第五章 木材的化学性质

1. 第五章 木材的化学性质

2. 第一节 木材的化学组成 一、木材的元素组成 主要元素：C、H、O、N； 微量元素：S、P、K、Ca、Mg、Fe Mn、 Zn、B、Cu、Mo。 二、木材的物质组成

3. 纤维素：占木材干物质的50% 多糖类半纤维素：占木材干物质的20%～30% 高分子物质(65%～85%) (97%～99%)芳香化合物:木质素:占木材干物质的15%～35% 木(15%～35%) 材 溶于水：K、Na的碳酸盐，占灰分 分 无机物质10%～25% 子(0.3%～1%)不溶于水:Ca Mg硅酸盐、磷酸盐、 低分子物质（灰分）碳酸盐，占灰分25%～90%。 (1～3%) 有机物质单宁、色素 (2%～2.7%)挥发性油类 (抽提物) 树脂（胶） 硫胺素(VB1)

4. 三、高分子物质（胞壁三大素）在胞壁各 层的含量 WP S1 S2 S3 纤维素 14 23 59 44 半纤维素 27 35 14 38 木质素 59 42 27 18

5. 四、木材细胞壁中化学成分的联系 1、纤维素链分子仅由单一葡萄糖基构成，与半纤维素糖基并无化学联结。 2、木质素与纤维素和半纤维素（多糖类）之间， 存在着化学联结。其结合的形式可能有五种：① 侧链部分的苷键结合（Ⅰ）。 ②苯基苷键结合 （Ⅱ）。 ③侧链部分的醚键结合（Ⅲ）。 ④侧 链β-位置酮基进行的半缩醛（ Ⅳ）或缩醛 （ Ⅴ ）。 ⑤由葡萄糖醛酸羧基所生成的酯键结 合（Ⅷ）。成俊卿，木材学，p251 ～255

6. 第二节 木质素 一、木质素的生物合成 1、木质素先体（precursor)的合成 合成过程 见 南林主编，木材化学，P39~40。 2、木质素大分子的合成 南林主编，木材化学，P42~44。 CH2OH CH2OH CH2OH CH CH CH OCH3 H3CO OCH3

7. 二、木质素的分离方法 1、将木材多糖溶解，木质素作为不溶残渣而被分离。 木材褐腐属此法。木腐菌分解纤维素，留下木素，呈褐色。 尹思慈，木材学，p82；南林，木材化学，p46 ～ 47。 2、将木质素溶出而与木材多糖分离。 木材白腐属此法。木腐菌分解木质素，留下纤维素，而使 木材呈白色膜状。 尹思慈，木材学，p82；南林，木材化学，p44 ～ 46。 三、木质素的重要性质 1、显色反应：与木材识别有关。 GB/T 7909-1999造纸木片，就是利用此特性区分针阔叶材木片。 2、玻璃化转变特性：与木材胶合有关。 木材胶合，尤其无胶胶合的重要理论。

8. 第三节 纤维素 一、纤维素的化学结构的特点 尹思慈，木材学，p88。 二、纤维素的超分子结构 1、纤维素的氢键及其与木材材性、木材加工的关系。 尹思慈，木材学，p88 ～ 89。 2、纤维素的结晶结构 ①结晶区与非结晶区 纤维素分子链排列状态。 ②晶胞结构 从晶胞三条轴长短，说明其不同的键能，进而 说明木材由此产生各向异性的原因。 3、纤维素的结晶度 木材强度及稳定性与结晶度成正比。要提高稳定性可考虑提高结晶度解决。

9. 三、纤维素的重要性质 1、纤维素的吸收滞后现象人工干燥木材，终了含水率一定 要低于平衡含水率才能减少吸湿变形。 2、纤维素的电化学性质纤维素分子带大量负电，故在纤维素生产时应加石蜡防水，但石蜡微粒带负电，所以须加硫酸铝，释放正电离子。 3、纤维素的化学性质 水解 酸水解 酶水解 生产酒精：现已被甘蔗渣代替 碱性降解 纸浆生产 （1）降解作用 氧化降解 纤维漂白 热降解 生产活性炭、阻燃材 光降解 木材耐热预降解 微生物降解 木材腐朽 成俊卿,木材学,p334～343;池玉杰,木材腐朽与木材腐朽菌,p18 ～75。

10. （2）与木材改性有关的性质 ①乙酰化：利用醋酸酐处理木材，生成醋酸酯，取代-OH， 既提高强度又提高稳定性。 ②交联反应：先湿法生产纤维板，不需胶粘剂而成板的重 要原因之一。 ③胺液处理：NH4OH 可进入非结晶区、半纤维素、木质 素、最后进入结晶区而使其改性药液进入木材，提高处理效果。 ④塑化处理：先用液态氨软化木材，后塑化，生产异型木 构件或变形构造改直，都是利用此原理。 ⑤木材强化处理：注入未缩聚或初缩聚的极性分子使形成 树脂，以增加密度，提高密度，减少吸湿性。

11. 第四节 半纤维素 一、半纤维素中的糖基与单糖 1、戊糖基：β-D-木糖；α-L-吡喃阿糖； α-L-呋喃阿糖 2、己糖基：β-D-葡萄糖； β-D-甘露糖； α-D-半乳糖 3、己糖醛酸：β-D-葡萄糖醛酸；α-D-4-o-甲基葡萄糖醛酸；α-D-半乳糖醛酸 4、脱氧己糖：α-L-鼠李糖；α-L-岩澡糖 尹思慈，木材学，p95 ～96 二、针阔叶材中的半纤维素 针叶树材 （占木材干重，%） 阔叶树材 半乳葡甘露聚糖 15 ～20% 葡甘露聚糖 3 ～5% 阿拉伯半乳聚糖 5～30% 木聚糖 10% 木聚糖 25% ～35% 尹思慈，木材学，p97 ～98

12. 第五节 木材抽提物 一、抽提物的名称与种类 脂肪族、萜类、酚类化合物 二、抽提物对材性加工利用的影响 尹思慈,木材学,p100 ～ 103；南林主编,木材 化学, p172 ～ 198。 抽提物对木材加工来说不利大于有利。但它 们是林化工业的主要原料。

13. 第六节 木材的酸碱性质 一、木材中的酸性来源 醋酸、树脂酸等。 尹思慈，木材学，p103 ～106 二、木材的PH值：PH=4.0～6.0 三、木材的缓冲容量 木材的碱性对木材胶合（脲酸胶）影响很大。对干 燥设备以及用金属连接的构件有腐蚀作用。 木材缓冲容量的测定方法按GB/T17660-1999规定进行。 木材研究论文集[169] ～ [173]

14. 第七节 木材的表面性质 一、木材的润湿性 1、定义：指液体与木材接触时，在表面上粘附的难易。是由于木材表面积大量-OH、毛细管引起的。对木材胶粘、涂饰及化学处理影响很大。 2、影响润湿性的因素及提高木材润湿性的方法。 尹思慈，木材学，p106 ～109；段新芳，木材颜色调控技术，p128 ～214。 二、木材的耐 性 1、引起木材表面性质变化（劣化）的各种因子。 尹思慈，木材学，p109 ～110 2、提高木材表面耐 性的方法 李坚,木材保护学,p117 ～127;段新芳，木材颜色调控技术, p229 ～243。

15. 第八节 树皮化学性质 一、树皮的元素组成及物质组成 1、树皮的元素组成与木材相近。 2、树皮的抽提物通常较木材高，而且比较复杂。 3、无抽提物树皮（树皮的 不溶组分）。 二、树皮的利用 树皮的组分、物质及利用，参考文献很多，而且这些 物质对木材加工影响很大。对木材工业环境影响也大。 　　尹思慈，木材学，p111 ～113； 　　南林主编，木材化学，p202 ～212; 　　成俊卿，木材学，p346 ～379。

16. 第六章 木材的密度和水分 第一节 木材密度 1、 木材密度的种类 生材密度: 气干材密度: 全干材密度: 基本密度: 实质密度:

17. 2、木材密度的测定方法 ⑴按GB/T1933-1991 直接测量试样的尺寸，计算出体积； ⑵对于形状不规则的试材，可以用排水法测量体积。 ⑶快速测定法

18. 3、影响木材密度的因子 • ⑴树种：①广西最重的木材：蚬木1.13 海南紫荆1.11 盘壳青冈1.08竹叶青冈1.04 • ②广西最轻的木材：轻木0.18 木棉0.25 • ⑵抽提物含量：⑶树龄： • ⑷树干部位：

19. 第二节 木材和水分 一、木材中水分种类 自由水 吸着水 化合水

20. 二、各种状态木材的含水率 1、生材：70%-140% 2、湿材：100%-200% 3、气干材：15%-18% 4、窑干材：4%-12% 5、全干材：＜4%

21. 三、木材含水率的测定方法 1、重量法：按GB/T1931-1991 绝对含水率 ： 相对含水率：在造纸和纸浆工业中比较常用。 2、仪表法 电阻式水分仪 交流介电式水分仪

22. 四、纤维饱和点 1.定义:当细胞腔中的自由水蒸发完毕，而细胞壁中的吸着水还处于饱和状态，这时的木材含水率称为纤维饱和点（FSP）。 2.范围:纤维饱和点含水率:23%-33%, 平均30%; 3.与材性关系: FSP是木材物理力学性质变化的转接点 当木材含水率在FSP以上时：木材物理力学性质无变化。 当木材含水率在FSP以下时： 木材物理性质与含水率呈正比； 木材力学性质与含水率呈反比。

23. 五、木材的平衡含水率 1、定义：木材在一定的温湿度的条件下，既不吸收水分也不散失水分，而平衡状态时的含水率称为该温湿度条件下的平衡含水率。 2、范围:12%-18%, 平均15%, 3、变异性:全国各地不同 4、生产意义：

24. 含 水 率 EMC解吸 EMC吸着 时间 图6-9 木材的水分吸着滞后现象 六、吸着滞后现象 在相同的温湿度条件下，由吸着过程达到的木材的平衡含水率低于由解吸过程达到的平衡含水率，这个现象称为吸着滞后现象。

25. 七、木材中水分的移动 • 1.水分移动的途径 • （1）大毛细管系统 • （2）微毛细管系统 • 2.水分移动的方式 • （1）蒸汽压力差 • （2）毛细管张力差

26. 第三节 木材的干缩与湿胀 • 一、木材干缩湿胀概念 二、木材干缩湿胀的各向异性 轴向干缩率:0.1～0.3%; 径向干缩率:3～6% 弦向干缩率:6～12%。

27. 三、木材干缩湿胀各向异性的原因 (1) 横向干缩大于纵向的原因 ①细胞排列: ②次生壁中层(S2)微纤丝的排列方向: 次生壁中层(S2)微纤丝的排列方向几乎是与细胞主轴相平行的，而微纤丝是由平行排列的大分子链所组成的基本纤丝构成的。 ③纤维素大分子链纵向为甙键连接,键能大.

28. (2) 弦向干缩大于径向的原因 a．木射线对径向收缩的抑制 b．早晚材差异的影响 c．径向壁和弦向壁中的木质素含量差别的影响 d．径壁、弦壁纹孔数量的影响

29. 四、木材干缩性的测定 木材干缩率按GB1932-1991木材干缩率的测定 ； （1）试样 试样的尺寸为20mm×20mm×20mm，具体测量时精确到0.01mm，其各向应为标准的纵、径或弦向。试样的重量称量精确到0.001g。 （2） 原理 含水率低于纤维饱和点的湿木材，其尺寸和体积随含水率的降低而缩小。从湿木材到气干或全干时尺寸及体积的变化；与原湿材尺寸及体积之比，以表示木材气干或全干时的线干缩性及体积干缩性。 （3）木材线干缩率的计算

30. 第七章 木材的环境学特性 第一节 木材的视觉特性 一、木材的光反射与视觉环境特性 1、木材的反射率与光反射指向性 未涂饰木材表面不同方向的反射特性差异明显，其表面反射的反射率比一般漆膜表面要大得多。由此可以判定木材素材的表面有其独特的光泽感。另外，涂饰木材表面反射成分与木材纹理方向无关，有很强的方向性；印刷木纹纸的表面，如未经特殊处理，其表面很难出现素材表面的反射特性，但能达到涂饰木材的表面特性。这与木材各个切面方向构造不同有关。 2、木材的光泽与视觉心理感受 木材的光泽与木材的反射特性有直接联系。当入射光与木纤维方向平行时，正反射量较大；而当相互垂直时，

31. 则正反射量较小。因此从不同方向所呈现的木材颜色也不一样。则正反射量较小。因此从不同方向所呈现的木材颜色也不一样。 家具表面粘贴不同纹理方向的薄木后呈现不同颜色，就是这个道理。当用木纹纸贴面后，表面就不存在这种方向性。但当表面有压纹时，也会呈现真实木材的光泽特性。所以，现在的复合木地板表面出现有压纹或浮雕表面，目的是以假乱真。 二、木材的视觉物理量与感觉特性 1、木材颜色 木材颜色的色相分布范围，明度集中在5~8之间，纯度集中在3~6之间。 木材的明度与纯度会产生不同的感觉。明度越高，明快、华丽、整洁、高雅的感觉越强；明度越低则有深沉、沉静、素雅、豪华的感觉。纯度高则有华丽、刺激、豪华的感觉。

32. 2、透明涂饰 3、木纹图案和节子 4、木材对紫外光吸收性与对红外线的反射性 木材与透明涂饰、木材图案和节子对紫外光和红外线 的特性。尹思慈，木材学，p149 三、室内空间木材率与感觉特性 1、木材率与温暖感 随木材率增加温暖感的下限值逐渐上升，当木材率低于43%时，温暖感随木材率上升而变强。当高于43%时反而会下降。由此可知，温暖感不仅仅是与木材率有关。 2、木材率与稳静感 稳静感的下限值随木材率上升而提高，但其上限值与木材率无明显关系。也就是说，室内木材率越高稳静感并

33. 不会越强。 3、木材率与舒畅感 舒畅感与木材率的关系并不密切相关。原因可能是与 室内布料质地、图案、装饰植物、家具等多方面因素的影 响。 木材的视觉特性是多方面因素在人眼中的终合反映。 模仿木材视觉特征制造人造板或贴面装饰材料已经成为当 今家具、装饰材料研发的新亮点。科技木、各色各样木纹 纸（压纹、浮雕等）。红木家具蜡饰比油漆更显高贵、豪 华。 参考文献：李坚，木材科学新编，p2~9; 刘一星，木材视觉的环境学，p1~190； 木材研究专辑，[309]~[315]。

34. 第二节 木材触觉特性 一、木材表面的冷暖感 1、人对木材的冷暖感觉主要受材料的导数系数控制。也即皮肤与木材界面间的热效应（温度变化或热流量与热流量速度）对人体感觉器官的刺激结果来决定。 2、涂饰与贴面对材料冷暖感的影响 木材经涂饰后，接触面的热学性质会产生微小的变化。木材薄板达到一定厚度时，才能掩盖住基底材的冰冷感。

35. 二、木材表面的粗滑感 1、木材表面的粗糙度与粗糙感 2、木材表面的光滑性与摩擦阻力 三、木材表面的软硬感 四、木材触觉特性的综合分析 尹思慈，木材学，p150~152； 李坚，木材科学新篇，p10~17。

36. 第三节 木材的调湿特性 一、湿度与居住性 1、室内温热环境对人体产生舒适或不舒适感，干球温度是最主要的因素。 2、相对湿度是影响人体通过皮肤进行新陈代谢的主要因素。 夏季人体比较舒适的温湿度是：20℃，70%； 22 ℃，40%；27.5 ℃，40%；25.5 ℃，70%。 春、秋、冬季人体舒适的温湿度是：18 ℃， 70%；19 ℃，40%；26 ℃，40%；24 ℃，70%。

37. 3、人体居住环境的相对湿度保持在55~60%为宜。3、人体居住环境的相对湿度保持在55~60%为宜。 二、木材调湿性能的评定 软质纤维板的调湿性能最好；木材、胶合板、 刨花板、密质和硬质纤维板、石膏板、石棉板优 良；最差是玻璃、树脂板、橡胶板和金属。 三、木材厚度与调湿效果 1、木材的调湿原理：当其周围环境湿度发生变化时，木材获得的平衡含水率能够吸收或放出水分，起到调衡室内湿度的作用。 2、木材越厚，平均含水率变化幅度越小，也即

38. 要想使室内湿度保持长期稳定，则必须增加装 饰木材的厚度。 3、木材量与调湿能力 当室内木材量太少时，则吸湿能力低，起不到调湿作用。实验表明：木材厚度大于25mm，室内木材量大于40%（按室内表面积计）是能起到较好的调湿效果的。同时，为了取得较好调湿效果，装饰材料表面不宜过厚的漆膜涂层。

39. 第四节 木材的空间声学性质 一、人耳的听觉特性 人耳对频率在2000~4000 Hz的声音最敏感，在低 于1000或高于4000Hz，人耳的灵敏度便降低。 人耳听觉阈的声强为0dB；人耳感觉疼痛的声强级 为120dB；正常人们交谈的声强级为70dB。 二、木材的声学指标 1、木材中的声速 木材顺纹声速与金属的声速近似,是空气声速的11~ 16倍。在木材中三个方向的声速关系。 顺纹：径向：弦向=15：5：3

40. 2、木材中声阻 木材声阻为木材密度与木材中声速的乘积。ω=ρ.υ 三、木材对声的反射、吸收和透射 1、声反射 声波作用在木材表面，一部分被反射回来，一 部分被木材本身的振动吸收，还有一部分被透过。 木材的声阻抗比空气的高出104的数量级，所以， 入射的声能可以大部分被反射回来。 2、木材的声吸收和透射 木材的吸音性能可用吸音系数表示。它是吸收 和透射的能量与入射能之比的百分率。

41. 声吸收要求质地较软及多孔的材料、还可用开槽、声吸收要求质地较软及多孔的材料、还可用开槽、 打孔的方法进一步提高对声的吸收性能。 四、木材的隔声特性 1、单层壁（板）的隔声性能 单层板的声隔量决定于板的面密度与声音频率的 乘积。面密度每增加一倍，隔声量增6dB, 即单层板 传声的质量定律。 材料的声隔离性能，可用透射的声强度损失分贝 数（D)来表示。 透过单层壁的声透射损失，取决于两个因素：① 如要求单层壁中声压有较大降低，壁层就须重强； 即要求实密质重的材料。②对频率高的声波隔离效 果比对频率低的要好。

42. 实验证明：木质材料的隔声性能较差，其原因 是面密度较低。例如：2mm厚钢板的隔声量基本上 与35mm厚的刨花板相同，比40mm厚的胶合板还要 大。 因此，单纯从隔声方面考虑，不宜用单层板 （木质材料）做隔声墙。 2、双层或多层板的隔声性能 由互不接触的二层或多层板和中间的空气层组 成的密封墙，可得到较好的声绝缘的效果。但空气 层的厚度不能太厚，否则会占去一些建筑空间。

43. 第八章 木材的力学性质 第一节 木材力学性质的基本概念 第二节 木材的正交异向性和弹性 一、木材的正交异向性 1、产生正交异向性的原因：由木材的构造与结构引起的。 2、各种力学性质的异向性 ①拉伸强度:σtL≥σtR> σtT针 22:1.5:1 阔 15.6:1.3:1 ②压缩强度：针叶材 21.9(纵):1.3(径):1(弦) 阔叶材12.3:1.6:1 ③弯曲强度和冲击韧性：弯曲σbR≈ σbT ④剪刀强度τ11 (顺剪)/τ⊥ (横剪) 2.2~6.1 ⑤硬度和磨损阻抗：硬度 HRT (端面) >HLT (弦面) >HLR (径面)

44. 二、木材的正交对称弹性 1、弹性模量(E)：EL≥ER>ET 2、剪刀模量(G)：GLR>GLT 3、E和G随密度、ρ增加而增加 4、木材的泊松比μ（横向变形系数），均小于1。 第三节 木材的粘弹性 木材的粘弹性——木材具有弹性和粘性两种不同机理的 变形，并体现弹性固体和流体的综合特性。 木材蠕变——在恒定的应力下，木材的应变随时间增长而增 大的现象。 一、木材的蠕变 1、木材蠕变的特性

45. 瞬时弹性变形 （1）木材蠕变过程的3种变形 粘弹性变形 塑性变形 （2）木材蠕变的特性：尹思慈 木材学 P165 2、建筑木构件的蠕变问题：尹思慈 木材学 P165 二、木材的松弛 1、应力松弛—— 2、松弛弹性模量—— 3、木材松弛的规律 （1）松弛应力随时间延伸而下降 （2）松弛系数m与木材密度成反比，松软木材比硬重木材大。 （3）松弛系数m随含水率的增加而增大，湿材的松弛系数大。

46. 三、长期荷载的影响 1、木材的持久强度 2、木材的长期强度与瞬时强度的比值：顺压0.5~0.59；顺 拉0.5~0.54；抗弯0.5~0.64；顺剪0.5~0.55。 四、木材塑性 1、木材的塑性变形 2、塑性流动 3、增加木材塑性的方法

47. 第四节 单轴应力下木材的变形特点 一、胞壁的实际应力及化学组分的作用 1、胞壁的实际应力 σ0 =C· σ =ρs / ρo· σ 2、胞壁组分在木材力学性质中的作用 纤维素为骨架物质，给木材赋予弹性和强度； 半纤维素为粘着物质，给木材剪切强度； 木质素为硬固物质，给木材硬度和刚度。 二、单轴应力下的破坏特点： 1、顺压 （1）顺压破坏的宏观表现 顺压试件的破坏，常出现于弦面，呈连续破坏线。湿材和软 材还常见端部压溃。

48. 破坏线与主轴的倾角常取决于木材密度。密度大者，破坏线与主轴的倾角常取决于木材密度。密度大者， 倾角小；密度小者，倾角大。 （2）顺压破坏的微观表现 首先在胞壁上产生单一错位的裂纹状细线，称滑移线 或滑移面。 接着滑移面彼此相连而形成称微观压缩皱纹的综合横 带。 第3阶段为木纤维产生扭曲。 2、横压 （1）横压破坏的宏观表现 首先是木纤维受压变得紧密，荷载继续增加时，木材 密度也随之增加。 （2）横压破坏的微观表现 细胞的横截面变形，若荷载足够大时，木材外部纤维 与邻接纤维溃坏，并变得紧张，产生永久变形。

49. 针叶材和阔叶环孔材在径向受压时，应力—应 变曲线为3断型曲线（见尹思慈 木材学 p170 图9— 10）。其余树种为1段型曲线。 主要原因：OA段早材未被压坏前呈弹性变形； AB段为早材被压坏时的曲线；BC段为晚材的弹性 曲线。 3、顺拉 顺拉试验破坏主要是纵向撕裂和微纤丝间的剪 切。顺拉破坏时的变形很小，应变值小于1~3%。 而强度值都很高。 顺拉破坏为微纤丝间的撕裂破坏呈滑行状态， 其破坏面呈锯齿状。

50. 4、横拉 当木材横拉破坏时，壁薄的细胞被纵向撕裂， 而壁厚的细胞常沿着初生壁拉开。 5、顺剪 顺剪的破坏特点是：木材纤维在平行于纹理方 向发生了相互滑行。 弦面剪切破坏时常出现于早材部分，在早材和 晚材交界处滑行，破坏面较光滑。 径面剪切破坏，其表面较粗糙，不均匀而无明 显木毛。