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杨树木材化学性质(5)

发布日期:2012-02-24 21:58 作者:admin 点击:

一、木材的主要化学成分
  
  木材的化学成分(组分)可分为主要成分和次要成分。其中木材的主要成分是纤维素、半纤维素和木素三种高分子物质,主要构成木材的细胞壁和胞间层。而果胶、淀粉、灰分、浸提物等,为木材的次要成分,主要存在于木材细胞腔,有时亦沉积于木材细胞壁中。
  
  (一)木材的主要化学成分
  
  1.纤维素(Cellulose)

  纤维素是木材细胞壁的主要成分,属多糖类,占杨树木材全量的40%-50%(α-纤维素)以上。由C(44.2%)、H(6.3%)、O(49.5%)三种化学元素组成。无味无嗅,不溶于水、稀酸、稀碱及一般溶剂。但可溶解于72%的硫酸(H2SO4)、41%的盐酸(HCl)和85%的磷酸(H3PO4)。

  纤维素在木材细胞壁中呈微纤丝状,由纤维素分子组成的长束,其束间略成平行排列,这是纤维素的主要特征之一。在纤维素的微纤丝中,具有结晶区和非结晶区(无定形区),结晶区占纤维素整体的百分率称纤维素的结晶度。测定纤维素结晶度的方法很多,X-射线衍射法、密度法和水解法等。

  纤维素从木材中提纯出来而保持天然是困难的,只能将木粉做成无定向的粉末薄片,固定在X-射线衍射仪的支架上,从而求出纤维素的相对结晶度(表2-10)。通常随着纤维素结晶度的增加,纤维的抗张强度、模量、硬度、密度及尺寸的稳定性等均随之增加;而保水值、伸长率、染料吸着度、润涨度、柔软性及化学反应活性随之减少。同时,纤维素的结晶度与树龄、纤维种类和纤维的介电常数等有关。因此,了解纤维素的相对结晶度对于林副产物的利用和造纸、水解都具有实际的意义。

  2.半纤维素(Hemicellulose)
  
  半纤维素是除纤维素以外的全部碳水化合物(少量的果胶质和淀粉除外),即非纤维素碳水化合物,又称戊聚糖,占木材全量的25%-35%,其中大多数不溶于水,但溶于碱液,遇酸极易分解。它与纤维素不同,半纤维素由两种或两种以上单糖基组成的不均聚糖,大多带有短侧链。在制浆造纸工业上用化学浆生产普通用纸时,应适当多保留些半纤维素,这既能提高制浆得率,又能对纸浆的打浆性能及成纸性质有良好的影响。

  3. 木素(Lingnin)

  木素是由苯基丙烷结构单元构成的天然高分子化合物。它在自然界中不能单独存在,而是与纤维素、半纤维素共存于木材细胞壁内,它是细胞的结壳物质。在杨属木材中,木素含量一般在30%以下。
  
  (二)杨树木材的次要化学成分

  杨树木材的次要化学成分主要为抽提物,抽提物可以用水、酒精、苯、乙醇、醚等有机溶剂浸提,也可用稀碱浸提或蒸汽蒸馏。抽提物的提取,不会引起木材结构和组成的改变。

  木材抽提物是多种类型有机化合物的统称,包括常见的多元酚类、萜类、树脂酸类、脂类和碳水化合物等。这些物质不仅与木材的色、香、味和耐久性有密切关系,而且对加工利用有重要影响。

二、我国主要杨树木材的化学成分

  木材的化学成分与木材利用关系十分密切。我国主要杨树木材化学成分如表2-12所示。
  
  1、纤维素

  以克-贝纤维素进行分析比较,从表2-12可见,测定树种的纤维素平均值为57.20%,大值为响叶杨,65.22%,小值为产于河南洛宁的沙兰杨,为48.66%。
  
  2、木素

  木素是影响制浆造纸的重要指标,木素含量高,则制浆时消耗的化学药品多,生产成本大,而木素含量低,则减少化学药品使用,降低成本,并减低环境污染。
  
  所测定的杨树树种的木素平均值为22.76%,大值为新疆杨,35.18%,小值为欧美杨,为19.77%。
  
  3、半纤维素(戊聚糖)
  
  表2-12可见,所测定树种的半纤维素平均值为23.12%,大值为加杨,32.47%,小值为中东杨,为19.33%。
  
  4、综纤维素

  综纤维素是纤维素与半纤维素之和,其含量越大,越有利于造纸。从表2-14可见,测定树种的综纤维素平均值为79.43%,大值为I-69和I-214杨(一部分),85.96%,小值为中东杨72.92%。

三、杨树木材的酸碱性

    1.酸碱性

  木材的酸性来自其化学组成,一些是盐类和抽提物以及半纤维素的糖醛酸等。木材各部分化学组成变化很大。由边材转化为心材时,边材射线薄壁细胞的死亡和心材形成亦同时发生,阔叶材侵填体的形成,贮藏的淀粉耗尽,木材的酸度常常向树木中心增大,这是由于乙酰基逐渐水解且伴随着醋酸的形成。

  木材的碱性,可能系某些特殊内含物所形成,如多酚类的沉积。多酚的总量自树木中心向心边材交界处增加,心材里面的多酚比边材部分的多酚的分子量高。
木材酸碱性大小,用pH值来表示。它反映木材氢离子浓度的大小。在阔叶材中,呈酸性的偏多,而杨树木材却偏碱性或中性居多,且心材比边材高。这给杨树木材的利用(胶合板、纤维板等)造成一些困难。在胶合板、纤维板生产时,应随时监测pH值的变化(表2-13)。

  2. 缓冲容量

  木材的缓冲作用,表现在它对酸碱的抵消能力,而缓冲容量,就是描述对外来酸碱缓冲作用大小的指标。了解木材的pH值和缓冲容量对木材的加工利用具有重要意义。在刨花板、胶合板、纤维板等工业生产中,它影响胶合剂的固化程度和胶合剂与催化剂佳比例的选用。脲醛树脂胶的凝胶时间与木材的pH值呈正相关关系,而与缓冲剂容量呈负相关关系。一些杨树木材心材pH值偏高,使用脲醛树脂胶生产胶合板,热压固化期延长,胶合强度降低。彭海源、李坚研究“东北经济用材的pH值、缓冲容量及其对脲醛树脂胶凝时间的影响”时,得出大青杨等几种杨树木材pH值、缓冲容量与脲醛树脂胶凝时间的关系。

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