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Ｃｈ。３木材化學的組成與分析

３－１元素組成
　　C、H、O為主，Ca、K、Mg、N。。。
　　
　　官能基(Functional group)：
　　－ＯＨ：羫基→醇類　　－ＣＨＯ：醛基→醛類

３－２木材的化學組成
　　醣類(Saccharides)：多烴基醛或是酮類化合物。

（ｍｏｎｏ－）　（ｏｌｉｇｏ）　　（ｐｏｌｙ－Saccharides）
　　單醣　　　　────────＞　多醣
　　　　　　　　（寡糖）　　　　　　　

　　多醣：纖維素、半纖維素、澱粉、樹膠（Gum）
　　單醣：葡萄糖、木糖、甘露、半乳糖、樹膠醛糖
　　糖(Sugar)：甜味物質

　　　１．多醣類（碳水化合物）66%-75%：纖維素、半纖維素、澱粉。
　　　２．酚類20%-30%：木質素(lignin)、單寧(tannin)、色素(dug)、
　　　　　類木質素(lignan)。
　　　３．脂肪酸1%-5%：油脂、蠟，多已酯的形式存在。
　　　　　Ｒ－ＣＯＯＨ＋Ｒ‘ＯＨ→Ｒ－ＣＯＯＲ　酯ester
　　　４．菁類(Terpenes)：Ｃ５Ｈ８（異戊間二烯），精油、樹脂。
　　　５．蛋白質1%
　　　６．無機鹽類（無機質）＜0.5%

３－３木材的主要成分及副成分

　　　　　　　　　　　　　　　　　木材
　　　　　　　　　　　　　　　　　↓
　　　　　　　＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
　　　　　　副成分　　　　　　　　　　　　　　　　　主成分
　　　　　　　↓　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓
　　＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿　　　　　　　　＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
　　↓　　　　　　　　　↓　　　　　　　　↓　　　　　　　　　↓
不可溶於　　　　　　　可溶於　　　　　　木質素　　　　　　　全纖維素
中性溶劑　　　　　　中性溶劑　　　　（lignin）　　　（Holocellulose）
　↓　　　　　　　　　　↓　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓
＿＿＿＿＿　　　　＿＿＿＿＿　　　　　　　　　　　＿＿＿＿＿＿＿＿
↓　↓　↓　　　　↓　↓　↓　　　　　　　　　　　↓　　　　　　↓
澱　蛋　無　　　　精　樹　油　　　　　　　　　半纖維素　　　　纖維素
粉　白　機　　　　油　脂　脂　　　　（Hemicellulose）　　　（cellulse）
　　質　質

　　主成分：主要存在細胞壁及細胞間質，其中木質素在細胞間質（萃取成分）
含量最高，越往細胞壁內側漸減，纖維素則從次生壁含量最多。
　　副成分：存在薄壁細胞或特殊組織內。

　　百分率％（請看林產學上冊Ｐ。４４）

３－４木材組成份之分析
　　　１．灰分→無機質
　　　２．熱水　　　　　　－｜
　　　３．１％ＮａＯＨ　　　｜→抽出物（萃取）→溶解
　　　４．醇苯（１：２）　　｜　Extract
　　　５．乙醚　　　　　　－｜
　　　６．木質素（酸可溶、酸不溶）
　　　７．全纖維素
　　　８．α－，β－，γ－纖維素
　　　９．聚戊醣

　　　　　　　　　　　　　全纖維素
　　　　　　　　　　　　　　↓
　　　　　　＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
　　　　　　溶液　　　　　　　　　　　不溶液
　　　　　　　↓　　　　　　　　　　　α纖維素
　　＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿　　　　　　主要為纖維素及少量對檢有
　　濾液　　　　　　　沉澱　　　　　　抵抗性之半纖維素。
　γ纖維素　　　　　β纖維素
分子量較低之　　　多為半纖維素
半纖維素　　　　　少量為纖維素


｜←────────────木粉──────────────→｜
｜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
｜←────────－－主成分──────────→｜←－－→｜
｜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜　　　　｜
｜←───Holocellulose─－───→｜←─lignin─→｜←副　→｜
｜　　　　　　　　　　　　　　　　　｜　　　　　　　｜　成　　｜
｜←－─cellulse─－→｜←─Hemi─→｜　　　　　　　｜　份　　｜
｜　　　　　　　　　　　　　　　　　｜　　　　　　　｜　　　　｜
｜←───α－　──→｜←β－→｜γ－｜　　　　　　　｜　　　　｜　


　　　　　　　｜→熱水抽出物
木粉（氣乾）→｜→１％ＮａＯＨ抽出物
　　　　　　　｜→醇苯抽出物

　　　　　　　　　　　　　　　　抽出物
　　　　　　　　　＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
　　灰分　　　　熱水　　１％ＮａＯＨ　　醇苯　　全纖維　　木質素
　　＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
　　０．５　　　１０　　２０　　　　　５　　　　７０　　　２４

　　　　全纖維素＋木質素＋醇苯＋灰分≒１００％　（９５。５％）

Ｃｈ。４

４－１纖維素的概論

　　　　　　　　　　葉綠素
　　ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ　────────→Ｃ６Ｈ１２Ｏ６＋。。。
　　　　　　　　　　ＵＶ（光合作用）　葡萄糖
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓↑　生合成
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　纖維素（Ｃ６Ｈ１２Ｏ６）ｎ
４－２纖維素的化學構造
　　　１．葡萄糖的直鍊與環狀構造


　　　２．纖維素的形成
　　　　（上圖之右圖，環狀構造結合只需紅色圈起部分脫水即可→只剩一個氧）

４－３纖維素的結晶構造與影響
　　　１．由纖維素的官能基（－ＯＨ），其應化性活潑，但其實不然，天然纖維
　　　　　素之化性相當安定，其主要原因乃纖維素分子彼此間由於氫鍵結合而形
　　　　　成排列整齊而緊密的結晶構造所致。
　　　２．結晶構造的出現，使纖維素有結晶區與非結晶區的差異（一個纖維素分
　　　　　子會通過至少一個結晶區），由結晶區佔有的比例（結晶比度＝結晶區
　　　　　長度／結晶區及非結晶區長度），可推估纖維素的長度。
　　　　　結晶比度crystallinity
　　　３．結晶區內分子排列的緊蜜，水及其他化學物質不易進入（有少數化學藥
　　　　　品例外），化性安定，非結晶區則易吸收水並與化學藥品作用。
　　　４．水份易進入非結晶區內，而使膨潤，進而使細胞壁膨脹→木材變形，反
　　　　　之收縮。
　　　５．結晶區化度越大，木材機械強度越高，但對於化學加工時，有時因化學
　　　　　藥品不易進入，有負面影響。

４－４纖維素的超分子構造（Super molecular structure）
　　纖維素分子→原微纖維→微纖維→細胞壁

　　（請看林產學上冊Ｐ。３６＆３７）

　　由於微纖維在次生壁中層之排列方向與中軸接近平行，故纖維（細胞）縱向
收縮小於橫向（因結晶構造關係）。


４－５纖維的性質

　　　１．顏色：無色透明，但天然纖維素由於植物細胞構造關係多呈白色　　
　　　２．比重：１。５０～１。５９，視結晶化度而異。
　　　３．吸溼性：多量羫基→收縮樹脂。
　　　４．電性質：常帶負電，故易吸收金屬離子，但也造成利用問題。
　　　５．酸水解：酸在低溫下對於纖維素會引起緩慢的水解（因結晶化度而異）
　　　　　，但隨著溫度、溼度升高，反應加速。
　　　６．膨潤性：濃酸（＞６４％　Ｈ２ＳＯ４）、強鹼（４１％　ＨＣｌ）會
　　　　　造成纖維素膨潤。
　　　７．溶解性：濃酸、強鹼、少數鹽類、錯鹽。（弱酸泡的夠久也會溶解）
　　　　（前三種會使聚合度下降，只有銅乙胺影響較少）

　　＠纖維與纖維素是不同的，纖維素是一種物質。
　　＠裱褙→想要把金屬離子拿出就可保存，但紙裡有纖維（帶負電，又有梭基，
　　　會吸水）→如果紙只有纖維，又會有暈染現象→加入松香皂，可使防止暈
　　　染→松香皂又是帶電離子→加入明礬。
　　＠在纖維素的單醣結晶間產生配糖結合，配糖結合最怕遇酸，會使水解，尤　　　
　　　其是在潮濕環境下。
　　＠水的膨潤會排到非結晶區，第六項所說的膨潤指使非結晶區變小，結晶區
　　　變大，則可使藥品吸收。
　　＠錯鹽：銅氨液、銅乙胺，用於纖維素黏度之測量。
　　＠黏度：與聚合度（分子量）相關，互相影響，有鄔氏年度計。

４－６纖維素的附加物
　　纖維素與濃縮、強鹼作用，除了產生膨潤外，會形成一不安定的附加化合物。
　　ｅｘ：

（結晶化度高）　　　　　　　　　Ｈ２ＳＯ４　（結晶化度較小）
　　纖維素＋ＮａＯＨ→鹼纖維素──────→再生纖維素
　　CelluloseI　　　　（附加物）　　　　　　　CelluloseII
　　　　　　　　　　　Soda Sellulose I 、II、III

　　　１．鹼纖維素
　　　Cellulose＋NaOH(12.5%)→Soda Sellulose
　　　用途：作為生產纖維素衍生物的前處哩，讓纖維素和化學藥品作用完全
　　　２．氨纖維素
　　　Cellulose＋液態氨→氨纖維素
　　　用途：木材軟化，做曲木家具用（或其他用途）

４－７纖維素的衍生物
　　　１．纖維素酯

　　　酸＋纖維素（多元醇）→纖維素酯
　　　（１）硝化纖維素(Cellulose nitrate, Nitrocellulose)
　　　　　　　　　　　　纖維素硝酸酯　　　　　ＮＣ
　　　　　Cellulose＋NO3→Nitrocellulose
　　　　　Cell-OH＋HNO3→Cell－O－NO2＋H2O
　　　　　在這情況下會使HNO3的反應降低，用硫酸來當脫水劑，變為混
　　　　　合酸(HNO3+H2SO4)
　　＠三硝基纖維素(Degree of substitution)：每個葡萄糖基上平均NO2之數量
　　＠酸化度（Ｒ值）：每一百個葡萄糖機的－NO2數
　　＠用途：火藥（１２％～１３％）、塗料＆塑形物（１０％～１２％）
　　　　　（Ｎ％高→低）

　　　　　　　　　　　　　　BY Diruowei