杨树木材化学性质(5)

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。