《制浆工艺及设备》教案.ppt

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1、 制浆技术制浆技术课件课件 学习本课程的目的学习本课程的目的l职业能力目标职业能力目标 l知识目标知识目标 l职业素质目标职业素质目标 如何学好本课程如何学好本课程l兴趣引导兴趣引导l愉快学习愉快学习l抓住重点抓住重点l聪明秘决聪明秘决l加强实训加强实训l互问交流互问交流l读书笔记读书笔记 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 学习目标学习目标知识目标知识目标能力目标能力目标素质目标素质目标1 1原料种类及常用原料原料种类及常用原料2 2纤维细胞及非纤维细纤维细胞及非纤维细 胞的界定胞的界定3 3原料主要化学组成及特征原料主要化学组成及特征4 4常用原料的细胞组

2、成、生常用原料的细胞组成、生物结构、微细结构物结构、微细结构5 5形态对纸张性能影响形态对纸张性能影响6 6不同原料抄造的纸张应具不同原料抄造的纸张应具有的基本特性有的基本特性 7 7三大组分的化学结构三大组分的化学结构8 8在制浆过程中的化学行为在制浆过程中的化学行为9 9如何有效去除木素如何有效去除木素1010如何保护碳水化合物如何保护碳水化合物 1 1广东造纸工业发展前景广东造纸工业发展前景 2 2能进行项目能进行项目1.11.1木素含量测木素含量测 定；定；1.21.2观察纤维形态；观察纤维形态； 1.31.3测量纤维长度测量分析测量纤维长度测量分析3 3能评价常用原料基本性能能评价常

3、用原料基本性能 和和优劣优劣4 4能依据不同产品选择原料能依据不同产品选择原料 和配比和配比 5 5认知各种常用原料木素含量，认知各种常用原料木素含量，并由此推断它们的蒸煮特性并由此推断它们的蒸煮特性6 6在制浆蒸煮和漂白过程中能在制浆蒸煮和漂白过程中能 提出保护纤维素的工艺方案提出保护纤维素的工艺方案 1 1、敬岗爱业、敬岗爱业2 2、团队协作、团队协作3 3、吃苦耐劳、吃苦耐劳 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 1 1 项目项目1.1 1.1 造纸产业的发展现状及前景造纸产业的发展现状及前景 造纸术为我国古代四大发明之一。造纸术为我国古代四大发明之一。

4、但曾有国际的纷争和国内的混乱。但曾有国际的纷争和国内的混乱。 制浆制浆生产生产过程过程：主要的：主要的5 5项学习内容。项学习内容。 制浆方法制浆方法：分化学法分化学法、机械法机械法、化学机械法化学机械法备料备料筛选、净化筛选、净化蒸煮或磨浆蒸煮或磨浆洗涤洗涤漂白漂白 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 1 1 本专业行业状况：本专业行业状况： 1 1、原料状况原料状况：国际上以木为主、以草为辅。：国际上以木为主、以草为辅。 我国的情况倒挂。现正在努力纠正。我国的情况倒挂。现正在努力纠正。 2 2、废纸利用情况废纸利用情况：全球废纸平均回收率约：全球废纸平均回

5、收率约5555。 我国我国的回收率的回收率略高于略高于3030，但利用率，但利用率接近接近5555。 3 3、产量情况产量情况：全球：全球20072007纸和纸板纸和纸板年年总产量约总产量约4 4亿吨，我国亿吨，我国年年 总产量超总产量超73507350万吨。己经超越日本，屈居世界万吨。己经超越日本，屈居世界 第二。国内五甲的名次是山东、渐江、第二。国内五甲的名次是山东、渐江、 广东、广东、 河南、江苏。河南是草浆大省，而渐江和广东河南、江苏。河南是草浆大省，而渐江和广东 的废纸利用率高达的废纸利用率高达8080，江苏商品木浆占了，江苏商品木浆占了5050 。山东的进口木浆和废纸利用在同步增长

6、。山东的进口木浆和废纸利用在同步增长。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 1 1 4 4、枝术与规模枝术与规模：我国的理论研究紧贴国际先进水平，几乎：我国的理论研究紧贴国际先进水平，几乎 同步。主要输在设备研制、原料的先天性不足同步。主要输在设备研制、原料的先天性不足 和人为不继、造纸化学品利用、规模偏小难以和人为不继、造纸化学品利用、规模偏小难以 达到较佳的规模效应。达到较佳的规模效应。 5 5、发展历程发展历程：年份年份1980198519901995200020012002200320042005200620072008上半年上半年产量产量544911

7、13722400305032003780430049505600650073504173消费量消费量6029691443265035753683433248065439600066007290人均人均消消费量费量kg/y6.309.512.821.728.029.034.037.042.04650.756 1980-20071980-2007我国纸和纸板年生产量及消费量：万吨我国纸和纸板年生产量及消费量：万吨 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 1 1 可以看出：可以看出：二十世纪以后我国造纸的发展十分迅二十世纪以后我国造纸的发展十分迅 猛，但消费层次猛，但消

8、费层次和质量有待提高。和质量有待提高。19901990年以前，用草为主木为辅进行化学制浆还十分年以前，用草为主木为辅进行化学制浆还十分普遍，但如今却所剩无几，原因是行业污染严重，其次是原料不足。普遍，但如今却所剩无几，原因是行业污染严重，其次是原料不足。显然现在废纸制浆占了重要地位。十一五期间关停落后产能显然现在废纸制浆占了重要地位。十一五期间关停落后产能650650万万t t。以前很多小规模的企业在不断的被淘汰，因而凸现了很多造纸巨头。以前很多小规模的企业在不断的被淘汰，因而凸现了很多造纸巨头。 广东全国排第三，人均用纸量约为全国平均值的广东全国排第三，人均用纸量约为全国平均值的3 3倍，为

9、全球平均倍，为全球平均值的值的1.51.5倍。设备、工艺技术、工程技术人员、科研有优势。但：倍。设备、工艺技术、工程技术人员、科研有优势。但： 产品结构不合理；产品结构不合理； 原料结构不合理；原料结构不合理； 化学制浆被抑制。化学制浆被抑制。 正在努力调整原料和产品结构，发展化学制浆。正在努力调整原料和产品结构，发展化学制浆。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 1 1 6 6、发展潜力：、发展潜力：A A、我国与世界先进水平比，还有一段较大的距离。、我国与世界先进水平比，还有一段较大的距离。B B、发展势头好，供求关系好，估计若干年内这种情、发展势头好，供

10、求关系好，估计若干年内这种情 况还会延续。况还会延续。C C、扶持了相关行业和相关贸易。、扶持了相关行业和相关贸易。 因此我认为读本专业的就业面广，机会大。因为你因此我认为读本专业的就业面广，机会大。因为你 可以在本行业，也可在相关的化工行业，也可以在可以在本行业，也可在相关的化工行业，也可以在 纸或化工原料的销售方面上施展你的才能，所以请纸或化工原料的销售方面上施展你的才能，所以请 你认真学好本专业课程，学好一技之能。你认真学好本专业课程，学好一技之能。7 7、学习方法：、学习方法： 动手动手做笔记、作业，做笔记、作业，动手做实操动手做实操 参考书和杂志、电子刊物相关文章参考书和杂志、电子刊

11、物相关文章 关心和热爱本行业关心和热爱本行业 良好平和、向上的心态良好平和、向上的心态 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 项目项目1.2 1.2 植物纤维原料植物纤维原料 导言：造纸主要用植物纤维原料。但导言：造纸主要用植物纤维原料。但 1 1、不是所有植物都行、不是所有植物都行 2 2、动物、矿物、合成、金属等其它纤维也行、动物、矿物、合成、金属等其它纤维也行 一、植物纤维原料的分类植物纤维原料的分类种类种类木材类木材类非木材类非木材类品种针叶木：松、杉、柏木等，叶针叶木：松、杉、柏木等，叶 尖尖 细木质软，称软木。细木质软，称软木。阔叶木：杨、桦

12、、枫、桉木等，阔叶木：杨、桦、枫、桉木等， 叶宽大木质硬称硬木。叶宽大木质硬称硬木。竹类、禾草类、韧竹类、禾草类、韧皮纤维类、叶纤维。皮纤维类、叶纤维。 种子种子毛毛性能优。尖比阔叶木好优。尖比阔叶木好比木材类差。麻、比木材类差。麻、竹较好，禾草最差。竹较好，禾草最差。最好最好 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 二、植物纤维原料细胞的分类二、植物纤维原料细胞的分类 1 1、什么是植物细胞、什么是植物细胞 2 2、植物细胞的生长过程：两方面：分裂、形成死细胞。、植物细胞的生长过程：两方面：分裂、形成死细胞。 这些死细胞的长短、肥瘦形状不一，从造纸角度上

13、这些死细胞的长短、肥瘦形状不一，从造纸角度上 分为两二类：分为两二类： 1. 1. 纤维细胞：是指两端尖细而细长的细胞。纤维细胞通常叫纤维，纤维细胞：是指两端尖细而细长的细胞。纤维细胞通常叫纤维， 一个纤维细胞则为一根纤维。它是造纸中有用的细胞，一个纤维细胞则为一根纤维。它是造纸中有用的细胞， 因细长，有较好的交织能力。因细长，有较好的交织能力。 2. 2. 杂细胞：形状粗短、腔大壁薄，对造纸无用甚至有害，是要去杂细胞：形状粗短、腔大壁薄，对造纸无用甚至有害，是要去 除的对象。除的对象。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 这两种细胞图示如右：这两种细

14、胞图示如右： 而图而图C C则是介乎于两者则是介乎于两者 之间的细胞，之间的细胞，它它属好属属好属 坏要看是什么原料、做坏要看是什么原料、做 什么纸。什么纸。 三、植物纤维原料的主要化学组成三、植物纤维原料的主要化学组成 三大组分和其它少量组分三大组分和其它少量组分 1 1、纤维素：由、纤维素：由- - D D葡萄基以葡萄基以1 41 4甙键聚合而成的高分子链状甙键聚合而成的高分子链状 化合物。主要存在于细胞壁中，聚合化合物。主要存在于细胞壁中，聚合 度是其关键指度是其关键指 标，对纤维强度有直接影响。标，对纤维强度有直接影响。 2 2、纤维素：它是若干种糖基聚合的聚糖，具如下特征：不均一、纤

15、维素：它是若干种糖基聚合的聚糖，具如下特征：不均一 性；低聚合度；有支链；是一类物质的总称。主要存性；低聚合度；有支链；是一类物质的总称。主要存 在于细胞壁和胞间层，是一种有用但有利也有弊的成分。在于细胞壁和胞间层，是一种有用但有利也有弊的成分。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 3 3、木素：是苯基丙烷单元通过碳、木素：是苯基丙烷单元通过碳- - 碳键或醚键聚合而成的三维高分子碳键或醚键聚合而成的三维高分子 聚合物。主要存在胞间层和细胞壁，是细胞间的粘结物，化聚合物。主要存在胞间层和细胞壁，是细胞间的粘结物，化 学制浆的目的是去除它，使纤维离解成浆

16、。学制浆的目的是去除它，使纤维离解成浆。 4 4、其它组分：树脂、灰分、其它组分：树脂、灰分有一定的危害性有一定的危害性；果胶、淀粉、单宁、色素等。；果胶、淀粉、单宁、色素等。5 5、工业分析中有关名词、工业分析中有关名词 （1 1）综纤维素：纤维素）综纤维素：纤维素+ +半半纤纤维素。维素。 测量原理：抽提少量组分，再去除木素测量原理：抽提少量组分，再去除木素 测定数值：不同方法结果不同。测定数值：不同方法结果不同。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 （2 2）克贝纤维素：）克贝纤维素：C.BC.B纤维素。纤维素。 （3 3）硝酸）硝酸乙醇法纤维素

17、。乙醇法纤维素。 （1 1）（）（2 2）（）（3 3）的数值依次降低，则方法本身对碳）的数值依次降低，则方法本身对碳 水化合物的降解作用依次加强。水化合物的降解作用依次加强。 （4 4）、- -纤维素、工业半纤维素。纤维素、工业半纤维素。 （5 5）抽提物：分有机、热水、抽提物：分有机、热水、1 1NaOHNaOH抽提物抽提物。 （6 6）木素：用浓酸溶掉碳水化合物剩下的渣。木素：用浓酸溶掉碳水化合物剩下的渣。 （7 7）聚戊糖：反映草或阔叶木的半纤维素含量。聚戊糖：反映草或阔叶木的半纤维素含量。6 6、主要官能基：主要官能基： 纤纤维素维素或半纤或半纤维素维素有羟基有羟基、乙酰基乙酰基、羧

18、基羧基；木素上有木素上有 羟基羟基、甲氧基甲氧基，决决定定了其化学性质了其化学性质。7 7、各种原料的化学组成及各种原料的化学组成及组成特征组成特征 （1 1）树木树木： a a、木材木材：见下表见下表 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 特征：针叶木的木素多，半纤少，半纤中聚甘露糖多；特征：针叶木的木素多，半纤少，半纤中聚甘露糖多； 阔叶木的木素少，半纤多，半纤中聚木糖多。阔叶木的木素少，半纤多，半纤中聚木糖多。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 b b、树枝与树干化学组成的区别、树枝与树干化学组成的区别

19、可见：可见：树枝半纤多、木素多，而纤维素少，其造纸价值比不上树干。树枝半纤多、木素多，而纤维素少，其造纸价值比不上树干。 另：早材与晚材、心材与边材的概念另：早材与晚材、心材与边材的概念 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 C C、树皮的化学组成、树皮的化学组成 可以看出：可以看出：其它少量组分含量高，纤和半纤含量太低，比树枝还差。其它少量组分含量高，纤和半纤含量太低，比树枝还差。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 （2 2）非木材原料的化学组成和组成特征）非木材原料的化学组成和组成特征 a a、禾本科植物、

20、禾本科植物 禾本科植物虽有差异，禾本科植物虽有差异，但有共同特征：但有共同特征：木素少、木素少、 半纤多、灰分多且以半纤多、灰分多且以SiOSiO2 2为主、抽提物多。为主、抽提物多。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 b b、韧皮纤维原料、韧皮纤维原料 可见麻类的化学组成可见麻类的化学组成特征是：特征是：纤维素多、半纤维素少、纤维素多、半纤维素少、 木素很少、果胶较多，化学蒸煮主要是脱胶。木素很少、果胶较多，化学蒸煮主要是脱胶。 实训项目实训项目1.1 1.1 木素含量测定木素含量测定 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤

21、维化学 2 2 上表表明：上表表明： 其它韧皮原料的果胶、灰分、木素含量比麻类高，其它韧皮原料的果胶、灰分、木素含量比麻类高， 但木素仍比一般草料低，但木素仍比一般草料低，所所以胶和木素都要脱。以胶和木素都要脱。 脱胶一般用碱。脱胶一般用碱。 它们的纤维素含量高。它们的纤维素含量高。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 c c、棉纤维的化学组成和特征、棉纤维的化学组成和特征 可以看出：可以看出：几乎是纯净纤维素组成，其它组分很少。几乎是纯净纤维素组成，其它组分很少。 思考题思考题 1 1、原料的种类、原料的种类 2 2、原料主要化学组成、原料主要化学组

22、成 3 3、评价各化学组分、评价各化学组分 4 4、从化学组成评价各种原料的优劣、从化学组成评价各种原料的优劣 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 8 8、常用植物纤维原料的选择、常用植物纤维原料的选择 A A、选用原则、选用原则 1 1、组成：纤维素含量、组成：纤维素含量4040以上；木素尽量少；半纤含以上；木素尽量少；半纤含 量适宜；少量组分中的有害成分少。量适宜；少量组分中的有害成分少。 2 2、形态：要细长柔软。、形态：要细长柔软。 3 3、其它：资源丰富、集中，成本低。、其它：资源丰富、集中，成本低。 B B、我国原料使用情况、我国原料使用情

23、况 现状：草木倒挂，废纸回收率不高现状：草木倒挂，废纸回收率不高 发展：开发造纸专用林发展：开发造纸专用林, ,充分利用现有草资源，充分利用现有草资源， 培植速生材，加强废纸回收。培植速生材，加强废纸回收。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 四、原料的生物结构和细胞形态四、原料的生物结构和细胞形态 1 1、植物细胞与纤维、植物细胞与纤维 植物细胞植物细胞分裂生长分裂生长 部分有再生能力部分有再生能力、部分形成死细胞部分形成死细胞 死细胞（永久细胞）中形状细长的称纤维细胞，或称纤维死细胞（永久细胞）中形状细长的称纤维细胞，或称纤维 2 2、木材的结构和

24、细胞形态、木材的结构和细胞形态 （1 1）树木的生物结构：）树木的生物结构： 树树 皮：分韧皮和外皮，造纸价值低；皮：分韧皮和外皮，造纸价值低； 形成层：树皮与木质部间，向内产生木质细胞，向外分生树皮；形成层：树皮与木质部间，向内产生木质细胞，向外分生树皮； 木质部：树干最主要部分木质部：树干最主要部分 a a、年轮：春夏生长，冬季休眠形成，热带树不明显。、年轮：春夏生长，冬季休眠形成，热带树不明显。 b b、早材与晚材：在每个年轮内，春夏长的为早材，秋、早材与晚材：在每个年轮内，春夏长的为早材，秋 季长的为晚材。前者粗大柔软，后者细硬，一般说，季长的为晚材。前者粗大柔软，后者细硬，一般说，

25、早材比晚材好。早材比晚材好。 c c、心材与边材：心材沉积物多且色深不如边材。、心材与边材：心材沉积物多且色深不如边材。 d d、木射线与髓心：木射线为径向，由杂细胞组成，起、木射线与髓心：木射线为径向，由杂细胞组成，起 输送作用；髓心则中心，也由杂细胞组成。输送作用；髓心则中心，也由杂细胞组成。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 （2 2）针叶木的结构和细胞形态）针叶木的结构和细胞形态 可以通过横、径、弦切面的放大图去了解。可以通过横、径、弦切面的放大图去了解。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 上图可以

26、看到针叶木的结构和细胞形态：上图可以看到针叶木的结构和细胞形态： 90-9590-95都是管胞（造纸有用的纤维细胞）；纵向都是管胞（造纸有用的纤维细胞）；纵向 和横向树脂道，木射线（宽度单列高度多列），和横向树脂道，木射线（宽度单列高度多列），这些均这些均 为特征性结构为特征性结构。除此可看到除此可看到年轮、春材、晚材。年轮、春材、晚材。 管胞的形态：长管胞的形态：长2-3.2 mm2-3.2 mm，宽，宽0.03-0.75 mm0.03-0.75 mm。 图图中中特特征征与与图图1-31-3相相同同1 1、4 4属纤属纤维细维细 胞；胞；6 6、7 7属杂属杂 细胞。细胞。 项目项目1 1

27、植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 （3 3）阔叶木的生物结构和细胞形态）阔叶木的生物结构和细胞形态 结构特征：有明显且众多的导管，结构特征：有明显且众多的导管， 年轮不明显，木纤维分布不规则，年轮不明显，木纤维分布不规则， 多列的木射线细胞以及未画出的多列的木射线细胞以及未画出的 纵向杂细胞。纵向杂细胞。 木纤维是阔叶木中的纤维细胞，木纤维是阔叶木中的纤维细胞， 含量含量5050以上，长度以上，长度0.7-1.7 mm0.7-1.7 mm， 宽度宽度0.02-0.04 mm0.02-0.04 mm。 导管含量导管含量30-36 30-36 ，长度，长度 0.3-0.

28、8 mm0.3-0.8 mm，列入非纤维，列入非纤维 细胞之列。其余的都为杂细细胞之列。其余的都为杂细 胞。导管形态如右：胞。导管形态如右： 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 （4 4）针叶木与阔叶木结构对比）针叶木与阔叶木结构对比 特征性区别：针有树脂道，阔有导管特征性区别：针有树脂道，阔有导管 具体阅具体阅P18P18表表1-101-10。 结论：结论：针叶木优于阔叶木。针叶木优于阔叶木。 3 3、非木材原料的生物结构和细胞形态、非木材原料的生物结构和细胞形态 （1 1）禾本科茎秆）禾本科茎秆 基本构造：表皮组织、基本构造：表皮组织、基本薄壁组织

29、、维管组织。基本薄壁组织、维管组织。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 维管束在基本组维管束在基本组 织的分布情形：织的分布情形： 星形分布和星形分布和 两圆圈分布两圆圈分布 禾本科植物众多，但细胞种类基本相同，有如下禾本科植物众多，但细胞种类基本相同，有如下 一些共同特征：一些共同特征： a a、纤维细胞：含量（按面积法）、纤维细胞：含量（按面积法）50-6050-60，比木材少，比木材少， 长度长度1.0-1.5 mm1.0-1.5 mm，宽度，宽度0.01-0.02 mm0.01-0.02 mm，形态差（除，形态差（除 竹、龙须草、甘蔗外），存

30、在于维管束鞘、韧皮部、竹、龙须草、甘蔗外），存在于维管束鞘、韧皮部、 纤维组织带中。纤维组织带中。 b b、非纤维细胞：含量高，种类也多，有薄壁细胞、表、非纤维细胞：含量高，种类也多，有薄壁细胞、表 皮细胞、导管或筛管、石细胞等。皮细胞、导管或筛管、石细胞等。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 （2 2）常用禾本科茎秆的构造和细胞形态）常用禾本科茎秆的构造和细胞形态种类种类纤维细纤维细胞含量胞含量纤维形态纤维形态mmmm非纤维细胞非纤维细胞木素及其它木素及其它性能性能比较比较稻草稻草4545长长1-1.21-1.2 宽宽0.0080.008碎小量大滤

31、水碎小量大滤水差差木素少易蒸解木素少易蒸解, ,草节草节难煮难漂易生尘埃。难煮难漂易生尘埃。木素木素14147 7麦草麦草50-6050-60 长长1.51.5宽宽0.0140.014相对稻草好些，相对稻草好些， 草节也是问题，但密草节也是问题，但密度大易风选除去。木度大易风选除去。木素素22225 5芦苇、芦苇、荻、芒荻、芒草草60-6560-65 苇苇: :长长1.121.12 宽宽0.010.01荻、芒的情况荻、芒的情况好些好些有穗、节、膜，不易有穗、节、膜，不易除，易造成纸中尘埃。除，易造成纸中尘埃。木素木素2020苇苇6 6、荻、荻4 4、芒、芒3 3甘蔗渣甘蔗渣60-6560-65

32、 长长1.7-21.7-2宽宽0.0220.022存在大量蔗髓，存在大量蔗髓，耗药品且滤水耗药品且滤水难难木素木素2020，半纤含量，半纤含量较高，不透明度低。较高，不透明度低。2 2竹竹65-8065-80 长长1.5-21.5-2. . 8 8宽宽0.0150.015虽多种但量不虽多种但量不多多木素木素3030，接近阔叶，接近阔叶木质量。木质量。1 1（性能比较（性能比较1 1最好最好,7,7最差）最差） 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 （3 3）禾本科植物化学组成和纤维形态比较）禾本科植物化学组成和纤维形态比较 A A、化学组成比较、化学组成

33、比较 结论是：结论是： 共同特征：共同特征：聚戊糖含量高，表明半纤含量高，质量档次低；木聚戊糖含量高，表明半纤含量高，质量档次低；木素含量低，表明易蒸煮；抽提物含量高，灰分含量高。素含量低，表明易蒸煮；抽提物含量高，灰分含量高。 个别特征：个别特征：竹子的木素含量高，接近木材。竹子的木素含量高，接近木材。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 B B、纤维形态比较、纤维形态比较 总的来说，纤维比较短细，稻草最短细；总的来说，纤维比较短细，稻草最短细； 蔗渣最宽，腔大；蔗渣最宽，腔大； 竹子最长且壁厚，强度大。竹子最长且壁厚，强度大。 项目项目1 1 植物

34、纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 （4 4）其它非木材原料的纤维形态）其它非木材原料的纤维形态 a a、麻类、麻类 其特征：其特征： 纤维太长，超出一般造纸的需要，可做高强度纸，纤维太长，超出一般造纸的需要，可做高强度纸， 燃无味可做卷烟纸；燃无味可做卷烟纸； 木质部纤维短（木质部纤维短（0.5-0.8 mm0.5-0.8 mm），全麻造纸可用于），全麻造纸可用于 做新闻纸。做新闻纸。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 b b、树皮纤维、树皮纤维 可看出：除棉秆皮外，其纤维形态在一般木材之上，可看出：除棉秆皮外，其纤维形态在一

35、般木材之上， 在麻类之下，属长纤维原料。在麻类之下，属长纤维原料。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 c c、叶类纤维、叶类纤维 可以看出：龙须草的组成和形态在草料可以看出：龙须草的组成和形态在草料 中是比较好的。中是比较好的。 请你依表说好请你依表说好在哪？在哪？ 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 d d、棉纤维、棉纤维 比麻类还细长，原料中最优秀，生产高档比麻类还细长，原料中最优秀，生产高档 纸，如证券、钞票纸，或少量掺配以提高某些纸，如证券、钞票纸，或少量掺配以提高某些 高档纸的质量。麻一般都用工业边

36、脚料或废料。高档纸的质量。麻一般都用工业边脚料或废料。 五五 、植物纤维细胞的微细结构、植物纤维细胞的微细结构 1 1、细胞壁的结构和纹孔、细胞壁的结构和纹孔 （1 1）细胞壁的结构：）细胞壁的结构： 粗分：胞间层、初生壁、次生壁。粗分：胞间层、初生壁、次生壁。 由于初生壁紧粘胞间层，它们合称复合胞间层。由于初生壁紧粘胞间层，它们合称复合胞间层。 （2 2）、纹孔：纹孔的概念、作用（生物上、制浆上）、纹孔：纹孔的概念、作用（生物上、制浆上） 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 2 2、细胞壁的微细结构、细胞壁的微细结构（1 1）微细纤维的概念：）微细纤

37、维的概念： 大约由大约由100100个纤维素链分个纤维素链分 子平行定向排列而成的子平行定向排列而成的 带状物，如右图。带状物，如右图。 可以看到：在一个微细纤维中，可以看到：在一个微细纤维中， 结晶区：结晶区：纤维素分子排列紧密纤维素分子排列紧密，占，占60-7060-70， 无定型区：无定型区：纤维素分子排列纤维素分子排列疏松，易被试剂渗入而反应，疏松，易被试剂渗入而反应， 微细纤维的长度是微细纤维的长度是纤维素链分子纤维素链分子的几倍。的几倍。（2 2）细纤维的概念：微细纤维倾向于聚集成更大的带状物，比）细纤维的概念：微细纤维倾向于聚集成更大的带状物，比 微细纤维大得多，是打浆时纤维表面

38、细化（起毛）的单元。微细纤维大得多，是打浆时纤维表面细化（起毛）的单元。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 （3 3）细胞壁的微细结构：）细胞壁的微细结构： A A、微细分层：、微细分层： 外外MPSMPS1 1SS2 2SS3 3最里层最里层 B B、微细纤维在细胞壁的排、微细纤维在细胞壁的排 列情况：列情况： PSPS1 1SS2 2SS3 3：稀疏不规稀疏不规 则网状则网状左右螺旋左右螺旋几乎几乎 与纤维轴向平行与纤维轴向平行几乎横绕。几乎横绕。 C C、特别地，、特别地，草料草料的的S S1 1层较厚且微细纤维的排列更接近层较厚且微细纤维的排

39、列更接近 横向，打浆时难破除，很难做到横向，打浆时难破除，很难做到S S2 2层的分丝细化，层的分丝细化， 故故不宜高度打浆。不宜高度打浆。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 3 3、细胞壁各层的厚度和化学组成、细胞壁各层的厚度和化学组成 可以看出：可以看出：（提问、（提问、讨论讨论） 实训项目实训项目1.21.2观察纤维形态观察纤维形态 1.31.3测量纤维长度测量纤维长度 1.41.4评价原料的优劣评价原料的优劣 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 六、纤维形态对纸张性能的影响六、纤维形态对纸张性能的影响

40、 1 1、纤维长度、宽度、均一性、长宽比、纤维长度、宽度、均一性、长宽比 （1 1）长度：与撕裂度成正比，而其它强度指标在长度不）长度：与撕裂度成正比，而其它强度指标在长度不 小于一定值时也较高。最重要指标。小于一定值时也较高。最重要指标。 （2 2）宽度和长宽比：长宽比大纸强度指标高，但以长度）宽度和长宽比：长宽比大纸强度指标高，但以长度 为前提，为前提，为决定性作用为决定性作用。如草的长宽比比木。如草的长宽比比木 大，但木比草好。大，但木比草好。 （3 3）不均一性：一定的纸种有一个最小的长度要求，虽）不均一性：一定的纸种有一个最小的长度要求，虽 平均长度高于此值，但有较多的部分小于此平均

41、长度高于此值，但有较多的部分小于此 值就不妥了。值就不妥了。 2 2、纤维的壁厚和壁腔比、纤维的壁厚和壁腔比 壁厚：涉及纤维本身强度壁厚：涉及纤维本身强度 壁腔比：柔性交织能力壁腔比：柔性交织能力 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 除了壁腔比，表示纤维柔软性还有下面二种方法：除了壁腔比，表示纤维柔软性还有下面二种方法： 刚性系数刚性系数 = = （22纤维单壁厚度）纤维单壁厚度）/ / 纤维直径纤维直径 100 100 柔性系数柔性系数 = ( = ( 胞腔直径胞腔直径 / / 纤维直径纤维直径 ) 100) 100 壁腔比小和柔性系数大具有相同的涵

42、义，而刚性系数却相反。壁腔比小和柔性系数大具有相同的涵义，而刚性系数却相反。 3 3、杂细胞：结合力差，吸水性强滤小性差。、杂细胞：结合力差，吸水性强滤小性差。 思考题思考题 1 1、如何评价造纸原料的优劣、如何评价造纸原料的优劣 2 2、依此评价各细类原料、依此评价各细类原料 3 3、相关专业名词及简析、相关专业名词及简析 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 项目项目1.3 1.3 植物纤维化学概述植物纤维化学概述 主要内容：主要内容：三大组分的化学结构、化学反应行为。三大组分的化学结构、化学反应行为。 学习目的：学习目的：如何有效去除木素、保护碳水

43、化合物，如何有效去除木素、保护碳水化合物， 对生产起到指导作用。对生产起到指导作用。 一、木素一、木素 1 1、木素的分离和测定、木素的分离和测定 （1 1）木素的分离：目的是供测定和研究用，不同的分离方）木素的分离：目的是供测定和研究用，不同的分离方 法得到木素的性质和量不同，主要有下法得到木素的性质和量不同，主要有下 述四种方法：述四种方法： 乙醇木素乙醇木素：得到总量的：得到总量的1010低分子量的部分，有天低分子量的部分，有天 然木素之称。然木素之称。 磨木木素磨木木素：得到：得到50 50 ，比较有价值。，比较有价值。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维

44、化学 3 3 酵素木素酵素木素：得到：得到50 50 不溶木素：常做测量木素含量用。不溶木素：常做测量木素含量用。 （2 2）木素测定：）木素测定： A A、含量测定：原料、浆中残留木素、含量测定：原料、浆中残留木素 B B、结构测定（属理论研究）：、结构测定（属理论研究）： 模型法、电子光谱、红外线光谱等。模型法、电子光谱、红外线光谱等。 2 2、木素的化学结构、木素的化学结构 虽然分离有困难且使木素结构改变，但己有足够认识虽然分离有困难且使木素结构改变，但己有足够认识 和定论。和定论。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 （1 1）木素结构单元）木

45、素结构单元 要记牢，且写几次。要记牢，且写几次。 针主含针主含G、少量、少量H； 阔主含阔主含S、也有、也有G及少量及少量H； 草主含草主含S、也有、也有G及及部分部分H； S型木素较易脱除型木素较易脱除 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 （2 2）木素分子的官能基）木素分子的官能基 A A、有哪、有哪些些官能基官能基 以云杉为例，以以云杉为例，以C C9 9为单元：为单元： 甲氧基甲氧基0.960.96；酚羟基；酚羟基0.30.3，醇羟基，醇羟基0.850.85，羰基，羰基0.180.18等。等。 B B、这些基团性质：、这些基团性质：（3 3）结

46、构单元间的联接化学键）结构单元间的联接化学键 两大类：醚键两大类：醚键C-O-CC-O-C、碳碳键、碳碳键C-CC-C（较稳定）；（较稳定）； 各三种：芳各三种：芳- -芳、芳芳、芳- -烷、烷烷、烷- -烷。烷。 键的具体数量：参下式；键的具体数量：参下式； 键的化学性能：碳碳键键的化学性能：碳碳键C-CC-C、芳、芳- -芳醚键较稳定。芳醚键较稳定。（4 4）木素具无定型和不均一性。）木素具无定型和不均一性。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 看键型看键型数数量数数量 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3

47、3 3、木素的物理性质、木素的物理性质 （1 1）分子量）分子量 （2 2）溶解度）溶解度 （3 3）折射率折射率 （4 4）软化点软化点 （5 5）其它）其它 4 4、木素在制浆中的化学反应、木素在制浆中的化学反应 主要是蒸煮和漂白，主要有主要是蒸煮和漂白，主要有、醚醚 键的断裂，甲氧基的脱除，苯环键的断裂，甲氧基的脱除，苯环 的氧化断裂，侧链的变性。的氧化断裂，侧链的变性。（1 1）木素结构单元的化学反应性能）木素结构单元的化学反应性能 A A、G G、S S、H H单元中，单元中，S S有二个甲氧基，有二个甲氧基， 脱后形成有活性的酚羟基。脱后形成有活性的酚羟基。 B B、酚型和非酚型单

48、元、酚型和非酚型单元 右式若右式若R R=H=H时为酚型：活性大；时为酚型：活性大； 否则称非酚否则称非酚型型。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 C C、结构单元在酸、中、碱性介质中的基本反应、结构单元在酸、中、碱性介质中的基本反应 a a、在碱性在碱性 酚型结构单元酚型结构单元中的中的-OH-OH中中O O的的P P电子是强的电子给予体，电子是强的电子给予体， 和苯环上的丌电子形成和苯环上的丌电子形成P-P-丌共轭体系，通过诱导效应丌共轭体系，通过诱导效应 使侧链上的使侧链上的- -碳位上形成正碳离子中心碳位上形成正碳离子中心（则亚甲基（则亚甲基

49、 醌结构）醌结构），易被亲核试剂所进攻。易被亲核试剂所进攻。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 b b、在中性在中性：因为没有碱性的催化作用，形成：因为没有碱性的催化作用，形成- -碳位上碳位上 正碳离子中心的程度很弱。正碳离子中心的程度很弱。 c c、在酸性在酸性：酚型和非酚型都能形成：酚型和非酚型都能形成- -碳位上正碳离子碳位上正碳离子中心，中心，是通过无机酸和是通过无机酸和- -醚形成四价氧盐而形成，在酸法醚形成四价氧盐而形成，在酸法制浆中易被亲核试剂所进攻。制浆中易被亲核试剂所进攻。（2 2）木素在碱法制浆中的反应）木素在碱法制浆中的反应

50、碱法碱法包含包含： 烧烧 碱碱 法：法：NaOHNaOH 硫酸盐法：硫酸盐法：NaOH + NaNaOH + Na2 2S S A A、酚型结构单元的、酚型结构单元的断裂断裂 B B、- -醚键的断裂醚键的断裂 a.a.烧碱法烧碱法 酚型的酚型的- -醚键基本稳定，如下图式醚键基本稳定，如下图式 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 亚甲基醌吸电子的诱导使亚甲基醌吸电子的诱导使- -碳位的碳位的H H脱去，此为脱去，此为 - -质子消除反应。质子消除反应。但不足以使但不足以使- -碳位的醚键断裂。碳位的醚键断裂。 烧碱法烧碱法中中酚型的酚型的- -醚键基

51、本稳定醚键基本稳定： 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 非酚型的非酚型的- -醚键断裂（在醚键断裂（在- -碳位上有醇羟基）碳位上有醇羟基） b b、硫酸盐法：、硫酸盐法： 酚型和非酚型的酚型和非酚型的- -醚键醚键都会都会断裂断裂 非非酚型酚型- -醚键断裂如上式醚键断裂如上式 讨论：烧碱法脱木素能力强吗？讨论：烧碱法脱木素能力强吗？ 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 硫酸盐法硫酸盐法酚型酚型- -醚键的断裂如下式：醚键的断裂如下式：重要结论：硫酸盐法脱木素能力比烧碱法强。重要结论：硫酸盐法脱木素能力比烧

52、碱法强。反应步骤：参书。硫酸盐木素含硫很低，反应步骤：参书。硫酸盐木素含硫很低，S S 实际上起催化作用实际上起催化作用 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 脱甲氧基：脱甲氧基： 并没使木素大分子有多大并没使木素大分子有多大 降解，但形成了酚羟基，降解，但形成了酚羟基， 脱甲氧基形成了很臭的甲脱甲氧基形成了很臭的甲 硫醇和二甲硫醚。硫醇和二甲硫醚。（3 3）木素在亚硫酸盐法中的反应）木素在亚硫酸盐法中的反应 亚硫酸盐法分酸性、中性、碱性。亚硫酸盐法分酸性、中性、碱性。 A A、酸性：分酸性亚硫酸盐和亚硫酸氢盐、酸性：分酸性亚硫酸盐和亚硫酸氢盐 - -醚

53、键断裂，亲核试剂为醚键断裂，亲核试剂为SOSO3 32-2-和和HSOHSO3 3- - ，酸性越大，酸性越大， 作用越强。它不足以使木素大分子破碎，但引进亲液作用越强。它不足以使木素大分子破碎，但引进亲液 基团，木素得以溶出基团，木素得以溶出。特别强调特别强调- -碳位可磺化但也碳位可磺化但也 可缩合，一旦缩合便不可能磺化，而磺化可以阻止缩可缩合，一旦缩合便不可能磺化，而磺化可以阻止缩 合，所以酸法制浆特别强药液充分渗透的重要性。合，所以酸法制浆特别强药液充分渗透的重要性。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 - -醚键没断裂，因为醚键没断裂，因为-

54、 -碳位上的磺酸盐还不足以导碳位上的磺酸盐还不足以导 致致- -质子消除。质子消除。 甲氧基稳定。甲氧基稳定。 B B、中性亚硫酸盐、中性亚硫酸盐 只限于酚型结构单元的只限于酚型结构单元的 - -磺化磺化 - -磺酸会导致磺酸会导致 - - 断裂断裂，形成形成 、 二磺酸结构二磺酸结构 甲氧基有部分会脱除。甲氧基有部分会脱除。 结论：结论：脱木素（脱木素（只限于酚型结构只限于酚型结构）能力比酸性的弱。）能力比酸性的弱。 C C、碱性亚硫酸盐、碱性亚硫酸盐 具有较弱的亚硫酸盐具有较弱的亚硫酸盐酚型结构单元的酚型结构单元的 - -磺化磺化作用和烧作用和烧 碱法中较弱的脱木素能力，综合脱木素能力不强

55、。碱法中较弱的脱木素能力，综合脱木素能力不强。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 （4 4）木素在漂白中的反应）木素在漂白中的反应 主要有亲电取代、氧化、主要有亲电取代、氧化、 还原反应。还原反应。 A A、氯化反应：、氯化反应： a a、因苯环上的、因苯环上的-OH-OH、-OCH-OCH3 3是邻、对位定位基，故发生在是邻、对位定位基，故发生在 C C5 5和和C C6 6上，如下式上，如下式 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 b b、侧链上：发生在、侧链上：发生在C1C1上，取代了侧链，使木素大分子上

56、，取代了侧链，使木素大分子 碎片化。如下式碎片化。如下式 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 c c、侧链产物的再氧化：生成羧酸。、侧链产物的再氧化：生成羧酸。 d d、苯环的氧化裂解：主要成醌（橙黄色），少数成二羧酸。、苯环的氧化裂解：主要成醌（橙黄色），少数成二羧酸。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 B B、次氯酸盐漂白中木素的反应、次氯酸盐漂白中木素的反应（反应过程简述（反应过程简述):): 结结果果是是醚醚键键断断裂裂，苯苯环环破破裂裂。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物

57、纤维化学 3 3 C C、二氧化氯漂白中木素的反应：、二氧化氯漂白中木素的反应： 有氯的亲电取代、氧化为醌最后裂解、脱甲氧基成酚并有氯的亲电取代、氧化为醌最后裂解、脱甲氧基成酚并 氧化成醌、苯环氧化裂开四种作用，如下式氧化成醌、苯环氧化裂开四种作用，如下式 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 D D、木素和过氧化物的反应、木素和过氧化物的反应： 过氧化物：双氧水、过氧化钠、过氧乙酸。过氧化物：双氧水、过氧化钠、过氧乙酸。 反应主要是反应主要是对对侧链的侧链的发色基团发色基团、醛、酮起氧化（醛、酮起氧化（成羧成羧） 作用使之脱色，木素大分子骨架基本没变。

58、适机械浆、高作用使之脱色，木素大分子骨架基本没变。适机械浆、高 得率浆漂白。得率浆漂白。 E E、木素和还原漂白剂的反应：、木素和还原漂白剂的反应： 还原漂白剂主要有连二亚硫酸钠、硼氢酸钠，反应时能释还原漂白剂主要有连二亚硫酸钠、硼氢酸钠，反应时能释 放出放出H H质子，将有色基团还原为无色质子，将有色基团还原为无色或低色或低色，如将，如将、 醛、酮还原为醇基。木素大分子骨架基本没变。醛、酮还原为醇基。木素大分子骨架基本没变。 F F、氧漂白、臭氧漂白中木素的反应、氧漂白、臭氧漂白中木素的反应 氧漂：主要是对酚型结构的木素的氧化裂解，常加碳酸镁作氧漂：主要是对酚型结构的木素的氧化裂解，常加碳酸

59、镁作 碳水化合物的保护剂。碳水化合物的保护剂。 臭氧：主要是亲电反应，对醌没作用，漂白能力弱。而漂白过臭氧：主要是亲电反应，对醌没作用，漂白能力弱。而漂白过 程中的中间产物双氧水是其提高白度的原因。另臭氧具程中的中间产物双氧水是其提高白度的原因。另臭氧具 “化学打浆化学打浆”效果，对提高高得率浆或机械浆强度有点作效果，对提高高得率浆或机械浆强度有点作用。用。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 二、纤维素二、纤维素 是自然界最丰富可再生资源，是造纸中应极力保护的成份。是自然界最丰富可再生资源，是造纸中应极力保护的成份。 1 1、纤维素的分离测定、纤维素

60、的分离测定（1 1）从原料中分离：）从原料中分离： 有有C.BC.B纤维素、硝酸乙醇纤维素。纤维素、硝酸乙醇纤维素。（2 2）从综纤维素分离：用碱抽提便得到。）从综纤维素分离：用碱抽提便得到。 2 2、纤维素的化学结构、纤维素的化学结构（1 1）结构单元：已证实是）结构单元：已证实是C C6 6H H1010O O5 5即失水葡萄糖基，并被证即失水葡萄糖基，并被证 实具体结构为实具体结构为- -D D葡萄糖基或称葡萄糖基或称D-D-吡喃环吡喃环 葡萄糖基。其结构式和碳原子的标号如下：葡萄糖基。其结构式和碳原子的标号如下： 型型D型型 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物

61、纤维化学 3 3 记住：结构式（写若干次）、碳原子记住：结构式（写若干次）、碳原子标标号；号； 什么是什么是D D、L L型和型和、型。型。（2 2）单元间的化学键：证实是）单元间的化学键：证实是1- 41- 4糖甙键，聚合度常用糖甙键，聚合度常用DPDP表示。表示。（3 3）分子中的官能基）分子中的官能基 每个结构有三个羟基，每个结构有三个羟基，C2C2、C3C3为仲醇羟基，为仲醇羟基，C6C6为伯醇羟基。为伯醇羟基。 它们可氧化、醚化、酯化。氧化可成为醛、酮、羧酸。它们可氧化、醚化、酯化。氧化可成为醛、酮、羧酸。 羟基可形成氢键，是纸张中纤维结合力的主要方面。羟基可形成氢键，是纸张中纤维结

62、合力的主要方面。 羟基易吸水，是纸易吸水渗透的原因。羟基易吸水，是纸易吸水渗透的原因。 链分子有两个末端基，链分子有两个末端基，C4C4为仲醇羟基，为仲醇羟基，C1C1上的羟基成环状时会成上的羟基成环状时会成 为醛基，具还原性，称还原性末端基，所以分子链具方向性，为醛基，具还原性，称还原性末端基，所以分子链具方向性，如如下图下图 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 3 3、纤的分子量和聚合度、纤的分子量和聚合度（1 1）分子量和聚合度：分子量）分子量和聚合度：分子量=162DP=162DP，DP=1000-15000DP=1000-15000。（2 2

63、）多分散性：表征聚合度的分散程度，与均一概念相反。）多分散性：表征聚合度的分散程度，与均一概念相反。（3 3）聚合度、均一性对纤维、纸张性质的影响）聚合度、均一性对纤维、纸张性质的影响 a a、聚合度：聚合度大，纤维的强度大，纸页强度大。一般认为、聚合度：聚合度大，纤维的强度大，纸页强度大。一般认为800800以以 上上对对纤维本身强度影响不大，但纤维本身强度影响不大，但700700以下迅速下降，低于以下迅速下降，低于 200 200纤维已成粉末。纤维已成粉末。 b b、均一性：均一性高纤维强度大。但造纸对这指标不控制，在人纤制、均一性：均一性高纤维强度大。但造纸对这指标不控制，在人纤制 造业

64、要控制。造业要控制。 4 4、纤维素间氢键结合和超分子结构、纤维素间氢键结合和超分子结构（1 1）氢键：纤维素链分子间的氢键，氢键：纤维素链分子间的氢键， 使纤维具有很大的强度，而纤维使纤维具有很大的强度，而纤维 间的氢键，是结合力的主要方面，间的氢键，是结合力的主要方面， 也是纸强度的主要方面。也是纸强度的主要方面。羟基间羟基间 的距离的距离0.3nm0.3nm，一定取向便可，一定取向便可 形成氢键。形成氢键。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 （2 2）超分子结构：每一结晶区称）超分子结构：每一结晶区称 微晶体，微晶体由单位晶胞微晶体，微晶体由单

65、位晶胞 构成，晶胞如右图。构成，晶胞如右图。 理解：理解： 结晶区、无定形区以及纤维结晶区、无定形区以及纤维 素链分子自身的折叠情况及素链分子自身的折叠情况及 相关尺寸。相关尺寸。5 5、纤维素的物理和物化性质、纤维素的物理和物化性质（1 1）密度）密度1.51.5左右，比热左右，比热1.34-1.381.34-1.38 KJ/kgk KJ/kgk。（2 2）电学性质：纤维素不导电，但有）电学性质：纤维素不导电，但有 水份时则不然。纸浆中纤维素含水份时则不然。纸浆中纤维素含 有羧基，具有负电性或认为羟基有羧基，具有负电性或认为羟基 具有吸负离子的正价剩余力，具有吸负离子的正价剩余力，所所 以纸

66、浆中纤维表面带负电。以纸浆中纤维表面带负电。因而因而 形成双电层结构，双电层的电位形成双电层结构，双电层的电位 差称差称电位。电位。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 （3 3）机械性质机械性质 各种原料的纤维具有不同强度的原因各种原料的纤维具有不同强度的原因 热降解热降解 机械降解机械降解（4 4）物化性质）物化性质 吸湿与解吸吸湿与解吸：纤维可以吸收本身质量纤维可以吸收本身质量 2-32-3倍的水分倍的水分，称润胀。分游离水和，称润胀。分游离水和 结合水。解结合水。解吸时有较大的阻力吸时有较大的阻力，则纤则纤 维素与水分子之间的氢键不可能全部维素

67、与水分子之间的氢键不可能全部 可逆的打开可逆的打开，也表明结合水难去除也表明结合水难去除。 纤维的润胀与溶解：纤维的润胀与溶解： 有限润胀：在结晶区间或结晶区内部分区域。有限润胀：在结晶区间或结晶区内部分区域。 无限润胀：则溶解。无限润胀：则溶解。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 6 6、纤维素的化学性质、纤维素的化学性质 （1 1）降解反应：使聚合度下降，应极力避免。）降解反应：使聚合度下降，应极力避免。 酸性水解酸性水解：高温和酸性下高温和酸性下，发生在无定形区中的糖甙键上发生在无定形区中的糖甙键上。 水解的后果：得率下降、强度下降、稳定性差。

68、水解的后果：得率下降、强度下降、稳定性差。 碱性降解碱性降解 A A、剥皮反应剥皮反应：纤维素链分子的还原性末端基一个一个脱落：纤维素链分子的还原性末端基一个一个脱落 下下来来，并生成糖酸，此时末端基为异变糖酸，仍具还原并生成糖酸，此时末端基为异变糖酸，仍具还原 性，剥皮在继续，性，剥皮在继续，大约要剥掉大约要剥掉5050个糖基左右才会重排为个糖基左右才会重排为 偏变糖酸，终止剥皮。剥皮反应也具上述水解的后果，偏变糖酸，终止剥皮。剥皮反应也具上述水解的后果， 可加蒸煮助剂减轻。具体反应式如下可加蒸煮助剂减轻。具体反应式如下 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学

69、3 3 式中箭头指处为反应处式中箭头指处为反应处 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 B B、碱性水解：和酸性水解类似，但程度比酸性水解小。、碱性水解：和酸性水解类似，但程度比酸性水解小。 原理是原理是- -消除而使糖键断裂。消除而使糖键断裂。 氧化降解：主要发生在氧化漂白及蒸煮。氧化降解：主要发生在氧化漂白及蒸煮。 主要机理：主要机理：C C2 2C=O C=O 吸电子效应吸电子效应相对其相对其位烷氧基消位烷氧基消 除：即糖键断裂除：即糖键断裂氧化为糖酸氧化为糖酸 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 微生物降

70、解：主要是糖键微生物降解：主要是糖键 热降解热降解（2 2）纤维素的还原反应：还原为醇。）纤维素的还原反应：还原为醇。（3 3）醚化和酯化：发生在）醚化和酯化：发生在C2C2、C3C3、C6C6上，可制出很多有价上，可制出很多有价 值的纤维衍生物。值的纤维衍生物。 一般是先预处理，再醚化或酯化。酯化产品主要有一般是先预处理，再醚化或酯化。酯化产品主要有 黄酸酯、醋酸酯、硝酸酯。醚化产品主要有黄酸酯、醋酸酯、硝酸酯。醚化产品主要有CMCCMC和甲基和甲基 纤维素。其制备和用途自阅。纤维素。其制备和用途自阅。（4 4）纤维素的化学改性）纤维素的化学改性 有接枝共聚和交联反应。可改善和拓展纤维的性能

71、。有接枝共聚和交联反应。可改善和拓展纤维的性能。 思考题思考题 1 1、为何硫酸盐法脱木素能力比烧碱法强、为何硫酸盐法脱木素能力比烧碱法强 2 2、木素在漂白反应中，次氯酸盐、二氧化氯、氧漂、木素在漂白反应中，次氯酸盐、二氧化氯、氧漂、 过氧化物的各自特征。过氧化物的各自特征。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 三、半纤维素三、半纤维素 1 1、半纤维素的分离与测定、半纤维素的分离与测定 L.C.CL.C.C：半纤维素与木素之间存在着化学键而形成的复合：半纤维素与木素之间存在着化学键而形成的复合 体，给分离带来困难。体，给分离带来困难。（1 1）半纤

72、维素的分离：一般不直接抽提，而是从综纤中再提取。）半纤维素的分离：一般不直接抽提，而是从综纤中再提取。（2 2）测定：部分水解法、高碘酸盐氧化法、）测定：部分水解法、高碘酸盐氧化法、SmithSmith降解法。降解法。 2 2、半纤维素的化学结构、半纤维素的化学结构（1 1）结构单元：一般有以下六种）结构单元：一般有以下六种 有五碳有五碳糖基、糖基、六碳糖六碳糖基基 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 （2 2）单元之间的化学键单元之间的化学键 主链：主链：1-41-4为主为主或或1-31-3糖键；糖键； 支链：支链：1-21-2、1-31-3、1-6

73、1-6糖键糖键 因此，半纤维素是由两个或以上结构单元以因此，半纤维素是由两个或以上结构单元以1-41-4糖键组糖键组 成的复合多糖，有支链。成的复合多糖，有支链。（3 3）半纤维素的命名）半纤维素的命名 聚聚C C糖糖-A-A糖糖-B-B糖糖 或聚或聚A A糖糖-B-B糖糖（4 4）分类：两大类）分类：两大类 聚戊糖：以五碳糖基木糖为主链聚戊糖：以五碳糖基木糖为主链 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 a a、聚、聚4-4-氧氧- -甲基糖醛酸甲基糖醛酸- -木糖木糖 阔叶阔叶木木含量大，而针叶含量大，而针叶木木没有。没有。 它们抗酸不抗碱它们抗酸不抗

74、碱 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 b、聚聚4-4-氧氧- -甲基葡萄糖醛酸甲基葡萄糖醛酸- -阿拉伯糖阿拉伯糖- -木糖木糖 聚己糖：以六碳糖基为主链聚己糖：以六碳糖基为主链 a a、聚葡萄糖、聚葡萄糖- -甘露糖甘露糖 M M：甘露糖；：甘露糖；G G：葡萄糖。这种糖的聚合度低（：葡萄糖。这种糖的聚合度低（100100）。）。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 b b、聚分解乳糖、聚分解乳糖- -甘露糖甘露糖 式中式中 (Gal)(Gal)代表失水分解乳糖。甘露糖和葡萄糖为主链，以代表失水分解乳糖。甘

75、露糖和葡萄糖为主链，以1414甙键甙键 联接。针叶木大致是联接。针叶木大致是0.30.3个分解乳糖侧链基对个分解乳糖侧链基对1010个主链基单位，个主链基单位， 与主链以与主链以1616配糖键联接。配糖键联接。c c、阿拉伯分解乳糖、阿拉伯分解乳糖 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 (5)(5)各类原料半纤维素比较各类原料半纤维素比较 a a、含量、含量 b b、半纤维素种类、半纤维素种类 c c、几种禾本科草料的半纤维素结构：、几种禾本科草料的半纤维素结构： 主链：木糖为主，含各种支链。主链：木糖为主，含各种支链。 项目项目1 1 植物纤维原料及植

76、物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 3 3、半纤维素的物理性质、半纤维素的物理性质 (1)(1)溶解度：比纤易溶，与聚合度、分支度有关。某些易溶溶解度：比纤易溶，与聚合度、分支度有关。某些易溶 于碱，某些易溶于酸，下述。于碱，某些易溶于酸，下述。 (2)(2)聚合度：聚合度：200200，且有支链。，且有支链。 4 4、半纤维素的化学性质、半纤维素的化学性质(1)(1)从组成特征看，具糖甙键、还原性末端基、基环上的羟从组成特征看，具糖甙键、还原性末端基、基环上的羟 基，故与纤基，故与纤维素维素相似，易发生酸性水解、剥皮、氧化、还相似，易发生酸性水解、剥皮、氧化、还 原、酯化、醚化，且

77、因其聚合度小有支链（易成无定形原、酯化、醚化，且因其聚合度小有支链（易成无定形 区），所以比纤维素更易反应。区），所以比纤维素更易反应。(2)(2)各种结构的半纤维素的抗酸、抗碱性能各种结构的半纤维素的抗酸、抗碱性能 抗酸：葡萄糖醛酸抗酸：葡萄糖醛酸 抗碱：阿拉伯糖，糖甙键抗碱：阿拉伯糖，糖甙键 因此，因此，常常导致酸法浆残留的半纤比碱法的要少。并有导致酸法浆残留的半纤比碱法的要少。并有 下式的结果。下式的结果。 项目项目1 1 植物纤维原料及植物纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 2 2 各种制浆方法所得到的半纤维素的组成各种制浆方法所得到的半纤维素的组成 项目项目1 1 植物纤维原料及植物

78、纤维化学植物纤维原料及植物纤维化学 3 3 5 5、半纤与制浆造纸的关系、半纤与制浆造纸的关系 利：提高得率，易于打浆，适量存在有利于纤维的结合利：提高得率，易于打浆，适量存在有利于纤维的结合 （ 比表面大）。比表面大）。 弊：滤水差，紧度大，透明度大，纸质硬而脆，纸稳定弊：滤水差，紧度大，透明度大，纸质硬而脆，纸稳定 性差（易返黄等），干燥后易角质化。性差（易返黄等），干燥后易角质化。 另：半纤维素多松厚度小。另：半纤维素多松厚度小。 思考题思考题 1 1、关于纤维素的化学结构、聚合度、关于纤维素的化学结构、聚合度 2 2、纤维素具什么电性，为何？何用？、纤维素具什么电性，为何？何用？ 3 3、纤维素在化学蒸煮时主要发生哪些降解？、纤维素在化学蒸煮时主要发生哪些降解？ 4 4、纤维素在漂白时主要发生哪些降解？、纤维素在漂白时主要发生哪些降解？ 5 5、把半纤维素和纤维素作个比较。、把半纤维素和纤维素作个比较。