植物纤维原料的化学成分.pptx

1 1、纤维素、纤维素(cellulose)(cellulose)定义：定义：定义：定义：l l纤维素是由纤维素是由纤维素是由纤维素是由D D D D吡喃式葡萄糖基吡喃式葡萄糖基吡喃式葡萄糖基吡喃式葡萄糖基通过通过通过通过1 1 1 1，4 4 4 4苷键苷键苷键苷键联联联联结而成的线状高分子化合物。结而成的线状高分子化合物。结而成的线状高分子化合物。结而成的线状高分子化合物。l l纤纤纤纤维维维维素素素素是是是是植植植植物物物物原原原原料料料料的的的的最最最最主主主主要要要要化化化化学学学学成成成成分分分分，也也也也是是是是纸纸纸纸浆浆浆浆、纸张的纸张的纸张的纸张的最主要、最基本最主要、最基本最主要、最基本最主要、最基本的化学成分。的化学成分。的化学成分。的化学成分。一、植物纤维原料的主要成分一、植物纤维原料的主要成分聚合度聚合度聚合度聚合度与制浆造纸的关系与制浆造纸的关系n n1.1.原料的纤维素含量高低，是评价原料的原料的纤维素含量高低，是评价原料的制浆造纸价值的基本依据。制浆造纸价值的基本依据。n n2.2.它是植物纤维原料和纸浆的主要化学成它是植物纤维原料和纸浆的主要化学成分，分，在制浆过程中尽量不受破坏在制浆过程中尽量不受破坏。2 2、半纤维素（、半纤维素（hemicellulosehemicellulose）定义：定义：半纤维素是由半纤维素是由两种或两种以上单糖基两种或两种以上单糖基（葡萄（葡萄糖基、木糖基、甘露糖基、半乳糖基、阿拉糖基、木糖基、甘露糖基、半乳糖基、阿拉伯糖基及鼠李糖基等）组成的非均一聚糖，伯糖基及鼠李糖基等）组成的非均一聚糖，并且分子中往往带有数量不等的支链。并且分子中往往带有数量不等的支链。半纤维素的性质及对制浆造纸的影响半纤维素的性质及对制浆造纸的影响 n n1 1、造纸用化学浆应尽量多保留半纤维素，、造纸用化学浆应尽量多保留半纤维素，这样不但可提高制浆得率，而且对纸浆的这样不但可提高制浆得率，而且对纸浆的性能及成纸性能有良好的影响。性能及成纸性能有良好的影响。n n2 2、精制浆：尽量去除木素和半纤维素，只、精制浆：尽量去除木素和半纤维素，只保留纤维素的纸浆，又称为溶解浆。保留纤维素的纸浆，又称为溶解浆。3 3、木素、木素n n定义定义 木素是由木素是由木素是由木素是由苯丙烷结构单元苯丙烷结构单元苯丙烷结构单元苯丙烷结构单元(即即即即C6-C3C6-C3C6-C3C6-C3单元单元单元单元)通过通过通过通过醚键、碳醚键、碳醚键、碳醚键、碳-碳碳碳碳键键键键等连接而成的具有三维空间结构的芳香族高分子化合物等连接而成的具有三维空间结构的芳香族高分子化合物等连接而成的具有三维空间结构的芳香族高分子化合物等连接而成的具有三维空间结构的芳香族高分子化合物.n n分布分布 木素木素木素木素浓度最高浓度最高浓度最高浓度最高的部位在复合胞间层（的部位在复合胞间层（的部位在复合胞间层（的部位在复合胞间层（CMLCMLCMLCML）；次生壁的浓度）；次生壁的浓度）；次生壁的浓度）；次生壁的浓度低。但大量的木素都存在于次生壁。低。但大量的木素都存在于次生壁。低。但大量的木素都存在于次生壁。低。但大量的木素都存在于次生壁。CMLCMLCMLCML占木材纤维的体积分数占木材纤维的体积分数占木材纤维的体积分数占木材纤维的体积分数6 6 6 612%12%12%12%；次生壁；次生壁；次生壁；次生壁8080808090%90%90%90%与制浆造纸的关系与制浆造纸的关系1 1、其其含含量量是是制制定定蒸蒸煮煮及及漂漂白白工工艺艺条条件件的的重重要要依据。依据。2 2、化化学学制制浆浆和和漂漂白白过过程程是是脱脱除除木木素素的的过过程程,残残留留木木素素对对纸纸浆浆和和纸纸张张的的化化学学及及物物理理性性能能有很大的影响。有很大的影响。4 4、与纤维素有关的几个概念、与纤维素有关的几个概念 随制备方法、条件的不同，半纤维素和木素溶出程随制备方法、条件的不同，半纤维素和木素溶出程随制备方法、条件的不同，半纤维素和木素溶出程随制备方法、条件的不同，半纤维素和木素溶出程度、纤维素降解程度的不同而有各种度、纤维素降解程度的不同而有各种度、纤维素降解程度的不同而有各种度、纤维素降解程度的不同而有各种“纤维素纤维素纤维素纤维素”。n n 综纤维素综纤维素(Holocellulose)(Holocellulose)指造纸植物纤维原料除去抽出物和木素后所留下的指造纸植物纤维原料除去抽出物和木素后所留下的指造纸植物纤维原料除去抽出物和木素后所留下的指造纸植物纤维原料除去抽出物和木素后所留下的部分部分部分部分(即纤维素和半纤维素的总和即纤维素和半纤维素的总和即纤维素和半纤维素的总和即纤维素和半纤维素的总和)。综纤维素制备四法综纤维素制备四法:、氯化法：、氯化法：(1937(1937年年RitterRitter（里特）提出（里特）提出)、亚氯酸纳法（、亚氯酸纳法（19421942年年Jayme(Jayme(杰姆杰姆)提出）提出）（3 3）二氧化氯法：）二氧化氯法：（4）过醋酸法）过醋酸法注意注意注意注意:部分综纤维素在木素溶出的同时亦被溶出，为部分综纤维素在木素溶出的同时亦被溶出，为部分综纤维素在木素溶出的同时亦被溶出，为部分综纤维素在木素溶出的同时亦被溶出，为保留全部综纤维素需保留部分木素。（也就是说：保留全部综纤维素需保留部分木素。（也就是说：保留全部综纤维素需保留部分木素。（也就是说：保留全部综纤维素需保留部分木素。（也就是说：为了保护纤维素和半纤维素不受损伤，通常木素不为了保护纤维素和半纤维素不受损伤，通常木素不为了保护纤维素和半纤维素不受损伤，通常木素不为了保护纤维素和半纤维素不受损伤，通常木素不能全部除去，而保留一部分，所以综纤维素能全部除去，而保留一部分，所以综纤维素能全部除去，而保留一部分，所以综纤维素能全部除去，而保留一部分，所以综纤维素+测定木测定木测定木测定木素值大于无酯试料质量。）素值大于无酯试料质量。）素值大于无酯试料质量。）素值大于无酯试料质量。）n 克克-贝纤维素贝纤维素英国人英国人CrossCross和和BevanBevan提出的分离纤维素的方法。提出的分离纤维素的方法。n 硝酸硝酸-乙醇纤维素乙醇纤维素 用用用用20%20%20%20%硝酸和硝酸和硝酸和硝酸和80%80%80%80%乙醇加热沸腾处理无抽提物的木粉乙醇加热沸腾处理无抽提物的木粉乙醇加热沸腾处理无抽提物的木粉乙醇加热沸腾处理无抽提物的木粉，使木素变为硝化木素并溶于乙醇，所得残渣即为，使木素变为硝化木素并溶于乙醇，所得残渣即为，使木素变为硝化木素并溶于乙醇，所得残渣即为，使木素变为硝化木素并溶于乙醇，所得残渣即为硝酸硝酸硝酸硝酸-乙醇纤维素。乙醇纤维素。乙醇纤维素。乙醇纤维素。n -纤维素、纤维素、-纤维素、纤维素、-纤维素、纤维素、工业纤维素的定义工业纤维素的定义 二、次要成分二、次要成分木材中的有机物：木材中的有机物：木材中的有机物：木材中的有机物：n n芳香族化合物：单宁、立格南、黄酮类物质芳香族化合物：单宁、立格南、黄酮类物质芳香族化合物：单宁、立格南、黄酮类物质芳香族化合物：单宁、立格南、黄酮类物质n n萜烯类化合物：萜烯类化合物：萜烯类化合物：萜烯类化合物：n n高级脂肪酸及酯、苷油、高级醇高级脂肪酸及酯、苷油、高级醇高级脂肪酸及酯、苷油、高级醇高级脂肪酸及酯、苷油、高级醇n n醇醇醇醇1、抽提剂及抽出物、抽提剂及抽出物n n抽提剂：水、碱、丙酮、乙醚、乙醇、苯抽提剂：水、碱、丙酮、乙醚、乙醇、苯-醇混合液。醇混合液。n n抽出物：无机盐、糖类、植物碱、单宁、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、树色素、淀粉、果胶质、脂肪、脂肪酸、树脂、树脂酸、酚类物质、蜡、香精油等。脂、树脂酸、酚类物质、蜡、香精油等。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n针叶木中，松木和柏木的有机溶剂抽出物的含量是针叶木中，松木和柏木的有机溶剂抽出物的含量是针叶木中，松木和柏木的有机溶剂抽出物的含量是针叶木中，松木和柏木的有机溶剂抽出物的含量是比较高的（尤其在心材中），其主要成分为比较高的（尤其在心材中），其主要成分为比较高的（尤其在心材中），其主要成分为比较高的（尤其在心材中），其主要成分为松香酸、松香酸、松香酸、松香酸、萜烯类化合物、脂肪酸及不皂化物。萜烯类化合物、脂肪酸及不皂化物。萜烯类化合物、脂肪酸及不皂化物。萜烯类化合物、脂肪酸及不皂化物。n n针叶木有机溶剂抽出物主要存在于针叶木有机溶剂抽出物主要存在于针叶木有机溶剂抽出物主要存在于针叶木有机溶剂抽出物主要存在于树脂道和射线薄树脂道和射线薄树脂道和射线薄树脂道和射线薄壁细胞壁细胞壁细胞壁细胞中，心材含量比边材含量高。中，心材含量比边材含量高。中，心材含量比边材含量高。中，心材含量比边材含量高。针叶木的抽出物针叶木的抽出物 阔叶材的抽出物阔叶材的抽出物 阔叶木的抽出物主要存在于阔叶木的抽出物主要存在于木射线、木薄壁木射线、木薄壁细胞中和导管细胞中和导管中中,主要含主要含游离的已酯化的脂游离的已酯化的脂肪酸、中性物、多酚类化合物肪酸、中性物、多酚类化合物，不含或只含，不含或只含少量松香酸少量松香酸。禾本科植物原料的抽出物禾本科植物原料的抽出物n n抽出物含量低抽出物含量低n n蜡质，少量高级脂肪酸和高级醇蜡质，少量高级脂肪酸和高级醇n n主要存在于禾本科原料表皮层的外表面主要存在于禾本科原料表皮层的外表面3、有机溶剂抽出物与纸浆生产、木材加、有机溶剂抽出物与纸浆生产、木材加工的关系工的关系 对对制制浆浆、漂漂白白、漂漂浆浆白白度度及及白白度度稳稳定定性性、废废液液回回收收及及利利用用、甚甚至至对对木木材材加加工工等等方方面面都都带来不同程度的影响。带来不同程度的影响。如何减轻或消除有机溶剂抽出物对制浆造纸产如何减轻或消除有机溶剂抽出物对制浆造纸产生的不良影响？生的不良影响？措施措施 1.1.原料储蓄一段时间后用原料储蓄一段时间后用,树脂因风化树脂因风化可减少。可减少。2.2.备料车间钻孔去节。备料车间钻孔去节。3.3.经过以上措施处理后发现纸浆中树脂经过以上措施处理后发现纸浆中树脂含量还较高时含量还较高时,可加一些滑石粉可加一些滑石粉,然后在纸机净然后在纸机净化系统中一并除去。化系统中一并除去。4、灰分、灰分 定义定义定义定义 造纸植物纤维原料都含有一定量的矿物质。纤维原料造纸植物纤维原料都含有一定量的矿物质。纤维原料造纸植物纤维原料都含有一定量的矿物质。纤维原料造纸植物纤维原料都含有一定量的矿物质。纤维原料燃烧和灰化后剩下的物质。燃烧和灰化后剩下的物质。燃烧和灰化后剩下的物质。燃烧和灰化后剩下的物质。木材与草类原料的灰分含量与组成有很大差别木材与草类原料的灰分含量与组成有很大差别木材与草类原料的灰分含量与组成有很大差别木材与草类原料的灰分含量与组成有很大差别说明：说明：说明：说明：a a a a、大多数木材原料灰分为、大多数木材原料灰分为、大多数木材原料灰分为、大多数木材原料灰分为0.30.30.30.30.50.50.50.5，禾本科原料，禾本科原料，禾本科原料，禾本科原料的灰分多数在的灰分多数在的灰分多数在的灰分多数在2 2 2 25 5 5 5；b b b b、原料不同、位置不同、年龄不同，灰分含量以及、原料不同、位置不同、年龄不同，灰分含量以及、原料不同、位置不同、年龄不同，灰分含量以及、原料不同、位置不同、年龄不同，灰分含量以及灰灰灰灰 分中各种元素的比例不同，与植物生长环境也分中各种元素的比例不同，与植物生长环境也分中各种元素的比例不同，与植物生长环境也分中各种元素的比例不同，与植物生长环境也有关系有关系有关系有关系 c c 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、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灰分对制浆造纸的影响灰分对制浆造纸的影响灰分对制浆造纸的影响灰分对制浆造纸的影响 a a a a、纸浆中、纸浆中、纸浆中、纸浆中CuCuCuCu、FeFeFeFe、MnMnMnMn等金属离子对纸浆的颜色以及纸等金属离子对纸浆的颜色以及纸等金属离子对纸浆的颜色以及纸等金属离子对纸浆的颜色以及纸浆过氧化浆过氧化浆过氧化浆过氧化 氢、氧气、臭氧漂白会产生不良影响，而氢、氧气、臭氧漂白会产生不良影响，而氢、氧气、臭氧漂白会产生不良影响，而氢、氧气、臭氧漂白会产生不良影响，而且会促进漂剂分解。且会促进漂剂分解。且会促进漂剂分解。且会促进漂剂分解。b b b b、原料中尤其是草类原料灰分中的、原料中尤其是草类原料灰分中的、原料中尤其是草类原料灰分中的、原料中尤其是草类原料灰分中的SiOSiOSiOSiO2 2 2 2和和和和NaNaNaNa2 2 2 2O O O O反应后反应后反应后反应后溶于黑液（溶于黑液（溶于黑液（溶于黑液（NaNaNaNa2 2 2 2SiOSiOSiOSiO3 3 3 3是粘合剂）给碱回收造成许多困是粘合剂）给碱回收造成许多困是粘合剂）给碱回收造成许多困是粘合剂）给碱回收造成许多困难，黑液的提取率降低，并严重影响碱回收过程，难，黑液的提取率降低，并严重影响碱回收过程，难，黑液的提取率降低，并严重影响碱回收过程，难，黑液的提取率降低，并严重影响碱回收过程，称之为硅干扰。称之为硅干扰。称之为硅干扰。称之为硅干扰。与制浆造纸的关系与制浆造纸的关系与制浆造纸的关系与制浆造纸的关系5、果胶质（、果胶质（pectin）定义定义n n果胶酸羧基中一部分被甲基酯化，一部分被中和成盐，果胶酸羧基中一部分被甲基酯化，一部分被中和成盐，果胶酸羧基中一部分被甲基酯化，一部分被中和成盐，果胶酸羧基中一部分被甲基酯化，一部分被中和成盐，使其成为部分可溶于水的物质，成为果胶质。使其成为部分可溶于水的物质，成为果胶质。使其成为部分可溶于水的物质，成为果胶质。使其成为部分可溶于水的物质，成为果胶质。n n果胶质是果胶质是果胶质是果胶质是 -D-D-半乳糖尾酸的酯或盐以半乳糖尾酸的酯或盐以半乳糖尾酸的酯或盐以半乳糖尾酸的酯或盐以1-41-4苷键联接而成苷键联接而成苷键联接而成苷键联接而成的。的。的。的。三、植物纤维原料化学组成比较三、植物纤维原料化学组成比较溶液抽出物溶液抽出物溶液抽出物溶液抽出物聚戊聚戊聚戊聚戊糖糖糖糖木素木素木素木素果胶果胶果胶果胶质质质质纤维纤维纤维纤维素素素素硝酸硝酸硝酸硝酸-乙乙乙乙醇纤维醇纤维醇纤维醇纤维素素素素原料原料原料原料灰分灰分灰分灰分冷水冷水冷水冷水热水热水热水热水乙醚乙醚乙醚乙醚1%NaOH1%NaOH1%NaOH1%NaOH桑皮桑皮桑皮桑皮4.404.404.404.40-2.392.392.392.393.373.373.373.3735.4735.4735.4735.4710.4210.4210.4210.428.748.748.748.748.848.848.848.8454.8154.8154.8154.81亚麻亚麻亚麻亚麻1.321.321.321.325.945.945.945.94-2.342.342.342.34-9.299.299.299.2970.7570.7570.7570.75云杉云杉云杉云杉0.730.730.730.731.421.421.421.422.682.682.682.680.370.370.370.3712.4312.4312.4312.4311.6211.6211.6211.6228.4328.4328.4328.431.321.321.321.3246.9246.9246.9246.92马尾马尾马尾马尾松松松松0.330.330.330.332.212.212.212.216.776.776.776.774.434.434.434.4322.8722.8722.8722.878.548.548.548.5428.4228.4228.4228.420.940.940.940.9451.8651.8651.8651.86桦木桦木桦木桦木0.820.820.820.821.691.691.691.692.362.362.362.362.162.162.162.1621.3221.3221.3221.3225.9025.9025.9025.9022.9122.9122.9122.911.691.691.691.6953.4353.4353.4353.43杨木杨木杨木杨木0.320.320.320.321.381.381.381.382.462.462.462.460.230.230.230.2315.6115.6115.6115.6122.6122.6122.6122.6117.1017.1017.1017.101.761.761.761.7643.2443.2443.2443.24毛竹毛竹毛竹毛竹1.101.101.101.102.382.382.382.385.965.965.965.960.660.660.660.6630.9830.9830.9830.9821.1221.1221.1221.1230.6730.6730.6730.670.70.70.70.745.5045.5045.5045.50芦苇芦苇芦苇芦苇2.232.232.232.23-2.392.392.392.3929.8629.8629.8629.8623.4023.4023.4023.4020.7220.7220.7220.72-50.1550.1550.1550.15麦草麦草麦草麦草 6.046.046.046.045.365.365.365.3623.1523.1523.1523.15-44.5644.5644.5644.5625.5625.5625.5625.5622.3422.3422.3422.340.300.300.300.3040.4040.4040.4040.40稻草稻草稻草稻草14.1514.1514.1514.15-6.686.686.686.6848.7948.7948.7948.7921.0821.0821.0821.089.499.499.499.49-36.7336.7336.7336.73