第二节 植物纤维原料的化学成分.

植物纤维化学植物纤维化学是研究植物中纤维素及其化学加工和应用的一门学科。

植物纤维作为一种自然的、可再生的生物大分子材料，在生产和生活中具有广泛的应用。

例如，纸张、纺织品、建筑材料等众多行业都离不开植物纤维这一重要资源。

植物纤维化学旨在深入了解植物纤维的化学组成、结构与性质，制定优化的加工工艺，拓展其新的使用领域。

一、植物纤维的化学组成植物纤维的主要化学成分是纤维素和半纤维素。

纤维素是一种多糖，由葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键连接而成。

半纤维素也是一种多糖，包括木聚糖、半乳糖、甘露聚糖等。

此外，植物纤维还有少量的酚类物质和蛋白质。

纤维素和半纤维素的含量和比例因植物种类和部位不同而变化。

在棉花中，纤维素含量占80%以上，半纤维素含量较低；而在木质植物中，两者含量相近。

二、植物纤维的结构植物纤维的结构可分为两种类型：原生纤维和次生纤维。

原生纤维是由原生细胞壁构成的，例如棉纤维和亚麻纤维。

原生纤维的直径较细，一般小于20微米；因其生长仅发生一次，其结构较简单，只包括纤维素、半纤维素和细胞壁质量。

次生纤维是由次生细胞壁构成的，例如木质素。

次生纤维的直径较粗，一般为20-50微米；其结构复杂，包括三部分：原生细胞壁、次生细胞壁的中层和次生细胞壁的内层。

三、植物纤维化学加工植物纤维在工业上常通过化学方法进行加工。

主要包括以下几个步骤：去除杂质、碱处理、漂白、纤维素膨胀、染色和强化。

去除杂质：将植物纤维进行筛分、清洗、熬软等步骤，去除与纤维相连的非纤维物质，如叶片、树枝等。

碱处理：将去除杂质后的植物纤维浸泡在碱液中，使纤维得到脱脂、脱胶、脱色等处理。

常用的碱液包括氢氧化钠、碳酸钠及亚硫酸等。

漂白：碱处理后的植物纤维中仍含有少量的杂质和色素。

漂白是将这些杂质和色素分离出来，使纤维得到漂白和增白的效果。

漂白剂主要有氯和过氧化氢等。

纤维素膨胀：纤维素膨胀是将处理后的植物纤维浸泡在化学溶液中，使其膨胀，并形成纤维素膜。

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。

第一章第二节植物纤维主要化学成分主要成分（细胞壁物质）纤维素碳水化合物有机物半纤维素木质素芳香族化合物少量成分（非细胞壁物质）提取物萜类、脂肪族、酚类化合物灰分无机盐等无机物2.1.1 主要化学成分概述2.1 植物纤维的主要化学成分植物纤维原料的化学组成百分比2.1.1.1 细胞壁物质纤维素：由 -D-葡萄糖单元通过1→4苷键连接而成的线型高分子化合物。

纤维素是自然界贮量最丰富的可再生资源。

半纤维素：细胞壁中非纤维素高聚糖（习惯上不包括果胶和淀粉）的总称。

由两个或两个以上的糖基组成，通常有分枝结构，可用热水或冷碱提取。

木质素：由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接而成的，具有三度空间结构的复杂的高聚物。

木质素和半纤维素在一起，填充在细胞壁的微纤丝之间，同时也存在于胞间层。

2.1.1.2 非细胞壁物质植物纤维原料中的非细胞壁物质通常指存在于细胞腔和细胞间隙的、不参与细胞壁结构的物质，大部分可溶于中性有机溶剂或水，又称提取物。

提取物：用水、水蒸汽或中性有机溶剂可提取的物质。

在植物原料中含量少（一般2~5%），但种类繁多（约700余种）。

提取物可分为三大类：萜类化合物：树脂、萜类等。

脂肪族化合物：蜡、脂肪、单糖和低聚糖、淀粉、果胶、树胶、蛋白质、生物碱等。

酚类化合物：茋(芪) 、木酚素、黄酮类化合物、单宁等。

2.1.2 植物纤维化学成分分析主要名词2.1.2.1 综纤维素综纤维素：经脱脂的植物纤维原料除去木质素后保留下来的全部高聚糖，即纤维素和半纤维素的总和。

2.1.2.2 α-、β-和 γ -纤维素综纤维素(化学浆)不溶部分α-纤维素溶解部分不溶部分溶解部分17.5%NaOH 或24%KOHHAc 中和β-纤维素γ-纤维素根据起始物的不同，分为综纤维素的a-、β-、γ-纤维素和化学浆的a-、β-、γ-纤维素注意：a-、β-、γ-纤维素的主要成分，及其与纤维素的区别2.1.2.3 Klason 木质素与总木质素不溶残渣溶解部分72%H 2SO 4 20℃, 2 hrKlason 木质素 或硫酸木质素、酸不溶木质素脱脂木粉3%H 2SO 4 回流, 4 hr酸溶木质素总木质素 = Klason 木质素 + 酸溶木质素Total lignin = Klason lignin + Acid soluble lignin为什么测定木质素需要保留少量碳水化合物？相当于植物纤维原料中全部五碳糖的总和。

第一章植物纤维原料的化学成分及生物结构第一节植物界的基本类群授课学时：2 学时授课类别：理论课●教学目的及要求让学生了解制浆造纸专业要学习的课程；了解制浆造纸的过程、制浆造纸业在我国经济中的地位以及世界制浆造纸业的发展状况；了解植物的分类，植物的拉丁学名、组成及含义。

要求学生掌握的内容有：现代植物的基本类群及其与制浆造纸的关系；造纸植物纤维原料的分类及其代表性植物。

●教学内容提要一、绪论部分1、造纸史话2、现代造纸3、造纸的发展趋势4、我国的造纸原料方针二、造纸纤维原料种类1、植物纤维原料2、非植物纤维原料三、植物纤维原料的分类1、木材纤维原料2、非木材纤维原料3、半木材纤维原料●教学重点、难点及处理办法教学重点、难点：1、制浆造纸在国民经济中的地位2、制浆造纸的过程3、造纸纤维原料种类4、植物纤维原料的分类处理办法：对于本次课涉及到的重点和难点均采用多媒体辅助教学和举例子的方法，使学生掌握这两个知识要点。

●教学组织与设计1、教学过程的组织本次课，重在让学生掌握制浆造纸用的植物纤维原料、制浆造纸的过程，了解植物纤维化学这门课程与制浆造纸的关系，所以在讲这节课时，要先讲制浆造纸的发展历程，现代造纸的过程，国内外发展概况，制浆造纸业在国民经济发展中的地位、意义，纸的功能；再讲植物纤维化学这门课与制浆造纸的关系，让同学们知道这门课的重要性；最后讲第一章第一节的内容造纸用纤维原料以及造纸用植物纤维原料的种类等等。

本门课程采用多媒体教学，在举例子或讲授制浆造纸过程等知识的时候，多给学生展示相关的图片，可以加深学生对知识的理解。

2、讨论、练习、作业的布置与安排讨论：问题1：你们知道纸用什么造出来的吗？问题2：你们知道纸是怎么样造出来的吗？问题3：你知道我们平时生活中用到的纸有哪些种类吗？3、教学手段采用多媒体教学。

●参考资料1、谢来苏,詹怀宇.制浆原理与工程，中国轻工业出版社.2、卢谦和，造纸原理与工程，中国轻工业出版社.3、邬义明，植物纤维化学，中国轻工业出版社.●教学实施小结第一章植物纤维原料的化学成分及生物结构第二节植物纤维原料的化学成分授课学时：2 学时授课类别：理论●教学目的及要求本次教学的目的是让学生掌握制浆造纸用纤维原料的化学成分，其中包括主要成分、次要成分以及与制浆造纸的关系。

植物纤维原料的主要化学组成及其特点
1. 纤维素呀，那可是植物纤维原料的一大主角呢！就像房子的大梁一样重要。

你看纸，主要就是纤维素做的呀。

它的特点就是特别坚韧，能让植物有很好的支撑和结构。

想象一下，如果植物没有坚韧的纤维素，那岂不是都软趴趴的啦！
2. 半纤维素呢，就像是个好帮手。

比如说在木材里，它和纤维素配合得可好啦！它能让纤维原料更容易被加工处理。

就像团队里那个默默辅助的人，没了它还真不行呢，对吧？
3. 木质素啊，虽然有点麻烦，可也是不可或缺的呀！它就像是胶水一样把纤维粘在一起。

但处理它可得费点功夫呢，不然会影响产品质量哟！好比你要去掉一块顽固的污渍一样。

4. 果胶也很有意思呢！在水果里特别常见。

它能让水果保持形状和口感。

这不就像给水果穿上了一件小铠甲嘛，保护着它们。

要是没有果胶，水果恐怕都不成样子啦！
5. 淀粉也是植物纤维原料的一部分哟！你想想土豆呀、玉米呀，里面都有大量淀粉呢。

它可以为植物储存能量，就像我们给自己存点小积蓄一样重要呢。

6. 植物蜡就像是一层保护膜，它能让植物表面光滑有光泽。

就像给植物涂了一层保护油，让它们能更好地抵御外界环境呢，神奇吧！
7. 还有一些其他的化学成分呢，它们虽然不太起眼，但也都有着各自的作用呀！就像一个大家庭里的每个成员，都有自己的位置和价值。

植物纤维原料
就是这么奇妙，有着这么多不同的化学组成，共同造就了它们独特的特点呢！我觉得呀，了解这些真的超有趣，能让我们更懂得大自然的奥秘呢！。