木质资源材料学双语教案 -第5章 木材的化学性质.pptVIP

§5 木材的化学性质（The Chemical Properties of Wood）  木材是天然高分子有机体，和低分子物质组成。构成木材细胞壁（cell wall）的主要物质是由纤维素（cellulose） 、半纤维素（hemicellulose） 、木素（lignin）等组成，这三种物质的分子结构和性质以及它们之间的关系，决定了木材的各种性质，并且对木材的加工工艺和木材产品的特性有很大影响。 例如：三者都有—OH（hydroxyl） ，这就决定了木材具有吸湿性，木材在大气中会失水干缩和吸湿膨胀，产生了木材体积不稳定性。另外在胶合过程、涂饰过程中，化学处理有滞火、防腐、改性、制浆等都涉及到许多木材化学方面的知识。 §5-1 木材的化学组成（The Chemical Composition of Wood） 1．组成木材的物质分类 物质的形成——叶吸收二氧化碳+阳光/根吸收水+无机盐——光合作用 分类（组成木材的物质） ①多糖类（polysaccharides） ——纤维素和半纤维素（决定木材的物理—化学性质） ②木素属于芳香族化合物（决定木材的物理—化学性 质） ③抽提物（extractive） ：树脂、挥发性油类、单宁、色素等（属于细胞内含物有时能影响木材的特性，如木材的维生素B1，是木腐菌赖以寄生的营养物质，若把B1去掉，则木腐菌无法寄生，木材可免于腐朽。 ④灰分（ash） （矿物质、无机成分） 2．木材的元素组成和化学组分 ①元素组成（elemental composition）——比较稳定，不随树种而变动（各树种大致相同） 碳C：50% 氢H：6.4% 氧O：42.6% 氮N：1% ②化学组分(chemical composition)： 纤维素、半纤维素、 木素、 抽提物 42-45% 27-30% 20-28% 3-5% 纤维素（cellulose） ：线型大分子结构、结构单元为链节（葡萄糖基） 半纤维素（hemicellulose） ：支链型结构 木素（lignin）：体型结构（芳香族） 少量的灰分（ash）：灰分含量约占绝干材重量的0.3%-1.0%。还有微量的金属元素。 针阔叶材各组分的百分率不同，有一定差别。 §5-2 纤维素 （Cellulose） 纤维素约占胞壁物质的50%左右，是胞壁的骨架物质。是碳水化合物，是高聚糖，其分子含大量糖单元。因此对木材的物理、力学性质影响很大。抗拉强度大，一般以纤维状存在，形成胞壁的骨架。既不溶于冷水，也不溶于热水。C—44.44%、H—6.17%、O—49.69%-（C6H10O5）n 一、纤维素的化学结构 纤维素为环式吡喃型，由D—葡萄糖基在1-4位置，以β—甙键联结而成的链状高分子化合物。 结构特点：①单元是D——葡萄糖基、相邻的葡萄糖基扭转180度。②葡萄糖基包含三个醇羟基，分别位于2、3、6三个碳原子上，形成氢键的基本条件。③葡萄糖基为环式结构。④葡萄糖基的连接为1、4-β-甙键联结。 §5-2 纤维素 二、纤维的聚合度 聚合度：每一高分子所含的链节的数目。 纤维素分子的聚合度——纤维素分子中葡萄糖基的数目。 纤维素分子量=聚合度×葡萄糖基的分子量 聚合度是纤维素纤维的重要物理常数之一，直接关系到纤维的物理、力学及化学性质。 聚合度↑— 大分子长度↑— 强度↑ (n) — 溶解度和反应能力↓ n200 纤维素强度丧失 200n700 强度随着n的提高而增加 n700 强度与聚合度关系不明显 §5-2 纤维素 三、纤维素的物理结构 纤维素大分子链之间的连接是由有分子间力（范德瓦耳斯力）和氢键力二者的存在而形成的。 1．氢键（hydrogen bond） ：当氢原子以主价健与电负性很强的原子结合后再以副价键与另一电负性很强的原子相结合所形成的键。 纤维素大分子链之间氢键形成的条件： ①羟基（hydroxyl）存在是先决条件 ②相邻大分子中的羟基距离，在0.3nm以下，超过0.3nm只有范德华力，没有氢键。 氢键的键能：5-8千卡/摩尔 范德华力键能：2-3千卡/摩尔 C-O-C主键力：80-90千卡/摩尔 三、纤维素的物理结构 氢键键能虽小，其总和非常大，对纤维素和木材的性质影响很大，尤其对木材的吸湿性溶解度影响很大。氢键与木材加工工艺的关系密切，举例： （1）湿法纤维板（wetting method fiber-board）成板理论（一是氢键结合理论，二是木素结合理论） 打浆使游离羟基数目增加，改善形成氢键的条件，板坯的热压——提高板内各组分功能基的活性，使功能基之间的距离缩短，形