木材的化学性质省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第五章第五章 木材化学性质木材化学性质第1页 第一节第一节 木材化学组成木材化学组成 木材是一个天然材料，由高分子物质和低分木材是一个天然材料，由高分子物质和低分子物质组成。子物质组成。木材细胞壁主要由三种高分子物质木材细胞壁主要由三种高分子物质纤维素、纤维素、半纤维素和木质素组成，它们约占木材重量半纤维素和木质素组成，它们约占木材重量9799%。另外，木材中还有少许低分子物。另外，木材中还有少许低分子物质质抽提物和灰分抽提物和灰分。第2页 木材化学组成木材化学组成：木木 材材高分子物质高分子物质低分子物质低分子物质多糖多糖木质素木质素有机物有机物无机物无机物纤维素纤维素半纤维素半纤维素抽提物抽提物灰分灰分第3页一一 高分子物质高分子物质 1 纤维素纤维素：是木材主要组分，约占木材重量：是木材主要组分，约占木材重量50%，是由，是由DD葡萄糖组成高分子聚合物，在木材细胞壁葡萄糖组成高分子聚合物，在木材细胞壁中起骨架作用。中起骨架作用。2 半纤维素半纤维素：与纤维素紧密联结，起粘结作用，主要由：与纤维素紧密联结，起粘结作用，主要由葡萄糖、甘露糖、半乳糖、木糖和阿拉伯糖五种单糖组葡萄糖、甘露糖、半乳糖、木糖和阿拉伯糖五种单糖组成成，另外，还有少许糖醛酸。阔叶材中半纤维素较针，另外，还有少许糖醛酸。阔叶材中半纤维素较针叶材多。叶材多。3 木质素木质素：属于芳香族化合物，由苯丙烷单元组成，在：属于芳香族化合物，由苯丙烷单元组成，在细胞形成过程中，木质素最终沉积在细胞壁中，起强化细胞形成过程中，木质素最终沉积在细胞壁中，起强化细胞壁作用。针叶材中木质素较阔叶材多。细胞壁作用。针叶材中木质素较阔叶材多。第4页二二 低分子物质低分子物质 分有机物和无机物，有机物包含芳香族化合分有机物和无机物，有机物包含芳香族化合物、有机酸、醇、萜烯化合物；无机物即木材物、有机酸、醇、萜烯化合物；无机物即木材燃烧后灰分，包含燃烧后灰分，包含S、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu等各种元素。等各种元素。第5页 第二节第二节 木质素木质素 木质素是天然高分子物质，在自然界中不单独木质素是天然高分子物质，在自然界中不单独存在，而是与纤维素、半纤维素共同存在于植物存在，而是与纤维素、半纤维素共同存在于植物细胞壁中，它在细胞壁中起硬固作用，是结壳物细胞壁中，它在细胞壁中起硬固作用，是结壳物质。质。第6页 一一 木质素分离木质素分离 因为木质素在自然界中不是单独存在，为了便于因为木质素在自然界中不是单独存在，为了便于研究，必须将其从植物中分离出来。分离方法有两研究，必须将其从植物中分离出来。分离方法有两类：类：1 将多糖溶解，木质素作为不溶残渣被分离。将多糖溶解，木质素作为不溶残渣被分离。2 将木质素溶出而与木材多糖分离。将木质素溶出而与木材多糖分离。每一类中又有几个详细分离方法，但用不一样方法每一类中又有几个详细分离方法，但用不一样方法分离出来木质素，其组成、性质都有差异，而且都分离出来木质素，其组成、性质都有差异，而且都与植物中原来木质素不完全相同，所以在记述木质与植物中原来木质素不完全相同，所以在记述木质素时，必须注明植物品种和分离方法。素时，必须注明植物品种和分离方法。第7页二二 木质素结构木质素结构 木质素属于芳香族高分子化合物，含有三维空木质素属于芳香族高分子化合物，含有三维空间结构，其基本结构单元为苯基丙烷。间结构，其基本结构单元为苯基丙烷。（一）木质素基本结构单元（一）木质素基本结构单元 有三种：愈创木基丙烷有三种：愈创木基丙烷()、紫丁香基丙烷、紫丁香基丙烷()、对羟苯基丙烷对羟苯基丙烷()。第8页（二）结构单元间（二）结构单元间 连接类型连接类型 有两种：有两种：1 醚键醚键 2 碳碳碳键。碳键。（三）木质素官能团（三）木质素官能团 主要有：主要有：1 甲氧基甲氧基(OCHOCH3 3)、2 羟基羟基(OH OH)、3 羰基羰基(=O)。第9页 三三 木质素主要性质木质素主要性质(一一)木质素与木材分类木质素与木材分类 可可用用木木质质素素显显色色反反应应莫莫尔尔反反应应判判别别针针、阔阔叶叶材，这与依据木材结构特征对树种进行分类是一致。材，这与依据木材结构特征对树种进行分类是一致。(二二)木质素与木材颜色木质素与木材颜色(三三)木质素与木材胶合木质素与木材胶合1 1 玻璃化转变特征玻璃化转变特征2 2 木质素玻璃化转变特征木质素玻璃化转变特征3 3 木质素自动胶合木质素自动胶合第10页第11页(四四)木质素与木材强度木质素与木材强度(五五)木质素与木材电学性质木质素与木材电学性质 (六六)木质素脱除（制浆）木质素脱除（制浆）木材制浆也就是木质素脱除，在生产上分为两类：木材制浆也就是木质素脱除，在生产上分为两类：1 酸法（亚硫酸法）酸法（亚硫酸法）2 减法：又分为两种方法：减法：又分为两种方法：苏打法苏打法 硫酸盐法硫酸盐法第12页 第三节第三节 纤维素纤维素 在木材三种细胞壁成份在木材三种细胞壁成份纤维素、半纤维素纤维素、半纤维素和木质素中，纤维素占和木质素中，纤维素占50%左右，是细胞壁骨架左右，是细胞壁骨架物质，在整个植物界中分布非常广泛。物质，在整个植物界中分布非常广泛。第13页 一一 纤维素分子结构纤维素分子结构 纤维素是不溶于水均一多糖，是由大量吡喃型纤维素是不溶于水均一多糖，是由大量吡喃型 D D-葡萄糖基以葡萄糖基以-1、4糖苷键相互联结所组成直链大分糖苷键相互联结所组成直链大分子化合物，所以其简单分子式为子化合物，所以其简单分子式为(C6H10O5)n 。第14页纤维素化学结构式特点纤维素化学结构式特点：1 纤维素大分子中葡萄糖基为六环吡喃式葡萄糖纤维素大分子中葡萄糖基为六环吡喃式葡萄糖基，构型为基，构型为-D型，相邻葡萄糖基扭转型，相邻葡萄糖基扭转180度；度；2 每个葡萄糖基之间以每个葡萄糖基之间以-1、4糖苷键相互联结；糖苷键相互联结；3 中间每个葡萄糖基含有三个游离羟基；中间每个葡萄糖基含有三个游离羟基；4 两个末端葡萄糖基结构和性质不一样；两个末端葡萄糖基结构和性质不一样；5 除还原性末端基外，其余每个葡萄糖基均为氧环椅式除还原性末端基外，其余每个葡萄糖基均为氧环椅式结构。结构。第15页第16页二二 纤维素超分子结构纤维素超分子结构（一）纤维素氢键（一）纤维素氢键第17页第18页（二）纤维素结晶结构 1 纤维素结晶区与无定形区 2 纤维素结晶度a 结晶区 b 无定形区纤维素两相结构示意图第19页第20页第21页三三 纤维素主要性质纤维素主要性质 （一）物理性质（一）物理性质1 吸湿性吸湿性：指纤维素无定形区指纤维素无定形区分子链上羟基对水分子链上羟基对水分子吸附。分子吸附。第22页（一）纤维素物理性质（一）纤维素物理性质2 滞后现象滞后现象：指在同一相对湿度下，吸湿时水分吸：指在同一相对湿度下，吸湿时水分吸着量低于解吸时水吸着量。着量低于解吸时水吸着量。3 热效应热效应：指木材吸湿过程含有放热现象。：指木材吸湿过程含有放热现象。4 湿胀干缩湿胀干缩：因为纤维素吸附水分子只存在于无定：因为纤维素吸附水分子只存在于无定形区线形纤维素分子链之间与结晶区表面上，水分形区线形纤维素分子链之间与结晶区表面上，水分增多或降低必定改变纤维素分子链之间距离，从而增多或降低必定改变纤维素分子链之间距离，从而造成收缩或膨胀。造成收缩或膨胀。第23页（二）纤维素电化学性质（二）纤维素电化学性质 纤维素是一个绝缘体，但当含有水分时，纤维素是一个绝缘体，但当含有水分时，其导电性随含水量增加而增大。所以可用来其导电性随含水量增加而增大。所以可用来测定纤维素在纤维饱和点以下含水率。测定纤维素在纤维饱和点以下含水率。（三）纤维素主要化学性质（三）纤维素主要化学性质 1 水解作用（与酸作用）水解作用（与酸作用）2 碱性降解碱性降解 3 乙酰化（酯化作用）乙酰化（酯化作用）4 氧化作用氧化作用 5 纤维素热解纤维素热解 6 纤维素光化学降解纤维素光化学降解 7 交联作用交联作用 8 接枝共聚接枝共聚第24页 第四节第四节 半纤维素半纤维素 一一 半纤维素组成半纤维素组成 组成半纤维素糖基有六种：组成半纤维素糖基有六种：D D-葡萄糖、葡萄糖、D D-木糖、木糖、D D-半乳糖、半乳糖、D-甘露糖、甘露糖、L-阿拉伯糖、阿拉伯糖、4-氧氧-甲基甲基-D D-葡萄糖醛酸。半纤维素能够是由一个糖基组成均葡萄糖醛酸。半纤维素能够是由一个糖基组成均聚物，也能够是由两种或两种以上糖基组成杂聚物。聚物，也能够是由两种或两种以上糖基组成杂聚物。二二 半纤维素命名半纤维素命名 组成半纤维素多聚糖基本上都是由两种或两种以上组成半纤维素多聚糖基本上都是由两种或两种以上糖基组成，在命名时要把主要糖基（主链中糖基）糖基组成，在命名时要把主要糖基（主链中糖基）放在后面，次要糖基（侧链中糖基）放在前面。放在后面，次要糖基（侧链中糖基）放在前面。第25页 三三 针、阔叶树材中半纤维素针、阔叶树材中半纤维素 组成阔叶树材半纤维素多聚糖主要有葡萄糖醛组成阔叶树材半纤维素多聚糖主要有葡萄糖醛酸基木聚糖和葡萄糖基甘露聚糖两种，前者在全部阔酸基木聚糖和葡萄糖基甘露聚糖两种，前者在全部阔叶树材半纤维素中占主要地位。叶树材半纤维素中占主要地位。组成针叶树材半纤维素多聚糖主要是半乳糖基组成针叶树材半纤维素多聚糖主要是半乳糖基葡萄糖基甘露聚糖和阿拉伯糖基葡萄糖醛酸基木聚糖葡萄糖基甘露聚糖和阿拉伯糖基葡萄糖醛酸基木聚糖两种。两种。四四 半纤维素在细胞壁中存在形态半纤维素在细胞壁中存在形态 半纤维素与纤维素相同，都是线形结构，它在细胞半纤维素与纤维素相同，都是线形结构，它在细胞壁中平行于纤维素排列，起着偶合剂作用，在纤维壁中平行于纤维素排列，起着偶合剂作用，在纤维素与木质素之间起连接作用。素与木质素之间起连接作用。第26页 五五 半纤维素与纤维素区分半纤维素与纤维素区分 纤维素纤维素 半纤维素半纤维素1 组成糖基组成糖基 一个一个 两种或以上两种或以上2 形状形状 线形线形 线形，但有短侧链线形，但有短侧链3 在细胞壁中在细胞壁中 骨架物质，以微纤丝骨架物质，以微纤丝 基质物质，包围在基质物质，包围在 存在形态存在形态 形式存在于细胞壁中形式存在于细胞壁中 纤维素微纤丝外边纤维素微纤丝外边4 吸湿性吸湿性 高高5 润胀度润胀度 高高6 降解难易降解难易 轻易轻易 第27页 第五节第五节 木材抽提物木材抽提物 一一 木材中抽提物木材中抽提物 二二 木材抽提物对材性、加工和利用影响木材抽提物对材性、加工和利用影响 1 对木材颜色影响对木材颜色影响 2 对木材气味、滋味影响对木材气味、滋味影响 3 对木材强度影响对木材强度影响 4 对木材渗透性影响对木材渗透性影响 5 对木材胶合性能影响对木材胶合性能影响 6 对木材涂饰性能影响对木材涂饰性能影响 7 对木材接枝聚合作用影响对木材接枝聚合作用影响 8 对木材表面耐候性影响对木材表面耐候性影响 9 对木材加工工具影响对木材加工工具影响第28页第六节第六节 木材酸碱性质木材酸碱性质一一 木材中酸性成份木材中酸性成份二二 木材木材PH值值三三 木材缓冲容量木材缓冲容量四四 木材酸碱性质对木材加工影响木材酸碱性质对木材加工影响（一）对木材胶合影响（一）对木材胶合影响（二）对金属腐蚀（二）对金属腐蚀第29页第七节第七节 木材表面性质木材表面性质一一 木材润湿性木材润湿性（一）木材润湿性（一）木材润湿性（二）影响木材润湿性原因（二）影响木材润湿性原因（三）改进木材润湿性方法（三）改进木材润湿性方法二二 木材耐候性木材耐候性（一）气候因子作用（一）气候因子作用（二）湿胀干缩作用（二）湿胀干缩作用（三）木材抽提物作用（三）木材抽提物作用第30页