植物纤维化学复习总结Word下载.docx

1、三类原料的半纤维素 含量（及组成）明显不同，半纤维素含量高的原料， 碱法浆得率高，纸浆易吸水润涨，成纸具有紧度高、透明度高等特点。木材原料的有机溶剂抽出物含量高，既赋予原料特有的颜色、特殊用途及经济价值；也将对制浆生产及工 艺操作，废液回收，纸浆漂白剂白度稳定性方面造成影响。并且，阔叶材原料所造成问题会更突出一些。禾本科原料的 灰分含量明显比木材原料的高；且其主要成分是二氧化硅，对草浆洗涤、漂白液回收等方面造成影响。碱法制浆时，增加碱回收的“硅干扰” ；酸法制浆时，会引起纸的纸病。韧皮纤维原料中 果胶质含量较高,由于果胶质与金属离子的特殊关系， 韧皮纤维原料中的灰分含量也较高。5、 春材（sp

2、ring wood ）或早材（early wood ）:树木的每个年轮是由两部分组成的，靠树心部分的颜色较 浅，是每年生长季节的前期生长出来的。秋材（autumn wood ）或晚材（late wood ）:年轮中靠外圈、颜色较深部分，是每年生长季节的后期，即 秋、冬天生长出来的。木质部中靠边缘的、颜色较浅的部分，称为 边材（sap wood ）。 树木在生长过程中，木质部靠树心的部分组织逐步被树脂、单宁、色素等物质填充而失去活性变成死细胞，称为 心材（heart wood ）6、 针叶材的细胞类型、含量及形态（重点） p2628针叶材中的细胞最主要是管胞，并有少量的木射线，一般不含导管（1）

3、管胞：针叶木的最主要细胞，形似纺锤状；占针叶木细胞总数的 90%-95%，具有输导水分和支撑树木的双重作用。（2），径向排列，胞腔内含木薄壁组织：针叶材中的射线细胞， 含量少，壁薄腔大，长度小，呈长方形树脂；在木质部称为木射线，在韧皮部称为韧皮射线； 一般为单列，且无异型射线 ，通过纹孔与其他细胞它不是一个细胞相通，是细胞间横向流通的通道，具有储存营养的作用、（3）树脂道：是部分针叶木独有的特征，是由若干个分泌细胞所围成形的一种胞间道。也不是组织而是细胞间隙， 中间充满树脂，故称为树脂道。分为轴向树脂道和径向树脂道， 两者互相沟通,形成树脂道网。7、 阔叶材的细胞类型、含量及形态 P2831阔

4、叶材中细胞的种类较多，包括木纤维、管胞、导管、木射线和薄壁细胞。（1） 木纤维：阔叶木的纤维细胞， 是阔叶木的主要细胞和支持组织。大部分阔叶材的纤维细胞含量为 60 80%。纤维细胞含量明显低于针叶木纤维细胞含量，造纸价值不如针叶木。般不用于单独抄造高强度纸张。（2）管胞：阔叶材中的 管胞短而少，形态与针叶木中的管胞相似，纹孔为具缘纹孔，纹孔缘明显，纹孔直径大于或等于导管细胞侧壁上的纹孔直径。（3） 导管：由一串具穿孔的管状细胞所构成，是阔叶木中的 水分输导组织。约占阔叶材总体积的 20% ;以导管的细胞壁的增厚情况不同，可分为五种类型： 环纹导管、螺旋状导管、梯形导管、网纹导管、纹孔导管；导

5、管的大小和分布影响制浆过程中药液的浸透。（4） 薄壁细胞：轴向薄壁组织：纺锤状薄壁组织细胞、木薄壁组织束；含量分布变化较大：从小于 1 %至 24%不等（5） 木射线细胞：同型木射线：只有径向排列的木射线细胞； 异型木射线：既有直立的又有横卧的细胞 注：此题可能考针叶材阔叶材的细胞类型、含量及形态的比较（重点）8、 植物细胞壁的基本构造 P43 （填空）细胞壁可分为胞间层 ML （ Middle lamella ）、初生壁 P （primary wall ）和次生壁 S （secandary wall ）。胞 间层M与初生壁P组成复合胞间层 CML,次生壁根据形成的先后，可分为外层（ S1层）

6、，中层（S2层）和 内层（S3层）所有植物细胞都具有 初生壁，但是并不一定有 次生壁、9、 纤维形态及其与纸浆（张）性质的关系 P4346（1）长宽比：长宽比大，成纸时单位面积中纤维之间相互交织的次数多，纤维分布细密，成纸强度高；反之成纸强度低（2）壁腔比：壁腔比小的纤维，成纸时纤维间的接触面积较大，结合力强，成纸强度高；反之，纤维僵硬，纤维间接触面积小，结合力小。对耐破度影响最为显著。壁腔比 1劣等原料；值得注意的是，纤维的壁腔比并非越小越好。壁腔比太小的纤维，其本身的强度太 差，成纸的强度仍不高。虽然其柔软性好，成纸紧度高，但成纸强度不高。（3）纤维粗度：纤维粗度大，成纸粗糙，平滑度低，强

7、度下降，但松厚度增加；纤维粗度小，成纸的平滑度好，纸的裂断长、耐破度、撕裂度和耐折度增加，但松厚度下降10、 纤维细胞壁的微细结构（重点） P5055 （可能做论述题）（1）纤维细胞壁的层次构成正常的纤维细胞的胞壁，自外至里是 P、S1、S2、S3等层次所组成的；两个细胞间存在一个共同的胞间层（ML层）；在3个或4个细胞之间存在一个共同的区域一细胞角隅（ CC）胞间层及细胞角隅的体积分数均不大；P层的厚度极小，紧0.1卩m左右，相邻两个细胞的P层及共有的ML层一起形成复合胞间层 （CML ）。 S1层在P层的内侧，厚度较小，一般占细胞壁厚度的 10%20%,S3层更薄些，一般仅占 2%8%、S

8、2层占70%90% ； S2层的厚度虽树龄、季节、部位等的不同而产生的变化幅度最大，故 S2层是决定细胞壁厚度的最主要层次。对于大多数原料的多数纤维来说，纤维细胞壁是由 P、S1、S2、S3等层次所决定的。（2）不同层次微细纤维的取向及其对材质的影响不同材种中相应层次的微细纤维的取向有差异，可作为 鉴别材种的重要特征的依据，而且微细纤维取向倾角的大小还影响纤维的收缩及润胀性能、（3）微细纤维的精细结构微细纤维是细胞壁骨架物质的最基本结构单位、微细纤维是由比他更小的结构单元组成（四）微细纤维与半纤维素、木素的微细结构关系微细纤维是细胞壁骨架物质，而半纤维素、木素则是微细纤维间的 填充物质”。这三

9、种组分在细胞壁中构成了绕细胞腔排列的相互间断的同心层半纤维素填充在原细纤维与微细纤维之间。木素填充在微细纤维之间与胞间层内。当细胞壁中的半纤维素 和木素被除去以后，在电镜下可以看到原细纤维。11、纤维素、半纤维素、木素的分布（填空）（一） 纤维素的分布 （distribution ）胞间层不含纤维素、自外至里，纤维素含量逐步升高，次生壁中，特别是 S2和S3中，纤维素的含量最高（二） 半纤维素的分布所有材种的复合胞间层（CML ）中半纤维素含量都是最高的，次生壁中含量较低，尤其是 S2层。半纤维素的浓度分布也是胞间层及细胞外层最高，次生壁尤其是 S2层中最低。（三） 木素浓度的分布：浓度依据从

10、大到小排列 CCCMLS3S1S2 ;尽管CC、CML中木素的浓度高，由于其体积分数甚小，故木素总量不多；相反， S2层中木素浓度虽低，由于其体积占细胞的大部分，故木素总量的大部分存在于 S2层之中。第二章木素1木素三种基本结构单元 ：P69（G）愈疮木酚基丙烷、（S）紫丁香基丙烷、（H）对羟基苯基丙烷2、 木素三大功能基： 包括甲氧基（-OCH 3）、羟基（-0H ）和羰基（-CO ）（主要为填空题）一） 元素组成及甲氧基（ methoxyl group）甲氧基是木素最重要的 特征基团。木素中的甲氧基是 联接在芳香环上 的，而不是联接在脂肪族侧链上。二） 羟基（hydroxyl group）

11、按其存在的状态，有两种类型酚羟基（phenolic hydroxyl group ）:存在于木素结构单元苯环上； 脂肪族羟基 （aliphatic hydroxyl group ）:存在于木素结构单元侧链上。三） 羰基（carbonyl group）存在于木素单元的侧链上，分为 共轭羰基和非共轭羰基。全羰基可以通过硼氢化钠还原来测定。共轭羰基可以通过 还原示差紫外吸收光谱法定量 。木素结构单元：含有 紫丁香基 结构单元较多的原料或部位其脱木素速度也 快！3、 木素结构单元间的联接和含量 P107 （填空）醚键（ether bonds ）联接（60 %70% ）和 碳-碳键联接（30%40%）缩

12、合连接属于碳-碳键联接，而不是单独的一类联接。缩合联接：3 -O-4连接（最重要的木素分子结构单元） 、3 -5连接、3 -1连接、5-5连接、4-O-5连接、3 - 3连接、3 -6连接和3 -2连接、其他连接方式4、 贝克曼木素（MWL ）又称磨木木素 （Milled Wood Lignin ）,纤维素分解酶木素 （cellulolytic enzyme lignin,CEL ）：主要适用于木素性质、化学结构的研究 。硫酸法（克拉森木素） 用于木素的定量。对于酸溶木素的定量，可用紫外光吸收法在 205nm波长处测定。5、 木素的化学反应 （本章重中之重）P117-139反应类型：游离基反应

13、、亲核反应、亲电取代反应、氧化反应6、 酚型结构单元木素结构单元苯环上存在 游离酚羟基，特点:能通过诱导效应而使酚羟基对位侧链上的 a -碳原子活化如果在化学反应过程中能在木素大分子上析出更多的酚羟基或尽量保护其游离酚羟基免于缩合，这将会提 高木素的反应活性非酚型结构单元凡木素结构单元苯环上不具有游离酚羟基，而是以 酚醚键联接到相邻的单元上，这类结构单元称之为非酚型结构单元，特点：苯环的酚羟基上有了取代基，难以像酚型结构单元那样使a -碳原子得到活化非酚型单元中存在的 a-醚键、3 -醚键都比较稳定或反应活力较弱即使a -位置是醇羟基，其反应能力也比酚型结构的醇羟基小得多；如果a -醇羟基又被

14、醚化，则此位置就难于进行反应木素结构单元中的酚型结构在 碱性介质中形成 亚甲基醌结构；在酸性介质中，无论是酚型结构还是非酚型 结构均可形成正碳离子结构。7不同蒸煮液的亲核试剂剂亲核能力大小 P120 （填空）氢氧化钠法蒸煮液： 0H-;硫酸盐法蒸煮液： OH-，SH-，S2-;碱性亚硫酸盐蒸煮液： SO32-酸性亚硫酸盐蒸煮液：HS03-， SO32-亲核试剂能力大小： S2- SH- （SO32- ） HS03- OHS 植物纤维原料在苛性钠法蒸煮过程中，木素与氢氧化钠的反应包括： P124（1） 通过木素大分子中酚型a -芳基醚键的断裂，酚型a -烷基醚键的断裂，非酚型结构基团在a -原子

15、上连有OH基时的B -芳基醚键的断裂和苯环上芳基甲基醚键的断裂， 形成环氧化合物的中间物以及苯环上芳基甲基断裂、导致新的酚羟基的生成。（2）上述4种醚键断裂的同时，还伴随着脱芳基、脱烷基、脱甲醛等反应，使木素分子逐步降解而溶出，其中以非酚型结构的B -芳基醚键断裂的脱芳基反应为引起木素降解的主要反应。但此反应只是在a -位置有醇羟基的情况下才出现。（3） 当有蒽醌存在时，蒽醌促进了 酚型B -芳基醚键 的断裂,加速了木素的溶出， 同时保护了碳水化合物。9、 为什么硫酸盐法蒸煮脱木素速率比氢氧化钠法蒸煮快（木素脱除程度）？ P125 （极可能一题论述题） 主要从反应液亲核能力 和反应类型3 -芳

16、基醚键断裂、导致木素完全降解等方面进行比较。 最好列出两种方 法的特点，以便进行比较（1）在硫酸盐法蒸煮中，除了氢氧化钠和木素的反应外，硫化钠和木素的反应是脱木素的主要反应、在Na2S的水溶液中、由于 Na2S的离解，溶液同时存在 OH-、HS-和S2-等离子、（2） 亲核能力上而言：虽然NaOH用量比Na2S高，但3 -芳基醚键的断裂主要是 S2-和SH-在a -碳原子上 的亲核进攻形成苯甲硫基结构，导致3 -芳基醚键断裂，而不是 OH-离子的主要作用，所以木素与硫化钠 的反应比氢氧化钠强，所引起的木素降解作用也比氢氧化钠强。（3）反应键断裂、木素降解 等方面而言：3 -芳基醚在木素结构中占

17、有相当大的比例，因此它的断裂对木素大分子降解成碎片而溶出是很有意义的，这一反应在苛性钠法蒸煮中是次要的，而在硫酸盐法蒸煮中则是一个主要反应 。总的来说，木素在硫酸盐蒸煮中的反应，包括了木素在 NaOH溶液中的基本反应，除四种主要的醚键断开 之外，还能促进酚型结构单元的3 -芳基醚键断开，形成环硫化合物。这几种反应，都析出酚羟基，增加木素大分子的亲液性，而且使木素的降解反应继续下去，直至出现抵抗蒸煮液中亲核试剂的结构为止。10、 木素氧化反应（用于制浆漂白）主要掌握 CIO2 （ chlorine dioxide ） 特点 P141特点：它和饱和的脂肪族化合物（醇类、胺类、羧酸类等）很难起反应，

18、但对不饱和的脂肪族化合物则很 易起反应，因此他能够 选择性地氧化木素和色素 并将它除去,而对纤维素却没有或很少有损伤 ，因此漂白后纤维具有高的白度、纯度，返黄少，机械强度也不会下降。第三章、纤维素及其衍生物（cellulose）1、 学术上所说的纤维素、可以定义为在常温下不溶于水、稀酸和稀碱的 D-葡萄糖基以3 -1,4-苷键连接 起来的链状高分子化合物。工业上纤维素是指植物原料经过特定的纤维化工程所得到的剩余物一一制浆、其中多少含有一些半纤维素和木素2、 纤维素的化学结构的特点（1） 纤维素大分子的基本结构单元是 D-吡喃式葡萄糖基（C6H10O5）。（2） 纤维素大分子的葡萄糖基间的连接都

19、是 3 -苷键连接。（3） 纤维素大分子每个基环均具有 3个醇羟基。（4）纤维素大分子的两个末端基性质不同。3、 植物纤维素的生物合成（填空）碳水化合物的母体 糖核苷酸，形成细胞壁的聚糖。纤维素是由 UDP-D-葡萄糖合成的。UDP-葡萄糖是在细胞质中靠 胞质酶合成的。4、 常用的统计平均分子量和平均聚合度的计算（填空题的计算）1数均分子量：定义；纤维素体系的总质量被分子的总个数所平均。通常用渗透压、蒸汽压方法测定Mn =工niMi /工ni=工NiMi （即数均分子量等于数量分数 Ni与分子量 Mi乘积总和）2质均分子量 定义：按质量统计的平均分子量。通常由光散射法测定Mw =2 mi Mi

20、/ 工 mi=工 WiMi3粘均分子量 定义：用溶液粘度法测得的平均分子量an = KM5、 纤维素分子量和聚合度的测定方法（简答、这部分公式不考计算）a） 化学方法：端基分析法b） 热力学方法：渗透压法、蒸汽压下降法、沸点升高法、冰点降低法c） 动力学方法：粘度法、超速离心法、扩散法d） 光学方法：光散射法e） 其它：凝胶渗透色谱法6、 凝胶渗透色谱法的基本原理 P172利用高分子溶液通过由特殊多孔性填料组成的柱子，在柱子上按照分子大小进行分离的方法。1在色谱柱中，装填的多孔性填料的表面和内部有着各种各样大小不同的空洞和通道。2由于浓度的差别，聚合物分子在溶剂的推动下都力图向填料内部空洞渗透

21、。3较小的分子除了能进入较大的空洞外，还能进入较小的孔，较大的分子只能进入较大的孔，而比最大孔 还要大的分子就只能停留在填料之间的空隙中。4随着洗涤过程的进行，最大的聚合物分子从载体间的粒间首先流出，依次流出的是尺寸较大的分子， 然后是尺寸较小的分子，这样就达到了大小不同的分子分离的目的。7纤维素大分子间的氢键对制浆造纸的影响 P1821） 对吸湿性的影响氢键的形成，使纤维及纸页的吸湿性降低。2） 对溶解度的影响分子间氢键破坏程度大的溶解度大。干燥过的纤维素的溶解度小于未经干燥的纤维素的溶解度。3） 对反应能力的影响氢键的形成阻碍反应的进行。纸是由植物交织而成的，纸的强度决定于纤维素本身的强度

22、和纤维间的结合强度。打浆使纤维分散并在纤维表面露出更多的氢键，纸浆在烘干机烘干后纤维之间的氢键结合力提高，使纸张的强度增加、& 滞后现象的原因和解释（吸湿时的吸着水量低于解吸时的吸着水量） P184对于同一种纤维素，在同一温度和同一相对湿度下吸附的吸着水量低于解吸时的吸着水量的现象， 称为“滞后现象”解释：干燥的纤维素在吸湿过程其无定形区的氢键不断打开，纤维素分子间的氢键被纤维素分子和水分子 间的氢键所代替，虽然形成了新的氢键， 但纤维素分子间的部分氢键仍然存在， 即新游离出来的羟基较少；解吸过程，润湿了的纤维素纤维脱水收缩，无定形区纤维素分子间的氢键重新形成，但由于受到内部阻力 的抵抗，被吸

23、着的水不易挥发，也即纤维素与水分子间的氢键不能全部可逆地打开，故解吸时吸着的水较 多，产生滞后现象。9 纤维素纤维的润胀的分类及其特点 P185有限润胀：纤维素吸收润胀剂的量有一定的限度，其润胀的程度也有限度。包括结晶区间的润胀和结晶区内的润胀结晶区间的润胀：润胀剂只到达无定形区和结晶区的表面，纤维素的 X射线图不发生变化：结晶区内的润胀：润涨剂占领了整个无定形区和结晶区，形成润胀化合物，产生新的结晶格子，纤维素原 来的X射线图消失，出现了新的 X射线图、多余的润胀剂不能进入新的结晶格子，只能发生有限润胀。 无限润胀：润涨剂可以进到纤维素的无定形区和结晶区发生润胀，但并不形成新的润胀化合物，对

24、于进入X射线图消失，但并不出现新的 X无定形区和结晶区的润胀剂的量并无限制。润胀过程中纤维素原来的 射线图。无限润胀就是溶解，必须形成溶液10、扩散双电层理论（结合图）及其应用P189使得纤维在水中其由于纤维素表面上糖醛酸基及极性羟基的存在,表面带负电。 纤维在水中吸引外围的正电子，越靠近纤维表面正电子浓度越小，直至为零。吸附层a、b层、扩散层d层、吸附层与扩散层组成 扩散双电层 施胶：在施胶时加入电解质一矶土 AI2（SO4）3，其水解出来的AI3+ 会降低松香粒子的Z -电位直至为零，这样松香就会沉积在纤维上、 染色：在纸浆纤维染色时，可用碱性染料直接染色，因纤维表面带 负电，碱性染料带正

25、电，染料粒子可以被吸附在纤维上。如果用酸 性染料染色，必须加入媒染剂明矶，改变纤维表面的电性，使染料 被纤维吸附，达到染色的目的11、碱性降解反应的分类特点以及对制浆造纸的影响 P195碱性水解：苷键部分断裂,产生新的还原性末端基， 聚合度和纸浆强度下降。 水解程度与蒸煮温度、 时间、用碱量有很大关系。当蒸煮温度较低时、碱性水解反应甚微、温度越高水解越强烈、剥皮反应（peeling reaction）:碱法蒸煮时总存在剥皮反应，特别是在高温下，纤维素水解产生新的还原性 末端基。导致纤维素聚合度下降，纸浆得率下降，强度下降、蒸煮后期不要过分延长时间、否则就会使纸 浆的得率和强度下降、 名词解释：

26、1.纹孔：植物细胞壁在次生增厚过程中，并不是整个细胞壁都产生均匀增厚的，其未增厚部分的细胞壁 较薄，在显微镜下像个孔，一般称为纹孔、2.纤维素：纤维素是由D-吡喃式葡萄糖基通过 1, 4-B苷键联结而成的均一的线状高分子化合物。3.半纤维素：由两种或两种以上单糖基组成的非均一聚糖，且分子中往往带有数量不等的支链。4.木素：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5.B -纤维素、y -纤维素：用漂白化学木浆制备a -纤维素时，处理中所得到溶解部分，用醋酸中和沉淀出来的那部分为B -纤维素，不沉淀部分为丫 -纤维素。6.将B -纤维

27、素和丫 -纤维素之和称为工业半纤维素7.微细纤维（micro fibril ）:直径小于45nm微纤维丝。8.微细纤维的取向：微细纤维在细胞壁上与纤维的轴向之间的夹角。9.结晶度：指纤维素构成的结晶区占纤维素整体的百分数，反映纤维素聚集时形成结晶的程度。10.可及度：利用某些能进入纤维素物料的无定形区而不能进入结晶区的化学试剂，测定这些试剂可以到 达并起反应的部分占全体的百分率称为纤维素物料的可及度。11.吸附：当纤维素自大气中吸取水或蒸汽时、称为吸附、12.解吸：因大气中降低了蒸气分压而自纤维素放出水或者蒸汽时称为解吸、13.纤维表面处的电位相对于该处的电位之差称为电极电位14.Z -电位：纤维吸附层b界面相对于该处的电位之差称为动电电位或Z -电位。15.剥皮反应（peeling reaction）