植物纤维化学答案.doc

第一章1.如何将造纸植物纤维原料进行分类？答：木材纤维原料：针叶材、阔叶材; 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；半木材纤维原料：这类原料主要指棉秆；合成纤维、合成浆：人造丝、聚酰胺、聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯等；二次纤维：旧报纸、旧杂志纸、旧瓦楞箱纸板。2.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-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。3.比较纤维素与半纤维素的异同。答：纤维素和纤维素都是碳水化合物，均存在与绿色植物中，都不溶于水。但纤维素是均一聚糖，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。4.写出综纤维素的定义及四种制备方法，并指出哪种方法比较好？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(NaClO2ClO2)、二氧化氯法(ClO2)、过醋酸法(CH3COOOH)。其中亚氯酸钠法比较好。5.如何自综纤维素制备纤维素？并指出其化学组成。答：用17.5%NaOH溶液在20下处理综纤维素，将其中的非纤维素的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，称为综纤维素的纤维素。化学组成：综纤维素中的纤维素及抗碱的非纤维素碳水化合物。6.如何自漂白化学浆制备纤维素、纤维素、纤维素？并指出各自的化学组成。答：用17.5%NaOH溶液在20下处理漂白化学浆，将其中的非纤维素的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，称为化学浆的纤维素。将溶解部分用醋酸中和，沉淀出来的部分称为-纤维素，不沉淀部分称-纤维素。化学组成：-纤维素包括漂白化学浆中的纤维素与抗碱性的半纤维素；-纤维素含高度降解的纤维素与半纤维素；-纤维素全部为半纤维素。7.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。8.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。9.写出有机溶剂抽出物的定义，并指出常用的有机溶剂有哪些？答：有机溶剂抽出物是指植物纤维原料中可溶于中性有机溶剂的那些化合物。常用的有机溶剂：乙醚、苯、丙酮、乙醇、苯-乙醇混合液、石油醚等。10.写出针叶材、阔叶材和草类原料各自的有机溶剂抽出物的化学组成及存在的位置？答：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。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。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。11.写出果胶质的分子结构式、并说明果胶质存在于哪些植物中？答：果胶质主要存在于胞间层，是细胞间的粘结物质。果胶质也存在于细胞壁中，尤其是初生壁中。但在木材和其他高等植物组织中，次生壁的果胶质含量则十分少。双子叶植物细胞的初生壁和某些植物的皮部(如麻、棉杆皮、桑皮、檀皮等)含果胶质较多(故灰分含量也高)；针叶木及草类原料的果胶质含量较少，通常单子叶植物的果胶质含量仅是双子叶植物的果胶质含量的10%。12.写出植物纤维的定义。答：植物纤维指的是失去生命机能的细长锐端永久细胞。13.试述死亡细胞壁的构造。答：初生壁P、次生壁外层S1、中层S2、内层S3，瘤层，还有两细胞共有的胞间层ML，三个或四个细胞共有的细胞角隅CC,细胞壁上还有纹孔，胞间联丝等结构。14.叙述木材的粗视结构。答：木材由内到外：树心(髓心)、木质部、形成层、树皮(外皮、内皮)；其中木质部上具有许多同心圆环，即年轮。15.植物细胞壁上纹孔的功能及种类？答：功能：细胞间物质交换的通道。种类：具缘纹孔、半具缘纹孔、单纹孔。16.如何将木材植物细胞进行分类？答：按形态分尖端细胞和薄壁细胞；按功能分输导细胞、支撑细胞和贮藏细胞。17.叙述针叶材的生物结构，并指出其含有哪几种细胞及含量百分比？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%。18.叙述阔叶材的生物结构，指出其含有哪几种细胞及含量百分比？答：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6080%，管胞数量很少。19.叙述草类原料的生物结构，指出其含哪几种细胞及含量百分比？答：草类原料中有纤维细胞、薄壁细胞、导管、表皮细胞、筛管和伴胞。纤维细胞是最主要的细胞，是禾杆的支持组织，但是含量较低，仅占细胞总量的40%70%。薄壁细胞又称基本组织，是另一类主要细胞。有储存营养的作用。导管是输导组织，在禾本科原料中含量较高。表皮细胞的作用是保护植株的内部器官。筛管与伴胞关系密切，作用是将植物光合作用的产物自上而下输送到植株中各有关部位去。另外，皮层、髓部中还有石细胞。20.从细胞形态的角度分析、哪种植物纤维原料为造纸的优质原料？答：造纸植物纤维原料中，除含有制浆造纸所需的纤维细胞外，一般都含有一定量的其他细胞，称为非纤维细胞或杂细胞。多数杂细胞都是具有腔大、壁薄、长度短的特点，在制浆中吸收大量蒸煮药液，洗浆时降低洗涤能力，成纸时缺乏粘结，交织能力，降低纸张强度，表皮细胞增加废液硅含量，在酸法制浆时成片状存在，增加纸病。原料的杂细胞含量越高，其制浆造纸价值就低，常见的几类原料中，针叶材原料杂细胞含量最低，制浆造纸价值最高。21.解释下列名词概念并写出数学表达式：长宽比、壁腔比、纤维数量平均长、纤维重量平均长、纤维长度分布频率。答：长宽比=纤维长度纤维宽度；壁腔比=2细胞单壁厚度细胞腔直径；纤维数量平均长=数量总长度/测定的纤维总数。22.叙述这些纤维形态学指标与纸张性能之间的关系。答：长宽比大的纤维，成纸时单位面积中纤维之间相互交织的次数多，纤维分布细密，成纸强度高。特别是撕裂度、裂断度、耐折度等强度指数。壁腔比小(即纤维的柔软性好)的纤维，成纸时纤维间的接触面积较大，故结合力强，成纸的强度高；反之，壁腔比大的纤维则较僵硬，成纸时纤维间的接触面积较小，结合力小，成纸的强度差。23.简述针叶材管胞的超结构。答：管胞，即纤维，纤维细胞的超结构包括纤维细胞的层次构成、层次的厚度分布、不同层次纤维的取向、微细纤维的精细结构等，也包括纤维细胞壁上纹孔的微细结构。纤维细胞壁自外至里是由P、S1、S2、S3等层次所组成的；两个细胞之间存在一个共同的胞间层(ML层)；在3个或4个细胞之间存在一个细胞角隅。胞间层及细胞角隅的体积分数均不大，P层厚度极小,仅0.1m, S1层在P层内侧，厚度较小，一般占厚度10%20%；S3层则更薄些，仅占细胞壁厚度的2%8%；S2层厚度占细胞壁厚的70%90%，是细胞壁的主体。24.叙述草类原料纤维细胞的超结构与针叶材管胞超结构的异同？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：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。S1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。禾本科纤维的部分纤维的次生壁中层(S2)是多层结构。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。第二章1.针叶材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。2.阔叶材细胞壁中木素是如何分布？并与针叶材比较。答：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。3.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。4.木素的分离方法分为几大类？各自的缺点是什么？答：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。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。5.如何制备Klason木素，并说出此法的缺点及主要应用范围？答：木粉首先用苯-醇混合液抽提6hr，以除去木粉中的有机溶剂提物，然后将木粉在72%H2SO4、温度18-20条件下水解，这时试样中聚糖的聚合度下降，2hr后聚合度下降至10左右。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：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。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。6.为什么用Klason木素测定方法、测定草及阔叶材木素时，必须同时测定酸溶木素？ 答：对于阔叶材，由于多酚类的存在而会产生误差，在树皮存在时由于受到树皮酚酸的影响也难已适用。对于草类，由于灰分中的成分(例如钙盐和硅)在硫酸处理时不溶解，因此对稻草等要进行灰分的补正。在Klason木素测定方法中，木素的一部分，溶于Klason木素定量的母液中，成为酸溶性木素，它在阔叶材和草类原料中含量比较大，不能忽略。7.为什么Brauns“天然木素”不能代表原本木素？答:虽然Brauns木素与不溶解的原本木素有相似之处，但Brauns木素抽出量非常少，针叶材为2%8%，阔叶材为4%7%。Brauns木素是原本木素中的低分子量部分，而且Brauns木素比原本木素含有较多的酚羟基。8.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Lampn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。9.通过木素的KMnO4氧化分解得出什么结论？答：构成木素的芳香核，系由对-羟基苯基、愈疮木芬基、紫丁香基构成，进一步从分解分析研究，也可以了解芳香核单位间结合形式。10.通过木素的碱性硝基苯氧化得出什么结论？答：针叶木木素中存在大量的愈疮木基和少量的对-羟基苯基；阔叶木木素中存在大量的愈疮木基和紫丁香基，少量的对-羟基苯基；禾本科植物中存在大量的愈疮木基、紫丁香基和对-羟基苯基。11.通过木素的乙醇解得出什么结论？答：针叶木木素中存在大量的愈疮木基丙烷结构和少量的对-羟基苯基丙烷结构单元；阔叶木和禾本科植物中，存在大量的愈疮木基丙烷和紫丁香基丙烷结构单元，少量的对-羟基苯基丙烷结构单元。12.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310350nm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。13.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：-烷基-芳基醚(-O-4)、二烷基醚(-O-)、-烷基-芳基醚(-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：-1、-6、5-5、-5、-、-6、-。 C-C键对化学药品降解作用具有高度稳定性。14.写出木素碳水化合物(L.C.C.)的联接键型及联结点糖基？答：-醚键结合、苯基糖苷键、缩醛键、酯键、自由基结合而成的-C-O-或-C-C键结合。联结点糖基：半乳糖、阿拉伯糖和木糖单元是为木素与半纤维素之间的联结点糖基。15.叙述木素的结构单元在酸、碱介质中基本变化规律？答：在碱性介质中的基本变化：酚型结构单元通过p-共轭、诱导效应使-碳原子活化，-醚键断裂，形成亚甲基醌结构，由于-碳原子正电性很强，常常成为亲核试剂所攻击的部位，(OH-SO32-SH-S2-)。非酚型的木素结构单元由于酚羟基上有了取代物，故不能形成亚甲基醌的结构形式。在酸性介质中的基本变化：具有苯甲基醚结构单元，首先形成钅羊盐，然后-醚键断裂而形成正碳离子，由于-碳原子正电性很强，常常成为亲核试剂所攻击的部位，例如：HSO3-和SO32-等。不论是酚型或非酚型结构单元均可形成正碳离子结构形式。16.烧碱法制浆中，木素大分子中哪几种化学键断裂？答：木素酚型结构的-芳基醚键、-烷基醚键断裂，形成亚甲基醌中间物；非酚型结构如在-碳原子上连有-OH基的-芳基醚键也可以断裂，形成环氧化合物的中间物；酚型结构的-芳基醚键仅有极少部断裂；苯环上甲基芳基醚键断裂；木素碎片的缩合反应。17. 硫酸法制浆中，木素大分子中哪几种化学键断裂？答：木素酚型结构的-芳基醚键、-烷基醚键断裂，形成亚甲基醌中间物；非酚型结构如在-碳原子上连有-OH基的-芳基醚键也可以断裂；苯环上甲基芳基醚键断裂；酚型-芳基醚键断裂；木素碎片的缩合反应。18.酸性亚硫酸盐和亚硫酸氢盐法制浆中，木素大分子中哪几种化学键断裂？答：酚型-芳基醚、-烷基醚的反应；酚型-芳基醚的反应；木素中的羰基和双键的反应；甲基芳基醚的反应。19.中性和碱性亚硫酸盐法制浆中、木素大分子中哪几种化学键断裂？答：酚型或非酚型结构单元-醚键的反应；蒸煮中的缩合反应；甲基芳基醚键的反应；-醚键结构在酸性亚硫酸盐蒸煮条件下是稳定的。20.叙述木素大分子在氯化过程中的反应。答：苯环上氯的亲电取代反应；木素结构单元侧链的亲电取代反应；醚键的氧化裂解；木素脂肪族侧链碎解产物的再氧化；侧链共轭或非共轭双键的氯的加成反应。22.叙述木素大分子在次氯酸盐漂白过程中的反应。答：次氯酸盐漂白时主要是氧化作用；也有氯化反应(亲电和亲核反应)；但次氯酸盐与次氯酸发生分解反应时也会产生游离基，从而发生游离基反应。24.叙述木素大分子在H2O2漂白过程中的反应。答：分解反应：H2O2=H+HOO-；副分解反应：H2O2H2O+O第三章1.纤维素生物合成的母体是什么？答：纤维素生物合成的基本结构单元是D吡喃式葡萄糖基。2.叙述高分子化合物多分散性的基本概念。答：纤维素是不同聚合度的分子混合物，即分子结构单元相同，结构单元间的连接方式也相同，但各个分子的聚合度不同。这种现象称之为纤维素的多分散性。4.叙述粘度的基本概念并写出几种高分子溶液的黏度的定义。答：粘度是指液体流动时的内摩擦力。相对粘度：r=/0，增比粘度：sp=(-0)/=r-1，比浓粘度：sp/C，特性粘度：=limsp/C5.写出Staudinger黏度方程并加以说明。答：sp=KmCgmM=KmP。即使在稀溶液范围内，大分子与大分子间也相互影响；Standinger方程适用于真正线状分子，但纤维素分子在溶液中是蜷曲状。6.写出Mark黏度方程并加以说明。答：=KM；lg=lgM+lgK。7.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= eP/kt，C1溶液相浓度；C2凝液相浓度；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。8.有几种方法表示纤维素分子量的多分散性？答：表格表示；图解表示；分布函数表示；其中最重要的是图解法。表示分子量或聚合度分布的分布曲线有3中，积分重量分布曲线；微分数量分布曲线；微分重量分布曲线。9.写出天然纤维素的C5-OH、C1-OH的构型。答：构成纤维素分子的葡萄糖基环是属于-D-型葡萄糖构型。C5-OH(D-型)、C1-OH(-型)D-葡萄糖基4C1构象。10.写出天然纤维素的D-吡喃式葡萄糖基和伯羟基的构象。答：纤维素的D-吡喃式葡萄糖基的构象为椅式构象，-D-吡喃式葡萄糖环中的主要取代基均处于平伏键位置，而氢原子是向上或向下的直立键。这种模式的构象可命名为：4C1构象。伯羟基(纤维素中)都具有tg构象。11.叙述用Miller指数表示结晶点阵平面位置的基本方法，并在三维坐标中表示出(010)和(002)平面。答：在结晶学中为了表示空间点阵所处平面位置或者说结晶格子中通过某一原子的平面的名称，通常用Miller指数表示。在单位晶体中，求出一给定平面(晶面)和其与座标轴的三个交点。并记录下各点的座标，全为单位向量的整数倍。OM1=ha=3a OM2=kb=2b OM3=lc=c.然后将h,k,l写成倒数，再简化，使各倒数之间成为最小整数。1/h:1/k:1/l=1/3:1/2:1=2:3:6(h k l)那么(2 3 6)就是图中M1 M2 M3的晶面指数。12.叙述Meyer-Misch提出的纤维素的结晶结构，并指出J.Blackwell(Honjo-Watebe)提出的纤维素与Meyer-Misch提出的纤维素有何不同？答：Meyer-Misch提出的纤维素的结晶结构：.纤维素晶形属单斜晶系，单位晶胞在各方面重复延展，形成结晶区。其单位晶胞参数为：a=8.3510-10m；b=10.310-10m(纤维轴)；c=7.910-10m；=84(=ca)。在b轴方向，晶格四角各为一个纤维素分子链单位(即纤维素二糖)所组成，中心链分子与四角上的链分子在b轴方向高度上，彼此差半个葡萄糖基而方向相反。中心链单位属于此单位晶胞所独有，而每角上的链单位则为四个相邻单位晶胞所共有，每个单位晶胞只含(41/4)+1)链单位，即二个链单位，而且方向相反。J.Blackwell(Honjo-Watebe)提出的纤维素：纤维素是由平行分子链有规则排列组成的，在结中所有链具有相同的意义(例如链都是“向上”的)。链分子薄片平行于ac平面。所有-CH2OH侧链为tg构象。中心链在高度上与角上的分子链彼此相差半个萄糖基单位。13.如何处理纤维素可以获得纤维素？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，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。14.写出结晶度和到达度的基本概念。答：纤维素的结晶度是指纤维素构成的结晶区占纤维素整体的百分率，它反映纤维素聚集时形成结晶的程度。纤维素的结晶度Xc结晶区样品含量/(结晶区样品含量+ 非结晶区样品含量)X100纤维素的可及度：利用某些能进入纤维素物料的无定形区而不能进入结晶区的化学试剂，测定这些试剂可以到达并起反应的部占全体的百分率称为纤维素物料的可及度。可及度A和结晶度Xc的关系：AXc+(100-Xc)15.叙述棉纤维的吸着等温曲线。答：棉纤维的吸着等温曲线，表示了纤维素的吸湿与解吸过程。随着现对蒸汽压的增加，棉纤维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 相对湿度在20%以下时，水分子被吸附在原来游离羟基上；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。相对湿度超过60%时，由于棉纤维进一步润胀，产生更多的游离羟基，吸附水加快，当相对湿度继续增加时，出现了多层媳妇现象。16.解释纤维素纤维的滞后现象。答：在同一相对蒸汽压下吸附的吸着水量低于解吸时的吸着水量的现象，称为“滞后现象”。解释：干燥的纤维素纤维在吸湿过程其无定形区的氢键不断打开，纤维素分子之间的氢键被纤维素与水分子之间的氢键所代替，虽然形成了新的氢键，但仍然保持着纤维素分子之间的部分氢键，也就是说新游离出来的羟基较少。在解吸过程，湿润了的纤维脱水收缩，无定形区纤维素分子之间的氢键重新形成，但由于也受内部阻力的抵抗，被吸着的水不易挥发，即纤维素与水分子之间的氢键不能全部可逆的打开，故吸着的水较多，产生滞后现象，只有在相对湿度100时，才恢复到原来的状态，此时吸附与解吸等温曲线才相互符合。17.结合水、游离水的概念？答：一部分是进入纤维素无定形区与纤维素的羟基形成氢键结合的水，称为“结合水”。当纤维素物料吸湿达到纤维饱和点后，水分子继续进入纤维的细胞腔和孔隙中，形成多层吸附水或毛细管水，这种水称为“游离水”。18.润胀的基本概念？答：固体吸收润胀剂后，其体积变大但不失其表观均匀性，分子间的内聚力减少，固体变软，此种现象称为润胀。纤维素纤维的润胀可分为：有限润胀和无限润胀。19.论述纤维素纤维表面的电化学性质。答：扩散双电层理论：纤维素本身含有极性羟基、糖醛酸基等基团，使纤维素纤维在水中表面带负电。因此，当纤维素纤维在水中往往引起一些正电荷由于热运动的结果在离纤维表面由近而远有一浓度分布。近纤维表面的部位正电子浓度逐渐减小，直至为零。20.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-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。21.纤维素酸水解后其性质上有什么变化？答： 纤维素酸水解后聚合度下降，下降的速度决定于酸水解的条件，一般降至200以下则成粉末；纤维素酸水解后吸湿能力改变，水解开始阶段纤维素的吸湿性有明显降低，到了一定值后再逐渐增加；酸水解纤维素由于聚合度下降，因而在碱液中的溶解度增加；酸水解纤维素还原能力增加，这是因为苷键在水解中断开，增加了还原性末端基，故纤维素的碘值或铜价增加；酸水解纤维素纤维机械强度下降，酸水解纤维素成粉末时则完全丧失其机械强度。22.叙述纤维素的碱性水解和剥皮反应机理。答：碱性水解机理：纤维素的配糖键在一般情况下对碱是比较稳定的，但在蒸煮过程中，随着温度的升高及木素的脱除，碱性水解使纤维素的配糖键部分断裂，产生新的还原性末端基，聚合度下降，纸张强度下降。剥皮反应机理：在碱液影响下，纤维素具有还原性末端基的葡萄糖基会逐个掉下来，直到产生纤维素末端基转化为偏变糖酸基的稳定反应为止，掉下来的葡萄糖基在溶液中最后转化为异变糖酸，并以其钠盐的形式存在于蒸煮液中。23.说明纤维素的氧化途径和氧化降解的机理。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-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。24.叙述纤维素酶的种类及作用机理。答:纤维素酶的种类：外切-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-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-苷键；纤维二糖酶(EC 3.2.1.21，也称-葡萄糖二聚体酶)主要作用在葡萄糖的-二聚体上，包括纤维素二糖。作用机理：纤维素酶解作用主要是导致纤维素大分子上的1-4-苷键断裂。第四章1.给出半纤维素的概念。答：半纤维素是指植物纤维原料中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)，即非纤维素的碳水化合物。2.组成半纤维素的单糖有哪些？答：D-木糖基、D-甘露糖基、D-葡萄糖基、D-半乳糖、L-阿拉伯糖、4-0-甲基-D-葡萄糖醛酸基、D-半乳糖醛酸基、D-葡萄糖醛酸基等，还有少量的L-鼠李糖基、L-岩藻糖基，以及各种带有氧-甲基、乙酰基的中性糖基。3.叙述半纤维素的命名法。答：第一种：命名时将构成半纤维素的各种汤剂都列出来，首先写支链的糖基，当有多个支链时，将含量少的支链糖基排列排在前面，含量多的支链糖基排在后面，而将主链糖基列于后，若主链含有多于一种糖基时，则将含量最多的主链糖基放在最后，词首加“聚”字。第二种：命名时只写出主链上的糖基而不写支链的糖基，在主链糖基前冠以“聚”字。4.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。5.总结针叶材半纤维素的结构。答：针叶木半纤维素中最多的是聚半乳糖葡萄糖甘露糖，含量大约为20%。包括两类结构：半乳糖: 葡萄糖: 甘露糖= 0.1 : 1 : 3；半乳糖: 葡萄糖: 甘露糖= 1 : 1 : 34G14G14M14M14M14G1 6 2,3 6 2,3 1 1 Ga Acetyl Ga Acetyl式中：G-D-吡喃式葡萄糖基；M-D-吡喃式甘露糖基； Ga-D-吡喃式半乳糖基；Acetyl乙酰基针叶木中的聚木糖类主要是聚阿拉伯糖-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖，这种聚糖在针叶木中的含量一般约为7%12%，有些低于7%。4X14X14X14X14X14X12 31 1(Meo)4GA L-Af式中：X=-D-吡喃式木糖基；(Meo)4GA=4-O-甲基-吡喃式葡萄糖醛酸基；L-Af=-L-呋喃式阿拉伯糖基。聚阿拉伯糖半乳糖在针叶木中都存在一般含量很少，但落叶松属含量比较多，大约有5%30%。这类聚糖是高分枝度水溶性的，通常与水溶性聚半乳糖葡萄糖甘露糖一起存在。3Ga13Ga13Ga13Ga16 6 6 61 1 1 1Ga Ga R L-Afa6 6 31 1 1Ga Ga L-Afa式中：Ga=-D-吡喃式半乳糖基；L-Afa=a-L-呋喃式阿拉伯糖基；R=-D-吡喃式半乳糖基或D-吡喃式葡萄糖醛酸基或L-呋喃式阿拉伯糖基。7.总结阔叶材半纤维素的结构。答：阔叶木中的聚木糖类主要是聚O-乙酰基-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖，一般占木材的20%25%，也有高达35%的。4X16-7 4X14X14X1 3 2 1 1Acetyl (Meo)4GA式中：X-D-吡喃式木糖基；Acetyl = 乙酰基；(Meo)4GA4-O-甲基-D-吡喃式葡萄糖醛酸基。聚葡萄糖甘露糖一般在阔叶木中的含量为3%5%；葡萄糖基与甘露糖基的比例为：1:21:1；乙酰基连接在甘露糖基环的C2或C3位置上，乙酰化度接近30%。4M14G14M14M14G14M1 2 3Acetyl Acetyl式中：M=-D-吡喃式甘露糖基；G-D-吡喃式葡萄糖基；Acetyl=乙酰基。 桦木半纤维素中含有聚鼠李糖半乳糖醛酸木糖，鼠李糖基联接在两个相邻木糖基与半乳糖醛酸基之间。4X14X1 3L-R12GaA14X1 式中：X-D-吡喃式木糖基；L-R-L-比喃式鼠李糖基；GaA-D-吡喃半乳糖醛酸基。在阔叶材细胞初生壁中还含有较大量的聚木糖葡萄糖类半纤维素，其在初生壁中的含量达20%25%。-D-Xylp1616-4)-D-Glcp-(1-4)-D-Glcp-(1-4)-D-Glcp-(1-4)-D-Glcp-(1-6 61 1-D-Xylp -D-Xylp式中：-D-Xylp：-D-吡喃式木糖基；-D-Glcp：-D-吡喃式葡萄糖基。 8.总结草类半纤维素的结构。答：禾本科植物的半纤维素主要是聚木糖类。例如：麦草4X14X144X14X174X1 3 3 2 1 1 1 L-Af X (Meo)4GA式中：X=-D-吡喃式木糖基；L-Af=-L-呋喃式阿拉伯糖基；(Meo)4GA4-O-甲基-D-吡喃式葡萄糖醛酸基。9.叙述半纤维素酸性水解。答：半纤维素苷键在酸性介质中会被裂开而使半纤维素发生降解，这一点与纤维素酸性水解是一样的。但半纤维素的水解反应情况比纤维素复杂。在大多数情况下，各配糖化物的-D-型较-D型更易水解。一般来说，呋喃式醛糖配糖化物比相应的吡喃式醛糖配糖化物的酸性水解速率快得多。葡萄糖醛酸配糖化物较相应的葡萄糖配糖化物的水解速率慢，这是因为羧基对葡萄糖苷键联接有稳定影响。10.叙述半纤维素的碱性水解。答：半纤维素在碱性条件下可以降解，碱性降解包括碱性水解与剥皮反应。例如在5%NaOH溶液中，170时，半纤维素苷键可被水解裂开，即发生了碱性水解。在较温和的碱性条件下，也发生剥皮反应。各成对的配糖化物中，凡配糖化合物的甲氧基与2位碳原子上的羟基成反位者比这对配糖化物的顺位者有高的多的碱性水解速率。呋喃式配糖化物的碱性水解速率比吡喃式配糖化物的高许多。凡呋喃式配糖化物，其C1与C2有反构型者的碱性水解速率要比顺构型的同分异构体高许多倍。甲基-与-吡喃式葡萄糖醛酸配糖化物的碱性水解速率与呋喃式配糖化物比较前者又比后者高。11.叙述半纤维素的酶降解。答：半纤维素的复杂结构决定了半纤维素的酶降解需要多种酶的协同作用，目前对半纤维素的酶降解研究较多的是聚木糖的酶降解。聚木糖的完全酶水解需要多种酶的协同作用：内切-木聚糖酶：优先在不同位点上作用于木聚糖和长链木寡糖；外切-木聚糖酶：作用于木聚糖和木寡糖的非还原端，产生木糖；-木糖苷酶：作用于短链木寡糖，产生木糖。12.论述聚木糖类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。)13. 论述聚半乳糖葡萄糖甘露糖和聚葡萄糖甘露糖在制浆中的变化。答：聚葡萄糖甘露糖比聚木糖类的半纤维素更抗酸水解。聚葡萄糖甘露糖较聚木糖类半纤维素更易于碱降解。聚半乳糖葡萄糖甘露糖对酸水解是十分不稳定的。聚半乳糖葡萄糖甘露糖对碱具有较高的相对稳定性。14.论述半纤维素对溶解浆的影响。答：溶解浆是生产粘胶纤维、玻璃纸或者其它纤维素衍生物的原料。半纤维素的存在对溶解浆的使用会产不利影响。浆粕中半纤维素的含量增加会使黏胶过滤困难并降低粘胶的透明度。半纤维素的磺化速度快，当浆粕中纤维素含量高时，不仅要多耗用二硫化碳而且会造成磺化不均匀影响粘胶的溶解性能，帘子线的疲劳强度也随之降低。15.论述半纤维素对纸浆打浆行为的影响。答：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。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。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。16.论述半纤维素含量对纸张性能的影响。答：半纤维素有利于纸浆的打浆，有利于纤维的细纤维化，大量研究结果表明，凡是通过打浆能获得较高强度纸张的纸浆都有较高的半纤维素含量。半纤维素含量高有利于纤维的结合，所以对提高纸张的裂断长、耐破度和耐折度等有利。半纤维素含量低，有利于一些与纤维结合力无关的纸张性质，如不透明度和撕裂度等。随着半纤维素含量的增加，相对地降低了-纤维素的含量，即减少了保证纤维本身强度的纤维素的含量，所以半纤维素在增加纤维结合上的积极影响在某种程度上会被纤维本身强度降低的不利影响所降低或抵消，反之亦然。应该指出，对增加纤维结合有效的并不是全部半纤维素的组分，也不是聚戊糖的总量。