第二部分植物纤维化学部分成分课件.ppt

1、第二部分植物纤维化学部分成分优选第二部分植物纤维优选第二部分植物纤维化学部分成分化学部分成分植物纤维化学研究的内容植物纤维化学研究的内容l植物纤维植物纤维 研究植物纤维原料的生物结构及其所含各组分，研究植物纤维原料的生物结构及其所含各组分，特别是纤维素、木素和半纤维素三种主要组分特别是纤维素、木素和半纤维素三种主要组分的化学组成、化学结构、物理和化学性质。的化学组成、化学结构、物理和化学性质。哪些纤维属于植物纤维？哪些纤维属于植物纤维？哪些植物中含有较多纤维？哪些植物中含有较多纤维？第一章第一章 植物纤维原料化学成分及植物纤维原料化学成分及其与制浆造纸的关系其与制浆造纸的关系主要内容：主要内容

2、：l造纸植物纤维原料的分类及其代表性植物造纸植物纤维原料的分类及其代表性植物l植物纤维原料的化学成分及与制浆造纸生产的植物纤维原料的化学成分及与制浆造纸生产的关系关系l纤维原料的生物结构及细胞形态纤维原料的生物结构及细胞形态l纤维形态参数及其与纸浆（张）性质的关系纤维形态参数及其与纸浆（张）性质的关系l纤维细胞壁的微细结构纤维细胞壁的微细结构第一节第一节 造纸植物纤维原料的分类造纸植物纤维原料的分类及其代表性植物及其代表性植物一、木材纤维原料一、木材纤维原料 1、针叶材（针叶材（needle leaved wood/soft wood）云杉、冷杉、马尾松、落叶松、湿地松、云杉、冷杉、马尾松、落

3、叶松、湿地松、火炬松等。火炬松等。2、阔叶材（阔叶材（leaf wood/hard wood）杨木、桦木、桉木、榉木、楹木、相思木杨木、桦木、桉木、榉木、楹木、相思木等。等。针叶木（软木针叶木（软木soft woodsoft wood）：）：云杉、冷杉、铁杉、落叶松、红松、马尾松云杉、冷杉、铁杉、落叶松、红松、马尾松。云杉云杉 冷杉冷杉马尾松马尾松落叶松落叶松阔叶木（硬木）：阔叶木（硬木）：白杨、桦木、白杨、桦木、桉木、桉木、榉木、楹木、相思木等榉木、楹木、相思木等桉树桉树桦树桦树白杨白杨二、非木材原料二、非木材原料1 1、禾本科纤维原料、禾本科纤维原料稻麦草、荻苇、芒秆、蔗渣、高粱杆、麻秆、

4、玉米秆、稻麦草、荻苇、芒秆、蔗渣、高粱杆、麻秆、玉米秆、芦竹、毛竹、慈竹、白夹竹、楠竹、斑竹等。芦竹、毛竹、慈竹、白夹竹、楠竹、斑竹等。注意注意竹子是禾本竹子是禾本科纤维原科纤维原料料2 2、韧皮纤维原料、韧皮纤维原料 树皮类：桑皮、构皮、棉杆皮、檀皮、雁皮、棉杆皮树皮类：桑皮、构皮、棉杆皮、檀皮、雁皮、棉杆皮 麻类：红麻、大麻、黄麻、青麻、亚麻、苎麻等麻类：红麻、大麻、黄麻、青麻、亚麻、苎麻等桑树桑树亚麻亚麻构树构树棉秆皮棉秆皮3 3、籽毛类纤维原料、籽毛类纤维原料 棉花、棉短绒及棉质破布等。棉花、棉短绒及棉质破布等。4 4、叶部纤维原料、叶部纤维原料 龙须草、甘蔗叶、香蕉叶、龙舌兰麻等。龙

5、须草、甘蔗叶、香蕉叶、龙舌兰麻等。棉花棉花甘蔗叶甘蔗叶香蕉叶香蕉叶棉杆棉杆半木材半木材纤维原纤维原料料打浆初期，P层及S1层破裂引起纤维表面微细纤维化。筛管伴胞强度差，材料在干燥过程中就被破坏。靠外周的维管束较小，但维管束分布的密度大；聚合度较低；玉米秆、高梁秆纤维含量很低，杂细胞含量很高。瘤层（warty-layer)：部分材种的S3层内表面上存在瘤层。木材 非木材晚材率年轮中晚材宽度年轮总宽度1、含少量果胶质、蜡，灰分较少5、什么是“树脂障碍”？次生壁是细胞壁的主体，给植株以刚性和抗风能力。是具有共同性质的一类物质的总称。2）禾本科原料的导管细胞含量高，直径比纤维细胞大的多。薄壁细胞含量高

6、，是禾本科原料的一大缺点。蔗渣通过两段除髓，使除髓率达到30左右，可使成纸的强度及形态的稳定性获得显著改善。晚材率低：易打浆，抗张、耐破强度高，纸质匀细，因早材壁薄、弹性好、柔软，故纤维结合力高。与产品的产量和质量有密切关系火炬松等。b、原料不同、位置不同、年龄不同，灰分含量以及灰分中各种元素的比例不同，与植物生长环境也有关系；3、造纸原料中的灰分对制浆造纸生产有何影响？第二节第二节 植物纤维原料的化学组成植物纤维原料的化学组成l利用原料、制定生产工艺条件的基本依据利用原料、制定生产工艺条件的基本依据l与产品的产量和质量有密切关系与产品的产量和质量有密切关系l影响生产过程及综合利用等方面影响生

7、产过程及综合利用等方面造纸植物纤维原料的化学组成造纸植物纤维原料的化学组成造纸植物纤维原料造纸植物纤维原料 少量组分少量组分 细胞壁的主要组分细胞壁的主要组分 有机物有机物 无机物无机物 木素木素 碳水化合物碳水化合物 有机溶剂抽出物有机溶剂抽出物 纤维素纤维素 半纤维素半纤维素造纸植物纤维原料 少量组分（低分子量物质）细胞壁的主要组分（高分子量物质）木素碳水化合物纤维素半纤维素有机物无机物（灰分）有机溶剂抽出物水解产物D葡萄糖水解获得各种单体芳香族化合物（酚类）萜烯类脂肪酸蜡醇类树脂酸 己糖（D葡萄糖）（D甘露糖）（D半乳糖）戊糖（D木糖）（D阿拉伯糖）糖醛酸乙酰基造纸植物纤维原料的化学组成

8、组成一、主要化学组成一、主要化学组成纤维素半纤维素木素微细纤维纤维细胞壁的网状骨架填充在纤维之间和微细纤维之间的粘合剂和 填充剂原料总质量的8095常用三类原料的主要化学成分比较常用三类原料的主要化学成分比较 项目项目单位单位软木软木硬木硬木禾本科禾本科纤维素纤维素 454542半纤维素半纤维素 263440 其中：其中：葡萄糖葡萄糖-甘露糖甘露糖1650 木糖木糖92533木素木素2921171.纤维素纤维素 纤维素结构：纤维素结构：是由是由D葡萄糖基通过葡萄糖基通过1，4-苷键连接而苷键连接而成的线状高分子化合物。成的线状高分子化合物。纤维素是不溶于水的均一聚糖。纤维素是不溶于水的均一聚糖

9、。聚合度：聚合度：纤维素分子中的纤维素分子中的,D葡萄糖基含量（数目）即为葡萄糖基含量（数目）即为纤维素分子的聚合度（纤维素分子的聚合度（DP）。）。天然状态下，木材的纤维素分子链长度约为天然状态下，木材的纤维素分子链长度约为5000nm，相应的平均聚合度约为相应的平均聚合度约为10000；棉花纤维素的聚合度稍；棉花纤维素的聚合度稍高，高，15000左右；草类纤维素的平均聚合度稍低。左右；草类纤维素的平均聚合度稍低。化学制浆时，经过蒸煮、漂白，纤维素的聚合度受化学制浆时，经过蒸煮、漂白，纤维素的聚合度受到化学药剂的作用而下降。到化学药剂的作用而下降。原料的原料的纤维素含量高低，是评价原料的制浆

10、造纸价纤维素含量高低，是评价原料的制浆造纸价值的基本依据值的基本依据。2.2.半纤维素半纤维素 半纤维素是由多种糖基、糖醛酸基所组成，分子半纤维素是由多种糖基、糖醛酸基所组成，分子中常带有支链，是一群复合聚糖的总称。中常带有支链，是一群复合聚糖的总称。常见的糖基有木糖基、葡萄糖基、甘露糖基、半常见的糖基有木糖基、葡萄糖基、甘露糖基、半乳糖基、阿拉伯糖基、鼠李糖基等。乳糖基、阿拉伯糖基、鼠李糖基等。糖醛酸基（半乳糖醛酸基、葡萄糖醛酸基等）。糖醛酸基（半乳糖醛酸基、葡萄糖醛酸基等）。乙酰基乙酰基结构：结构：非纤维素的碳水化合物。非纤维素的碳水化合物。（1）半纤维素不是均一聚糖；）半纤维素不是均一聚

11、糖；（2）分子中带有支链，不是线状分子；）分子中带有支链，不是线状分子；（3）不是一种物质，是一类物质。）不是一种物质，是一类物质。注意注意半纤维素的特点：半纤维素的特点：是无定形物质，填充在纤维之间和微细纤维之间；是无定形物质，填充在纤维之间和微细纤维之间；聚合度较低；聚合度较低；容易吸水润胀。容易吸水润胀。半纤维素与制浆造纸的关系：半纤维素与制浆造纸的关系：由于半纤维素容易吸水润胀，所以对于一般造纸由于半纤维素容易吸水润胀，所以对于一般造纸用浆来说，保留一定量的半纤维素，有利于打浆，节用浆来说，保留一定量的半纤维素，有利于打浆，节省打浆动力消耗，提高纸页的结合强度，故在符合纸省打浆动力消耗

12、，提高纸页的结合强度，故在符合纸张质量的条件下，应尽量多保留半纤维素，以提高得张质量的条件下，应尽量多保留半纤维素，以提高得率，降低成本。率，降低成本。定义：定义：木素是由木素是由苯基丙烷苯基丙烷结构单元（即结构单元（即C6-C3单元）单元）通过通过醚键醚键、碳碳-碳碳键联接而成的键联接而成的具有三维空间具有三维空间结构结构的的芳香族高分子化合物芳香族高分子化合物。是具有共同性质的是具有共同性质的一类一类物质物质的总称。的总称。木素含量：木素含量：针叶材针叶材阔叶材阔叶材禾本科禾本科棉花。棉花。3.木素木素苯基丙烷结构单元苯基丙烷结构单元COOCH3H3COOHCCCCCCOOCH3CC模模型

13、型化化合合物物模模型型化化合合物物模模型型化化合合物物 木素是填充在胞间层及微细纤维之间的木素是填充在胞间层及微细纤维之间的“填充剂填充剂”和和“粘合剂粘合剂”。G S H木素与制浆造纸的关系木素与制浆造纸的关系1、木素原料及纸浆的颜色的主要来源。、木素原料及纸浆的颜色的主要来源。2、木素含量是制定蒸煮及漂白工艺条件的重要依、木素含量是制定蒸煮及漂白工艺条件的重要依据，决定着化学制浆的难易及化学药品的用量。据，决定着化学制浆的难易及化学药品的用量。例如：禾本科原料木素含量低，容易蒸煮，例如：禾本科原料木素含量低，容易蒸煮，而木材原料较难蒸煮。而木材原料较难蒸煮。3、木素对纸张的不透明度有利。、

14、木素对纸张的不透明度有利。(纤维素、半纤维素、木素)打浆初期，P层及S1层破裂引起纤维表面微细纤维化。5，禾本科原料的灰分多数在25；1、针叶材（needle leaved wood/soft wood）晚材率低：易打浆，抗张、耐破强度高，纸质匀细，因早材壁薄、弹性好、柔软，故纤维结合力高。后生导管：梯形、网纹状管胞是针叶木输导水分的组织和唯一的支持组织。对蜡、脂肪的溶解能力较低，但能与水相混溶，能溶解单宁、色素、部分碳水化合物和微量木素。壁腔比太小，纤维本身的强度太差，成纸强度不高；4）纤维短小，成纸匀度高。b、原料不同、位置不同、年龄不同，灰分含量以及灰分中各种元素的比例不同，与植物生长环

15、境也有关系；6、“硅干扰”形成的原因是什么？第三节 木材纤维原料的生物结构及细胞形态氯化法(1937年)桉木、榉木、楹木、相思木等壁厚，腔小，由表皮细胞及皮下纤维层构成。灰分成分 CaO、K2O、MgO SiO2b、硅干扰：原料中的硅，在碱法制浆过程中形成Na2SiO3，溶于黑液中，造成黑液粘度升高，洗浆时黑液提取率降低，给黑液的蒸发、燃烧、苛化、白泥回收等过程带来麻烦。边材是由活细胞组成的，细胞中贮存的营养分较多，故易被细菌、害虫所侵害。横切面：纤维细胞、纵向树脂道等的横切面，木射线的纵切面。与纤维素有关的几个概念与纤维素有关的几个概念1、综纤维素、综纤维素 氯化法、亚氯酸钠法、二氧化氯法、

16、过醋酸氯化法、亚氯酸钠法、二氧化氯法、过醋酸法法2、克贝纤维素、克贝纤维素3、硝酸乙醇纤维素、硝酸乙醇纤维素4 4、-纤维素、纤维素、-纤维素、纤维素、-纤维素、纤维素、工业工业半纤维素半纤维素1 1、综纤维素：（、综纤维素：（HoloHolocellulosecellulose）（总纤维素或全）（总纤维素或全纤维素）纤维素）指造纸植物纤维原料除去抽出物和木素后留指造纸植物纤维原料除去抽出物和木素后留下的部分，即纤维素与半纤维素之和。下的部分，即纤维素与半纤维素之和。综纤维素制备四法综纤维素制备四法:(:(先抽提，再除去木素先抽提，再除去木素)氯化法氯化法(1937(1937年年)亚氯酸纳法（

17、亚氯酸纳法（19421942年）年）二氧化氯法（二氧化氯法（19211921年年)过醋酸法过醋酸法 2 2、克、克-贝纤维素贝纤维素(C.B(C.B纤维素纤维素)3 3、硝酸乙醇纤维素、硝酸乙醇纤维素 说明说明：a.a.同一原料不同方法所获得的纤维素比较：同一原料不同方法所获得的纤维素比较：综纤维素综纤维素 克贝纤维素克贝纤维素 硝酸硝酸-乙醇纤维素乙醇纤维素 （含（含0.1-0.3%0.1-0.3%木素，（纤维素发生水解降木素，（纤维素发生水解降 半纤维素亦有溶出）半纤维素亦有溶出）大部分半纤维素水解）大部分半纤维素水解）b.b.制备纤维素时，除了给出量值外还必须给出制备纤维素时，除了给出量

18、值外还必须给出 分离方法。分离方法。4、-纤维素、纤维素、-纤维素、纤维素、-纤维素、工业半纤纤维素、工业半纤 维素维素-纤维素：纤维素及抗碱的半纤维素纤维素：纤维素及抗碱的半纤维素综纤维素或漂白化学浆综纤维素或漂白化学浆不溶于碱的部分不溶于碱的部分醋酸中和后醋酸中和后沉淀的部分沉淀的部分醋酸中和后醋酸中和后不沉淀的部分不沉淀的部分-纤维素：高度降解纤维素：高度降解的纤维素及半纤维素的纤维素及半纤维素-纤维素：全为半纤维素纤维素：全为半纤维素溶于碱的部分溶于碱的部分工业半纤维素工业半纤维素说明：工业半纤维素中含有残留的天然半纤维素和制浆过程中纤维素的降说明：工业半纤维素中含有残留的天然半纤维素

19、和制浆过程中纤维素的降解产物。解产物。+二、二、少量成分及其对制浆造纸生产的影响少量成分及其对制浆造纸生产的影响（1）抽出物）抽出物 抽提剂：水、碱、丙酮、乙醚、乙醇、苯抽提剂：水、碱、丙酮、乙醚、乙醇、苯-醇混醇混合液等。合液等。抽出物：无机盐、糖类、植物碱、单宁、色素、抽出物：无机盐、糖类、植物碱、单宁、色素、淀粉、果胶质、脂肪、脂肪酸、树脂、树脂酸、淀粉、果胶质、脂肪、脂肪酸、树脂、树脂酸、酚类物质、蜡、香精油等。酚类物质、蜡、香精油等。l水抽出物水抽出物 无机盐类、糖、植物碱、单宁、色素、多糖类物质无机盐类、糖、植物碱、单宁、色素、多糖类物质（树胶、粘液、淀粉、果胶质）。（树胶、粘液、

20、淀粉、果胶质）。l碱碱 除溶出能被水溶出的物质外，还可以溶出部分木素、除溶出能被水溶出的物质外，还可以溶出部分木素、聚戊糖、树脂酸、糖醛酸等。聚戊糖、树脂酸、糖醛酸等。l乙醚抽出物乙醚抽出物 脂肪、脂肪酸、树脂、蜡及不挥发的碳氢化合物。脂肪、脂肪酸、树脂、蜡及不挥发的碳氢化合物。但乙醚沸点低，易挥发、散失，蒸发时易发生爆炸。但乙醚沸点低，易挥发、散失，蒸发时易发生爆炸。l苯苯 溶解树脂、蜡、脂肪及香精油的能力甚强，但对含溶解树脂、蜡、脂肪及香精油的能力甚强，但对含水试样渗透性差。水试样渗透性差。l乙醇乙醇 对蜡、脂肪的溶解能力较低，但能与水相混溶，能对蜡、脂肪的溶解能力较低，但能与水相混溶，能

21、溶解溶解单宁、色素、部分碳水化合物和微量木素。单宁、色素、部分碳水化合物和微量木素。l苯苯-醇混合液醇混合液 能溶解乙醚溶解的全部物质，果胶质、单宁、色素能溶解乙醚溶解的全部物质，果胶质、单宁、色素等也可溶解。等也可溶解。（2）不同原料的有机溶剂抽出物）不同原料的有机溶剂抽出物1、针叶材的抽出物、针叶材的抽出物 松香酸、萜烯类化合物、脂肪酸及不皂化物等。松香酸、萜烯类化合物、脂肪酸及不皂化物等。2、阔叶材的抽出物、阔叶材的抽出物 含量少：脂肪酸、中性物等，一般在含量少：脂肪酸、中性物等，一般在1%以下。以下。3、禾本科原料抽出物、禾本科原料抽出物 比木材的更低：蜡质、高级脂肪酸、高级醇比木材的

22、更低：蜡质、高级脂肪酸、高级醇有机溶剂抽出物与纸浆生产、有机溶剂抽出物与纸浆生产、木材加工的关系木材加工的关系抽出物对纸浆生产的影响抽出物对纸浆生产的影响 1 1、制浆过程中，抽出物含量高会阻碍药液的浸透；、制浆过程中，抽出物含量高会阻碍药液的浸透；2 2、碱法制浆中，抽出物中的酸与碱反应生成皂；部分抽、碱法制浆中，抽出物中的酸与碱反应生成皂；部分抽出物的存在有助于提高脱木素速率。出物的存在有助于提高脱木素速率。3 3、在酸法制浆过程中，抽出物被加热、软化成油状物，、在酸法制浆过程中，抽出物被加热、软化成油状物，漂浮在浆水体系中，粘附在浆池壁、管道内壁、毛毯等漂浮在浆水体系中，粘附在浆池壁、管

23、道内壁、毛毯等地方，给生产带来不良影响，造成地方，给生产带来不良影响，造成“树脂障碍树脂障碍”。4 4、抽出物使浆难于漂白，漂剂消耗增加，既防碍漂浆白、抽出物使浆难于漂白，漂剂消耗增加，既防碍漂浆白度的提高又助长返黄。度的提高又助长返黄。树树 脂l“树脂障碍树脂障碍”：酸法制浆时，抽出物被加热软化成油状物，漂酸法制浆时，抽出物被加热软化成油状物，漂浮在浆水体系中，容易在制浆造纸的过程中，粘浮在浆水体系中，容易在制浆造纸的过程中，粘附到浆池壁、管道内壁、流浆箱、毛毯、烘缸、附到浆池壁、管道内壁、流浆箱、毛毯、烘缸、铜网、纸张上，给生产过程及纸浆质量带来一系铜网、纸张上，给生产过程及纸浆质量带来一

24、系列不良的影响，称为列不良的影响，称为“树脂障碍树脂障碍”。稻草茎杆壁薄，结构疏松，且木素含量少，药液易于浸透，易蒸煮、易漂白。作用：保护植株的内部器官。2、碱法制浆中，抽出物中的酸与碱反应生成皂；禾本科原料分为620多个属，至少10000多种，中国约有190多属。氯化法(1937年)禾秆的横切面构造同一原料不同方法所获得的纤维素比较：2细胞单壁厚度/细胞腔直径横切面：1、导管 2、木纤维（成四边形或多边形）维管束散生在基本组织中。3、宽带状的木射线。木质部中靠边缘的，颜色较浅的部分，称边材。次生壁是细胞壁的主体，给植株以刚性和抗风能力。薄壁细胞含量高，是禾本科原料的一大缺点。分为外层(S1)

25、、中层(S2)、内层(S3)。晚材率年轮中晚材宽度年轮总宽度竹子纤维含量较高，杂细胞含量较低。禾本科原料含纤维低：4070（面积法）松木含有大量的树脂松木含有大量的树脂树脂引起的纸病树脂引起的纸病树脂在吸水箱上的沉积树脂在吸水箱上的沉积树脂沉积在烘干表面树脂沉积在烘干表面生产过程的树脂障碍生产过程的树脂障碍1 1、概念、概念 把原料样品在把原料样品在105105左右干燥后，在左右干燥后，在750750左右左右的高温炉中处理，的高温炉中处理，C C、H H、O O、S S等以气态化合物等以气态化合物形式散失，剩下即为灰分形式散失，剩下即为灰分。2 2、木材、非木材灰分比较、木材、非木材灰分比较

26、木材木材 非木材非木材灰分成分灰分成分 CaO、K2O、MgO SiO2含量含量 2%(竹竹1%，稻草，稻草1015%)（3）灰分）灰分说明：说明：a a、大多数木材原料灰分为、大多数木材原料灰分为0.30.30.50.5，禾本科原，禾本科原料的灰分多数在料的灰分多数在2 25 5；b b、原料不同、位置不同、年龄不同，灰分含量、原料不同、位置不同、年龄不同，灰分含量以及灰分中各种元素的比例不同，与植物生长以及灰分中各种元素的比例不同，与植物生长环境也有关系；环境也有关系；c c、原料中灰分是呈氧化物状态的矿物质元素。、原料中灰分是呈氧化物状态的矿物质元素。对纸浆的影响：对纸浆的影响：a a、

27、灰分对普通化学浆的质量没有什么影响，只对生产人造丝浆、灰分对普通化学浆的质量没有什么影响，只对生产人造丝浆和电容器纸产生不良影响。和电容器纸产生不良影响。对碱回收的影响：对碱回收的影响：b b、硅干扰：原料中的硅，在碱法制浆过程中形成、硅干扰：原料中的硅，在碱法制浆过程中形成NaNa2 2SiOSiO3 3，溶于黑，溶于黑液中，造成黑液粘度升高，洗浆时黑液提取率降低，给黑液的蒸液中，造成黑液粘度升高，洗浆时黑液提取率降低，给黑液的蒸发、燃烧、苛化、白泥回收等过程带来麻烦。蒸发时造成结垢；发、燃烧、苛化、白泥回收等过程带来麻烦。蒸发时造成结垢；燃烧时由于燃烧时由于NaNa2 2SiOSiO3 3

28、熔点高，造成熔点高，造成NaNa2 2COCO3 3挥发，引起碱的损失；苛挥发，引起碱的损失；苛化时造成澄清困难。故草浆黑液碱回收受到制约。化时造成澄清困难。故草浆黑液碱回收受到制约。（了解）对漂白的影响：（了解）对漂白的影响：c c、CuCu、FeFe、Mn Mn 在过氧化氢、氧气、臭氧漂白时分解漂白剂、降在过氧化氢、氧气、臭氧漂白时分解漂白剂、降解碳水化合物，降低漂白效果。解碳水化合物，降低漂白效果。d d、适量、适量CaCa、MgMg离子稳定漂白剂，保护碳水化合物；但过量又会使离子稳定漂白剂，保护碳水化合物；但过量又会使木素稳定，降低纸浆白度。木素稳定，降低纸浆白度。灰分对制浆造纸的影响

29、灰分对制浆造纸的影响 1、水溶性、水溶性:a、部分水溶羧基被中和成盐 b、不溶性的多价金属离子作用，网状结构（4）果胶质）果胶质2、性质：、性质：支链特性、支链特性、OCH3数量、聚合度（数量、聚合度（DP）3、粘度：、粘度：DP粘度粘度4、位置：、位置：主要存在于胞间层，是细胞间的粘结物质。也主要存在于胞间层，是细胞间的粘结物质。也存在于细胞壁中，特别是初生壁中。存在于细胞壁中，特别是初生壁中。5、含量：、含量：韧皮纤维中果胶质的含量较高韧皮纤维中果胶质的含量较高 木材和草类原料中果胶质含量较少木材和草类原料中果胶质含量较少常用造纸植物纤维原料比较常用造纸植物纤维原料比较 针叶木针叶木 阔叶

30、木阔叶木 禾本科禾本科纤维素纤维素 高高 次之次之 最少最少半纤维素半纤维素 低低 次之次之 最高最高木素含量木素含量 高高 次之次之 最少最少*除竹类外除竹类外棉花及棉短绒棉花及棉短绒1、含少量果胶质、蜡，灰分较少、含少量果胶质、蜡，灰分较少2、制浆：主要脱脂，用碱皂化脱除、制浆：主要脱脂，用碱皂化脱除 碱法制浆：浆料几乎碱法制浆：浆料几乎100纤维素纤维素韧皮纤维原料韧皮纤维原料1、麻类：、麻类：a、纤维素含量高，、纤维素含量高，65 b、木素含量低；（青麻、黄麻稍高）、木素含量低；（青麻、黄麻稍高）c、果胶质含量高，制浆主要任务是脱果胶、碱、果胶质含量高，制浆主要任务是脱果胶、碱法制浆。

31、法制浆。2、树皮类：桑皮、树皮类：桑皮 a、纤维少、木素多；、纤维少、木素多；b、灰分含量高、灰分含量高 c、果胶质含量高，碱法制浆、果胶质含量高，碱法制浆木素含量及组成上的差异造成三种原料在生木素含量及组成上的差异造成三种原料在生产工艺上的差异产工艺上的差异 禾本科原料：较易蒸煮、漂白，生产工艺条件需禾本科原料：较易蒸煮、漂白，生产工艺条件需温和些；温和些；针叶材原料：较难蒸煮、漂白，生产工艺条件需针叶材原料：较难蒸煮、漂白，生产工艺条件需强烈些；强烈些；阔叶材原料：制浆、漂白难易的程度介于禾本科阔叶材原料：制浆、漂白难易的程度介于禾本科原料和针叶材原料之间。原料和针叶材原料之间。半纤维素含

32、量对制浆造纸工艺、产品的产量及质半纤维素含量对制浆造纸工艺、产品的产量及质量等的影响量等的影响 半纤维素含量高的原料，碱法浆的得半纤维素含量高的原料，碱法浆的得率高，纸浆易吸水润胀，成纸具有紧度率高，纸浆易吸水润胀，成纸具有紧度高、透明度高等特点。高、透明度高等特点。有机溶剂抽出物的影响有机溶剂抽出物的影响 其含量高时，既赋予原料特有的颜色、特其含量高时，既赋予原料特有的颜色、特殊用途及经济价值；殊用途及经济价值；制浆生产及工艺操作；制浆生产及工艺操作；废液回收；废液回收；纸浆漂白及白度稳定性。纸浆漂白及白度稳定性。思考题思考题1 1、造纸植物纤维原料分为几类？列举出代表性植物。、造纸植物纤维

33、原料分为几类？列举出代表性植物。2 2、植物纤维原料中的有机溶剂抽出物对制浆造纸有何、植物纤维原料中的有机溶剂抽出物对制浆造纸有何影响？影响？3 3、造纸原料中的灰分对制浆造纸生产有何影响？、造纸原料中的灰分对制浆造纸生产有何影响？4 4、纤维素、半纤维素、木素与制浆造纸的关系如何？、纤维素、半纤维素、木素与制浆造纸的关系如何？5 5、什么是、什么是“树脂障碍树脂障碍”？6 6、“硅干扰硅干扰”形成的原因是什么？形成的原因是什么？第三节第三节 木材纤维原料的生物结构及细木材纤维原料的生物结构及细胞形态胞形态1.木材解剖的三个切面木材解剖的三个切面横切面横切面径切面径切面弦切面弦切面一、树木的粗

34、视结构一、树木的粗视结构2.2.树心树心 木材中心部位，是由树木的髓木材中心部位，是由树木的髓和第一年的初生木质部所组成的。和第一年的初生木质部所组成的。细胞种类为薄壁细胞。细胞种类为薄壁细胞。3.3.树皮树皮内皮内皮由活细胞组成，属韧皮部。由活细胞组成，属韧皮部。外皮外皮已经死亡的木栓细胞组成。已经死亡的木栓细胞组成。有些树皮含纤维量高，可用于制浆造有些树皮含纤维量高，可用于制浆造纸。纸。4.形成层形成层l位于韧皮部和木质部之间的细胞位于韧皮部和木质部之间的细胞l树木发育、生长的源泉树木发育、生长的源泉l由具有分裂机能的分生细胞组成的一个薄层，由由具有分裂机能的分生细胞组成的一个薄层，由6-

35、86-8层细胞组成，其中只有一层是具有长期分生能力的原层细胞组成，其中只有一层是具有长期分生能力的原始细胞。始细胞。l向内分裂产生木质部细胞，向外分裂产生树皮细胞。向内分裂产生木质部细胞，向外分裂产生树皮细胞。5、木质部、木质部l木质部：形成层和树心之间的部分，即树木的木质部：形成层和树心之间的部分，即树木的木材部分。木材部分。l年轮：年轮：在树木茎的横切面上，木质部上具有许多同在树木茎的横切面上，木质部上具有许多同心圆环，即为生长轮。生长轮是由于形成层在心圆环，即为生长轮。生长轮是由于形成层在一个生长周期中的周期性活动形成的。一个生长周期中的周期性活动形成的。一年中只长出一个生长轮，故称年轮

36、。一年中只长出一个生长轮，故称年轮。l春材（早材）、秋材（夏材、晚材）春材（早材）、秋材（夏材、晚材）春材：春、夏季，细胞分裂快，生长迅速，形成的春材：春、夏季，细胞分裂快，生长迅速，形成的细胞壁薄，腔大，色浅，木质疏松。细胞壁薄，腔大，色浅，木质疏松。秋材：秋季，细胞分裂慢，生长慢，所形成的细胞秋材：秋季，细胞分裂慢，生长慢，所形成的细胞较细长，壁厚，腔小，色深，木质紧密。较细长，壁厚，腔小，色深，木质紧密。纤维纤维腔壁腔壁长度长度树脂树脂含量含量颜色颜色 材质材质 强度强度 纤维纤维硬度硬度春材春材腔大腔大壁薄壁薄较短较短较低较低色浅色浅 疏松疏松 较差较差 柔软柔软秋材秋材腔小腔小壁厚壁

37、厚较长较长较高较高色深色深 紧密紧密 较高较高 硬挺硬挺晚材率年轮中晚材宽度年轮总宽度晚材率年轮中晚材宽度年轮总宽度对制浆造纸的影响：对制浆造纸的影响：晚材率低：易打浆，抗张、耐破强度高，纸质晚材率低：易打浆，抗张、耐破强度高，纸质匀细，因早材壁薄、弹性好、柔软，故纤维结匀细，因早材壁薄、弹性好、柔软，故纤维结合力高。合力高。晚材率高：除撕裂度高外，透气度大，其它物晚材率高：除撕裂度高外，透气度大，其它物理强度指标均不及早材。纸质挺硬，结合强度理强度指标均不及早材。纸质挺硬，结合强度差。差。早晚材的比例是造纸用材着重考虑的重要指早晚材的比例是造纸用材着重考虑的重要指标之一，特别是针叶木。标之一

38、，特别是针叶木。l心材、边材心材、边材心材心材(heart wood)(heart wood)：木质部中靠树心部分，被树脂、单宁等物质填充木质部中靠树心部分，被树脂、单宁等物质填充而失去生理活性，变成死细胞。而失去生理活性，变成死细胞。作用：支撑作用作用：支撑作用特点：颜色深、树脂含量高，抗腐能力强、耐久性好、特点：颜色深、树脂含量高，抗腐能力强、耐久性好、浸透性差，适用于制家具及建筑装修等行业。浸透性差，适用于制家具及建筑装修等行业。对制浆造纸的影响：对制浆造纸的影响：制浆时，药液浸透较困难，将会影响蒸煮的均制浆时，药液浸透较困难，将会影响蒸煮的均匀性，降低浆的质量；酸法制浆时极易产生树脂障

39、碍匀性，降低浆的质量；酸法制浆时极易产生树脂障碍及由于浸透不均匀而产生及由于浸透不均匀而产生“黑片黑片”等问题。等问题。边材：边材：木质部中靠边缘的，颜色较浅的部分，木质部中靠边缘的，颜色较浅的部分，称边材。称边材。材质较软，孔道通畅，抗腐蚀性能较差，材质较软，孔道通畅，抗腐蚀性能较差，用于制浆时易于浸透、易成浆，泡沫也较少；用于制浆时易于浸透、易成浆，泡沫也较少；纤维长度较大，是制浆造纸的好原料。纤维长度较大，是制浆造纸的好原料。边材是由活细胞组成的，细胞中贮存的边材是由活细胞组成的，细胞中贮存的营养分较多，故易被细菌、害虫所侵害。营养分较多，故易被细菌、害虫所侵害。二、植物纤维细胞壁的构造

40、二、植物纤维细胞壁的构造 植物纤维的显著特征之一是具有细胞壁。细胞壁由植物纤维的显著特征之一是具有细胞壁。细胞壁由原生质体所分泌的物质形成。原生质体所分泌的物质形成。根据细胞壁的形成的先后、化学组成和结构方面的根据细胞壁的形成的先后、化学组成和结构方面的不同，细胞壁可分为胞间层、初生壁和次生壁，细胞壁不同，细胞壁可分为胞间层、初生壁和次生壁，细胞壁上还有纹孔。上还有纹孔。v纹孔：纹孔：植物细胞壁在次生壁增厚过程中，并不是整个细植物细胞壁在次生壁增厚过程中，并不是整个细胞壁均匀增厚，其未增厚部分的细胞壁较薄，在显微镜胞壁均匀增厚，其未增厚部分的细胞壁较薄，在显微镜下像个小孔，称为下像个小孔，称为

41、纹孔纹孔。了解1 1、胞间层（中间层，胞间层（中间层，middle lamella,ML）:细胞分裂时在两个新细胞之间形成的一层薄膜。细胞分裂时在两个新细胞之间形成的一层薄膜。(木素、果胶木素、果胶)2 2、初生壁（初生壁（primary wall，P层）：纤维素、半纤维层）：纤维素、半纤维素等物质在胞间层的内侧沉积形成。具有柔软性和素等物质在胞间层的内侧沉积形成。具有柔软性和可塑性，厚度仅有可塑性，厚度仅有0.1m。(纤维素、半纤维素、木纤维素、半纤维素、木素素)3 3、次生壁（次生壁（secondary wall，S层）：原生质体所分泌层）：原生质体所分泌的纤维素等产物在初生壁内侧沉积形成

42、，厚度在的纤维素等产物在初生壁内侧沉积形成，厚度在510m。分为外层。分为外层(S1)、中层、中层(S2)、内层、内层(S3)。l次生壁是细胞壁的主体，给植株以刚性和抗次生壁是细胞壁的主体，给植株以刚性和抗风能力。风能力。l所有植物细胞都具有初生壁，但并不都具有所有植物细胞都具有初生壁，但并不都具有次生壁。正常的纤维细胞的细胞壁均是由次生壁。正常的纤维细胞的细胞壁均是由P、S1、S2、S3等层次所构成的。等层次所构成的。l细胞腔：细胞壁所包围形成的空腔称为细胞细胞腔：细胞壁所包围形成的空腔称为细胞腔。腔。l瘤层（瘤层（warty-layer)：部分材种的：部分材种的S3层内表面层内表面上存在瘤

43、层。（如南方松和马尾松）上存在瘤层。（如南方松和马尾松）纤维细胞壁的构造及微细结构纤维细胞壁的构造及微细结构0.1m 细胞壁各层可分为更薄的层次，整个细胞壁实际上是细胞壁各层可分为更薄的层次，整个细胞壁实际上是由许多同心薄层组成；润胀的纤维细胞壁由几百层同心层由许多同心薄层组成；润胀的纤维细胞壁由几百层同心层组成，每层厚度约为组成，每层厚度约为10nm，层间平均间隔为，层间平均间隔为3.5nm。三、针叶材的生物结构、细胞类型、含量及形态三、针叶材的生物结构、细胞类型、含量及形态针叶木三个切面针叶木三个切面l横切面：纤维细胞、纵向树脂道等的横切面，横切面：纤维细胞、纵向树脂道等的横切面，木射线的

44、纵切面。木射线的纵切面。l径切面径切面 ：纤维细胞、树脂道的径向切面、木：纤维细胞、树脂道的径向切面、木射线、纹孔。射线、纹孔。l弦切面：纤维细胞的纵切面；横向树脂道、弦切面：纤维细胞的纵切面；横向树脂道、大量木射线横向切面。大量木射线横向切面。针叶木中的细胞最主要是管胞，有少量的木射针叶木中的细胞最主要是管胞，有少量的木射线，一般不含导管。线，一般不含导管。1 1、管胞、管胞（1）针叶木的主要细胞，造纸上称为针叶木纤）针叶木的主要细胞，造纸上称为针叶木纤维，占总面积的维，占总面积的90-95%（面积法）。（面积法）。（2）呈纺锤状，两边呈钝圆或钝尖形，纵向生）呈纺锤状，两边呈钝圆或钝尖形，纵

45、向生长，与木射线垂直。长，与木射线垂直。（3）纤维长：）纤维长：3-5mm 宽：宽：40m。管胞是针叶木输导水分的组织和唯一的支管胞是针叶木输导水分的组织和唯一的支持组织。持组织。早材管胞：早材管胞：壁薄，腔大，壁薄，腔大，两端钝圆两端钝圆 纹孔大而多纹孔大而多 易变形，蒸煮后呈扁平带状。易变形，蒸煮后呈扁平带状。晚材管胞：晚材管胞：壁厚，腔小，壁厚，腔小，两端尖削两端尖削 纹孔小而少纹孔小而少 蒸煮后大多保持柱状。蒸煮后大多保持柱状。早材管胞2 2、木射线管胞和木射线薄、木射线管胞和木射线薄壁细胞壁细胞 木射线细胞占木材体木射线细胞占木材体积的积的5%-10%，壁薄而腔，壁薄而腔大，长度小，

46、呈长方形，大，长度小，呈长方形，沿径向排列，在木质部称沿径向排列，在木质部称为木射线，在韧皮部称为为木射线，在韧皮部称为韧皮射线；韧皮射线；木射线薄壁细胞：内木射线薄壁细胞：内含树脂含树脂。木射线管胞木射线管胞木射线薄木射线薄壁细胞壁细胞 树木生长过程中，射线细胞通过树木生长过程中，射线细胞通过纹孔纹孔与与其它细胞相通，起着横向流通及储存营养的其它细胞相通，起着横向流通及储存营养的作用；在蒸煮中，木射线有利于药液的扩散。作用；在蒸煮中，木射线有利于药液的扩散。针叶木的射线细胞体积甚小、长度极短，针叶木的射线细胞体积甚小、长度极短，无制浆造纸价值（洗涤时流失），量少，不无制浆造纸价值（洗涤时流失

47、），量少，不会对纸浆的质量产生不良影响。会对纸浆的质量产生不良影响。木薄壁组织的作用及与制浆造纸的关系木薄壁组织的作用及与制浆造纸的关系 3、树脂道（内含树脂）、树脂道（内含树脂）l树脂道是部分针叶木材独有的特征，是由若干树脂道是部分针叶木材独有的特征，是由若干个分泌细胞所围绕成形的一种胞间道，它不是个分泌细胞所围绕成形的一种胞间道，它不是一个细胞，也不是一个组织，而是细胞间隙，一个细胞，也不是一个组织，而是细胞间隙，中间充满树脂，故称树脂道。分为轴向（纵向中间充满树脂，故称树脂道。分为轴向（纵向树脂道）和径向（横向树脂道）。树脂道）和径向（横向树脂道）。l径向树脂道分布在一些木射线内径向树脂

48、道分布在一些木射线内,形状较小。形状较小。树脂道与制浆造纸的关系树脂道与制浆造纸的关系 由于树脂道内含树脂，所以制浆中会消耗化学由于树脂道内含树脂，所以制浆中会消耗化学药品，还会引起树脂障碍。药品，还会引起树脂障碍。具有正具有正常树脂道的常树脂道的针叶材有松针叶材有松属、落叶松属、落叶松属、云杉属、属、云杉属、油杉属和银油杉属和银杉属等；杉杉属等；杉木、冷杉、木、冷杉、柏木等则没柏木等则没有树脂道。有树脂道。四、阔叶材的生物结构、细胞类型、含四、阔叶材的生物结构、细胞类型、含量及形态量及形态 阔叶材中细胞的种类较多，包括木纤维、管胞、阔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

49、细胞。导管、木射线和薄壁细胞。横切面：横切面：1 1、导管、导管 2 2、木纤维（成四边形或多边形）、木纤维（成四边形或多边形）3 3、木射线薄壁细胞、木射线薄壁细胞 4 4、木薄壁细胞、木薄壁细胞 径切面：径切面：1 1、木纤维侧壁及其上单纹孔。、木纤维侧壁及其上单纹孔。2 2、导管及其上的具缘纹孔。、导管及其上的具缘纹孔。3 3、宽带状的木射线。、宽带状的木射线。弦切面：弦切面：1 1、木纤维及导管的侧壁。、木纤维及导管的侧壁。2 2、纺锤状的木射线细胞。、纺锤状的木射线细胞。1、木纤维、木纤维、即纤维细胞，是阔叶材的最主要细胞和支即纤维细胞，是阔叶材的最主要细胞和支持组织。持组织。、木纤

50、维长：木纤维长：1mm1mm左右左右 宽：宽：2020mm；由于其；由于其长度短，直径小，因此阔叶木浆不适于单独长度短，直径小，因此阔叶木浆不适于单独抄造高强度纸张。抄造高强度纸张。、阔叶材中的纤维细胞含量低：、阔叶材中的纤维细胞含量低：60608080。因此其制浆造纸价值不如针叶材。因此其制浆造纸价值不如针叶材。阔叶材中的管胞数量少，形态与针叶木管胞相似。阔叶材中的管胞数量少，形态与针叶木管胞相似。2、管胞、管胞3、导管、导管 导管是阔叶材中的水分输导组织，导管是阔叶材中的水分输导组织，是由直径很大是由直径很大的管状细胞的端壁相连接而成。的管状细胞的端壁相连接而成。形态：形态：鼓状、圆柱状、