当前课程知识点：植物纤维化学 > 第七章 木素 > 7.14 木素的物理性质及特性 > 7.14 木素的物理性质及特性
第十四节 木素的物理性质及特性
同学们好！上节课我们学习了木素的亲电反应
我想大家已对木素的化学反应有了一定的了解
这节课我们将学习木素的物理性质
在考察木素物理性质时，一定要充分注意到原料的来源
这主要是由于木素的基本结构单元及其化学键结合方式及比例
都由于植物的种类、部位、组织而异，因此会导致其物理性质也是多样的
分离的木素在分离过程中也会发生各种变化，比如分子量下降
也会导致其性质变得多样
可以说木素的物理性质因多种原因而变得复杂而且相差甚远
木素的物理性质包括各种波谱性质、高分子以及其他的物理性质
如溶解性、热性质及电化学性质等
1.木素的颜色
原本木素是一种白色或接近无色的物质
人们所见的木素颜色是在分离和制备的过程中形成的
如云杉Brauns木素是浅奶油色，酸木素、铜氨木素
和过碘酸盐木素的颜色比较深，在浅褐色到深褐色之间
2.木素的形状
用电子显微镜研究木素的超分子结构状态表明
木素是以球状或块状质点状态聚集存在的
原本木素和碳水化合物在植物细胞中以层状的结构存在
制浆过程中以厚度约2nm宽度不等的碎片溶出
种种实验结果证明了这种观点
大的板状的碎片在溶液中不规则地折叠卷曲
而成近于球状的木素的分子质点
3.木素的相对密度
从木化植物分离的木素大都是无定型的粉末，其相对密度为1.300-1.500
该数值的大小因测定方法和木素制备方法的不同而有所区别
4.木素的光学性质
木素结构中没有不对称的碳，所以没有光学活性
云杉铜氨木素的折射率是1.61，这证明了木素的芳香族特性
5.木素的燃烧热
木素的燃烧热值相对比较高
如无灰分云杉盐酸木素的燃烧热是110.0kJ／g，硫酸木素的燃烧热是109.6kJ／g
6.溶解性能
原本木素在水中以及通常的溶剂中大部分不溶解，也不能水解成单个木素单元
采用不同方法分离的木素，在某种溶剂中溶解于否
取决于溶剂的溶解性参数和氢键结合能
溶解性参数为42-46时，氢键结合能越大，溶解性也就越好
在这样的溶剂中木素的反应性能较大
表中列出了不同方法获得的各种云杉木素的溶解性能
鉴于原本木素的溶解性能比较差，在制浆过程中为了把木材中的木素溶出
使纤维分离开来，往往要在木素大分子中引入亲液性基团
例如，导入磺酸基就可以得到能溶解的木素磺酸盐
或者是使用碱在一定条件下从木素中导出新的酚羟基，由于酚羟基的亲液性
也能使木素溶解出来，这就是化学制浆的基本依据之一
常见的木素溶剂有二氧六环、酚、二甲亚砜、二甲基甲酰胺
吡啶、二氯乙烷、丙酮、甲醇、乙醇和碱等
7.木素的热性质
木素的热性质是指木素的热可塑性
各种分离木素的软化温度，也即常说的玻璃转化点不同
干燥的木素在127-193℃，随树种的变化以及分离的方法不同，分子量的大小而异
吸水润胀之后的木素，软化点大大降低
随着分子量加大，其软化点、玻璃转化温度上升
在木材加工和制浆时以水润湿木片，木片中木素的软化点在水的作用下降低
从而有利于木材加工和纤维的分离
表中是木素的含水率和软化点
学者们研究认为，在玻璃转化点以下，木素的分子链的运动被冻结
而呈玻璃状固体，随着温度的升高，分子链的微布朗运动加快
到了玻璃转化点以上，分子链的微布朗运动开放，木素本身发生软化
固体表面积减少，产生了粘着力
深入研究了解木素的热性质对于木材的加工和制浆工程都是非常重要的
8.木素的电化学性质
含有众多羰基的碱木素等的极谱波谱中，可以检测基于其还原性的极谱波
研究者以大量的模型物，研究其构造和极谱性质的关系
发现在含有钴离子的氨水缓冲液中，有更为敏锐的接触还原波出现
这是由于在烧碱法蒸煮中生成特有功能基群中氨和钴离子发生反应
生成亚胺-钴螯合物的缘故
作为高分子电解质的木素在电泳时向阳极移动，因此和碳水化合物相分离
采用玻璃纤维滤纸的电泳法
可以研究木素与碳水化合物复合体的存在及其开裂的情况
另外，用电泳法和电渗析法也可以从制浆废液中分离木素磺酸盐
9.木素的粘度
木素溶液的粘度通常是把木素在溶剂中溶解后测定的
研究结果表明，云杉木素在不同浓度条件下的比粘度不同
表中三个试样是用含盐酸的氯仿-乙醇混合物连续三次抽提云杉木素得到的
木素的溶剂是二氧六环
表内数据可知
在不同浓度下云杉乙醇木素的比粘度为0.050-0.078，粘度值不高
从硫酸盐蒸煮的黑液中分离获得硫化木素
当浓度为每1000g溶液含木素0.012-2.5g时
测出溶液的比粘度相应为0.026-0.330
10.分子量及分子量分布
如果要知道原本木素的分子量，其试样只能是在温和条件下采用惰性溶剂分离出来的
例如磨木木素的分子量就比较接近原本木素
表中给出了云杉、落叶松、芦苇和杨木的磨木木素的
重量平均分子量和数量平均分子量
从表可以看出，几种不同原料的磨木木素具有比较接近的平均分子量和聚合度
数均分子量在3300-4120之间
四种样品中，分子量最大的组分，最高相对分子质量的数量级为20000-25000
相对分子质量不高于上面列出的数值
表中给出的重均分子量和数均分子量有一定的差别，它们的比值在1.6-1.7
重均分子量与数均分子量之比，体现了木素的多分散性
说明木素分子量存在一定的不均一性，这也是天然高聚物的特点之一
该数值越高说明分子量差别越大
在某些条件下，例如在酸和碱的介质中
在温和条件下会发生木素分子之间的“缝合”
因此，某些经过化学处理分离木素样品，其分子量
比接近于天然状态的磨木木素的分子量要高
当然，也由于一部分木素大分子由于化学作用而降解
其分子量比磨木木素要低，使这些分离木素的分子量范围较大
比如木素磺酸盐和碱木素的分子量差别较大
表中为各种木素的重均分子量Mw、数均分子量Mn
和数均分子量之比Mw/Mn
通常Mw以光散射法、超速离心机的沉降速度法
以及沉降平衡法等求得 Mn以蒸气压渗透法、凝固点下降法等测定
但对于木素磺酸盐等的水溶性木素不适用
分子量分布的测定，通常用基于分子筛原理的凝胶色谱法
总之，木素的分子量和多分散性的性质是本节课的重点，希望同学们认真学习
下节课我们将开始学习本章的最后一节，木素的利用
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