植物纤维复习资料.doc

1如何将造纸植物纤维原料进行分类？
答：①木材纤维原料：针叶材、阔叶材; ②非木材纤维原料: 禾本科纤维原料、韧皮纤维原料、籽毛纤维原料、叶部纤维原料；③半木材纤维原料：这类原料主要指棉秆；④合成纤维、合成浆：人造丝、聚酰胺、聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯等；⑤二次纤维：旧报纸、旧杂志纸、旧瓦楞箱纸板。
2如何制备硝酸乙醇纤维素？
答：用20%的硝酸和80%乙醇的混合液，在加热至沸腾的条件下处理无抽提的试样，使其中的木素变为硝化木素溶于乙醇中而被除去，所得残渣既为硝酸乙醇法纤维素。
3有机溶剂抽出物的化学组成及存在位置？
答：①针叶材抽出物主要成分是松香酸、萜烯类化合物、脂肪酸及不皂化物等。存在位置：树脂道和射线薄壁细胞中。②阔叶材的抽出物主要含游离的已酯化的脂肪酸，中性物；不含或只含少量松香酸(一般为1%以下)，主要存在于木射线细胞及木薄壁细胞中。③禾本科原料抽出物主要成分：蜡质，伴以少量的高级脂肪酸、高级醇等，蜡质存在于禾本科原料的外表面。
4叙述针叶木阔叶木的生物结构并指出细胞种类及含量百分比。
答：针叶材的生物构造从三个面研究：横截面、弦截面、径截面。针叶木中的细胞最主要是管胞，并有少量的木射线，一般不含导管。管胞占木质部细胞容积的90%～95%，木射线薄壁细胞占木材体积的5%～10%。
阔叶材的生物构造从三个面研究：横截面、弦截面、径截面。阔叶材中的细胞种类较多，包括木纤维、管胞、导管、木射线和薄壁细胞。木纤维，即纤维细胞，是阔叶材最主要的细胞和支持组织，占木材的60～80%，管胞数量很少。
5．如何处理纤维素Ⅰ可以获得纤维素Ⅱ？
答：(1)以浓碱液(11%-15%NaOH)作用于纤维素而生成碱纤维素，再用水其分解为纤维素。这样生成的纤维素Ⅱ，一般称丝光化纤维素；(2)将纤维素溶解后再从溶液中沉淀出来；(3)将纤维素酯化后，再皂化成纤维素；(4)将纤维素磨碎后并以热水处理。
6．叙述纤维素的吸着等温曲线。
答：纤维素的吸着等温曲线，表示了纤维素的吸湿与解吸过程。随着现对蒸汽压的增加，

纤维素吸附的水量迅速增加，稀释后纤维素发生润胀，但不改变其结晶结构。该物料经干燥后X—射线图并没有变化，说明吸着水只在无定形区 内，结晶区并没有吸着水分子。一般认为① 相对湿度在20%以下时，水分子被吸附在原来游离羟基上；②相对湿度增至60%，随着吸水量及润胀程度的增加，破坏了纤维素分子的氢键，形成新的吸附中心。③相对湿度超过60%时，由于纤维素进一步润胀，产生更多的游离羟基，吸附水加快，当相对湿度继续增加时，出现了多层吸附现象。
7．叙述半纤维素对打浆度影响。
答：①纸浆中存留的半纤维素有利于纸浆的打浆，这是因为半纤维素比纤维素更容易水化润胀。而纤维的润胀对纤维的细纤维化是十分有利的。②纸浆中存留的半纤维素聚糖的种类与结构比半纤维素的含量对打浆的影响更大。③碱溶性高聚糖含量下降，糠醛值(在碱溶性高聚糖中)下降，纸浆的打浆抗拒上升，即难于打浆。
8．叙述草类原料纤维细胞的超结构与针叶木管胞超结构的异同。
答：相同点：草类原料纤维细胞的微细结构有的与木材相似，其纤维细胞壁也可以分为ML、P、S1、S2、S3。不同点：①禾本科纤维的P层及S1层的厚度占细胞壁厚度的比例较大。②S1与S2层之间连接紧密，因此打浆时往往较木材纤维难于分丝帚化。③禾本科纤维的部分纤维的次生壁中层(S2)是多层结构。④宽层的染色较浅，表明木素的浓度较低，窄层的染色较深，表明其中木素的浓度较高。
9．针叶木及阔叶木细胞壁中木素是如何分布的？
答：在针叶木中，木素含量25%～35%。针叶木的木素主要是愈疮木酚基丙烷。针叶木管胞中，木素含量在细胞角隅部分占85%～100%。复合胞间层非常之高也达到50%～60%，次生壁中占22%～23%，但是，因为胞间层非常薄，在复合胞间层和细胞角隅存在的木素早材中只占全木素量的28%，晚材占19%。剩余的72%和81%位于次生壁中。
阔叶材木素含量达20%～25%，阔叶材也是胞间层木素含量高，次生壁的木素含量较低，全部木素的80%左右，存在于次生壁中。
10.在分化的细胞壁中木素是如何沉积的？
答：

木素化过程在S2形成之前就已在细胞角隅和复合胞间层开始，接着木素快速地沉积。而次生壁木素化作用是一个渐进过程，只有在胞间层木素浓度大约达到其最大值一半时才开始。在次生壁中，S1层最先木素化，随后是S2层，最后S3层。
11.木素的分离方法及缺点？
答：①木素作为残渣而分离：将无抽提物木材经水解除去聚糖(纤维素、半纤维素)，木素则以不溶性残渣分离出来。②木素被溶解而分离：选用与木素不起反应溶剂将木材中的木素抽提出来或将木素转变成可溶性的衍生物，再用适当溶剂抽提。缺点：第一类：这种方法分离的木素其结构已发生了变化。第二类：只能分离出全部木素量相对为改变的一部分。
12.论述半纤维素在制浆中的变化？
答： 聚阿拉伯糖4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖在硫酸盐法蒸煮中，其4-O-甲基葡萄糖醛酸支链易于脱去而成为聚阿拉伯糖木糖(聚合度下降)聚木糖类半纤维素在酸性制浆条件下的降解程度要比在碱性制浆条件下大的多。(阿拉伯糖基对酸不稳定，4-O-甲基葡萄糖醛酸基对碱不稳定。)
①聚葡萄糖甘露糖比聚木糖类的半纤维素更抗酸水解。②聚葡萄糖甘露糖较聚木糖类半纤维素更易于碱降解。③聚半乳糖葡萄糖甘露糖对酸水解是十分不稳定的。④聚半乳糖葡萄糖甘露糖对碱具有较高的相对稳定性。
13叙述纤维素酸水解机理及酸水解方法。
答：纤维素的酸水解反应机理：纤维素大分子中的1,4-β-苷键是一种缩醛键，对酸的稳定性很低，在适当的氢离子浓度、温度和时间作用下，发生水解降解，使相邻两葡萄糖单体间碳原子1C和氧原子所形成的苷键断裂。酸水解方法：浓酸水解：纤维素在浓酸中的水解是均相水解。纤维素晶体结构在酸中润胀或溶解后，通过形成酸的复合物再水解成低聚糖和葡萄糖。纤维素→酸复合物→低聚糖→葡萄糖。稀酸水解：稀酸水解属多相水解。水解发生于固相纤维素和酸溶液之间，在高温高压下，稀酸可将纤维素完全水成葡萄糖：纤维素→水解纤维素→可溶性多糖→葡萄糖。
14．如何自漂白化学浆制备α-纤维素、β-纤维素、γ-纤维素？并指出各自的化学组成。

答：（1） α-纤维素：用17.5%NaOH或（24%KOH）溶液在20℃下处理综纤维素或漂白化学浆45min，将其中的非纤维素碳水化合物大部分溶出，留下的纤维素及抗碱的非纤维素碳水化合物，分别称为综纤维素的α-纤维素或化学浆的α-纤维素。 包括纤维素和抗碱的半纤维素。
（2） β-纤维素和γ-纤维素
用漂白化学木浆制备α-纤维素时，处理中所得到溶解部分，用醋酸中和沉淀出来的那部分为β-纤维素，不沉淀部分为γ-纤维素。
β-纤维素包括高度降解的纤维素和半纤维素，γ-纤维素全为半纤维素。
15．如何制备Klason木素,并说出此法的缺点及主要应用范围？
答：用60~80目的木粉首先用苯-醇混合液抽提6~8h，以除去木粉中的有机溶剂提物，风干后，精确称取1g木粉，将木粉在72%H2SO4、温度18~20℃条件下水解2h。再加水使H2SO4的浓度稀释至3%，在稀酸条件下继续水解，使聚糖水解成单糖溶于溶液中，余下的残渣即为Klason木素。缺点：①由酸水解聚糖时，木素的结构发生了很大的变化，主要是缩合反应。原因是木素对无机酸极为敏感易生成下列阳碳离子。产生的阳碳离子极易与另外的苯基丙烷结构的C6产生缩合。②木素当中有少部分溶于72% H2SO4，针叶材：阔叶材：3%～5%。我们称之为“酸溶木素”，这部分木素在Klason木素测定过程中会被溶解。
16．解释半纤维素的分枝度的意义。
答：分枝度是用来表示半纤维素结构中枝链的多少。分枝度的大小对半纤维素的溶解性有很大的影响。同类聚糖中分枝度大的半纤维素、溶解度就大。
17．木素结构单元间的联接方式有哪几种？并说明其比例及化学稳定性？
答：在木素大分子中，大约有60%～70%的苯丙烷单元是以醚键的形式联接到相邻的单元上的，其余30%～40%的结构单元之间以碳-碳键联接，非常稳定。醚键联接：α-烷基-芳基醚(α-O-4)、二烷基醚(α-O-γ’)、β-烷基-芳基醚(β-O-4)、二芳基醚联接(4-O-5)(较稳定)、甲基-芳基醚联接；C-C键联接：β-1、α-6、5-5’、β-5、α-β’、β-6、β-β’。 C-C键对化学药品降解作用具有高度稳定性。
18．分级的基本概念、基本原理及分类？
答：分级的概念和分级方法：按不同聚合度将多分散性的纤维素试样分成若干级分的纤维素试样称之为分级。常用的分级方法：沉淀分级法、溶解分级法和凝胶穿透色谱法(GPC)等。(前两者是利用溶解度的差别来分级的方法；后者属于利用分子运动性质的分级方法。)溶解分级及沉淀分级的原理：C1/C2= ePε/kt，C1—溶液相浓度；C2—凝液相浓度；ε—高分子物在两相中的位能差；K—波茨曼常数；P—高分子聚合度；t—绝对温度。

19细小纤维的特征，并论述细小纤维对造纸机运行过程的影响。
20．造纸植物纤维原料中，主要化学组成是什么？写出定义或概念。
答：主要化学成分：纤维素、半纤维素和木素。纤维素和半纤维素皆由碳水化合物组成，木素则为芳香族化合物。
纤维素是不溶于水的均一聚糖。它是由D-葡萄糖基构成的链状高分子化合物。纤维素大分子中的D-葡萄糖基之间按照纤维素二糖联接的方式联接(1,4-β-苷键)。纤维素具有特性的X-射线图。
半纤维素是指植物纤维原料中非纤维素碳水化合物这样一群物质的总称。或半纤维素是除纤维素和果胶质以外的植物细胞壁聚糖。
木素是由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳-碳键联结构成具有三度空间结构的芳香族高分子化合物。
21．比较纤维素和半纤维素的不同。
答：纤维素是均一聚糖，只由D-葡萄糖基组成，且有支链，而半纤维素由10种糖组成，且有枝链，纤维素聚合度比半纤维素高，且具有X—射线图。
22．写出综纤维素的定义和制备方法，哪种方法比价好？
答：综纤维素是指植物纤维原料在除去抽出物和木素后保留的全部碳水化合物。既植物纤维原料中纤维素和半纤维素的总和。制备方法：氯化法(Cl2)、亚氯酸钠法(NaClO2→ClO2)、二氧化氯法(ClO2)、过醋酸法(CH3COOOH)。其中亚氯酸钠法比较好。
23．针叶木半纤维素的结构。
答：针叶材: 聚-O-乙酰基半乳糖葡萄糖甘露糖（主）
聚阿拉伯糖-4-0-甲基葡萄糖醛酸木糖（少）
24．叙述纤维素酶的种类。

答:纤维素酶的种类：外切β-1-4-聚葡萄糖酶(EC 3.2.1.91，也称C1酶)——从纤维素链的非还原性末端基脱去单个葡萄糖单元；内切β-1-4-聚葡萄糖酶(EC 3.2.1.4，也称Cx酶)——作用无可以随机降解纤维素的1,4-β-苷键；纤维二糖酶(EC 3.2.1.21，也称β-葡萄糖二聚体酶)——主要作用在葡萄糖的β-二聚体上，包括纤维素二糖。
25．如何自综纤维素制备α-纤维素？并指出其化学组成。
(1)用17.5%NaOH或（24%KOH）溶液在20℃下处理综纤维素或漂白化学浆45min，将其中的非纤维素碳水化合物大部分溶出，留下的纤维素及抗碱的非纤维素碳水化合物，分别称为综纤维素的α-纤维素或化学浆的α-纤维素。
(2)α-纤维素包括纤维素和抗碱的半纤维素
26．如何制备Cross and Bevan纤维素？
答：采用氯气处理湿润的无抽提物试料，使木素转化为氯化木素，然后用亚硫酸及约含2%亚硫酸钠溶液洗涤、以溶出木素。重复以上处理、直至加入亚硫酸钠后仅显淡红色为止。半纤维素的溶出较多，残留少量木素。
27．纤维素的氧化途径和氧化降解机理？
答：纤维素氧化途径：纤维素受到空气、氧气、漂白剂的氧化作用，在纤维素葡萄糖基环的C2、C3、C6位的游离羟基，以及还原性末端基C1位置上，根据不同条件相应生成醛基、酮基或羧基，形成氧化纤维素。氧化降解机理：纤维素受到氧化，在C2、C3、C6位或C2、C3位同时形成羰基，具有羰基的纤维素称为还原性氧化纤维素。由于分子链中葡萄糖基环上形成羰基后，就产生了β-烷氧基羰基结构，故促使配糖键在碱性溶液中断裂，从而降低了聚合度。
28．如何制备磨木木素(MWL)？并说出其主要应用范围？
答：20目的木粉经有机溶剂抽提后，放在Lampén磨中磨48hr、再在振动球磨中磨48hr，磨料介质采用甲苯(因木素、纤维素和半纤维素在甲苯中不发生润胀)。经细磨后，用含少量水的二氧六环进行抽提，然后把溶剂蒸发，把木素溶于醋酸水溶液中，再在水中沉淀、干燥，又溶于二氯乙烷-乙醇(体积比2:1)中，在乙醚中沉淀、洗涤、干燥，这样分离出的木素成为“磨木木素”。Bj.rkman木素为黄褐色非晶体粉末状。应用：由于MWL的提取过程中，化学变化较少，故可作为研究的材料。

29．如何应用紫外光谱和红外光谱对木素进行研究？
答：应用紫外光谱：因为木素是芳香族化合物，对紫外线有很强的吸收，而碳水化合物几乎不吸收紫外光，因此选择适当的测定条件测定紫外吸收光谱可以在碳水化合物存在状态下对木素定性、定量分析。通常采用光波在205nm及280nm附近有极大吸收；在230nm及310～350nm附近，能看到弱的吸收，这通常称为肩峰；在380nm以上的可见光区是没有特定吸收峰的末端吸收；由于木素的各结构单元吸收光谱重合，因此其紫外光吸收峰比较单调而且粗宽。
应用红外光谱：可研究木素的结构及变化，确定木素中存在的各种能力及各种化学键。了解木素中存在基团及结构，它们在化学反应中的变化。红外光谱的测定，通常采用分离的木素，多用KBr压片法。