Question

木材化学组成是怎样的？

Answer 1

木材中所含化学物质的种类及其相对含量的总称。木材系由纤维素、半纤维素和木质素三种主要成分构成。此外还有一些次要成分如浸提物和灰分。构成木材物质的主要元素是碳、氢和氧，分别约占绝干木材重量的50%、6%和44%。木材还含少量其他元素，如氮、硅及金属元素。这些元素全都以化合物形式存在于木材中。

主要成分

纤维素、半纤维素和木质素是构成木材细胞壁的主要成分（也叫构造成分），均为天然高分子化合物。这三种成分约占木材干物质总重量的90～99%。木材的物理化学性质在很大程度上是由这些成分决定的。①纤维素占绝干木材重量的40～50%，是由β-1，4-失水D-葡萄糖基连接而成的长链状大分子，糖基聚合度约为3500～10000，分子链之间通过氢键结合成基本纤丝，再构成纤丝，在胞壁中沿轴向按一定规律排列，形成木材构造分子的骨架。纤维素赋予木材以很高的纵向抗拉强度。②半纤维素占绝干木材重量的20～30%，是由D-构型木糖、甘露糖、半乳糖、葡萄糖和L-阿拉伯糖糖基和4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸基及半乳糖醛酸基，以不同方式结合而成的多糖混合物，分子有一定分枝度，不是直链形。有些阔叶树材半纤维素还含有痕量鼠李糖基。针叶树材和阔叶树材的半纤维素含量及其糖基组成有显著差别。半纤维素的聚合度约为100～200个糖基单位，比纤维素小得多，其性质与纤维素有很大不同。半纤维素的重要作用是在植物细胞木质化之前，把纤丝粘合在一起，使植物具有必要的刚度以保持直立状态。③木质素是由羟基和甲氧基取代的苯基丙烷单位构成的多酚类物质，具有立体网状结构，为无定形大分子。木质素约占绝干木材重量的18～40%，其作用是把细胞粘结在一起，同时渗透到细胞初生壁和次生壁内，包埋纤维组织，使木材具有刚性并保持整体性。纤维素、半纤维素和木质素均具多分散性，都是分子大小不等的高分子化合物。由这三种在性质上有很大差异的成分构成的木材，是性能奇特的高分子复合材料，具有许多不同于合成高分子材料的特性。

非主要成分

包括浸提物和灰分，大都可溶于中性溶剂。这类成分的含量虽少，约占绝干木材重量的1～10%，但对木材的颜色、气味、耐腐性等性质却起着决定性作用，有些则对木材的加工性能和利用有重要影响。①浸提物含量随树种不同而异，一般不超过10%，但有些树种材，特别是热带树种材含量较高，个别可达20～40%。木材浸提物几乎包括了所有类型的天然有机化合物，如脂肪、蜡、生物碱、蛋白质、简单酚、多酚、糖苷、萜烯、单糖和低聚糖、果胶质、粘液质、树胶、树脂、淀粉、皂苷和精油等类化合物。这些物质中，有些是树木生长代谢的中间产物，有些是树木储备的营养物质，也有起植物防御素作用的成分。通常一种木材只含其中的某些成分，不会含有上述所有成分。②灰分是把木材高温焚化后剩下的无机残渣，主要是钾、钙、镁等金属元素的氧化物，含量一般不超过1%。热带材灰分含量较高，氧化硅占较大比例。

木材化学组成的变异性

木材的化学组成因树种不同而呈现相当大的变异性。构造成分中，所有树种的纤维素在结构上均相同，只是相对含量有差别。木质素和半纤维素除了有量的变化外，还有质的不同，如针叶树材和阔叶树材的半纤维素糖基组成，木质素的结构单位都有实质性差异。至于浸提物的组成、变化就更明显，同属而不同种的木材，其浸提物的组成就有一定的变化。根据这种不同，可对木材进行化学分类。此外，木材的化学组成还随树龄、立地条件、采伐季节等的不同而异。同树种木材的化学组成存在株间差异。同株内不同部位（树干、树枝），不同高度，心材与边材，早材和晚材，不同构造分子，细胞壁各层的化学组成都有一定差异。应力木（应拉木、应压木）的化学组成也不同于正常材。总之，可以说化学组成的变异性是木材这种生物材料的固有特点，这种变异性必然要反映在木材的物理、化学性质上，给研究工作和利用带来一系列问题。