木材化学与木材保护学 — 第三讲 西南林 郭梦麟副教授

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本讲概要:

半纤维素 (hemicelluloses)
  针叶及阔叶树材的半纤维素,含量和成份都有很大的差别。组成半纤维素的单糖,除了葡萄糖之外,还有甘露糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖、及这些单糖的衍生物。葡萄糖、甘露糖、半乳糖都是六碳糖,木糖和阿拉伯糖是五碳糖。衍生物则为40甲基葡萄酸和半乳糖酸。半纤维素的分子量比纤维素小很多,其聚合度为100至200。半纤维素分子的主链多半是线形,主链如有许多旁枝,其水溶性会增高。所有的半纤维素都溶于碱液,但是碱液要在180 oC以上才能分解主链里的糖键。酸液不但能水解旁枝,也可以分解主链里的糖键。

针叶树材的半纤维素
半乳葡萄甘露聚糖(Galactoglucomannan)
阿拉伯40甲基葡萄糖醛酸木聚糖(Arabino-4-0-methyl-glucuronoxylan)
阿拉伯半乳聚糖 (Arabinogalactan)

阔叶树材的半纤维素
甲基萄葡醛木聚糖(methylglucuronoxylan)
葡萄甘露聚糖(Glucomannan)
半乳聚糖(Galactan)

木质素
  木质素是苯基丙烷单元的聚合物,每个单元的碳支架为六个碳的苯环碳加三个丙烷碳 (C6+C3)。苯基丙烷单元又分为松柏醇(coniferyl alcohol)、芥子醇sinapyl alcohol)和对香豆醇(p-coumaryl alcohol)三种松柏醇(A)、芥子醇(B)及对香豆醇(C)的分子式分别示于图。针叶树的木质素只由松柏醇单元组成,阔叶树的木质素含有柏松醇和芥子醇两种单元,而单子叶植物的木质素则由三种单元组成,不过仅含有极少量的香豆醇。木质素大约由15至18个单元聚合而成。木质素的分子没有固定的形状,因为在细胞木质化的时候,这些前驱体单元分别渗入己形成的细胞壁的空隙内,然后根据空间的许可,由木质素酵素就地聚合。

抽出物(extractives)
  抽出物(extractives)又称为外填物(extraneous compounds),因为这些化合物是在细胞壁形成很久以后才填加上去的。抽出物可存在于植物的任何部位及组织。抽出物的种类繁杂,其化学性质差别也大,很多抽出物有医疗疾病的功效。抽出物的种类虽然繁杂,但可依据其生化合成来源及途径分类。

  火落酸系列(Mevalonogenins) 抽出物:这个系列的抽出物,都是由火落酸合成,包括所有的烃基和苯酚基萜类化合物。最简单的萜类是由两个火落酸合成的单萜类(monoterpenoids),如松精油等。由三个、四个、五个、及六个火落酸组成的萜类,分别称为倍半萜类(sesquiterpenoids), 二萜类(diterpenoids), 二倍半萜类(sesterterpenoids),和三萜类(triterpenoids)。

  最基本的烃基萜类化合物,可用松脂(Oleoresin)代表。松脂的成份大约是20%至30%松精油(pinenes), 60%-70%松脂酸(resin acids)和 10%及其它萜类。松精油从松脂挥发之后,剩下的固体称为松香(Rosin)。松香的主要成份是松香酸(abietic acid)和海松脂酸(pimaric acids)等二萜类松脂酸( Resin acids)。植物类固醇(steroids)是三萜类,而橡胶(rubber)则是多聚萜类(polyterpenoid)。松精油是常用的有机溶剂,也是制造香水、杀菌剂、杀虫剂等的原料。松脂酸除了在制纸时当作松香皂上胶剂之外,还可以当做制造胶合剂、涂料、清洁剂、及其它高分子材料的原料。近来,精油及松脂酸已不直接从立木采集的松脂获得,而是从制造木桨(碱性硫酸盐sulfate process)的过程中回收。从制浆废液里面回收的皂化物叫做Crude Tall oil,其成份为脂肪酸、脂肪醇、松脂酸、及其它高分子碳氢化合物。
 

编辑:Pi Ning