木材的物理化学性质

1、木木 材材 高分子物质高分子物质低分子物质低分子物质多糖多糖木素木素有机物有机物无机物无机物纤维素纤维素半纤维素半纤维素抽提物抽提物灰分灰分1 1 纤维素纤维素(cellulose)(cellulose)：木材的主要成分，骨架作用：木材的主要成分，骨架作用2 2 半纤维素半纤维素(hemicellulose)(hemicellulose)：与纤维素紧密相连，黏：与纤维素紧密相连，黏结作用结作用3 3 木素木素(lignin)(lignin)：贯穿着纤维，强化细胞壁作用：贯穿着纤维，强化细胞壁作用高分子物高分子物质质 针叶材（针叶材（% %） 阔叶材（阔叶材（% %） 纤维素纤维素 4242+

2、+2 452 45+ +2 2 半纤维素半纤维素 2727+ +2 302 30+ +2 2木素木素 2828+ +3 203 20+ +4 4一一 木材中的有机物木材中的有机物1 1 芳组（酚）化合物芳组（酚）化合物(phenolic substance)(phenolic substance)： 主要主要单宁、黄酮类单宁、黄酮类2 2 萜烯化合物萜烯化合物(terpen)(terpen)：由两个或多个异戊间二烯单：由两个或多个异戊间二烯单元合成的单、倍半、二、三、四和多萜烯等化合物。元合成的单、倍半、二、三、四和多萜烯等化合物。3 3 脂肪酸（脂肪酸（aliphatic acid):ali

3、phatic acid):饱和和未饱和高级脂肪酸饱和和未饱和高级脂肪酸一一 木材中的有机物木材中的有机物4 4 醇醇(alcohol)(alcohol)：脂肪族醇：脂肪族醇5 5 微量元素：维生素微量元素：维生素B B1 1或硫胺素，木腐菌生长的必须或硫胺素，木腐菌生长的必须物质物质二二 木材中的无机物质木材中的无机物质(inorganicconstituent)(inorganicconstituent)：灰分：灰分, ,温带木材一般为温带木材一般为0.30.5%0.30.5%，少数木材，特别热带木，少数木材，特别热带木材具有材具有1-5%1-5%一一 纤维素的分子结构纤维素的分子结构1 1

4、 从木材中分离纤维素（木材应用基础从木材中分离纤维素（木材应用基础P53P53） 因为木材明显地木质化，所以不可能用溶剂直接因为木材明显地木质化，所以不可能用溶剂直接浸提出纤维素。浸提出纤维素。 首先由脱木素剂从木材中除去木素，剩下全纤维首先由脱木素剂从木材中除去木素，剩下全纤维素。用碱的水溶液从全纤维素中除去半纤维素即可得到素。用碱的水溶液从全纤维素中除去半纤维素即可得到纤维素。但是，这种纤维素因脱木素剂和碱的作用而被纤维素。但是，这种纤维素因脱木素剂和碱的作用而被降解。降解。 用使木材膨润而且不发生降解的酸混合水溶液能够直用使木材膨润而且不发生降解的酸混合水溶液能够直接把大部分木材进行硝化

5、接把大部分木材进行硝化(nitration)(nitration)。用这种方法可以。用这种方法可以得到未降解的获得量能定量的硝化纤维素。得到未降解的获得量能定量的硝化纤维素。2 2 与纤维素有关的几个名词与纤维素有关的几个名词( (木材加工化学木材加工化学P19)P19)1 1）综纤维素（）综纤维素（holocelluloseholocellulose） 综纤维素是指植物纤维原料中除去木素后，所残综纤维素是指植物纤维原料中除去木素后，所残留的全部碳水化合物，即纤维素和半纤维素的总和。留的全部碳水化合物，即纤维素和半纤维素的总和。 2 2）a-a-纤维素、纤维素、B-B-纤维素和纤维素和r-r-

6、纤维素纤维素 在制浆工业中，用浓度在制浆工业中，用浓度17.5%17.5%的的NaOHNaOH（或（或24%24%的的KOHKOH）溶液，在温度）溶液，在温度20oC20oC条件下处理漂白浆，非纤维条件下处理漂白浆，非纤维素的碳水化合物大部分溶出，不溶解的部分称为化学浆素的碳水化合物大部分溶出，不溶解的部分称为化学浆的的a-a-纤维素。纤维素。 所得溶液，用醋酸中和后其中沉淀出来的部分称所得溶液，用醋酸中和后其中沉淀出来的部分称为为B-B-纤维素，未沉淀的部分称为纤维素，未沉淀的部分称为r-r-纤维素。纤维素。a-a-、B-B-和和r-r-纤维素为纯技术上的名称和概念，都不是均一性的物纤维素为

7、纯技术上的名称和概念，都不是均一性的物质，而是聚合度不同的多分散性的化合物。质，而是聚合度不同的多分散性的化合物。3 3 纤维素的分子结构（木材学纤维素的分子结构（木材学P87P87） 纤维素是由许多吡喃型纤维素是由许多吡喃型D D葡萄糖基、在葡萄糖基、在1 144位位置上彼此以置上彼此以 甙键联结而成的线型高聚物。纤维素的甙键联结而成的线型高聚物。纤维素的元素组成：元素组成：C=44.4%C=44.4%，H=6.17%H=6.17%，O=49.39%O=49.39%，化学，化学实验式为实验式为(C(C6 6H H1010O O5 5) )n n(n(n为聚合度，一般测得高等植物纤为聚合度，一

8、般测得高等植物纤维素的聚合度为维素的聚合度为7,0007,00015,000)15,000)4 4 纤维素的化学结构特点纤维素的化学结构特点( (木材学木材学p88)p88)1 1）仅由一种葡萄基组成，以）仅由一种葡萄基组成，以1-4B1-4B甙键联结甙键联结2 2）重复单元是纤维素二糖基长度为）重复单元是纤维素二糖基长度为1.03nm1.03nm3 3）有三个游离羟基）有三个游离羟基4 4）纤维素分子具有极性和方向性）纤维素分子具有极性和方向性5 5）有还原性末端基）有还原性末端基纤维素的基本性质纤维素的基本性质纤维素是无色透明的，结晶纤维素的比重为纤维素是无色透明的，结晶纤维素的比重为1.

9、61.6，木，木材内的纤维素的比重为材内的纤维素的比重为1.551.55；0oC0oC时比热为时比热为0.2900.290，20oC20oC时为时为0.3460.346，呈双折射；在紫外线下放出荧光；，呈双折射；在紫外线下放出荧光；若受热，在若受热，在150oC150oC时开始分解，约于时开始分解，约于350oC350oC时起火；时起火；有吸湿性，在温度为有吸湿性，在温度为20oC20oC空气相对温度为空气相对温度为60%60%的条的条件下吸着件下吸着6 612%12%的水分。的水分。纤维素最重要的化学反应主要在于其具有纤维素最重要的化学反应主要在于其具有OH-OH-基和基和-O-O-键。由键

10、。由OH-OH-基呈现醇性反应，由基呈现醇性反应，由-O-O-键产生水键产生水解。解。纤维素既不溶于冷水，又不溶于热水。此外，也不纤维素既不溶于冷水，又不溶于热水。此外，也不溶于醇、苯、乙醚等中性有机溶剂，也几乎不溶于溶于醇、苯、乙醚等中性有机溶剂，也几乎不溶于酸和碱的常温稀水溶液中。酸和碱的常温稀水溶液中。（一（一 ）纤维素的氢键（木材学）纤维素的氢键（木材学p89p89）1 1 与木材结构和性能的关系与木材结构和性能的关系 在细胞壁上形成氢键可以导致纹孔闭塞，影在细胞壁上形成氢键可以导致纹孔闭塞，影响水分或处理药剂的传导；在纤维素分子之间形成响水分或处理药剂的传导；在纤维素分子之间形成的氢

11、键，集中在一定的区域内可以构成纤维素的结的氢键，集中在一定的区域内可以构成纤维素的结晶区。晶区。 2 2 与纤维板加工工艺的关系与纤维板加工工艺的关系 氢键结合是湿法纤维板的主要成板理论。氢氢键结合是湿法纤维板的主要成板理论。氢键结合理论认为，松散的纤维之所以能结合成板是键结合理论认为，松散的纤维之所以能结合成板是由于纤维间形成氢键的缘故。当纤维中的羟基彼此由于纤维间形成氢键的缘故。当纤维中的羟基彼此缩小到极小的距离缩小到极小的距离(0.275nm)(0.275nm)时，便可形成氢键，时，便可形成氢键，使纤维板结构密实，具有较高的力学强度。使纤维板结构密实，具有较高的力学强度。 3 3 与木质

12、材料的干燥过程的关系与木质材料的干燥过程的关系 水分子能够进入纤维素的无定形区而使纤维水分子能够进入纤维素的无定形区而使纤维素产生吸湿润胀，相反，脱水和收缩是吸湿和润胀素产生吸湿润胀，相反，脱水和收缩是吸湿和润胀的逆过程。在木质材料的连续干燥过程中伴随着纤的逆过程。在木质材料的连续干燥过程中伴随着纤维素氢键的变化。维素氢键的变化。 首先是水分子间的氢键被断裂，因为多层分首先是水分子间的氢键被断裂，因为多层分子水之间的缔合能量最低。当部分水分子被移出后子水之间的缔合能量最低。当部分水分子被移出后纤维素表面彼此相互靠近，该过程直至在两个纤维纤维素表面彼此相互靠近，该过程直至在两个纤维素表面间只剩下

13、一个单层分子水。素表面间只剩下一个单层分子水。 最后，使水最后，使水OHOH和纤维素和纤维素OHOH之间的氢键之间的氢键破裂，而在纤维素表面间形成了新的氢键结合。破裂，而在纤维素表面间形成了新的氢键结合。（二）（二） 纤维素的结晶结构（木材学纤维素的结晶结构（木材学8989）1 1 纤维素的结晶区和无定形区纤维素的结晶区和无定形区 在结晶区，纤维素分子链的排列定向有序，具在结晶区，纤维素分子链的排列定向有序，具有完全的规整性，靠侧面的氢键缔合构成一定的结晶有完全的规整性，靠侧面的氢键缔合构成一定的结晶格子，呈现清晰的格子，呈现清晰的XX射线衍射图。射线衍射图。 在无定形区，纤维素分子链的排列不

14、呈定向有在无定形区，纤维素分子链的排列不呈定向有序，规则性不强，不构成结晶格子，但也不象液体那序，规则性不强，不构成结晶格子，但也不象液体那样完全无序，只是排列不整齐，结合松散而已。样完全无序，只是排列不整齐，结合松散而已。2 2 纤维素的结晶结构纤维素的结晶结构 天然纤维素称为纤维素天然纤维素称为纤维素，其结构属于单斜，其结构属于单斜晶系，单位晶胞在各个方向重复延展形成结晶区。晶系，单位晶胞在各个方向重复延展形成结晶区。 许多研究证明，纤维素晶体属单斜晶系和斜许多研究证明，纤维素晶体属单斜晶系和斜方晶系。因此，纤维素是同质多晶的高分子化合方晶系。因此，纤维素是同质多晶的高分子化合物，其结晶结

15、构的差异，会影响到纤维素性质的物，其结晶结构的差异，会影响到纤维素性质的变化。变化。纤维素纤维素经过处理可以形成许多变体，目前已知的经过处理可以形成许多变体，目前已知的有纤维素有纤维素、纤维素、纤维素、纤维素、纤维素和纤维素和纤维素等等五种变体。五种变体。（三）（三） 纤维素的结晶度纤维素的结晶度 结晶度是指结晶区在纤维素整体中所占的百结晶度是指结晶区在纤维素整体中所占的百分率。结晶度增加，木材或纤维的抗拉强度、弹性分率。结晶度增加，木材或纤维的抗拉强度、弹性模量、硬度及尺寸的稳定性均随之增大，而吸湿性、模量、硬度及尺寸的稳定性均随之增大，而吸湿性、染料的吸着度、润胀度、柔顺性及化学反应性均随

16、染料的吸着度、润胀度、柔顺性及化学反应性均随之减小。之减小。（一）纤维素的吸湿性（一）纤维素的吸湿性1 1 吸湿机理（木材学吸湿机理（木材学9191）：纤维素无定形区分子）：纤维素无定形区分子链上的羟基，部分形成氢键，部分处于游离状态。链上的羟基，部分形成氢键，部分处于游离状态。游离的羟基为极性基团，易于吸附极性的水分子，游离的羟基为极性基团，易于吸附极性的水分子，与其形成氢键结合，这就是纤维素具有吸湿性的内与其形成氢键结合，这就是纤维素具有吸湿性的内在原因。在原因。 1 1）吸湿：吸收水蒸气时称为吸湿。）吸湿：吸收水蒸气时称为吸湿。 2 2）解吸：蒸发水蒸气时称为解吸。）解吸：蒸发水蒸气时称

17、为解吸。2 2 吸湿滞后现象（木材学吸湿滞后现象（木材学9191） ：是指在同一相对：是指在同一相对温度下，吸湿时吸着水的量低于解吸时吸着水的量。温度下，吸湿时吸着水的量低于解吸时吸着水的量。 原因：吸湿过程中的游离羟基相对较少，吸原因：吸湿过程中的游离羟基相对较少，吸着的水相应的也较少。而解吸过程中，吸着中心相着的水相应的也较少。而解吸过程中，吸着中心相对较少，吸着水量相应也较多，即羟基的有效性。对较少，吸着水量相应也较多，即羟基的有效性。3 3 热效应（木材学热效应（木材学9191）干纤维吸湿的过程具有放）干纤维吸湿的过程具有放热现象，即产生热效应，放出的热称为吸着热或热现象，即产生热效应

18、，放出的热称为吸着热或润湿热。润湿热。4 4 影响纤维素的吸湿原因：影响纤维素的吸湿原因： 影响纤维素纤维吸湿的因素主要是空气的影响纤维素纤维吸湿的因素主要是空气的温度和相对湿度。因为吸湿具有热效应，所以当温度和相对湿度。因为吸湿具有热效应，所以当空气温度较高时，不仅不利于吸湿，相反，已被空气温度较高时，不仅不利于吸湿，相反，已被吸附的水还可以蒸发。所以空气温度高有利于解吸附的水还可以蒸发。所以空气温度高有利于解吸。相对湿度大时空气中的水蒸气多，纤维的吸吸。相对湿度大时空气中的水蒸气多，纤维的吸湿率也增大。湿率也增大。 对木材的纤维素来说，吸湿率与树种无明对木材的纤维素来说，吸湿率与树种无明显

19、的关系。显的关系。（二）纤维素的膨胀与收缩（二）纤维素的膨胀与收缩( (木材加工化学木材加工化学34)34) 纤维素吸湿后发生膨胀的现象称为膨胀或湿胀，纤维素吸湿后发生膨胀的现象称为膨胀或湿胀，解吸发生收缩的现象称为收缩或干缩。由纤维素大解吸发生收缩的现象称为收缩或干缩。由纤维素大分子的结构与排列方向以及纤维素纤维的超微结构分子的结构与排列方向以及纤维素纤维的超微结构可知，水分只能进入无定形区分子链之间及结晶区可知，水分只能进入无定形区分子链之间及结晶区的表面，因此纤维吸湿或解吸时，水分的增减必然的表面，因此纤维吸湿或解吸时，水分的增减必然引起链分子间距离的增大或减小，从而导致纤维横引起链分子

20、间距离的增大或减小，从而导致纤维横向的膨胀或收缩向的膨胀或收缩 因为膨胀和收缩只发生在无定形区及结晶区的因为膨胀和收缩只发生在无定形区及结晶区的表面，所以膨胀和收缩只能随无定形区的增减而变表面，所以膨胀和收缩只能随无定形区的增减而变化。吸湿是自绝干状态开始至纤维饱和点为止，因化。吸湿是自绝干状态开始至纤维饱和点为止，因而其膨胀或收缩也限于这个范围之内。而其膨胀或收缩也限于这个范围之内。（三）纤维素的电学性质（三）纤维素的电学性质 ( (木材加工化学木材加工化学35)35) 绝干纤维素具有绝缘性，但其电阻率随含水率绝干纤维素具有绝缘性，但其电阻率随含水率（吸湿率）的升高而降低。因此可以利用纤维素

21、或木（吸湿率）的升高而降低。因此可以利用纤维素或木材的电阻率测定纤维或木材的含水率。一般的纤维素材的电阻率测定纤维或木材的含水率。一般的纤维素是导电物质，其介电性质与纤维素分子链羟基的取向是导电物质，其介电性质与纤维素分子链羟基的取向及结晶度有关。及结晶度有关。 因为纤维素的右端基环具有隐性醛基，所以大因为纤维素的右端基环具有隐性醛基，所以大分子具有极性，可以极化。木材的高频电和微波干燥，分子具有极性，可以极化。木材的高频电和微波干燥，以及纤维板和刨花板的静电铺装工艺，都是利用纤维以及纤维板和刨花板的静电铺装工艺，都是利用纤维素和木材的极性性质来实现的。素和木材的极性性质来实现的。（四）纤维素

22、的光学性质（四）纤维素的光学性质( (木材加工化学木材加工化学35)35) 因为纤维素具有结晶区，其轴向和横向的光折射因为纤维素具有结晶区，其轴向和横向的光折射指标数值不同，所以纤维具有双折射现象。在偏光下，指标数值不同，所以纤维具有双折射现象。在偏光下，纤维呈现各向异性，纤维出现明亮的偏光色。木材细纤维呈现各向异性，纤维出现明亮的偏光色。木材细胞壁在偏光下内层和外层呈现明显不同的偏光色，这胞壁在偏光下内层和外层呈现明显不同的偏光色，这是由于纤维素的各向异性所致。是由于纤维素的各向异性所致。 人们利用人们利用x-x-射线研究纤维素，可以观察到纤维素射线研究纤维素，可以观察到纤维素的定向排列并得

23、到特有的的定向排列并得到特有的x-x-射线衍射图。射线衍射图。 上述的光学现象均取决于纤维素的物理结构。上述的光学现象均取决于纤维素的物理结构。一一 纤维素的降解（木材学纤维素的降解（木材学9393）纤维素在受各种化）纤维素在受各种化学、物理、或微生物等作用时，大分子中的甙键和学、物理、或微生物等作用时，大分子中的甙键和碳原子间的碳碳原子间的碳- -碳键，都可能受到破坏，结果使纤碳键，都可能受到破坏，结果使纤维素纤维的化学、物理和机械性质发生某些变化，维素纤维的化学、物理和机械性质发生某些变化，并且一般都导致聚合度降低，所以称之为降解。并且一般都导致聚合度降低，所以称之为降解。 1 1 纤维素

24、的水解（酸降解）纤维素的水解（酸降解） （木材学（木材学9393）纤维素）纤维素大分子在酸性水溶液中受热，会引起甙键断裂，聚大分子在酸性水溶液中受热，会引起甙键断裂，聚合度降低，这种反应称为酸性水解。水解初期可得合度降低，这种反应称为酸性水解。水解初期可得到水解纤维素，最后物水解产物是葡萄糖。到水解纤维素，最后物水解产物是葡萄糖。 2 2 纤维素的碱性降解（木材学纤维素的碱性降解（木材学9393） 纤维素在热碱溶液中能够发生剥皮反应、终纤维素在热碱溶液中能够发生剥皮反应、终止反应和碱性水解。剥皮反应开始于纤维素链分子止反应和碱性水解。剥皮反应开始于纤维素链分子的还原性末端基，在的还原性末端基，

25、在150150温度以下，剥皮反应是温度以下，剥皮反应是引起纤维素降解的主要原因，超过引起纤维素降解的主要原因，超过150150就会发生就会发生碱性水解。在碱性水解。在170170左右，碱性水解反应激烈，引左右，碱性水解反应激烈，引起甙键的任意断裂，生成碱化纤维素。起甙键的任意断裂，生成碱化纤维素。CC6 6H H7 7O O2 2(OH)(OH)3 3n+nNaOHCn+nNaOHC6 6H H7 7O O2 2(OH)(OH)2 2ONaONan n+nH+nH2 2O O 3 3纤维素的氧化降解（木材加工化学纤维素的氧化降解（木材加工化学4141） 纤维素经氧化剂作用后，羟基氧化成醛基、纤

26、维素经氧化剂作用后，羟基氧化成醛基、酮基或羧基，形成氧化纤维素。一般，随着官能团酮基或羧基，形成氧化纤维素。一般，随着官能团的变化，纤维素的聚合度也同时下降，这种现象称的变化，纤维素的聚合度也同时下降，这种现象称为氧化降解。为氧化降解。 4 4纤维素的热解（木材学纤维素的热解（木材学9393） 在加热作用下，纤维素会发生一定程度的降在加热作用下，纤维素会发生一定程度的降解，其程度大小取决于加热温度、时间以及加热介解，其程度大小取决于加热温度、时间以及加热介质的组成等多种因素。质的组成等多种因素。 二二 纤维素的乙酰化（木材学纤维素的乙酰化（木材学9494） 醋酸酐与纤维素醋酸酐与纤维素-OH-

27、OH基作用生成的酯为纤维基作用生成的酯为纤维素醋酸酯，或乙酰纤维素。该反应为纤维素的乙酰素醋酸酯，或乙酰纤维素。该反应为纤维素的乙酰化，乙酰纤维素的性质有许多优点，如强度、透明化，乙酰纤维素的性质有许多优点，如强度、透明度、耐光性、染色性等均较原来纤维素好，而且具度、耐光性、染色性等均较原来纤维素好，而且具有阻燃性和耐久性。有阻燃性和耐久性。 三纤维素的交联反应（木材学三纤维素的交联反应（木材学9494）纤维素的交联）纤维素的交联反应一般是形成二醚或酯的反应。反应一般是形成二醚或酯的反应。 环氧基化合物与纤维素交联。以包含有环氧基的环氧基化合物与纤维素交联。以包含有环氧基的化合物，在一定的反应

28、条件下与纤维素的羟基反应化合物，在一定的反应条件下与纤维素的羟基反应形成交联。形成交联。 甲醛与纤维素交联。用具有多官能团并能与纤维甲醛与纤维素交联。用具有多官能团并能与纤维素羟基起反应使纤维素形成亚甲基键的化合物为交素羟基起反应使纤维素形成亚甲基键的化合物为交联剂，可将纤维素的流离羟基封闭或网状化，以改联剂，可将纤维素的流离羟基封闭或网状化，以改变纤维素的亲水性和胀缩性。最简单的交联剂为甲变纤维素的亲水性和胀缩性。最简单的交联剂为甲醛。醛。四四 纤维素的接枝共聚反应（木材学纤维素的接枝共聚反应（木材学9494） 接枝共聚是合成高分子化合物的方式之一，也接枝共聚是合成高分子化合物的方式之一，也

29、是纤维素改性的一种途径。纤维素接枝共聚后，由是纤维素改性的一种途径。纤维素接枝共聚后，由于纤维素大分子结构发生了改变，羟基减少了，合于纤维素大分子结构发生了改变，羟基减少了，合成高分子的支链增加了，因此它的物理和化学性质成高分子的支链增加了，因此它的物理和化学性质有了很大改善。有了很大改善。 纤维素的接枝共聚方法有多种，根据聚合反纤维素的接枝共聚方法有多种，根据聚合反应可归纳为两种：即游离基引发接枝共聚和高能辐应可归纳为两种：即游离基引发接枝共聚和高能辐射接枝共聚。其中流离基引发共聚法由于不需要昂射接枝共聚。其中流离基引发共聚法由于不需要昂贵的辐射源等原因而比较适用。接枝共聚时所选用贵的辐射源

30、等原因而比较适用。接枝共聚时所选用的单体多为乙烯基化合物。的单体多为乙烯基化合物。五五 纤维素与木材改性的关系（木材学纤维素与木材改性的关系（木材学9595）对木材防腐处理的影响对木材防腐处理的影响对木本塑化处理的影响对木本塑化处理的影响对木材强化处理的影响对木材强化处理的影响针叶材的半纤维素：针叶材的半纤维素：1 1 组成针叶树材半纤维素的主要多糖是半乳葡甘露组成针叶树材半纤维素的主要多糖是半乳葡甘露聚糖，含量约占木材的聚糖，含量约占木材的15%15%20%20%，葡萄糖与甘露，葡萄糖与甘露糖的比例约为糖的比例约为1 1：3 3，半乳糖与葡萄的比例变化范围，半乳糖与葡萄的比例变化范围为为1

31、1：1 11 1：1010。2 2 组成针叶树材半纤维素的另一种主要的多糖是木聚组成针叶树材半纤维素的另一种主要的多糖是木聚糖，含量约为糖，含量约为10%10%。3 3 在落叶松属木材半纤维素中独有一种多糖在落叶松属木材半纤维素中独有一种多糖阿拉阿拉伯半乳聚糖含量约为伯半乳聚糖含量约为5%5%30%30%。阿拉伯半乳聚糖是。阿拉伯半乳聚糖是细胞壁外之物，仅存于心材中的管胞和射线细胞内，细胞壁外之物，仅存于心材中的管胞和射线细胞内，其组成独特，即由两种结构相似但分子大小不同的聚其组成独特，即由两种结构相似但分子大小不同的聚合物组成，其中分子量为合物组成，其中分子量为70,00070,000的占大

32、多数，分子的占大多数，分子量为量为12,00012,000的占少数。在活立木中，这两种聚合物的占少数。在活立木中，这两种聚合物均易产生流动和酸性水解。均易产生流动和酸性水解。一一 阔叶材的半纤维素：阔叶材的半纤维素：1 1 阔叶树材半纤维素中的一种主要多糖是酸性木聚阔叶树材半纤维素中的一种主要多糖是酸性木聚糖。含量约为除去抽提物木材重量的糖。含量约为除去抽提物木材重量的25255%5%。2 2 阔长叶要材中半纤维素的另一种多糖是葡甘露聚阔长叶要材中半纤维素的另一种多糖是葡甘露聚糖，含量约占除去抽提物木材重量的糖，含量约占除去抽提物木材重量的5%5%。二二 半纤维素对木材材性和加工的影响半纤维素

33、对木材材性和加工的影响 半纤维素是木材聚合物中对外界条件最敏感、半纤维素是木材聚合物中对外界条件最敏感、最易发生变化和反应的一种碳水化合物。它的存在最易发生变化和反应的一种碳水化合物。它的存在和损失、性质和特点对木材材性及加工利用有重要和损失、性质和特点对木材材性及加工利用有重要影响。影响。1 1 对木材强度的影响对木材强度的影响 木材经热处理后碳水化合物的损失主要是半木材经热处理后碳水化合物的损失主要是半纤维素，因为半纤维素对高温的敏感性比纤维素高，纤维素，因为半纤维素对高温的敏感性比纤维素高，其耐热性差。半纤维素的变化和损失不但削弱木材其耐热性差。半纤维素的变化和损失不但削弱木材的韧性，而

34、且也使抗弯强度、硬度和耐磨性降低。的韧性，而且也使抗弯强度、硬度和耐磨性降低。2 2 对木材酸度的影响对木材酸度的影响 在潮湿和温度高的环境中，半纤维素分子上在潮湿和温度高的环境中，半纤维素分子上的乙酰基容易发生水解而生成醋酸，因而使木材的的乙酰基容易发生水解而生成醋酸，因而使木材的酸性增加，当用酸性较高的木材制作盛装金属零件酸性增加，当用酸性较高的木材制作盛装金属零件的包装箱时可导致对金属的腐蚀。的包装箱时可导致对金属的腐蚀。3 3 对木浆质量的影响对木浆质量的影响 半纤维素含量适当的木浆，打浆时容易吸水润半纤维素含量适当的木浆，打浆时容易吸水润胀，易于细纤维化，增加纤维比表面积，有利于纤胀

35、，易于细纤维化，增加纤维比表面积，有利于纤维间形成氢键结合，因此可提高产品强度。维间形成氢键结合，因此可提高产品强度。4 4 阿拉伯半乳聚糖的作用阿拉伯半乳聚糖的作用 阿拉伯半乳聚糖唯独在落叶松属木材中含量阿拉伯半乳聚糖唯独在落叶松属木材中含量丰富，约为丰富，约为5%5%30%30%，因此对落叶松木材性质、加，因此对落叶松木材性质、加工和利用有明显影响。工和利用有明显影响。 对落叶松木材渗透性的影响对落叶松木材渗透性的影响 大量分布在管胞的胞壁中，严重阻碍木材内大量分布在管胞的胞壁中，严重阻碍木材内部水分以液态方式向外扩散和防腐等改性药液由木部水分以液态方式向外扩散和防腐等改性药液由木材表面向

36、内部渗透，因而导致落叶材木材难干、易材表面向内部渗透，因而导致落叶材木材难干、易裂和由于难以渌使改性处理效果不佳。裂和由于难以渌使改性处理效果不佳。 对制浆工艺的影响对制浆工艺的影响 落叶松木材是制浆造纸的主要原料，在蒸煮落叶松木材是制浆造纸的主要原料，在蒸煮期间木材中含有的阿拉伯半乳聚糖消耗了大量的蒸期间木材中含有的阿拉伯半乳聚糖消耗了大量的蒸煮药剂，影响了浆料质量；同时由于本身的水解作煮药剂，影响了浆料质量；同时由于本身的水解作用，增加了制换汇黑液中单糖和有机酸的含量，加用，增加了制换汇黑液中单糖和有机酸的含量，加剧了环境污染。剧了环境污染。 对水泥固化作用的影响对水泥固化作用的影响 落叶

37、松阿拉伯半乳聚糖对水泥的水化结晶过落叶松阿拉伯半乳聚糖对水泥的水化结晶过程有严重的不良影响，能延缓水泥的凝结并降低水程有严重的不良影响，能延缓水泥的凝结并降低水泥固化的强度。泥固化的强度。一一 木素的分离木素的分离1 1 将木材多糖溶解，木素作为不溶残渣而被分离；将木材多糖溶解，木素作为不溶残渣而被分离；2 2 将木素溶出而与木材多糖分离。将木素溶出而与木材多糖分离。二二 木素的结构木素的结构1 1 木素的基本结构单元木素的基本结构单元 木素是具有芳香族特性的、非结晶的、三维木素是具有芳香族特性的、非结晶的、三维空间结构的高聚物。空间结构的高聚物。 针叶与阔叶树材木素中的基本结构单元有所针叶与

38、阔叶树材木素中的基本结构单元有所不同。针叶树材木素中存在大量的愈疮木基丙烷和不同。针叶树材木素中存在大量的愈疮木基丙烷和少量的对羟基丙烷；阔叶树材木素中存在大量的紫少量的对羟基丙烷；阔叶树材木素中存在大量的紫丁香基丙烷和愈疮木基丙烷，还有少量的对羟苯基丁香基丙烷和愈疮木基丙烷，还有少量的对羟苯基丙烷，基含量比针叶树材少。丙烷，基含量比针叶树材少。2 2 结构单元间的连接键型结构单元间的连接键型 这些苯丙烷单元是通过醚键和碳这些苯丙烷单元是通过醚键和碳碳键的方碳键的方式连接成木素大分子的。式连接成木素大分子的。 其中有三分之二以上的苯丙烷单元是以醚键其中有三分之二以上的苯丙烷单元是以醚键连接，其

39、余的为碳连接，其余的为碳碳键。碳键。3 3 木素的官能团木素的官能团 木素中存在多种官能团，主要有甲氧基木素中存在多种官能团，主要有甲氧基(OCHOCH3 3) )、羟基、羟基(OH)(OH)和羰基和羰基(CO)(CO)等。等。三三 木素的特征木素的特征 1 1 木素与木材分类：摩尔反应木素与木材分类：摩尔反应 木材解剖学根据木材组织中有无导管，将木材木材解剖学根据木材组织中有无导管，将木材分为无孔材分为无孔材( (针叶树材针叶树材) )和有孔材和有孔材( (阔叶树材阔叶树材) )两大类，两大类，而我国的昆栏树和水青树虽是阔叶树材，但木材中而我国的昆栏树和水青树虽是阔叶树材，但木材中均不具导管

40、。均不具导管。 木素最重要的显色反应是木素最重要的显色反应是MuleMule反应，可用反应，可用此鉴别针叶和阔叶树材：针叶树材显黄褐色，阔叶此鉴别针叶和阔叶树材：针叶树材显黄褐色，阔叶树材是显红色或红紫色。树材是显红色或红紫色。2 2 木素与木材颜色：发色基团和助色基团木素与木材颜色：发色基团和助色基团 木材本身有天然的色调，染色后产生多种多木材本身有天然的色调，染色后产生多种多样的颜色。影响木材颜色的产生与变化的因素很复样的颜色。影响木材颜色的产生与变化的因素很复杂，其中木素是主要原因之一。杂，其中木素是主要原因之一。 在木素大分子中含有许多发色基团，如苯环、在木素大分子中含有许多发色基团，

41、如苯环、羟基、乙烯基和松柏醛基等。其中松柏醛基由苯环、羟基、乙烯基和松柏醛基等。其中松柏醛基由苯环、羰基和乙烯三个基本发色基团组成，是一种含有羰基和乙烯三个基本发色基团组成，是一种含有C=OC=O和和C=CC=C共轭结构的大型发色基团，在共轭结共轭结构的大型发色基团，在共轭结构中含有构中含有 电子，而电子，而 电子活性大，跃迁时所需要电子活性大，跃迁时所需要的激发能量较小，因此吸收光谱的波长较长，可以的激发能量较小，因此吸收光谱的波长较长，可以使吸收由紫外光区移至可见光区，而显现颜色。使吸收由紫外光区移至可见光区，而显现颜色。 此外，木素分子中还含有羟基、羧基及以醚此外，木素分子中还含有羟基、

42、羧基及以醚键结合的基团，它们常常与外加的某些化合物发生键结合的基团，它们常常与外加的某些化合物发生反应，使这种化合物颜色加深，常称为助色基团。反应，使这种化合物颜色加深，常称为助色基团。由于这些助色基团与外加的化合物在一定的条件下，由于这些助色基团与外加的化合物在一定的条件下，形成某种形式的化学结合，使吸收光谱发生红移，形成某种形式的化学结合，使吸收光谱发生红移，而使木材的颜色变得显明。而使木材的颜色变得显明。3 3 木素与木材胶合；玻璃化转变温度木素与木材胶合；玻璃化转变温度 木素为无定形聚合物，而无定形聚合物最重木素为无定形聚合物，而无定形聚合物最重要的性质是具有玻璃化转变特性。聚合物玻璃

43、化转要的性质是具有玻璃化转变特性。聚合物玻璃化转变是玻璃态和高弹态之间的转变，转变温度变是玻璃态和高弹态之间的转变，转变温度(T(Tg g) )是是表示玻璃化转变的最重要的指标。温度低于表示玻璃化转变的最重要的指标。温度低于T Tg g时为时为玻璃态，温度在玻璃态，温度在T Tg gT Tf f之间时为高弹态，温度高于之间时为高弹态，温度高于T Tf f时为粘流态。时为粘流态。 木素的玻璃化转变特性在木质人造板生产工艺木素的玻璃化转变特性在木质人造板生产工艺中有重要的实际意义。在热压制板时，当温度加热中有重要的实际意义。在热压制板时，当温度加热到玻璃化转变温度时，由于木素的热塑性作用，能到玻璃

44、化转变温度时，由于木素的热塑性作用，能使材料迅速成板而不会引起材料的过分降解。使材料迅速成板而不会引起材料的过分降解。 在生产各种纤维板时，木素的加热软化，能在生产各种纤维板时，木素的加热软化，能促进木材纤维分离，成板时又在很大程度上依赖于促进木材纤维分离，成板时又在很大程度上依赖于木素木素( (及半纤维素及半纤维素) )的热塑性和胶合性质。由蒸汽顶的热塑性和胶合性质。由蒸汽顶处理木材所得到的木浆制成的人造板强度大并且可处理木材所得到的木浆制成的人造板强度大并且可以减少用于精磨浆的能量。以减少用于精磨浆的能量。 木材是天然生长形成的一种有机物，除了含木材是天然生长形成的一种有机物，除了含有数量

45、较多的纤维素、半纤维素和木素等主要成分有数量较多的纤维素、半纤维素和木素等主要成分外，还含有多种次要成分，其中比较重要的是木材外，还含有多种次要成分，其中比较重要的是木材的抽提物。它在木材中存在，对材性、加工及其利的抽提物。它在木材中存在，对材性、加工及其利用均有一定的影响。用均有一定的影响。一一 木材中的抽提物木材中的抽提物 木材抽提物是用乙酸、苯、乙醚、丙酮或二木材抽提物是用乙酸、苯、乙醚、丙酮或二氯甲烷等有机溶剂以及水抽提出来的物质的总称。氯甲烷等有机溶剂以及水抽提出来的物质的总称。 木材抽提物包含有许多种物质目前经鉴定约木材抽提物包含有许多种物质目前经鉴定约700700多种，主要有单宁

46、、树脂、树胶、精油、色素、多种，主要有单宁、树脂、树胶、精油、色素、生物碱、脂肪、蜡、甾醇、糖、淀粉和硅化物等。生物碱、脂肪、蜡、甾醇、糖、淀粉和硅化物等。一般可把它们分为三大类：脂肪族化合物、和类化一般可把它们分为三大类：脂肪族化合物、和类化合物、酚类化合物。合物、酚类化合物。二二 木材抽提物对材性、加工和利用的影响木材抽提物对材性、加工和利用的影响1 1 抽提物对木材颜色的影响抽提物对木材颜色的影响 木材具有不同的辨色与细胞腔、细胞壁内填木材具有不同的辨色与细胞腔、细胞壁内填充或沉积的多种抽提物有关。心材的辨色往往比边充或沉积的多种抽提物有关。心材的辨色往往比边材深得多，后者在于分布在心材

47、中的抽提物明显高材深得多，后者在于分布在心材中的抽提物明显高于边材的缘故。于边材的缘故。2 2 抽提物对木材气味、滋味的影响抽提物对木材气味、滋味的影响 树种不同，其木材中所含抽提物的化学成分树种不同，其木材中所含抽提物的化学成分有差异。因此，从某些木材中逸出的挥发性物质不有差异。因此，从某些木材中逸出的挥发性物质不同而具有不同的气味，未挥发的成分具有不同的滋同而具有不同的气味，未挥发的成分具有不同的滋味。味。 一般认为，木材气味的来源一是木材自身所一般认为，木材气味的来源一是木材自身所含有的某种抽提物化学成分所挥发出的气味，二是含有的某种抽提物化学成分所挥发出的气味，二是木材中的淀粉、糖类物

48、质被寄生于木材中的微生物木材中的淀粉、糖类物质被寄生于木材中的微生物进行代谢或分解时而生成的产物具有某种气味。进行代谢或分解时而生成的产物具有某种气味。3 3 抽提物对木材强度的影响抽提物对木材强度的影响 含树脂和树胶较多的热带木材其耐磨性较高。含树脂和树胶较多的热带木材其耐磨性较高。 据记载，抽提物对木材强度的影响随作用力的据记载，抽提物对木材强度的影响随作用力的方向有变异。顺纹抗压强度受木材抽提物含量的影方向有变异。顺纹抗压强度受木材抽提物含量的影响最大，冲击韧性最小，而抗弯强度则介于二者之响最大，冲击韧性最小，而抗弯强度则介于二者之间。间。4 4 抽提物对木材渗透性的影响抽提物对木材渗透

49、性的影响 据记载，假榄木材的心材含有较丰富的木材据记载，假榄木材的心材含有较丰富的木材抽提物，因此木材的纵向渗透性较低。一般说来，抽提物，因此木材的纵向渗透性较低。一般说来，心材的渗透性小于边材，这是因为心材所具有的抽心材的渗透性小于边材，这是因为心材所具有的抽提物高于边材的缘故。提物高于边材的缘故。5 5 抽提物对胶合性能的影响抽提物对胶合性能的影响抽提物使木材表面污染抽提物使木材表面污染 抽提物是污染木材表面有碍木材胶全的最主抽提物是污染木材表面有碍木材胶全的最主要最普遍的根源之一。要最普遍的根源之一。大量抽提物沉积于木材表面，增加了木材表面的污大量抽提物沉积于木材表面，增加了木材表面的污

50、染程度，从而降低界面间的胶全强度；染程度，从而降低界面间的胶全强度；憎水性抽提物降低木材表面润湿性，破坏木材表面憎水性抽提物降低木材表面润湿性，破坏木材表面反应场所，不利于木材反应场所，不利于木材胶粘剂的界面胶结；胶粘剂的界面胶结；抽提物的氧化有增加木材表面酸性的趋势，促进木抽提物的氧化有增加木材表面酸性的趋势，促进木材表面的降解，降低表面强度。材表面的降解，降低表面强度。抽提物使胶粘剂固化不良抽提物使胶粘剂固化不良抽提物移向木材表面抽提物移向木材表面或接近表面时，可干扰胶或接近表面时，可干扰胶木界面的形成，在界面木界面的形成，在界面处形成障碍，从而可能阻止材面润湿或导致胶合强处形成障碍，从而

51、可能阻止材面润湿或导致胶合强度变低，同时还可能改变胶粘剂的特性。度变低，同时还可能改变胶粘剂的特性。 一般认为，抽提物对碱性胶粘剂固化及胶合一般认为，抽提物对碱性胶粘剂固化及胶合强度的影响不十分敏感，而对酸性胶粘剂，抽提物强度的影响不十分敏感，而对酸性胶粘剂，抽提物可能会抑制或加速胶粘剂的固化速度，取决于缓冲可能会抑制或加速胶粘剂的固化速度，取决于缓冲容量和树脂反应的容量和树脂反应的pHpH值。值。6 6 抽提物对涂饰性能的影响抽提物对涂饰性能的影响 许多实例证明，当油漆木材时，会发现漆膜变许多实例证明，当油漆木材时，会发现漆膜变色，这是由于当木材含水率增高时，木材内部的抽色，这是由于当木材含

52、水率增高时，木材内部的抽提物向表面迁移在表面析出的结果。提物向表面迁移在表面析出的结果。 含有树脂较多的木材，特别是硬松类木材，涂含有树脂较多的木材，特别是硬松类木材，涂刷含铅及锌的油漆时，木材中的树脂酸能与氧化锌刷含铅及锌的油漆时，木材中的树脂酸能与氧化锌作用，从而促使漆膜拜早期变坏。木材表面的油分作用，从而促使漆膜拜早期变坏。木材表面的油分和单宁含量高时，会妨碍亚麻仁油的油漆固化。和单宁含量高时，会妨碍亚麻仁油的油漆固化。7 7 抽提物对木材接枝聚合作用的影响抽提物对木材接枝聚合作用的影响 为改善木材的性质，常采用乙烯基单体与木为改善木材的性质，常采用乙烯基单体与木材分子产生接枝共聚反应制

53、造木塑复合材。在共聚材分子产生接枝共聚反应制造木塑复合材。在共聚反应过程中，发现某些酚类抽提物具有阻聚作用。反应过程中，发现某些酚类抽提物具有阻聚作用。如桦木捕风捉影是皒中含有酚类化合物，水青冈木如桦木捕风捉影是皒中含有酚类化合物，水青冈木材抽提物中含有类木素化合物，龙脑香木材抽提物材抽提物中含有类木素化合物，龙脑香木材抽提物中含有倍酸和单宁类化合物，它们对聚合反应均起中含有倍酸和单宁类化合物，它们对聚合反应均起抵制或阻碍作用。抵制或阻碍作用。8 8 抽提物对木材表面耐候性的影响抽提物对木材表面耐候性的影响 木材表面的抽提物能促进木材对紫外光的吸木材表面的抽提物能促进木材对紫外光的吸收，从而加

54、速木材表面的光化降解作用。这种促进收，从而加速木材表面的光化降解作用。这种促进作用可能是通过光敏作用，即抽提物吸收紫外光能作用可能是通过光敏作用，即抽提物吸收紫外光能量后，再将能量传递给不易吸收紫外光的纤维素分量后，再将能量传递给不易吸收紫外光的纤维素分子，使纤维素分子受激活化而参与光化降解反应，子，使纤维素分子受激活化而参与光化降解反应，从而加速木材表面的劣化。从而加速木材表面的劣化。9 9 抽提物对木材加工工具的影响抽提物对木材加工工具的影响 木材中多酚类抽提物含量高者在木材加工过程木材中多酚类抽提物含量高者在木材加工过程中易使切削刀具磨损。中易使切削刀具磨损。 KrilovKrilov研

55、究了澳大利亚研究了澳大利亚1515种阔叶木材对锯片种阔叶木材对锯片的磨蚀机理指出，当木材的的磨蚀机理指出，当木材的pH=4.0pH=4.04.34.3时，对时，对钢锯片的腐蚀是有限的，低于这一范围，其腐蚀性钢锯片的腐蚀是有限的，低于这一范围，其腐蚀性迅速增加。而木材中含有的多酚类化合物对锯片的迅速增加。而木材中含有的多酚类化合物对锯片的磨蚀作用远远超过木材酸度的作用。磨蚀作用远远超过木材酸度的作用。10 10 抽提物对木材声学性能的影响抽提物对木材声学性能的影响 乐器共鸣板的质量，在很大程度上取决于木材的乐器共鸣板的质量，在很大程度上取决于木材的声共振性。声共振性。 经研究发现，为了制造优质乐

56、器，宜于使用存放经研究发现，为了制造优质乐器，宜于使用存放多年的木材为乐器材原料。因为经长期贮存而多年的木材为乐器材原料。因为经长期贮存而“陈化陈化”的木材，其中的抽提物部分被分解或去除，有助于改的木材，其中的抽提物部分被分解或去除，有助于改善木材的声学性能。试验表明，木材经乙醚溶剂抽提善木材的声学性能。试验表明，木材经乙醚溶剂抽提后木材的密谋降低，动态弹性模量升高，音响常数增后木材的密谋降低，动态弹性模量升高，音响常数增加。用抽提处理后的乐器用材制造乐器的共鸣板，其加。用抽提处理后的乐器用材制造乐器的共鸣板，其音响质量提高。音响质量提高。11 11 抽提物对工人健康的影响抽提物对工人健康的影

57、响 有些木材抽提物含有毒性的化学成分，如松木心有些木材抽提物含有毒性的化学成分，如松木心材抽提物中含有材抽提物中含有3,5-3,5-二差劲基苯乙烯，柏木类木材中二差劲基苯乙烯，柏木类木材中含有卓酚酮，均具有较强的毒性。含有卓酚酮，均具有较强的毒性。 含有毒性抽提物的木材可能对木材加工操作人含有毒性抽提物的木材可能对木材加工操作人员引起某些疾病，所以在加工这些木材时应考虑采取员引起某些疾病，所以在加工这些木材时应考虑采取适当的防护措施。适当的防护措施。 据统计，世界上大约有据统计，世界上大约有100100种以上的木材种以上的木材( (其中其中大多数产于热带和亚热带大多数产于热带和亚热带) )含有

58、对人身引起过敏反应的含有对人身引起过敏反应的木材抽提物，在红木、柚木、侧柏及相思木等木材中木材抽提物，在红木、柚木、侧柏及相思木等木材中均可发现这一现象。均可发现这一现象。12 12 抽提物对木材利用的一些不利影响抽提物对木材利用的一些不利影响 某些抽提物对木材某些性质有良好的影响，而在某些抽提物对木材某些性质有良好的影响，而在另一方面又可能具有不利的作用。另一方面又可能具有不利的作用。 生产水泥刨花板和纤维板时，含糖和单宁多的生产水泥刨花板和纤维板时，含糖和单宁多的木材，由于还原糖和多酚类物质的阻聚作用，可使水木材，由于还原糖和多酚类物质的阻聚作用，可使水泥的凝固时间延迟或不易凝固，影响制品

59、质量。泥的凝固时间延迟或不易凝固，影响制品质量。 用气味深厚的木材制造的包装箱不宜盛装茶叶用气味深厚的木材制造的包装箱不宜盛装茶叶和食品，含有毒性成分的木材不宜制造寅家具等等。和食品，含有毒性成分的木材不宜制造寅家具等等。 综上所述，木材抽提物对木材的性质、加工工综上所述，木材抽提物对木材的性质、加工工艺、人体健康和木材的合理利用均有一定影响，因艺、人体健康和木材的合理利用均有一定影响，因此深入研究各种木材抽提物的组成、含量及特性对此深入研究各种木材抽提物的组成、含量及特性对科学地确定木材加工工艺和合理地利用木材资源均科学地确定木材加工工艺和合理地利用木材资源均有实际意义。有实际意义。 主要介

60、绍木材密度、木材的含水状主要介绍木材密度、木材的含水状态、木材中水分的吸湿与解吸、木材的干态、木材中水分的吸湿与解吸、木材的干缩湿胀、木材的电学性质、热学性质、声缩湿胀、木材的电学性质、热学性质、声学性质和光学性质。学性质和光学性质。 1 1 木材密度木材密度 2 2 木材和水分木材和水分 3 3 木材的电学性质木材的电学性质 4 4 木材的热学性质木材的热学性质 5 5 木材的声学性质木材的声学性质 6 6 木材的光学性质木材的光学性质 6 6. .1 1 木材密度木材密度6.1.1 6.1.1 木材密度的种类木材密度的种类 6.1.2 6.1.2 木材比重的测定木材比重的测定 6.1.3