于于光光敏敏物物质质的的存存在在,在在氧氧及及水水分分同同时时存存在在时时,才才能能使使纤纤维维素素发发生生破坏。破坏。本讲稿第十六页,共三十二页4.2.3.2 与木材改性有关的性质与木材改性有关的性质(1)1)乙酰化作用:利用醋酸酐处理木材,生成醋酸酯,取乙酰化作用:利用醋酸酐处理木材,生成醋酸酯,取代代-OH-OH,既提高强度又提高稳定性。,既提高强度又提
13、高稳定性。(2 2)酯酯化化作作用用:纤纤维维素素与与酸酸发发生生反反应应得得到到脂脂类类化化合合物物称之。酯化产品的种类:称之。酯化产品的种类:纤纤维维素素硝硝酸酸酯酯(硝硝酸酸纤纤维维),它它是是喷喷漆漆、照照像像软软片、火棉等原料。片、火棉等原料。纤纤维维素素醋醋酸酸酯酯(醋醋酸酸纤纤维维):它它是是人人造造丝丝、塑塑料料等等的的原料。原料。黄酸酯(黄酸纤维):它是粘胶丝、玻璃纸等的原料。黄酸酯(黄酸纤维):它是粘胶丝、玻璃纸等的原料。本讲稿第十七页,共三十二页4.2.3.2 与木材改性有关的性质与木材改性有关的性质(3)3)交联作用:先湿法生产纤维板,不需胶粘交联作用:先湿法生产纤维板
14、,不需胶粘剂而成板的重要原因之一。剂而成板的重要原因之一。(4)4)胺液处理:胺液处理:NH4OH NH4OH 可进入非结晶区、半纤可进入非结晶区、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。药液进入木材,提高处理效果。(5)5)塑化处理:先用液态氨软化木材,后塑化,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,都是利用生产异型木构件或变形构造改直,都是利用此原理。此原理。(6)6)强化处理:注入未缩聚或初缩聚的极性分强化处理: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,减子使形成树脂,以增
15、加密度,提高密度,减少吸湿性。少吸湿性。本讲稿第十八页,共三十二页4.3 4.3 木材半纤维素木材半纤维素1.半纤维素的定义半纤维素的定义: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。子化合物,其结构型为支链型,常带有各种短的侧链。仅含有仅含有150-200个半纤维素糖基。个半纤维素糖基。2.针叶树材与阔叶树材的半纤维素: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阔叶树材的半纤维素高聚糖主要有:木糖和葡甘聚糖。:木糖和葡甘聚糖。针叶材的半纤维素高聚糖主要有针叶材的半纤维素高聚糖主
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