植物纤维化学问答题

1.为什么Brauns天然木素不能代表原本木素?
木材中原本存在状态的木素称作原本木塑,Brauns天然木素虽然木素变化不大,但只是原本木素的低分子部分,与真实天然状态的木素仍有区别。
2. 如何制备磨木木素(MWL)?并说出其主要应用范围?
在室温下,用不引起润张作用的中性溶剂甲苯作介质在振动式磨球中仔细地研磨有机溶剂抽提后的木粉,再通过溶剂抽提,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,制得磨木木素。常用来研究木素的化学结构.
3.如何制备Klason木素,并说出此法的缺点及主要应用范围?
60~80目的木粉首先用苯-醇混合液抽提6~8h,以除去木粉中的有机溶剂提物,风干后,精确称取1g木粉,将木粉在72%H2SO4、温度18~20℃条件下水解2h。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。
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。该方法不适用于结构研究,广泛应用于定量分析。
4. LCC主要连接键型:1)α醚键 C-O-C2)苯基糖苷键3)缩醛键4)酯键5)自由基结合而成的-C-O--C-C键结合
5.叙述木素的结构单元在酸、碱介质中基本变化规律?
碱性介质中:酚型结构:1)酚-OHH+形成酚氧阴离子
薄页纸2)α位脱-OR,形成亚甲基醌中间体(quinone methide)。亚甲基醌结构α位电子云密度降低,成为亲核反应中心,例如:OH-SH- S2- SO32- 等。非酚型结构: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。
酸性介质:具有苯甲基醚结构单元,首先形成佯盐,然后 α-醚键断裂而形成正碳离子;由于α-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- 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。
6. 叙述木素大分子在氯化过程中的反应;
1、苯环上的亲电取代反应  (取代反应发生在苯环的5位或6位,以6位居多。生成氯化木素,但尚未碎片化。)
2、侧链的亲电置换 (苯环与侧链分开,大分子降解。)
3、芳烷醚的氧化裂解和侧链氧化    (β芳醚氧化断裂,导致木素大分子碎片化。被置换的侧链氧化成相应的羧酸。)
4、芳环氧化分解  (经醌型结构,进一步生成二羧酸衍生物。)
5.侧链共轭或非共轭双键的氯的加成反应
7.叙述Meyer-Misch提出的纤维素Ⅰ的结晶结构,并指出J.BlackwellHonjo-Watebe)提出的纤维素Ⅰ与Meyer-Misch提出的纤维素Ⅰ有何不同?
纤维素Ⅰ是由平行分子链有规则排列组成的,在结构中所有链具有相同的方向(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。
8. 写出结晶度和到达度的基本概念
结晶度即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。
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分占全体的百分率称为纤维素物料的可及度。
9. 解释纤维素纤维的滞后现象。
吸附时先要破坏无定形区的氢键才能吸水,分子内有一定的应力抵抗这种破坏,氢键不可能全部打开;而解吸时,先失去多层水,然后失去氢键结合水。纤维素与水分子之间的氢键不能全部可逆地被打开,故吸着的水较多,产生滞后现象。
10. 结合水、游离水的概念?
结合水: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
游离水: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。(无化学键的结合
11.润胀的基本概念?
润胀:固体吸收溶剂后,其体积变大但不失其表观均匀性,分子间内聚力减少,固体变软的现象。
12. 解释扩散双电层理论。
纤维素本身含有极性羟基基团,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。吸附层:纤维表面负电荷的厚度a以及外围吸附的一、二层正电荷的厚度b合称为吸附层。此层随纤维而运动。
扩散层:由吸附层外围至电荷浓度为零处距离为d的一层。当纤维运动时不随纤维而动,液体流动时,它是一个可流动层。
吸附层扩散层组成的双电层称为扩散双电层。
13. 叙述纤维素酸水解机理及酸水解方法。
纤维素大分子中的1,4-β-苷键是一种缩醛键,对酸特别敏感,在适当的氢离子浓度、温度和时间作用下,苷键断裂。均相酸水解 (浓酸中的水解)  多相酸水解(弱酸水解)
14.叙述纤维素的剥皮反应和终止反应机理。
剥皮反应;在碱的影响下,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。终止反应:纤维素大分子还原性端基脱水形成新的烯醇结构
15. 叙述纤维素的碱性水解和剥皮反应机理。
碱性水解:高温下葡萄糖的椅式构型发生变化,羟基等大基团由平伏键转变为直立键,不稳定,使苷键容易开裂,消去-OR
剥皮反应:在碱的影响下,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。
16. 纤维素酸水解后其性质上有什么变化?
1、只是聚合度下降, 2、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;3、酸水解纤维素由于聚合度下降,使其在碱液中溶解度增加;4、酸水解纤维素还原能力增加
5、酸水解纤维素纤维机械强度下降
17. 说明纤维素的氧化途径和氧化降解的产物。
aC6-OH的氧化  b、还原性末端基氧化  c C2C3-OH的氧化 dC1–C5之间的氧化 eC1–C2之间的氧化
f、苷键的氧化    产物:生成醛基、酮基或羧基,形成氧化纤维素
18. 对木材纤维,如何用壁腔比的大小来判断原料的优劣?
壁腔比就是细胞壁厚度的二倍与细胞腔直径的比值。纤维细胞壁的绝对厚度与纸张性能无关。影响纸张性能的是纤维细胞壁厚度与细胞腔直径的比值(壁腔比)。一般认为细胞壁薄而细胞腔大的纤维抄成的纸张强度比较大。这是由于壁薄腔大的纤维有柔软性,彼此容易结合得好。而壁厚腔小的纤维比较僵硬,彼此结合差,制成的纸张强度比较低,纸页比较疏松,而吸水性好。对木材纤维原料,壁腔比小于1是好原料;等于1是中等原料;大于1是劣等原料。
非木材纤维的壁腔比一般都比木材大,但是木材纤维以壁腔比小于或者大于1来判断优劣的结论,并不适用于非木材纤维原料。草类原料结构比较复杂,纤维长度差别比较大,非纤维细胞含量相差较大,单纯由壁腔比不可能得出原料优劣的结论。
19. 为什么从纤维形态的角度看,针叶木要优于阔叶木?
    针叶木的生物结构比较简单,主要由管胞组成。管胞占木质部细胞总容积的9095%。而管胞属于优良的造纸纤维。而阔叶木是由导管、木纤维、木射线薄壁细胞与木薄壁细胞等组成的。主要是木纤维与导管,也有木射线与薄壁组织。阔叶木中对造纸有用的纤维状细胞(木纤维)的数量(占木材体积的50%以上)显然比针叶木中的管胞少得多,而非纤维状细胞却比针叶木多。所以从纤维形态的角度看,针叶木优于阔叶木。
20.  在碱法纸浆中,哪种聚糖含量比较多?为什么?
在碱性条件下,—OCH3(甲氧基)很快脱除,生成CH3OH(甲醇);乙酰基很快完全脱去,生成醋酸;而聚木糖损失比较少,保留量多(这一点相当突出)。原因:聚木糖主链的C2上接有4—O—Me—GA枝链,它的存在可以使剥皮反应暂停,有缓冲作用。一旦4—O—Me—GA脱落,剥皮反应就可以再继续进行,但聚阿拉伯糖木糖对碱比较稳定。所以碱法浆中保留比较多的聚木糖。
聚葡萄糖甘露糖和聚半乳糖葡萄糖甘露糖比聚木糖容易被碱降解。如:在蒸煮液中检测到,当甘露糖除去70%时,木糖除去25%。但聚葡萄糖甘露糖对碱仍然有一定的稳定性。所以在碱法纸浆中保留一定量,虽然比较少,但并不完全除去。
总之,碱法纸浆中含有较多的聚木糖;而酸法纸浆中含有较多的聚葡萄糖甘露糖。
所以,碱法草浆得率高(因为草类原料中木糖多,主要是聚阿拉伯糖—4—O—甲基—GA—Xp),酸法草浆得率低。
21. 为什么大多数树木的树皮不适宜作为制浆造纸的原料?
    树皮的化学组成与树木的材部的化学组成大不相同。在树皮中,灰分多,热水抽出物含量高,而纤维素与半纤维素的含量较少。在许多树种的树皮内含有大量的鞣质(单宁)和
脂肪性物质;而在材部中,除了几种特殊树种以外,几乎不含有脂肪性物质。此外,树皮中的果胶质含量也比较高,比在木材中要多得多。因此,根据树皮的组成来看,显然不适宜作为制浆造纸的原料。它的主要用途是提炼制造鞣质、制造绝缘材料,以及用作燃料等。但是有几种树皮例外,它们是优质的造纸原料。
22. 对同一种木材,晚材率的大小对制浆造纸有何影响(10分)
晚材率是指树木年轮中晚材的宽度与年轮总宽度之比的百分率。晚材率的大小对制浆造纸有相当大的影响。因为早材是由细胞壁比较薄的细胞组成,所以早材纤维具有弹性和柔韧性,容易打浆,能够制造出抗张强度和耐破强度高的纸张;而晚材纤维壁厚,形成管状,纤维又挺又硬,不容易打浆,抄成的纸除了撕裂度比较高以外,其他指标都不如早材纤维。因此,就同一种木材而言,晚材率低的要优于晚材率高的。
23,为什么纤维素的吸水量随无定形区百分率的增加而增加?(10分)
水有一定的极性,所以能进到无定形区,发生结晶区之间的润胀。纤维素的吸着水只能进入无定形区而不能进入结晶区,并且与无定形区中的羟基形成氢键结合。吸着水量随无定形区百分率的增加而增加。


,24.. 针叶木和阔叶材主要的聚木糖类半纤维素是什么?(10分)
针叶材的聚木糖半纤维素是:聚阿拉伯糖基-4-O-甲基葡萄糖醛酸基木糖,
阔叶材的聚木糖半纤维素是:聚4-O-甲基葡萄糖醛酸基木糖。
25纸浆中半纤维素的存在对纸浆的打浆和成纸性能有哪些影响?(15分)
1)由于半纤维素亲水性好,能在打浆过程中促使制浆的润胀,因此能提高打浆的效率。
2)由于半纤维素形成氢键的能力比较强,但是聚合度较低(DP200),纸浆中含一定量
的半纤维素有利于提高纸张的物理强度,但半纤维素含量太高会显著影响纸张的强度。。
3)半纤维素的存在能提高纸张的紧度。但同时降低纸张的不透明度。
4)半纤维素吸水性好,易受环境中水分的影响,影响纸页的尺寸稳定性。在纸张印刷过程中影响套。
26. 对于木材纤维,如何用壁腔比大小来判断原料的优劣?(15分)
答:壁腔比就是细胞壁厚度的二倍与细胞腔直径的比值。纤维细胞壁的绝对厚度与纸张性能无关。影响纸张性能的是纤维细胞壁厚度与细胞腔直径的比值(壁腔比)。一般认为细
胞壁薄而细胞腔大的纤维抄成的纸张强度比较大。这是由于壁薄腔大的纤维有柔软性,彼此容易结合得好。而壁厚腔小的纤维比较僵硬,彼此结合差,制成的纸张强度比较低,纸页比较疏松,而吸水性好。对木材纤维原料,壁腔比小于1是好原料;等于1是中等原料;大于1是劣等原料。
27解释一下为什么吸附等温曲线和解吸等温曲线不能重合,这种现象被称为什么现象?(10分)
干燥的纤维素在吸湿过程中其无定形区的氢键不断打开,纤维素分子间的氢键被纤维素与水分子间的氢键所代替,形成了新的氢键。在解吸过程中,润湿了的纤维脱水收缩,无定形区纤维素分子之间重新形成氢键,但由于内部阻力的抵抗,被吸着的水不易挥发,纤维素与水分子之间的氢键不能全部可逆地打开,故吸着的水较多,使得吸附等温曲线和解吸等温曲线不能重合,产生所谓的滞后现象。

本文发布于:2024-09-21 18:47:10,感谢您对本站的认可!

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