第二部分-1 植物纤维化学部分-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。

植物纤维化学总结第一章植物纤维原料的化学成分及生物结构1、（1）纤维素(Cellulose)是由D－吡喃式葡萄糖基通过1，4-β苷键联结而成的均一的线状高分子化合物。

（2）半纤维素（Hemicellulose）由①两种或两种以上单糖基（②葡萄糖基、木糖基、甘露糖基、半乳糖基、阿拉伯糖基等）组成的非均一聚糖，并且分子中往往带有数量不等的③支链。

④构成半纤维素短的侧链糖基有：木、葡、阿、半、岩藻、鼠李、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸等，还含有乙酰基。

特点：①②③④（3）木素（Lignin）由苯基丙烷结构单元(即C6-C3单元)通过醚键、碳-碳键连接而成的具有三维立体结构的芳香族高分子化合物.木素的作用：以物理或化学方式使纤维素纤维之间粘结和加固，增加木材的机械强度和抵抗微生物侵蚀的能力，使木化植物直立挺拔和不易腐朽。

（4）草类（straw）针叶材（needle leaved wood或soft wood）阔叶材（leaf wood 或hard wood）克-贝纤维素（Cross and Bevan Cellulose) 果胶质（Pectin）灰分(Ash) 髓心（pith）树皮（Bark）形成层（Cambium）韧皮部(phloem) 木质部(xylem) 胞间层（Middle Lamella）导管（vessel elements）木薄壁细胞（parenchyma cell）木射线细胞（ray cell）初生壁（Primary Wall）次生壁（Secondary wall）（5）综纤维素(Holo-cellulose) 又称总纤维素，指造纸植物纤维原料除去抽出物和木素后所留下的部分（即纤维素和半纤维素的总称）。

（6）植物纤维：失去生命机能的细长锐端永久细胞2、α—纤维素：用17.5%NaOH或（24%KOH）溶液在20℃下处理综纤维素或漂白化学浆45min，将其中的非纤维素碳水化合物大部分溶出，留下的纤维素及抗碱的非纤维素碳水化合物，分别称为综纤维素的α-纤维素或化学浆的α-纤维素。

植物纤维化学总结第一章1、纤维素(Cellulose) 半纤维素（Hemicellulose）木素（Lignin）针叶材（needle leaved wood或soft wood）阔叶材（leaf wood 或hard wood）草类（straw）2、α—纤维素：用17.5%NaOH或（24%KOH）溶液在20℃下处理综纤维素或漂白化学浆45min，将其中的非纤维素碳水化合物大部分溶出，留下的纤维素及抗碱的非纤维素碳水化合物，分别称为综纤维素的α-纤维素或化学浆的α-纤维素。

英文翻译：The holo-cellulose or bleached chemical pulp is treated with 17.5% sodium hydroxide solution or 24% potassium hydroxide solution at 20 centigrade for 45 minitues; most of the hemicellulose is released and the complex composed of residual cellulose and anti-alkali hemicellulose is called α-cellulose of holocellulose or α-cellulose of chemical pulp.（重点）3、有机溶剂抽出物及其对制浆造纸的影响。

针叶材的抽出物：针叶木中，松木和柏木的有机溶剂抽出物的含量是比较高的（尤其在心材中），其主要成分为松香酸(Rosin Acids)、萜烯类化合物、脂肪酸(Fatty Acids)及不皂化物。

针叶木有机溶剂抽出物主要存在于树脂道和射线薄壁细胞中，心材含量比边材含量高。

阔叶木的抽出物：主要含游离的已酯化的脂肪酸、中性物、多酚类化合物，不含或只含少量松香酸。

主要存在于木射线和木薄壁细胞中。

第一章植物纤维原料第一节植物纤维原料的分类“纤维”在制浆造纸工业中是指长宽比较大，纤细的丝状物。

由于其形态的特征，容易相互交织而形成纤维薄层，即我们通常所说的纸页。

造纸工业纤维主要来源于植物纤维原料。

纤维是构成植物纤维原料的主体，也是制浆中力求得到的成分。

目前应用于制浆造纸的纤维原料种类繁多，以造纸工业原料的传统分类方法，造纸植物纤维原料可分为以下几类：木材纤维原料：针叶木：云杉、冷杉、臭杉、马尾松、落叶松、红松等。

阔叶木：白杨、青杨、桦木、枫木、榉木、按木等。

草类纤维原料：稻草、麦草、芦苇、芦竹、甘蔗渣、高粱秆、玉米秆等。

竹类纤维原料：慈竹、毛竹等。

韧皮纤维原料：大麻、亚麻、黄麻、桑皮、棉秆皮、构树皮等。

叶纤维原料：龙须草、剑麻、菠萝叶等。

种子毛纤维原料：棉花、棉短绒等。

除植物纤维外，有时在生产某些特种纸时，还配用少量其它纤维，如动物纤维：羊毛、蚕丝。

矿物纤维：石棉、玻璃纤维。

合成纤维：尼龙、聚丙烯腈、聚脂。

第二节植物纤维原料的细胞种类一、植物体的结构从植物的结构来看，大多数植物体可分为根、茎、叶三部分。

大部分植物纤维原料都是用它的茎秆制浆（叶纤维类、韧皮纤维、种子毛纤维除外）。

茎秆部分含纤维细胞较多，但由于在收割时不可避免混入植物的叶子等其它部分。

因此，研究植物各部分的结构以及细胞种类，是制浆造纸原料选择的基础。

植物的叶部其功能是为植物体制造营养成分。

叶肉细胞为壁薄、含汁、有生命的细胞，一般较短呈圆形或椭圆形。

除此之外尚有起支承作用的叶脉，由纤维状细胞组成。

叶的表面都有一薄层为了防止水分过分蒸发和起保护作用的表皮细胞，表皮细胞常分泌蜡质使细胞角质化，减少水分蒸发。

有气孔，进行植物的呼吸作用。

有时还有毛刺、刚毛实行植物的生物保护。

图1-1为禾草类植物叶部的表皮组织。

图1-1禾草类植物叶部的表皮组织1—气孔器2—长细胞3—栓质细胞4—硅细胞5—表皮毛一般来说，植物的叶子含纤维状细胞较少，都不用作造纸，在备料中尽量除去。

植物纤维成分植物纤维是指从植物中提取的纤维素、半纤维素、木质素等纤维成分。

它们具有良好的力学性能、热稳定性、尺寸稳定性和生物降解性，广泛用于纸浆、纺织、建筑材料、环保、食品加工等领域。

下面将介绍几种常用的植物纤维成分。

1、木质素木质素是植物细胞壁中含量最高的有机物质之一，其化学结构为多种苯丙素单体异构体的聚合物。

在植物生长过程中，木质素被定向沉积在细胞壁的次生壁中，从而赋予植物细胞壁力学性能。

由于其分子结构高度复杂，因此木质素的来源多种多样，例如合成纤维素纤维的竹藤、稻草，木材制品中的松、柏、杉等树种，以及收割后制成的秸秆等。

木质素分子中含有大量的亲水羟基和亲油的苯丙素单体部分，因此既具有良好的亲水性，又有较强的耐水、耐湿性，能够在湿润环境下保持较好的力学性能。

在木质素的提取和加工过程中，由于木质素具有较高的化学稳定性，因此可以通过碱性或酸性水解的方法将其分离出来，进而用于制备纤维素材料。

2、纤维素纤维素是一种高分子有机化合物，是植物细胞壁中含量最高的成分之一，化学结构为β-葡聚糖链的线性链，含有大量的亲水羟基官能团，具有良好的化学稳定性和生物降解性。

纤维素是制造纸张、纤维素薄膜、纤维素糖、食品工业以及医药工业中广泛使用的重要原料，同时也是可再生能源和可降解聚合物的重要来源之一。

纤维素的来源包括多种植物，例如木材、棉花、木棉、亚麻、甘蔗和玉米等。

在植物细胞中，纤维素是由β-葡聚糖链直接合成的，因此可以通过酸或碱水解的方法将其提取出来。

越来越多的研究表明，纤维素不仅是制造高性能材料的关键原料之一，而且还可以作为生物能源的重要来源。

半纤维素是指植物细胞壁中不含木质素的复合物，主要包括木聚糖、木寡糖、果胶等成分。

半纤维素是指的是一类特别的多糖，其聚合物包括α-半乳糖和β-木聚糖等，同时其中也可能含有其他一些小分子物质和结构物质。

它们具有良好的水溶性和生物降解性，常用于食品加工、造纸、纺织等领域。

半纤维素的来源较为灵活，可以从多种植物中提取，例如木材、稻草、麦秸、豆渣等。