当前课程知识点:植物纤维化学 > 第二章 植物纤维化学成分 > 2.2 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响 > 2.2 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响
第二节 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响
同学们好 在上节课中
我们学习了植物纤维原料的化学组成
植物纤维原料中包含主要组分与少量组分
其中 纤维素也是我们工业生产中最重要的组分
在研究纤维素的过程中衍生出许多与之相关的概念
首先是综纤维素的概念
综纤维素是指植物纤维原料在除去抽出物和木素后
所保留的全部碳水化合物
也就是植物纤维原料中纤维素和半纤维素的总和
又称为全纤维素
综纤维素含量是评价原料在制浆造纸及生物质炼制领域
利用价值的重要指标
制备综纤维素一般需要先用有机溶剂抽提原料
使之成为无抽提物样品,再除去木素
制备综纤维素的方法主要有以下四种
(1)二氧化氯法
二氧化氯法由施密特在1921年提出
该方法使用二氧化氯与碳酸氢钠的饱和溶液处理无抽提物样品
把其中的木素氧化除去
得到的白色残渣就是综纤维素
(2)氯化法
氯化法由里特于1937年提出
他使用氯气处理无抽提物样品
然后用乙醇胺和乙醇溶液抽提
将氯化木素溶出
得到的残渣就是综纤维素
(3)亚氯酸钠法
亚氯酸钠法由杰姆于1942年提出
该方法使用亚氯酸钠与6%的醋酸处理无抽提物样品
使木素被氧化后除去
得到含有部分降解的碳水化合物产物即为综纤维素
(4)过醋酸法
在醋酸钠溶液中加入醋酸酐和过氧化氢形成过醋酸溶液
用它在70°C下处理无抽提物样品
将木素氧化除去,残渣即为综纤维素
综纤维素约含有原料中的全部碳水化合物
理论上 综纤维素加上木素就是无抽提物样品的总重量
但在实验中若将无抽提物样品中的木素完全除去
往往有部分综纤维素会同时溶出
因此,为了尽量减少综纤维素降解
得到的综纤维素样品中需保留部分木素
我们在实验室研究常用亚氯酸钠法测定综纤维素
2 克-贝纤维素
克罗斯和贝文分离纤维素的方法,该方法创立于1880年
曾有若干修正
主要采用氯气处理湿润的无抽提物样品
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
以使木素溶出
上述步骤需反复操作
直至加入亚硫酸钠后只显示淡红色为止
得到的纤维素即克-贝纤维素
与综纤维素相比,克-贝纤维素的碳水化合物降解稍多一些
而且部分非纤维素的碳水化合物会被溶出
但与工业纸浆中的纤维素相比,降解程度较小
克-贝纤维素包括了纤维素与一部分非纤维素的碳水化合物
并含0.1%至0.3%的木素
3. 硝酸-乙醇纤维素
硝酸-乙醇纤维素最先由法国人库尔施纳和霍弗提出
该方法基于使用20%硝酸和80%乙醇混合液
在加热至沸腾的条件下处理未抽提的样品
使其中的木素变成硝化木素,溶于乙醇中而被除去
所得到的残渣就是硝酸-乙醇纤维素
这种方法使原料中大部分半纤维素水解
因此得到纤维素重量比原料的克-贝纤维素低
而且 在制备过程中
纤维素分子链也会发生部分降解
需要特别注意的是
同一原料不同方法所获得的纤维素
其中综纤维素含量最高
大于克贝纤维素
大于硝酸乙醇法纤维素
此外还应注意在制备纤维素时,制备方法、制备条件不同
会得到各种各样的“纤维素”
因此 在表明分离得到的纤维素时
除了给出纤维素量值外还必须交代分离所用的方法
4 α-纤维素、β-纤维素、γ-纤维素
用17.5%的氢氧化钠或24%的氢氧化钾溶液
在20°C下处理综纤维素或漂白化学浆45 min
将其中大部分非纤维素的碳水化合物溶出
留下的综纤维素以及抗碱性的非纤维碳水化合物
称为综纤维素的α-纤维素
漂白化学木浆经上述过程处理后得到的溶解部分
用醋酸中和至pH值为4.5
沉淀部分被称为β-纤维素
不发生沉淀的部分就是γ纤维素
实际上 α-纤维素是纤维素与具有抗碱能力半纤维素的总和
β-纤维素由高度降解的纤维素和半纤维素组成
γ-纤维素则全部为半纤维素
β-纤维素 γ-纤维素之和则为工业半纤维素
在聚合度方面α-纤维素聚合度大于200
β-纤维素聚合度为10-200
γ-纤维素的聚合度<10
二 化学组成对制浆造纸的影响
1 主要组分对制浆造纸的影响
在实际制浆造纸过程中纤维素是有利的组分
是应尽量保留的成分
木素在制化学浆时应尽量脱除
在制备高得率浆时应尽量保留
半纤维素在生产化学浆时应尽量保留可提高纸浆的得率
也能节省打浆动力 提高纸页结合强度
当生产精制浆纤维素衍生物用化学浆时
半纤维素应尽量除去
2. 少量组分对制浆造纸的影响
(1)有机溶剂抽提物
在蒸煮过程中原料中的有机溶剂抽提物会阻碍药液渗透
碱法制浆时,抽提物中的树脂酸、脂肪酸
会与碱发生反应生成皂化物塔尔油
在酸法制浆过程中,抽提物会被加热、软化成油状物
形成树脂障碍
抽提物中的双氢栎精被氧化成黄色,会使纸浆发黄
同时会分解蒸煮液
此外 抽出物还会使纸浆难于漂白、白度低、容易返黄
(2)灰分的影响
在碱法制浆过程中,纤维原料
特别是禾本科原料的灰分中二氧化硅会形成硅酸钠
使废液年度升高,洗浆时黑液提取率降低
对黑液的碱回收容易造成硅干扰
原料中的铜、铁、锰等过渡金属离子
对制浆颜色造成不利影响
会影响过氧化氢、氧气、臭氧等漂白效果
钙 镁等碱金属离子可稳定漂剂
但过多也会稳定木素,导致漂白白度降低
(3)果胶质的影响
果胶质是灰分的载体应尽量脱除
针叶材和禾本科原料中果胶质含量较少
阔叶材果胶质含量略高
而麻类原料、棉杆皮、桑皮、檀皮、构皮等含有果胶质较多
在制浆过程中需要解决脱胶的问题
小结
本节课我们学习了与纤维素相关的概念
并初步探讨了化学组成对制浆造纸的影响
请同学们重点掌握综纤维素及硝酸乙醇纤维素的概念
下节课我们将对比常用植物纤维原料的化学组成
欢迎大家继续关注我们的课程
-绪论
--绪论
-讨论
-1.1 植物纤维原料形成与分类
-1.1 植物纤维原料形成与分类--作业
-1.2 木材的宏观结构
--木材的宏观结构
-1.2 木材的宏观结构
-1.3 针叶材与阔叶材的显微构造
-1.3 针叶材与阔叶材的显微构造--作业
-1.4 非木材原料的宏观与显微结构
-1.4 非木材原料的宏观与显微结构--作业
-1.5 纤维细胞壁超微结构
-1.5 纤维细胞壁超微结构--作业
-1.6 纤维形态学因素
-1.6 纤维形态学因素--作业
-讨论
-图文
-课程思政--中国文化自信案例1
--纸的故事(一)
-本章总结
-2.1 植物纤维原料的化学组成
-2.1 植物纤维原料的化学组成--作业
-2.2 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响
-2.2 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响--作业
-2.3 常用植物纤维原料的化学组成
-2.3 常用植物纤维原料的化学组成--作业
-讨论
-图文
-本章总结
-3.1水分存在形式
-3.1水分存在形式--作业
-3.2 水分对木材的影响
-3.2 水分对木材的影响--作业
-讨论
-图文
-课程思政——木材水分与干缩湿胀实例
-本章总结
-4.1木材提取物的定义、分类、结构和性质
-4.1木材提取物的定义、分类、结构和性质--作业
-4.2 芳香族化合物
-4.2 芳香族化合物--作业
-4.3 脂肪族化合物和无机物
-4.3 脂肪族化合物和无机物--作业
-4.4 提取物的分布、提取和分离
-4.4 提取物的分布、提取和分离--作业
-4.5 提取物对加工利用的影响
-4.5 提取物对加工利用的影响--作业
-讨论
-课程思政——提取物的高效利用实现绿水青山就是金山银山
--松脂采集
--松脂加工利用案例
-本章总结
-5.1糖化学基础
-5.1糖化学基础--作业
-5.2纤维素的存在、结构、性质
-5.2纤维素的存在、结构、性质--作业
-5.3纤维素物理结构
-5.3纤维素物理结构--作业
-5.4纤维素晶体结构
-5.4纤维素晶体结构--作业
-5.5纤维素结晶度及测定方法
-5.5纤维素结晶度及测定方法--作业
-5.6 纤维素润胀、溶解
-5.6 纤维素润胀、溶解--作业
-5.7 纤维素双电层及热解
-5.7 纤维素双电层及热解--作业
-5.8 纤维素酸水解和碱降解
-5.8 纤维素酸水解和碱降解--作业
-5.9 纤维素的氧化
-5.9 纤维素的氧化--作业
-5.10 纤维素酶降解
-5.10 纤维素酶降解--作业
-5.11纤维素酯化
-5.11纤维素酯化--作业
-5.12 纤维素醚化
-5.12 纤维素醚化--作业
-5.13纤维素接枝共聚与交联
-5.13纤维素接枝共聚与交联--作业
-5.14纤维素物理改性
-5.14纤维素物理改性--作业
-5.15细菌纤维素
-5.15细菌纤维素--作业
-讨论1
-讨论2
-图文
-拓展学习资料
--纸张结构
--纤维角质化定义
--纤维角质化机理
-课程思政--文化自信案例2(中国古名纸)
-课程思政——国家能源战略:生物质能源
-课程思政——文化自信案例3(纤维素与纺织)
-本章总结
-思维导图
-6.1半纤维素的命名、存在
-6.1半纤维素的命名、存在--作业
-6.2半纤维素提取
-6.2半纤维素提取--作业
-6.3半纤维素分离及糖基测定
-6.3半纤维素分离及糖基测定--作业
-6.4半纤维素的化学性质
-6.4半纤维素的化学性质--作业
-6.5半纤维素与纸张的关系
-6.5半纤维素与纸张的关系--作业
-6.6半纤维素利用
-6.6半纤维素利用--作业
-讨论
-图文
-拓展学习-功能性低聚糖
--功能性低聚糖
--常见功能性低聚糖
--木糖醇的食用
-本章总结
-7.1 绪论-木素的研究现状
-7.1 绪论-木素的研究现状
-7.2 木素的存在及其生物合成
-7.2 木素的存在及其生物合成--作业
-7.3 木素概念及化学结构
-7.3 木素概念及化学结构
-7.4 木素的分离
-7.4 木素的分离--作业
-7.5 木素碳水化合物复合体
-7.5 木素碳水化合物复合体
-7.6 木素化学结构的研究方法
-7.6 木素化学结构的研究方法
-7.7 木素的紫外及红外光谱
-7.7 木素的紫外及红外光谱
-7.8 木素的显色反应
-7.8 木素的显色反应
-7.9 木素化学结构与化学反应的关系
-7.9 木素化学结构与化学反应的关系
-7.10 木素的亲核反应1-氢氧化钠脱木素
-7.10 木素的亲核反应1-氢氧化钠脱木素
-7.11 木素的亲核反应2-硫酸盐法脱木素
-7.11 木素的亲核反应2-硫酸盐法脱木素
-7.12 木素的亲核反应3-亚硫酸盐法脱木素
-7.12 木素的亲核反应3-亚硫酸盐法脱木素
-7.13 木素的亲电反应
-7.13 木素的亲电反应
-7.14 木素的物理性质及特性
-7.14 木素的物理性质及特性
-7.15 木素的利用
-7.15 木素的利用
-讨论1
-讨论2
-图文
-植物纤维化学实验资料
--植物纤维化学实验
-课程思政——文化自信案例3:中国造纸技术的贡献
-本章总结
-考试