木材的化学成分介绍【批木网】
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木材细胞的组成成分分为主要成分和次要成分两种,主要组成成分是纤维素(cellulose)、半纤维素(hemicelluloses)和木素(lignin);次要成分有树脂、单宁、香精油、色素、生物碱、果胶、蛋白质等。
木材纤维素含量为40%~50%,禾本科植物纤维素含量略低些。表中数字显示:针叶材木素含量高于阔叶材;禾本科植物和阔叶材半纤维素及聚戊糖含量高于针叶材;针、阔叶材的纤维素含量无显著差别,依树种不同而略有不同。
【针叶材、阔叶材和禾本科植物主要化学成分含量的比较】
纤维素、半纤维素和木素是构成细胞壁的物质基础,其中纤维素形成微纤丝(micro fibril),在细胞壁中起着骨架作用,半纤维素和木素则成为骨架间的粘结和填充材料,如图4-1所示,三者相互交织形成多个薄层,共同组成植物的细胞壁。
从木材细胞壁中化学成分的分布来看:初生壁中含有较少的纤维素,而半纤维素和木素的浓度较高,相反次生壁纤维素含量高,而且呈现由外(S1层)向内(S3层)纤维素含量逐渐增加的趋势;利用电子显微镜直接观察云杉切片半纤维素的分布,结果表明总的趋势是由外向内渐减,以S2层中层半纤维素含量为最低。云杉管胞细胞壁各个部位的聚葡萄糖甘露糖含量和复合胞间层中聚阿拉伯糖含量均明显高于桦木细胞壁。复合胞间层中木素浓度最高(60-90%),利用紫外显微镜摄影分析云杉早材管胞细胞壁,沿虚线处对细胞壁进行断面扫描,结果如图所示,其峰值对应于复合胞间层处。次生壁中木素浓度较低,但是由于次生壁总体积远高于复合胞间层,所以次生壁中木素的含量至少占总量的70%。木材细胞壁中纤维素、半纤维、木素的分布,与木材软化、纤维分离制浆以及热压成型有密切关系,在高温和水分作用下,木素可以发生软化而塑化,当受到外力作用后,纤维可以分离,为达到单体纤维分离的目的,在制浆工艺中尽可能分解和软化复合胞间层的木素。随着木素和半纤维素的溶出,微纤丝暴露在纤维表面,经过打浆处理,使纤维细胞壁进一步破损,暴露更多的微纤丝,形成分丝帚化作用。
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木材次要成分多存在于细胞腔内,部分存在于细胞壁和胞间层中,由于可以利用冷水、热水、碱溶液或者有机溶剂浸提出来,所以又称浸提物(extractives)。木材浸提物包含多种类型的天然高分子有机化合物,其中最常见的是多元酚类,还有萜类、树脂酸类、脂肪类和碳水化合物类等。木材浸提物与木材的色、香、味和耐久性有关,也影响木材的加工工艺和利用。
不同树种、同一树种不同树株,木材的化学成分都有差异。树干与树枝的化学成分差异很大,纤维素含量树干多于树枝,木素含量树枝大于树干;半纤维素和聚戊糖含量树枝大于树干,热水抽提物(其中含有大量多元酚类物质)树枝也大于树干。除少数树种如桑树、构树和柘树外,树皮中纤维素含量比木材低,约占树皮干重的35%,树皮中的灰分和浸提物的含量都比木材高。
组成木材基本元素和平均含量分别是:碳49.5%-50%、氢6.3%-6.4%、氧42.6%-44%、氮0.1%-0.2%。此外,还有少量无机物即灰分组成,总含量为0.2-1.7%,主要是钾、钠、钙、磷、镁、铁、锰等元素。
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