1、 第一节第一节 半纤维素概述半纤维素概述 一半纤维素的概念一半纤维素的概念半纤维素是指植物纤维原料中除纤维素以外的全部碳水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合物。构成半纤维素的糖基构成半纤维素的糖基木糖木糖(Xylose)(Xylose)、阿拉伯糖阿拉伯糖(Arabinose)(Arabinose)、甘露糖甘露糖(Mannose)(Mannose)、葡萄糖葡萄糖(Glucose)(Glucose)、半乳糖半乳糖(Galactose)(Galactose)、4-0-4-0-甲
2、基葡萄糖醛酸甲基葡萄糖醛酸 (4-0-Methyl-Glucuronic(4-0-Methyl-Glucuronic Acid)Acid)、半乳糖醛酸半乳糖醛酸(Galacturonic Acid)(Galacturonic Acid)、葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸(Glucuronic Acid)(Glucuronic Acid)。鼠李糖鼠李糖(Rhammose)(Rhammose)和岩藻糖和岩藻糖(Fucose)(Fucose)。Their building units are hexoses(D-glucose,D-mannose,and D-galactose),pentoses(D-xylo
3、se,L-arabinose,and D-arabinose),or deoxyhexoses(L-rhamnose or 6-deoxy-L-mannose and rare L-fucose or 6-deoxy-L-galactose).Small amounts of certain uronic acids(4-O-methyl-D-glucuronic acid,D-galacturonic acid,and D-glucuronic acid)are also present.From:PAPERMAKING SCIENCE AND TECHNOLOGY(Book 3)常见的半纤
4、维素常见的半纤维素阔叶材阔叶材:聚聚-O-O-乙酰基乙酰基-4-0-4-0-甲基葡萄糖醛酸木糖（主）甲基葡萄糖醛酸木糖（主）聚葡萄糖甘露糖（少）聚葡萄糖甘露糖（少）针叶材针叶材:聚聚-O-O-乙酰基半乳糖葡萄糖甘露糖（主）乙酰基半乳糖葡萄糖甘露糖（主）聚阿拉伯糖聚阿拉伯糖-4-0-4-0-甲基葡萄糖醛酸木糖（少）甲基葡萄糖醛酸木糖（少）禾本科禾本科:聚阿拉伯糖聚阿拉伯糖-4-O-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖甲基葡萄糖醛酸木糖 （聚木糖类）（聚木糖类）二、半纤维素的命名法二、半纤维素的命名法 C C A A A A A A A A A A A A D D A A D D B B B B 第一种：聚
5、第一种：聚C C糖糖B B糖糖D D糖糖A A糖糖 第二种：聚第二种：聚D D糖糖A A糖糖三、分枝度的意义三、分枝度的意义分枝度是用来表示半纤维素结构中枝链的多少。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。类聚糖中分枝度大的半纤维素、溶解度就大。例如：落叶松中的聚阿拉伯糖半乳糖例如：落叶松中的聚阿拉伯糖半乳糖四、半纤维素在细胞壁中的分布四、半纤维素在细胞壁中的分布半纤维素主要分布在纤维细胞的次生壁，但是，半纤维素主要分布在纤维细胞的次生壁，但是，不同的植物纤维原
6、料半纤维素的分布情况有差别。不同的植物纤维原料半纤维素的分布情况有差别。Figure 10.Distribution of cellulose,hemicelluloses,and lignin within the cell wall in conifers(redrawn from Panshin and de Zeeuw).苏格兰松正常材管胞细胞壁中聚糖的分布苏格兰松正常材管胞细胞壁中聚糖的分布 单位：单位：%香脂云杉压应木管胞细胞壁中聚糖的分布香脂云杉压应木管胞细胞壁中聚糖的分布 单位：单位：%第二节 半纤维素的化学结构一、半纤维素的分离与提取一、半纤维素的分离与提取（一）分离前的准备
7、（一）分离前的准备1.1.试样的准备试样的准备 将木材或草类原料切成片，然后用粉碎机磨成粉，将木材或草类原料切成片，然后用粉碎机磨成粉，用标准筛筛选，截取用标准筛筛选，截取40406060目的木（草）粉；目的木（草）粉；2.2.有机溶剂抽提有机溶剂抽提 常用于有机溶剂抽提的溶剂有：乙醚、乙醇、苯、常用于有机溶剂抽提的溶剂有：乙醚、乙醇、苯、苯苯-乙醇、石油醚及二氯乙烷等，可以根据原料的情况乙醇、石油醚及二氯乙烷等，可以根据原料的情况加以选择。加以选择。3.3.制备综纤维素制备综纤维素 用亚氯酸钠法和用亚氯酸钠法和氯氯-乙醇胺法乙醇胺法。（二）半纤维素的抽提（二）半纤维素的抽提利用不同浓度的碱液
8、与某些助剂的共同作用或某利用不同浓度的碱液与某些助剂的共同作用或某种有机溶剂的单独作用，将不同的聚糖抽提出来并加种有机溶剂的单独作用，将不同的聚糖抽提出来并加以分离。以分离。1 1浓碱溶解硼酸络合分级抽提法浓碱溶解硼酸络合分级抽提法先用先用24%KOH24%KOH抽提，然后用含硼酸盐的氢氧化钠抽提，然后用含硼酸盐的氢氧化钠(或氢或氢氧化锂氧化锂)再抽提。再抽提。NaOHNaOH和和LiOHLiOH是比是比KOHKOH抽提能力强的半纤维素溶剂，这抽提能力强的半纤维素溶剂，这是因为是因为NaNa+、LiLi+的水化阳离子较的水化阳离子较K K+的水化阳离子大的缘故。的水化阳离子大的缘故。2 2逐步
9、增加碱液浓度分级抽提法逐步增加碱液浓度分级抽提法先用较低浓度的碱液抽提，把易于溶解的和在纤维先用较低浓度的碱液抽提，把易于溶解的和在纤维中易于到达的聚糖先抽提出来，然后逐步增加碱液浓度，中易于到达的聚糖先抽提出来，然后逐步增加碱液浓度，把难溶的、不易到达的聚糖抽提出来。把难溶的、不易到达的聚糖抽提出来。3 3单纯碱抽提法单纯碱抽提法此方法是用此方法是用KOHKOH溶液抽提阔叶木与草类原料中的聚木溶液抽提阔叶木与草类原料中的聚木糖，因为糖，因为KOHKOH溶液对聚木糖的溶解能力强，对聚甘露糖类溶液对聚木糖的溶解能力强，对聚甘露糖类的溶解能力较小。阔叶木可用的溶解能力较小。阔叶木可用10%KOH1
10、0%KOH抽提，而草类原料抽提，而草类原料用用5%KOH5%KOH抽提即可。抽提即可。4、碱性过氧化物抽提法、碱性过氧化物抽提法过氧化氢在碱性介质中除了具有脱木素和漂白作用外，过氧化氢在碱性介质中除了具有脱木素和漂白作用外，还可以作为半纤维素的温和增溶剂。其特点：还可以作为半纤维素的温和增溶剂。其特点：1.1.抽提的半纤维素颜色浅；抽提的半纤维素颜色浅；2.2.抽提的半纤维素分子量高；抽提的半纤维素分子量高；3.3.抽提的半纤维素含有很少的缔合木素。抽提的半纤维素含有很少的缔合木素。5 5二甲亚砜抽提法二甲亚砜抽提法 O CH3SCH3 用二甲亚砜作为溶剂抽提半纤维素时，乙酰基可被用二甲亚砜作
11、为溶剂抽提半纤维素时，乙酰基可被保留下来。保留下来。二、半纤维素化学结构研究方法二、半纤维素化学结构研究方法我们的工作：我们的工作：采用糖醇乙酸酯化气相色谱法，按照国家标准采用糖醇乙酸酯化气相色谱法，按照国家标准GB/T12032-1989GB/T12032-1989方法测定。方法测定。测定原理：测定原理：用硫酸将原料中的纤维素和半纤维素水解成单糖，用硼用硫酸将原料中的纤维素和半纤维素水解成单糖，用硼氢化钠将单糖还原成糖醇，糖醇与乙酸酐酯化成挥发性衍生氢化钠将单糖还原成糖醇，糖醇与乙酸酐酯化成挥发性衍生物（糖醇乙酸酯），然后进行气相色谱分析。物（糖醇乙酸酯），然后进行气相色谱分析。表表3.3.
12、酶解木素中的残糖含量酶解木素中的残糖含量 单位：单位：%二、半纤维素聚糖的类型及化学结构式二、半纤维素聚糖的类型及化学结构式（一）针叶木半纤维素聚糖的类型及化学结构式（一）针叶木半纤维素聚糖的类型及化学结构式1 1聚半乳糖葡萄糖甘露糖类聚半乳糖葡萄糖甘露糖类(galactoglucomannans)针叶木半纤维素中最多的是聚半乳糖葡萄糖甘露针叶木半纤维素中最多的是聚半乳糖葡萄糖甘露糖，含量大约为糖，含量大约为20%20%。包括两类结构：包括两类结构：半乳糖半乳糖 :葡萄糖葡萄糖 :甘露糖甘露糖 =0.1:1:3=0.1:1:3 半乳糖半乳糖 :葡萄糖葡萄糖 :甘露糖甘露糖 =1:1:3=1:1
13、:3 4G4G14G14G14M14M14M14M14M14M14G14G11 6 2,3 6 2,36 2,3 6 2,3 1 11 1 Ga Ga Acetyl Ga Acetyl Ga Acetyl Acetyl式中：式中：G G-D-D-吡喃式葡萄糖基；吡喃式葡萄糖基；M M-D-D-吡喃式甘露糖基；吡喃式甘露糖基；GaGa-D-D-吡喃式半乳糖基；吡喃式半乳糖基；AcetylAcetyl乙酰基乙酰基2 2聚木糖类聚木糖类 (arabinoglucuronoxylan)针叶木中的聚木糖类主要是聚阿拉伯糖针叶木中的聚木糖类主要是聚阿拉伯糖-4-O-4-O-甲基葡萄甲基葡萄糖醛酸木糖，这种
14、聚糖在针叶木中的含量一般约为糖醛酸木糖，这种聚糖在针叶木中的含量一般约为7%7%12%12%，有些低于有些低于7%7%，如美国东部铁杉中这类聚糖仅含，如美国东部铁杉中这类聚糖仅含4.6%4.6%。4X14X14X14X14X14X1 4X14X14X14X14X14X1 2 3 2 3 1 1 1 1 (Meo)(Meo)4 4GA L-AfGA L-Af式中：式中：X X =-D-D-吡喃式木糖基；吡喃式木糖基；(Meo)(Meo)4 4GAGA =4-O-=4-O-甲基甲基-吡喃式葡萄糖醛酸基；吡喃式葡萄糖醛酸基；L-AfL-Af =-L-L-呋喃式阿拉伯糖基。呋喃式阿拉伯糖基。3 3聚阿
15、拉伯糖半乳糖聚阿拉伯糖半乳糖(Arabinogalactan)这种聚糖在针叶木中都存在，一般含量很少，但落叶这种聚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，大约有松属含量比较多，大约有5%5%30%30%。这类聚糖是高分枝度水。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。溶性的，通常与水溶性聚半乳糖葡萄糖甘露糖一起存在。3Ga13Ga13Ga13Ga13Ga13Ga13Ga13Ga1 6 6 6 6 6 6 6 6 1 1 1 1 1 1 1 1 Ga Ga R L-Afa Ga Ga R L-Afa 6 6 3 6 6 3 1 1 1 1 1 1 Ga
16、 Ga L-Afa Ga Ga L-Afa式中：式中：GaGa=-D-D-吡喃式半乳糖基；吡喃式半乳糖基；L-AfL-Afa a=a a-L-L-呋喃式阿拉伯糖基；呋喃式阿拉伯糖基；R=R=-D-D-吡喃式半乳糖基或吡喃式半乳糖基或D-D-吡喃式葡萄糖醛酸吡喃式葡萄糖醛酸 基或基或L-L-呋喃式阿拉伯糖基。呋喃式阿拉伯糖基。（二）阔叶木半纤维素的类型及化学结构式1 1聚木糖类聚木糖类(glucuronoxylan)(glucuronoxylan)阔叶木中的聚木糖类主要是聚阔叶木中的聚木糖类主要是聚O-O-乙酰基乙酰基-4-O-4-O-甲基葡甲基葡萄糖醛酸木糖，一般占木材的萄糖醛酸木糖，一般占木
17、材的20%20%25%25%，也有高达，也有高达35%35%的。的。4X4X116-7 6-7 4X4X14X14X14X14X11 3 2 3 2 1 1 1 1 Acetyl (Meo)Acetyl (Meo)4 4GAGA 式中：式中：X X-D-D-吡喃式木糖基；吡喃式木糖基；Acetyl=Acetyl=乙酰基；乙酰基；(Meo)(Meo)4 4GAGA4-O-4-O-甲基甲基-D-D-吡喃式葡萄糖醛吡喃式葡萄糖醛 酸基。酸基。2 2聚葡萄糖甘露糖聚葡萄糖甘露糖(glucomannan)（1 1）聚葡萄糖甘露糖一般在阔叶木中的含量为）聚葡萄糖甘露糖一般在阔叶木中的含量为3%3%5%5%
18、；（2 2）葡萄糖基与甘露糖基的比例为：）葡萄糖基与甘露糖基的比例为：1:21:21:11:1；（3 3）是否乙酰化尚未清楚。）是否乙酰化尚未清楚。（乙酰基连接在甘露糖基环的（乙酰基连接在甘露糖基环的C C2 2或或C C3 3位置上，乙酰位置上，乙酰化度接近化度接近30%30%。）。）4M4M14G14G14M14M14M14M14G14G14M14M11 式中：式中：M M=-D-D-吡喃式甘露糖基；吡喃式甘露糖基；G G-D-D-吡喃式葡萄糖基。吡喃式葡萄糖基。3 3聚鼠李糖半乳糖醛酸木糖聚鼠李糖半乳糖醛酸木糖桦木半纤维素中含有聚鼠李糖半乳糖醛酸木糖，桦木半纤维素中含有聚鼠李糖半乳糖醛酸
19、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。鼠李糖基联接在两个相邻木糖基与半乳糖醛酸基之间。4X1 4X1 3L-R12GaA1 4X1 4X1 4X1 3L-R12GaA1 4X1 式中：式中：X X-D-D-吡喃式木糖基；吡喃式木糖基；L-RL-R-L-L-比喃式鼠李糖基；比喃式鼠李糖基；GaAGaA-D-D-吡喃半乳糖醛酸基。吡喃半乳糖醛酸基。4.4.聚木糖葡萄糖类聚木糖葡萄糖类在在阔叶材细胞初生壁中阔叶材细胞初生壁中还含有较大量的聚木糖葡萄糖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类半纤维素，其在初生壁中的含量达20%20%25%25%。其特点：。其特点：（
20、1 1）主链由）主链由-D-D-葡萄糖基构成；葡萄糖基构成；（2 2）主链的糖基的）主链的糖基的C C6 6位置上链有位置上链有-D-D-木糖基；木糖基；（3 3）木糖基上有时还连接有岩藻糖和乙酰基。）木糖基上有时还连接有岩藻糖和乙酰基。-D-XylpD-Xylp 1 1 6 6-4)-4)-D-Glcp-(1-4)-D-Glcp-(1-4)-D-Glcp-(1-4)-D-Glcp-(1-4)-D-Glcp-(1-4)-D-Glcp-(1-4)-D-Glcp-(1-D-Glcp-(1-6 6 6 6 1 1 1 1 -D-Xylp D-Xylp -D-XylpD-Xylp 式中：式中：-D-X
21、ylpD-Xylp：-D-D-吡喃式木糖基；吡喃式木糖基；-D-Glcp-D-Glcp：-D-D-吡喃式葡萄糖基。吡喃式葡萄糖基。（三）禾本科植物的主要半纤维素（三）禾本科植物的主要半纤维素的类型及化学结构式的类型及化学结构式禾本科植物的半纤维素主要是聚木糖类。在这类植物禾本科植物的半纤维素主要是聚木糖类。在这类植物中，已发现了不同分子特性的聚木糖。中，已发现了不同分子特性的聚木糖。例如：例如：西班牙草中主要存在只由木糖基构成的线状均一的聚西班牙草中主要存在只由木糖基构成的线状均一的聚木糖；木糖；热带草中主要是高分枝度的聚木糖；热带草中主要是高分枝度的聚木糖；禾草类中主要是聚阿拉伯糖禾草类中主
22、要是聚阿拉伯糖-4-O-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖。甲基葡萄糖醛酸木糖。1 1 小小 麦麦 秆秆 4X14X1 4X14X14 44X14X14X14X17 74X14X1 3 3 2 3 3 2 1 1 1 1 1 1X1 X1 4X L-Af (Meo)4X L-Af (Meo)4 4GAGA式中：式中：X X=-D-D-吡喃式木糖基；吡喃式木糖基；L-AfL-Af=-L-L-呋喃式阿拉伯糖基；呋喃式阿拉伯糖基；(Meo)(Meo)4 4GAGA4-O-4-O-甲基甲基-D-D-吡喃式葡萄糖醛酸基。吡喃式葡萄糖醛酸基。第三节第三节 半纤维素的化学性质半纤维素的化学性质一、酸性水解一、酸性水
23、解 半纤维素苷键在酸性介质中会被裂开而使半纤维素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。维素的水解反应情况比纤维素复杂。（表（表4-54-5，4-6 4-6，4-7 P2304-7 P230）二、半纤维素的碱性降解二、半纤维素的碱性降解半纤维素在碱性条件下可以降解，碱性降解包括碱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。例如在性水解与剥皮反应。例如在5%NaOH5%NaOH溶液中，溶液中，170170时，时，半纤维素苷键可被水解裂开，即发生了碱
24、性水解。在较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。温和的碱性条件下，也发生剥皮反应。（一）（一）碱碱 性性 水水 解解由于植物纤维原料不同，半纤维素的结构也不同，由于植物纤维原料不同，半纤维素的结构也不同，为了研究半纤维素的碱性水解反应，现以简单的模型为了研究半纤维素的碱性水解反应，现以简单的模型物质研究各种糖基及各糖醛酸基的碱性水解速率。物质研究各种糖基及各糖醛酸基的碱性水解速率。（表（表4-8P231)4-8P231)oOHOHCH2OOHHHHHHOCH3OCH3顺位顺位反位反位（二）剥（二）剥 皮皮 反反 应应半纤维素的剥皮反应从聚糖的还原性
25、末端基开始，半纤维素的剥皮反应从聚糖的还原性末端基开始，逐个、逐个糖基进行。但是由于半纤维素是由多种糖基逐个、逐个糖基进行。但是由于半纤维素是由多种糖基构成的不均聚糖，所以半纤维素的还原性末端基有各种构成的不均聚糖，所以半纤维素的还原性末端基有各种糖基，而且还有枝链，故其剥皮反应更复杂。糖基，而且还有枝链，故其剥皮反应更复杂。1 14 4连接的聚木糖的剥皮反应连接的聚木糖的剥皮反应（1 1）醛酮糖互变）醛酮糖互变CHOCCCCH2OHOHHHHOHO x nO x nHHOHCHOCCCCH2OHOHO x nHHOHCH2OCCCCH2OHOHHHCH2OCCCCH2OHOHHOHO x n
26、HCH2OCCCCH2OHHOHO x nO-HCH2OCOCH2OHCCHOH-XnO-烷氧基羰基结构烷氧基羰基结构（2 2）-烷氧基消除烷氧基消除（3 3）形成二羰基衍生物）形成二羰基衍生物（4 4）加成反应）加成反应HHOCH2OCOCH2OHCCHCH2OCOCOCCH2OHHH2H2HCH2OCOCCCH2OHOHHOHOCH2OCOCCCH2OHOHHH2COOHCCH2OHCH2CH2OHHOXnO-XnOH+H+继续剥皮反应继续剥皮反应C C5 5-异变糖酸异变糖酸（5 5）异构化反应）异构化反应1 1、聚木糖酶、聚木糖酶(Xylanase)(Xylanase)内切内切-木聚糖
27、酶：优先在不同位点上作用于木聚木聚糖酶：优先在不同位点上作用于木聚 糖和长链木寡糖；糖和长链木寡糖；外切外切-木聚糖酶：作用于木聚糖和木寡糖的非还原木聚糖酶：作用于木聚糖和木寡糖的非还原端，产生木糖；端，产生木糖；-木糖苷酶：作用于短链木寡糖，产生木糖。木糖苷酶：作用于短链木寡糖，产生木糖。三、半纤维素的酶降解三、半纤维素的酶降解2 2、木聚糖酶在生物漂白中应用、木聚糖酶在生物漂白中应用生物漂白过程就是以一些微生物产生的酶与纸浆中的生物漂白过程就是以一些微生物产生的酶与纸浆中的某些成分作用，形成脱木素或有利于脱木素的状况，并改某些成分作用，形成脱木素或有利于脱木素的状况，并改善纸浆的可漂性或提
28、高纸浆白度的过程。善纸浆的可漂性或提高纸浆白度的过程。生物漂白的目的：主要是节约化学漂剂的用量，生物漂白的目的：主要是节约化学漂剂的用量，改善纸浆的性能以及减少漂白污染。改善纸浆的性能以及减少漂白污染。3 3木聚糖酶漂白原理木聚糖酶漂白原理关于半纤维素酶辅助漂白的原理，来自不同的实关于半纤维素酶辅助漂白的原理，来自不同的实验室，采用不同的实验方法，从不同角度提出了不同验室，采用不同的实验方法，从不同角度提出了不同的见解。的见解。（1 1）ClarkClark等认为半纤维素作用是通过酶解使半纤维素等认为半纤维素作用是通过酶解使半纤维素的链发生部分降解，而导致纤维细胞壁结构疏松，的链发生部分降解，
29、而导致纤维细胞壁结构疏松，使浆中残余木素在其后的漂白过程中容易与脱木素使浆中残余木素在其后的漂白过程中容易与脱木素化学品反应而脱除，并通过电镜观察纸浆纤维的表化学品反应而脱除，并通过电镜观察纸浆纤维的表面形态来支持这一观点面形态来支持这一观点。（2 2）KantelinenKantelinen等认为，在硫酸盐法蒸煮后期，由于酸等认为，在硫酸盐法蒸煮后期，由于酸碱性的变化，一些溶出的半纤维素（如聚木糖）会碱性的变化，一些溶出的半纤维素（如聚木糖）会重新沉积在纤维素纤维上。这些重新沉积的聚木糖重新沉积在纤维素纤维上。这些重新沉积的聚木糖会阻碍漂白剂与浆中木素的反应。聚木糖酶能部分会阻碍漂白剂与浆中
30、木素的反应。聚木糖酶能部分降解沉积在纤维表面的聚木糖，因此使漂白剂更易降解沉积在纤维表面的聚木糖，因此使漂白剂更易到达并与木素反应。到达并与木素反应。Action of a Hemicellulase（3 3）SeniorSenior等认为，半纤维素酶能降解纸浆中的木素等认为，半纤维素酶能降解纸浆中的木素-碳水化合物复合体（碳水化合物复合体（LCCLCC），使），使LCCLCC结构中的木素结构中的木素-半纤维素连接键断裂。半纤维素连接键断裂。半纤维素被降解为低聚糖或半纤维素被降解为低聚糖或单糖，部分单糖，部分LCCLCC中的木素分子变为小分子。这样，中的木素分子变为小分子。这样，LCCLCC分
31、子变小，部分小分子分子变小，部分小分子LCCLCC也溶出。未溶出的也溶出。未溶出的LCCLCC中的木素被更多地暴露出来。后续漂白时，可中的木素被更多地暴露出来。后续漂白时，可以节省原本用于与酶解溶出的以节省原本用于与酶解溶出的LCCLCC和半纤维素反应和半纤维素反应的漂剂量，又有利于残余木素与漂白剂的反应。的漂剂量，又有利于残余木素与漂白剂的反应。（4 4）也有学者指出，用聚木糖酶处理纸浆不仅可以）也有学者指出，用聚木糖酶处理纸浆不仅可以改善纸浆的可漂性，而且可以直接去除浆中的改善纸浆的可漂性，而且可以直接去除浆中的残余木素。残余木素。（5 5）WongWong等人认为，聚木糖在蒸煮时产生有发
32、色基团的等人认为，聚木糖在蒸煮时产生有发色基团的聚木糖衍生物，用聚木糖酶预处理后，化学漂剂就聚木糖衍生物，用聚木糖酶预处理后，化学漂剂就容易除去这些有发色基团的聚木糖衍生物，因此提容易除去这些有发色基团的聚木糖衍生物，因此提高了纸浆的白度。高了纸浆的白度。四、半纤维素在化学制浆中的变化四、半纤维素在化学制浆中的变化不同的蒸煮过程，由于反应条件的不同，造成不同的蒸煮过程，由于反应条件的不同，造成纤维素和半纤维素在蒸煮过程中的变化也不相同，纤维素和半纤维素在蒸煮过程中的变化也不相同，致使这各类纸浆的物理和化学性质上的不同。致使这各类纸浆的物理和化学性质上的不同。（一）各种制浆方法所得纸浆中的（一）
33、各种制浆方法所得纸浆中的碳水化合物的比较碳水化合物的比较以西方铁杉作试料，用各种制浆方法制备纸浆，以西方铁杉作试料，用各种制浆方法制备纸浆，再分析纸浆中的碳水化物。再分析纸浆中的碳水化物。表表4-9 P2344-9 P234（二）聚木糖类半纤维素在化学制浆中的变化（二）聚木糖类半纤维素在化学制浆中的变化针叶木与禾本科植物：针叶木与禾本科植物：聚阿拉伯糖聚阿拉伯糖4-O-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖甲基葡萄糖醛酸木糖阔叶木：阔叶木：聚聚4-O-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖甲基葡萄糖醛酸木糖针叶材聚木糖类半纤维素针叶材聚木糖类半纤维素 4X14X14X14X14X14X14X14X14X14X14X1
34、4X1 2 3 2 3 1 1 1 1 (Meo)(Meo)4 4GA L-AfGA L-Af 阔叶材聚木糖类半纤维素阔叶材聚木糖类半纤维素 4X14X16-7 6-7 4X14X14X14X14X14X1 3 2 3 2 1 1 1 1 Acetyl (Meo)Acetyl (Meo)4 4GAGA 针叶材和阔叶材聚木糖类半纤维素的比较针叶材和阔叶材聚木糖类半纤维素的比较 4X14X14X14X14X14X14X14X14X14X14X14X1 2 3 2 3 1 1 1 1 (Meo)(Meo)4 4GA L-AfGA L-Af亚硫酸盐蒸煮亚硫酸盐蒸煮 4X14X14X14X14X14X1
35、4X14X1 2 2 1 1 (MeO)(MeO)4 4GAGA 4X14X14X14X14X14X1 4X14X14X14X14X14X1 2 3 2 3 1 1 1 1 (Meo)(Meo)4 4GA L-AfGA L-Af硫酸盐蒸煮硫酸盐蒸煮 4X14X14X14X14X14X14X14X1 3 3 1 1 L-Af L-Af（三）聚半乳糖葡萄糖甘露糖和聚葡萄糖甘露糖类半纤维（三）聚半乳糖葡萄糖甘露糖和聚葡萄糖甘露糖类半纤维素在化学制浆中的变化素在化学制浆中的变化针叶木：聚葡萄糖甘露糖和聚半乳糖葡萄糖甘露糖的混合针叶木：聚葡萄糖甘露糖和聚半乳糖葡萄糖甘露糖的混合物，其中葡萄糖：甘露糖的比
36、率为物，其中葡萄糖：甘露糖的比率为1:31:3或或1:41:4。阔叶木：聚葡萄糖甘露糖，其葡萄糖：甘露糖的比率在阔叶木：聚葡萄糖甘露糖，其葡萄糖：甘露糖的比率在1:11:1到到1:21:2的范围内。的范围内。聚半乳糖葡萄糖甘露糖聚半乳糖葡萄糖甘露糖 4G14G14M14M14M14G1 4G14G14M14M14M14G1 6 3 6 3 6 3 6 3 1 1 1 1 1 1 1 1 Ga Acetyl Ga Acetyl Ga Acetyl Ga Acetyl聚葡萄糖甘露糖聚葡萄糖甘露糖 4M14G14M14M14G14M1 4M14G14M14M14G14M1 不同来源的聚葡萄糖甘露糖和
37、聚半乳糖葡萄糖甘露糖的比较不同来源的聚葡萄糖甘露糖和聚半乳糖葡萄糖甘露糖的比较第四节第四节 半纤维素的物理性质半纤维素的物理性质一、溶一、溶 解解 度度 一般情况下，分离出来的半纤维素的溶解度要比天一般情况下，分离出来的半纤维素的溶解度要比天然状态的半纤维素溶解度高。然状态的半纤维素溶解度高。二、分二、分 子子 质质 量量 半纤维素的聚合度一般为半纤维素的聚合度一般为150150200200（数量平均）。（数量平均）。测定半纤维素聚合度的方法：测定半纤维素聚合度的方法：渗透压法；光散射法；渗透压法；光散射法；粘度法；超速离心机法。粘度法；超速离心机法。MarkMarkHouwinckHouwi
38、nck方程式表示方程式表示 K KDPDPw w 式中：式中：K K和和a=a=常数，常数，在铜乙二胺中，聚在铜乙二胺中，聚(4-O-(4-O-甲基葡萄糖醛酸甲基葡萄糖醛酸)木糖的木糖的K K值和值和a a值分别为值分别为2.6X102.6X10-3-3(dl/g)(dl/g)和和1.151.15，在二甲亚，在二甲亚砜中，此聚糖的砜中，此聚糖的K K值和值和a a值分别为值分别为5.9X105.9X10-3-3(dl/g)(dl/g)和和0.940.94。三、半纤维素对纸浆及纸张性质的影响三、半纤维素对纸浆及纸张性质的影响（一）半纤维素对溶解浆的影响（一）半纤维素对溶解浆的影响 溶解浆是生产粘
39、胶纤维、玻璃纸或者其它纤维素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衍生物的原料。半纤维素的存在对溶解浆的使用会产生不利影响。生不利影响。浆粕中的半纤维素含量与粘胶过滤值的关系浆粕中的半纤维素含量与粘胶过滤值的关系 浆粕中的半纤维素含量与粘胶透明度的关系浆粕中的半纤维素含量与粘胶透明度的关系浆粕中的半纤维素含量对粘胶帘子线疲劳强度的影响浆粕中的半纤维素含量对粘胶帘子线疲劳强度的影响（二）半纤维素对纸浆卡伯值和漂白的影响（二）半纤维素对纸浆卡伯值和漂白的影响卡伯值（卡伯值（KappaKappa）：表示残留在纸浆中的木素和其他还）：表示残留在纸浆中的
40、木素和其他还原性物质的相对量。原性物质的相对量。定义：定义：1g1g绝干浆消耗绝干浆消耗0.02mol/l 0.02mol/l 高锰酸钾溶液的毫升数。高锰酸钾溶液的毫升数。4-O-4-O-甲基葡萄糖醛酸甲基葡萄糖醛酸己烯糖醛酸（己烯糖醛酸（HexAHexA）oCOHOHHHCH3OOOHOHHHOHOOHHOHOHoC（三）半纤维素对纸浆打浆行为的影响（三）半纤维素对纸浆打浆行为的影响 纸浆中存留的半纤维素有利于纸浆的打浆，这是因为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。半纤维素比纤维素更容易水化润胀。纸浆中存留的半纤维素聚糖的种类与结构比半纤维素纸浆中存
41、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。的含量对打浆的影响更大。Fibrillation ECF Pine Kraft PulpUnrefinedRefinedLC RefiningEucalyptus fibreRefined Eucalyptus Fibre RefiningFigure 18.Refining system for sack kraft paper.Figure 19.Effect of HC+LC refining on fibersFigure 6.Schematic illustration of CSF testerFigure 2.Typi
42、cal development of chemical pulp properties during beating漂白亚硫酸盐（镁基）苇浆的打浆抗拒与其化学组成的关系漂白亚硫酸盐（镁基）苇浆的打浆抗拒与其化学组成的关系CCCCCHHHOHOHHOOHHOHCHCHCHCOCOH+H2O3H+戊戊 糖糖糠糠 醛醛碱溶高聚糖（总碱溶物）碱溶高聚糖（总碱溶物）/%/%、糠醛值在碱溶高聚糖、糠醛值在碱溶高聚糖/%/%（三）半纤维素含量对纸张性质影响（三）半纤维素含量对纸张性质影响半纤维素有利于纸浆的打浆，有利于纤维的细纤维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
43、能获得较高强度化，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。纸张的纸浆都有较高的半纤维素含量。1.1.半纤维素含量高有利于纤维的结合，所以对提高纸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，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。如不透明度和撕裂度等。2.2.随着半纤维素含量的增加，相对地降低了随着半纤维素含量的增加，相对地降低了-纤维素纤维素的含量，即减少了保证纤维本身强度的纤维素的含量，的含量，即减
44、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，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。反之亦然。3.3.应该指出，对增加纤维结合有效的并不是全部半纤维应该指出，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。素的组分，也不是聚戊糖的总量。例如：例如：针叶木半纤维素主要成分的聚己糖对纸浆的打浆性能针叶木半纤维素主要成分的聚己糖对纸浆的打浆性能及纸张性质的影响，比作为阔叶木半纤维素主要成分及纸张性质的影响，比作为阔叶木半纤维素主要成分
45、的聚戊糖作用更大。的聚戊糖作用更大。麦草浆、稻草浆和芦苇浆等一些非木材植物浆所含的麦草浆、稻草浆和芦苇浆等一些非木材植物浆所含的半纤维素比木浆高得多，但这并不能使它们成为理想半纤维素比木浆高得多，但这并不能使它们成为理想的造纸用纸浆。在这些纸浆中，纤维的尺寸、纤维细的造纸用纸浆。在这些纸浆中，纤维的尺寸、纤维细胞和杂细胞的比率以及纤维的物理性质要比纸浆的化胞和杂细胞的比率以及纤维的物理性质要比纸浆的化学组分重要得多。学组分重要得多。添加甘蔗渣半纤维素对麦草浆的影响添加甘蔗渣半纤维素对麦草浆的影响甘蔗渣半纤维素和淀粉表面施胶对纸板物理性质的影响甘蔗渣半纤维素和淀粉表面施胶对纸板物理性质的影响第四
46、章思考题第四章思考题1.1.给出半纤维素的概念。给出半纤维素的概念。2.2.组成半纤维素的单糖有哪些？组成半纤维素的单糖有哪些？3.3.叙述半纤维素的命名法。叙述半纤维素的命名法。4.4.解释半纤维素的分枝度的意义。解释半纤维素的分枝度的意义。5.5.总结针叶材半纤维素的结构。总结针叶材半纤维素的结构。6.6.总结针叶材半纤维素的结构。总结针叶材半纤维素的结构。7.7.总结阔叶材半纤维素的结构。总结阔叶材半纤维素的结构。8.8.总结草类半纤维素的结构。总结草类半纤维素的结构。9.9.叙述半纤维素酸性水解。叙述半纤维素酸性水解。10.10.叙述半纤维素的碱性水解。叙述半纤维素的碱性水解。11.11.叙述半纤维素的酶降解。叙述半纤维素的酶降解。12.12.论述聚木糖类半纤维素在制浆中的变化。论述聚木糖类半纤维素在制浆中的变化。13.13.论述聚半乳糖葡萄糖甘露糖和聚葡萄糖甘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。露糖在制浆中的变化。14.14.论述半纤维素对溶解浆的影响。论述半纤维素对溶解浆的影响。15.15.论述半纤维素对纸浆打浆行为的影响。论述半纤维素对纸浆打浆行为的影响。16.16.论述半纤维素含量对纸张性能的影响。论述半纤维素含量对纸张性能的影响。
