三種散孔材植物纖維化學(xué)特征的比較

岳大然，梁昌寶，張嘉怡，郭芷良

先進(jìn)材料

三種散孔材植物纖維化學(xué)特征的比較

岳大然a，梁昌寶a，張嘉怡a，郭芷良b

（海南大學(xué) a.林學(xué)院 b.應(yīng)用科技學(xué)院，海南 儋州 571737）

以海南橡膠木為原料，對(duì)其化學(xué)全組分（灰分、綜纖維素、酸不溶木素、聚戊糖、α?纖維素、NaOH（1%）抽出物、苯醇抽出物、淀粉和蛋白質(zhì)）含量進(jìn)行測(cè)定，觀察和研究橡膠木的微觀結(jié)構(gòu)，并與典型闊葉材楊木和樺木進(jìn)行對(duì)比分析，明確海南橡膠木的化學(xué)組分和微觀結(jié)構(gòu)特征。采用植物顯微技術(shù)結(jié)合化學(xué)組分測(cè)定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)予以分析。海南橡膠木的木素、綜纖維素、灰分、聚戊糖、α?纖維素、抽出物與楊木和樺木存在微量差異，其淀粉和蛋白質(zhì)含量遠(yuǎn)高于典型闊葉材楊木和樺木；橡膠木纖維的長(zhǎng)度為1 176.68 μm，寬度為21.35 μm，長(zhǎng)寬比約為55.11，壁腔比為0.49；橡膠木屬散孔材，木射線組織呈異型Ⅰ和異型Ⅱ，木纖維具有纖維管胞和角質(zhì)木纖維，軸向薄壁組織有傍管薄壁組織和離管薄壁組織2種。較高的纖維素和較低的木素、苯醇抽出物含量，較大的長(zhǎng)寬比及較小的壁腔比，使得橡膠木在制漿過程中所消耗的脫木素和漂白藥劑更少，蒸煮時(shí)間更短，制漿得率更高，纖維交織能力更強(qiáng)，纖維分布更密，紙張結(jié)合強(qiáng)度更高，較為適宜作為制備力學(xué)性能優(yōu)良的紙基包裝材料的重要基材。

橡膠木；化學(xué)組分；微觀結(jié)構(gòu)；包裝材料

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)石油、煤炭、天然氣等化石資源的需求日益增加[1]。化石資源的大量使用嚴(yán)重破壞了生態(tài)系統(tǒng)，同時(shí)所帶來(lái)的能源枯竭問題愈加嚴(yán)重[2]，因此新型環(huán)境友好型材料的研發(fā)逐步引起了各界的廣泛關(guān)注。木材作為可再生、可降解、儲(chǔ)量豐富、綠色環(huán)保的生物質(zhì)材料，不僅在醫(yī)療、建筑、食品、能源等傳統(tǒng)領(lǐng)域扮演著重要角色[3]，在生物工程、清潔能源、仿生智能等新興領(lǐng)域也展現(xiàn)了其獨(dú)有的魅力[4]。由于全球樹木種類繁多，目前仍有大量木材缺乏基礎(chǔ)特性研究，這限制了木材的高附加值利用，因此對(duì)樹種清晰全面的認(rèn)識(shí)將有助于進(jìn)行資源化利用。

橡膠木是橡膠生產(chǎn)加工的剩余物。由于橡膠生產(chǎn)具有周期性，生長(zhǎng)25～30 a后的橡膠樹需進(jìn)行砍伐更新，因而產(chǎn)生了大量的橡膠木原木。我國(guó)的云南省、海南省和廣東省是橡膠樹的主要種植區(qū)，其栽培面積可達(dá)11 390 km2，產(chǎn)生了大量的橡膠木[5]。目前，橡膠木多用于家具制造、室內(nèi)裝飾和人造板等領(lǐng)域[6]，僅有少數(shù)科研工作者對(duì)橡膠木的材性進(jìn)行了研究，全面、系統(tǒng)地分析其化學(xué)組分和生物形態(tài)的相關(guān)研究較少。楊木和樺木作為闊葉材的典型樹種，具有適應(yīng)性廣、價(jià)廉易得、利用范圍廣等特性。鑒于此，文中通過植物纖維化學(xué)研究手段對(duì)海南橡膠木的主要化學(xué)組分和微量組分，尤其是淀粉、蛋白質(zhì)等代表性組分的含量進(jìn)行測(cè)定，并與楊木、樺木等典型闊葉材進(jìn)行對(duì)比分析，確定海南橡膠木的化學(xué)組分特點(diǎn)；采用植物顯微技術(shù)和分析方法對(duì)海南橡膠木的微觀形貌進(jìn)行觀察和研究，了解其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，研究結(jié)果可為橡膠木資源功能化開發(fā)及高附加值利用率提升奠定理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料和設(shè)備

主要材料為橡膠木（Hevea brasiliensis Muell. Arg，海南省儋州市）、楊木（Populus，黑龍江省哈爾濱市）、樺木（Betula，黑龍江大興安嶺），樹齡為10 a，沿樹高方向截取3.0～6.0 m 處的原木段，在室溫下進(jìn)行氣干。然后在圓盤中間部位進(jìn)行取樣，木粉為40～60目，用于組分分析；木片尺寸約為1 mm×2 mm×30 mm，用于纖維形態(tài)觀察；木片尺寸約為5 mm×5 mm×20 mm，用于纖維壁腔比的測(cè)量。苯、無(wú)水乙醇、亞氯酸鈉、冰乙酸、氫氧化鈉、硫酸、鹽酸、丙酮、碘化鉀、溴酸鈉、溴化鈉、硫代硫酸鈉均為分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

主要儀器：植物粉碎機(jī)JFSD?100，上海嘉定糧油儀器有限公司；標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩，上虞市華豐五金儀器有限公司；電子調(diào)溫電熱套98?I?B，天津市泰斯特儀器有限公司；電子分析天平ME204/02，梅特勒?托利多儀器（上海）有限公司；恒溫水浴鍋DK?98?ⅡA，天津市泰斯特儀器有限公司；循環(huán)水式真空泵SHB?B95A，鄭州市長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱GZX?9146MBE，上海博訊醫(yī)療生物儀器股份有限公司；正置顯微鏡ECLIPSE Ci?L，尼康（上海）儀器有限公司；掃描電子顯微鏡庫(kù)塞姆（COXEM）EM?30。

1.2 化學(xué)組分測(cè)定

測(cè)定分析橡膠木的灰分、NaOH（1%）抽出物、苯醇抽出物、綜纖維素、酸不溶木素、多戊糖、α?纖維素等含量（文中所有含量均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。同時(shí)測(cè)定橡膠木、楊木和樺木的淀粉、蛋白質(zhì)含量。此外，楊木和樺木的其他組分參考已有文獻(xiàn)。測(cè)定方法按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，方法如下。

1）原料分析試樣參照GB/T 2677.1—1995《造紙?jiān)戏治鲇迷嚇拥牟扇　贰?/p>

2）灰分參照GB/T 742—2008《造紙?jiān)?、制漿、紙和紙板灰分的測(cè)定》。

3）NaOH（1%）抽出物參照GB/T 2677.5—1993《造紙?jiān)?%氫氧化鈉抽出物含量的測(cè)定》。

4）苯醇抽出物參照GB/T 2677.6—1994《造紙?jiān)嫌袡C(jī)溶劑抽出物含量的測(cè)定》。

5）綜纖維素參照GB/T 2677.10—1995《造紙?jiān)暇C纖維素含量的測(cè)定》。

6）酸不溶木素參照GB/T 2677.8—1994《造紙?jiān)纤岵蝗苣舅睾康臏y(cè)定》。

7）多戊糖參照GB/T 2677.9—1994《造紙?jiān)隙辔焯呛康臏y(cè)定》。

8）α?纖維素參照GB/T744—1989《紙漿α?纖維素的測(cè)定》。

9）蛋白質(zhì)參照GB/T 35809—2018《林業(yè)生物質(zhì)原料分析方法蛋白質(zhì)含量測(cè)定》。

10）淀粉參照GB/T 35811—2018《林業(yè)生物質(zhì)原料分析方法淀粉測(cè)定》。

1.3 纖維形態(tài)測(cè)定

采用植物顯微技術(shù)和分析方法對(duì)橡膠木生物的形態(tài)特征進(jìn)行分析。纖維長(zhǎng)度和寬度是衡量造紙?jiān)虾图垵{的重要指標(biāo)，它與紙張的抗張強(qiáng)度和撕裂度呈正相關(guān)。選取代表性樣品，沿縱向切成約為1 mm×2 mm×30 mm的試樣，置于電子調(diào)溫電熱套中煮沸，直至試樣沉底；然后將樣品置于60 ℃的冰醋酸和過氧化氫混合溶液（體積比為1∶1）中浸漬36 h，使得纖維分散均勻；隨后將樣品洗滌至中性，置于尼康ECLIPSE Ci?L光學(xué)顯微鏡下觀察，并測(cè)量纖維的長(zhǎng)度和寬度[7]。將代表性樣品切成5 mm×5 mm×20 mm的試樣，置于水中反復(fù)煮沸，排除試樣的空氣。將試樣置于甘油酒精溶液中，待其軟化后用旋轉(zhuǎn)式切片機(jī)切片。采用番紅染色，并置于顯微鏡下觀察并測(cè)量，得出纖維壁腔比。取橡膠木、楊木和樺木的代表性樣品，置于庫(kù)塞姆（COXEM）EM?30掃描電子顯微鏡下觀察其橫切面和弦切面，分析3種材料在微觀形貌上的差異。

2 結(jié)果與討論

2.1 化學(xué)組分分析

植物原料中的化學(xué)成分復(fù)雜，主要分為細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)物質(zhì)（主要成分）和細(xì)胞壁非結(jié)構(gòu)物質(zhì)（少量成分）兩大類。一般而言，主要成分包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素；少量成分包括樹脂、脂肪、蠟、果膠淀粉、蛋白質(zhì)和無(wú)機(jī)物等，可通過冷/熱水抽出物、NaOH（1%）抽出物、有機(jī)溶劑抽出物和灰分含量等來(lái)表示。3種散孔材的化學(xué)組分含量見表1[8-9]，結(jié)果對(duì)木材的利用十分重要。

2.1.1 灰分

植物原料經(jīng)高溫碳化和灼燒所留固體殘?jiān)Q為灰分，主要包括鉀、鈣、鈉、鎂、硫、磷、硅等無(wú)機(jī)鹽類?；曳值暮繛橹参镌现袩o(wú)機(jī)物的總量。一般來(lái)說(shuō)，溫帶樹木的無(wú)機(jī)物含量在0.1%～1.0%之間，但熱帶樹木的無(wú)機(jī)物含量可達(dá)5%[10]。由表1可知，橡膠木的灰分含量為1.62%，略高于楊木（0.66%）和樺木（0.33%）。

2.1.2 NaOH（1%）抽出物

植物纖維原料中的NaOH（1%）抽出物為半纖維素和降解短鏈纖維素的總和。NaOH（1%）抽出物含量可在一定程度上反映木材變質(zhì)和腐朽的程度，其抽出物含量越高，變質(zhì)腐朽程度越嚴(yán)重。有學(xué)者報(bào)道，NaOH（1%）抽出物含量的高低與堿法制漿過程中的耗堿量呈正相關(guān)[11]。可見，橡膠木的NaOH（1%）抽出物含量為22.23%，它在堿法制漿中的耗堿量相對(duì)較高。此外，抽出物的占比在一定程度上可預(yù)估橡膠木在堿法制漿中的紙漿得率。

2.1.3 苯醇抽出物

植物原料中的有機(jī)溶劑抽出物指可溶解于非極性有機(jī)溶劑的化合物。主要包括脂肪、樹脂、蠟、單寧、色素等，通常作為植物原料中樹脂成分的代表。通常，不同原料有機(jī)抽出物之間存在差異。闊葉材有機(jī)溶劑抽出物主要存在于薄壁細(xì)胞和木射線細(xì)胞中，其內(nèi)主要包含游離及酯化的脂肪酸、中性物質(zhì)，不含或只含少量微量萜烯類化合物等，其含量在1%以下。由表1可知，3種木材的苯醇抽出物含量依次為楊木（3.48%）＞樺木（3.08%）＞橡膠木（2.12%）。有機(jī)溶劑抽出物的含量越低，毛細(xì)管輸運(yùn)通道堵塞越少，在水解過程中化學(xué)藥品的消耗量相應(yīng)減少，同時(shí)也減小了對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染。

2.1.4 綜纖維素

植物纖維原料在去除抽出物和木素后，所留的全部碳水化合物統(tǒng)稱為綜纖維素，即纖維素和半纖維素的總和。綜纖維素作為構(gòu)成木材細(xì)胞壁的主要成分，其含量的高低直接影響木材的加工性能。由表1可知，3種木材的綜纖維素含量依次為楊木（78.36%）＞橡膠木（77.38%）＞樺木（74.90%），三者并無(wú)顯著差異，且滿足紙漿材料對(duì)碳水化合物的需求。

2.1.5 ɑ?纖維素

纖維素是由β?D?吡喃葡萄糖基以1,4?β苷鍵連結(jié)而成的高分子化合物，其本身為白色，具有吸水潤(rùn)脹特性，組成的微細(xì)纖維構(gòu)成了纖維細(xì)胞壁網(wǎng)狀骨架。纖維素作為可再生資源，不僅在造紙、包裝、紡織、木材工業(yè)等傳統(tǒng)領(lǐng)域有著重要用途，而且在航空、醫(yī)療、電子、建筑及能源等新興領(lǐng)域也扮演著重要角色[12]。其中，紙基包裝材料中的纖維素含量、尺寸與性能有著密切聯(lián)系，原料中的纖維素含量越高，制漿得率越高，漿料質(zhì)量越好，紙張強(qiáng)度越大。研究發(fā)現(xiàn)，橡膠木的纖維素含量為50.71%，高于楊木（48.05%）和樺木（41.82%）[13～14]?？梢?，豐富的纖維素含量使得海南橡膠木成為纖維素基包裝材料加工制備的重要基材。

表1 橡膠木、楊木[8]和樺木[9]化學(xué)組分含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

Tab.1 Contents of chemical components of rubber wood, poplar[8] and birch[9] %

2.1.6 酸不溶木素

木素是以苯基丙烷結(jié)構(gòu)為單元，通過碳—碳鍵和醚鍵連接而成的具有三維空間結(jié)構(gòu)的高分子化合物。木素的結(jié)構(gòu)主要由愈創(chuàng)木基丙烷、紫丁香基丙烷和對(duì)羥基丙烷組成，不同植物纖維原料之間的木素含量存在差異。其中，針葉材的木素含量（均用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示）約為25%～35%，闊葉材的木素含量約為20%～25%，禾本科植物的木素含量約為15%～25%[10]。木素在植物木質(zhì)化組織中擔(dān)任膠黏劑的角色，賦予了植物較高的機(jī)械強(qiáng)度，因此木素含量越高，植物纖維分離越困難。由表1可知，橡膠木的木素含量為15.87%，其含量相對(duì)較低。顯然，木素含量越低，在脫木素和漂白工藝中化學(xué)藥劑的消耗量越少，蒸煮時(shí)間越短，且紙漿得率越大，紙張的透明度越高。

2.1.7 聚戊糖

植物細(xì)胞壁中的聚糖混合物將纖維素與木素緊密連接在一起，此聚糖混合物為半纖維素。半纖維素是由多種單糖構(gòu)成的異質(zhì)多聚體，大多帶有短的支鏈，主要包括己糖、戊糖、木糖、阿拉伯糖和半乳糖等五碳糖和六碳糖。半纖維素的化學(xué)性和熱穩(wěn)定性較低，可能歸結(jié)于低聚合度和非結(jié)晶聚集態(tài)。由表1可知，3種木材的半纖維素含量依次為30.37%（樺木）＞25.93%（楊木）＞21.51%（橡膠木）。半纖維素含量的提高能夠有效增強(qiáng)纖維之間的結(jié)合，提升紙張的緊度。從紙基包裝材料角度考慮，海南橡膠木的半纖維素含量較低，在制漿過程中應(yīng)盡可能多地保留半纖維素，以增強(qiáng)纖維的結(jié)合力。

2.1.8 淀粉

淀粉是由葡萄糖殘基組成的多糖，可為植物貯存能量。植物的淀粉含量較高，易遭受蟲蛀和腐朽侵害，因此淀粉含量對(duì)植物的生長(zhǎng)和利用存在巨大影響。由表1可知，橡膠木的淀粉含量達(dá)到11.90%，遠(yuǎn)高于楊木（5.22%）和樺木（6.46%）。較高的淀粉含量對(duì)于木材加工，既有利也有弊，一方面，較高的淀粉含量極易使橡膠木遭受真菌滋生和昆蟲蛀蝕，導(dǎo)致木材易發(fā)生霉變、干燥紅變等現(xiàn)象，從而影響木材的美觀性和耐久性，在橡膠木高品質(zhì)利用過程中需重點(diǎn)考慮和解決；另一方面，采用熱處理改性木材時(shí)，淀粉糊化可有效延遲木材細(xì)胞壁的熱降解時(shí)間，使改性木材的性能更接近初始狀態(tài)。對(duì)于紙基包裝材料，淀粉能夠增加紙的強(qiáng)度，其本身也有與纖維素相同的極性羥基，羥基通過氫鍵結(jié)合，使得纖維間的結(jié)合更為牢固，可能引起紙基包裝材料強(qiáng)度的升高。

2.1.9 蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)是由氨基酸經(jīng)“脫水縮合”方式組成的肽鏈經(jīng)彎曲折疊形成的具有一定空間結(jié)構(gòu)的高分子化合物。蛋白質(zhì)是所有生物體中主要的生物分子，是構(gòu)成細(xì)胞的基本有機(jī)物。通常木材纖維原料中蛋白質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過1%，但橡膠木中蛋白質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)2.60%，高蛋白含量高更易使橡膠木遭受腐蝕傷害。

綜上所述，橡膠木纖維素、半纖維素、木素、灰分和抽出物等化學(xué)組分含量與典型闊葉材楊木和樺木之間存在微量差異。其中，橡膠木的纖維素含量較高，木素和苯醇抽出物的含量相對(duì)較低，在制漿過程中橡膠木在脫木素和漂白時(shí)所消耗的化學(xué)藥劑量相對(duì)較少，蒸煮時(shí)間縮短，制漿得率更高，漿料質(zhì)量更好，其打漿性能和紙張強(qiáng)度明顯優(yōu)于楊木和樺木，較適宜作為制備力學(xué)性能優(yōu)良紙基包裝材料的重要基材。此外，橡膠木中的淀粉和蛋白質(zhì)含量遠(yuǎn)高于普通闊葉材中的含量。較高的淀粉和蛋白質(zhì)含量使得橡膠木在采伐后如果未及時(shí)進(jìn)行防腐處理，則極易遭受木腐菌、霉菌和變色菌等真菌的侵害，從而發(fā)生藍(lán)變、紅變和霉變。同時(shí)也易遭受粉蠹蟲等昆蟲蛀蝕而腐朽，從而影響木材的色澤、紋理和強(qiáng)度等外觀品質(zhì)和力學(xué)性能。這樣限制了橡膠木作為木質(zhì)包裝材料的高附加值利用，這也正是橡膠木區(qū)別于其他木材的顯著特征。通過對(duì)橡膠木化學(xué)組分的全面認(rèn)識(shí)，其結(jié)果將有助于科研工作者根據(jù)橡膠木自身特點(diǎn)有針對(duì)性地進(jìn)行制漿工藝優(yōu)化，以及木材防腐處理，達(dá)到節(jié)能降耗、綠色環(huán)保及抑制真菌生存或阻止繁殖的目的，從而提升橡膠木作為木質(zhì)包裝材料和紙基包裝材料的產(chǎn)業(yè)化、功能化價(jià)值，延長(zhǎng)包裝材料的使用壽命。

2.2 生物形態(tài)分析

纖維長(zhǎng)度、寬度和長(zhǎng)寬比不僅與木材的性質(zhì)和功能化利用息息相關(guān)，同時(shí)也是評(píng)價(jià)紙基包裝材料性能的重要指標(biāo)。由表2可知[15]，橡膠木的纖維長(zhǎng)度為1 176.68 μm，樺木的纖維長(zhǎng)度為1 412.55 μm，均高于楊木的纖維長(zhǎng)度（970 μm）；3種木材的寬度無(wú)明顯差別；橡膠木（55.11）和樺木（54.16）的長(zhǎng)寬比大于楊木（42.0）。在制漿造紙領(lǐng)域，一般木材的長(zhǎng)寬比大于35則屬于優(yōu)質(zhì)造紙?jiān)?，長(zhǎng)寬比越大則纖維的交織能力越強(qiáng)，在成紙時(shí)單位面積中纖維之間相互交織次數(shù)增加，纖維分布細(xì)密，故紙張的抗張強(qiáng)度、撕裂度和耐折度均較高。

表2 橡膠木、楊木和樺木[15]生物形態(tài)

Tab.2 Fiber morphology of rubber wood, poplar[15] and birch

纖維壁腔比指纖維的壁厚與腔徑之比，它是衡量植物纖維原料價(jià)值的重要指標(biāo)。有學(xué)者認(rèn)為，纖維壁腔比小于1的材料為優(yōu)質(zhì)造紙?jiān)?，在成紙時(shí)其纖維間的接觸面積較大、結(jié)合力較強(qiáng)，所制紙張具有良好的柔韌性；纖維壁腔比大于1的材料為次等造紙?jiān)?，所制紙張的吸水性較好。研究表明，橡膠木、樺木和楊木的纖維壁腔比分別為0.49、0.40、0.81，因此橡膠木和樺木的纖維特性優(yōu)于楊木?；诖耍鹉z木和樺木的纖維具有接觸面積大、交織能力強(qiáng)、纖維分布細(xì)密、結(jié)合強(qiáng)度高等特點(diǎn)，以其為原料制成的紙基包裝材料可能會(huì)有較高的抗張強(qiáng)度和耐破度等[10]

研究表明，橡膠木、樺木和楊木的橫切面、弦切面（圖1）均由導(dǎo)管、軸向薄壁細(xì)胞、木纖維及木射線等組成[16]。導(dǎo)管是由軸向細(xì)胞形成的管狀組織，在橫切面上呈現(xiàn)孔狀。橡膠木屬散孔材，以單管孔為主，偶爾可見2～6個(gè)徑向排列的復(fù)管孔，橡膠木的導(dǎo)管孔徑較大；木射線主要由橫臥和直立細(xì)胞組成，單列和多列射線并存，呈異形Ⅰ型和Ⅱ型[17]；木纖維多以纖維狀管胞和角質(zhì)木纖維為主，壁薄且胞腔中存在大量球狀類顆粒物，即淀粉顆粒。這進(jìn)一步證實(shí)橡膠木的淀粉含量高，淀粉顆粒在細(xì)胞內(nèi)的積累和填充也正是橡膠樹幼莖木材發(fā)育的一個(gè)顯著特征[18-9]，軸向薄壁組織排列狀態(tài)呈現(xiàn)傍管薄壁組織和離管薄壁組織狀[20]。

樺木的導(dǎo)管橫切面為橢圓形，導(dǎo)管類型為單管孔及復(fù)管孔，導(dǎo)管分子呈復(fù)穿孔，且穿孔上存在大量橫條；木射線非疊生，同行單列及多列，偶爾可見異形Ⅲ型；木纖維由纖維管胞和韌性木纖維組成且壁??；軸向薄壁組織多為輪界狀和星散狀。楊木導(dǎo)管的類型為單管孔和復(fù)管孔（2～6個(gè)），未見侵填體；木射線組織為同行單列。

圖1 3種散孔材的橫切面和弦切面

3 結(jié)語(yǔ)

1）化學(xué)組分分析表明，橡膠木的纖維素、木素、半纖維素、抽出物和灰分等含量與典型闊葉材楊木和樺木之間無(wú)顯著差異，但其淀粉（11.90%）和蛋白質(zhì)（2.60%）含量遠(yuǎn)高于其他典型闊葉材。

2）顯微形態(tài)及微觀結(jié)構(gòu)分析表明，橡膠木纖維長(zhǎng)度為1 176.68 μm、寬度為21.35 μm、長(zhǎng)寬比為55.11、壁腔比為0.49；橡膠木樹干由導(dǎo)管、軸向薄壁細(xì)胞、木纖維及木射線等細(xì)胞組成，木纖維多以纖維狀管胞和角質(zhì)木纖維為主，壁薄且胞腔中存在大量球狀類顆粒物，即淀粉顆粒。

基于上述分析可知，淀粉和蛋白質(zhì)含量高的橡膠木為木腐菌、霉菌和變色菌的繁殖提供了得天獨(dú)厚的天然條件和豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，限制了橡膠木的高附加值利用。由此，通過對(duì)橡膠木進(jìn)行前期防腐處理，以降低其淀粉、蛋白質(zhì)含量的負(fù)面影響，借助施膠、浸漬和表面涂布等方法添加殼聚糖、聚乳酸、卡拉膠等天然高分子生物基聚合物，制備出復(fù)合型生物基可降解復(fù)合材料，從而提高橡膠木基復(fù)合材料的耐用性、持久性和美觀性，這是拓寬橡膠木使用范圍的必然選擇。通過對(duì)橡膠木的化學(xué)組分、纖維形態(tài)及微觀形貌等基礎(chǔ)特征進(jìn)行系統(tǒng)分析，其研究結(jié)果勢(shì)必為海南橡膠木高值化利用和產(chǎn)業(yè)化研發(fā)奠定植物纖維化學(xué)理論基礎(chǔ)。

[1] 周子丹. 木質(zhì)纖維素納米復(fù)合材料制備及催化應(yīng)用研究[D]. 廣州: 華南理工大學(xué), 2017: 87.

ZHOU Zi-dan. Study on Preparation and Catalytic Application of Lignocellulose Nanocomposites[D]. Guangzhou: South China University of Technology, 2017: 87.

[2] 葉代勇, 黃洪, 傅和青, 等. 纖維素化學(xué)研究進(jìn)展[J]. 化工學(xué)報(bào), 2006, 57(8): 1782-1791.

YE Dai-yong, HUANG Hong, FU He-qing, et al. Advances in Cellulose Chemistry[J]. Journal of Chemical Industry and Engineering (China), 2006, 57(8): 1782-1791.

[3] THOMAS B, RAJ M C, ATHIRA K B, et al. Nanocellulose, a Versatile Green Platform: From Biosources to Materials and Their Applications[J]. Chemical Reviews, 2018, 118(24): 11575-11625.

[4] ZHU Hong-li, LUO Wei, CIESIELSKI P N, et al. Wood-Derived Materials for Green Electronics, Biological Devices, and Energy Applications[J]. Chemical Reviews, 2016, 116(16): 9305-9374.

[5] 田婉瑩, 操戈, 鄧衛(wèi)哲. 我國(guó)橡膠木生產(chǎn)開啟“零添加”環(huán)保型產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用[N]. 農(nóng)民日?qǐng)?bào), 2022-12-06(7).

TIAN Wan-ying, CAO Ge, DENG Wei-zhe. "Zero Additives" Environment-friendly Industrialization Application Started in Rubber Wood Timber in China[N]. Farmer's Daily, 2022-12-06(7).

[6] 李家寧, 林位夫, 謝貴水, 等. 海南橡膠樹木材加工利用現(xiàn)狀[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 30(3): 67-70.

LI Jia-ning, LIN Wei-fu, XIE Gui-shui, et al. Status of Rubber-Wood Processing and Utilization in Hainan Province[J]. Chinese Journal of Tropical Agriculture, 2010, 30(3): 67-70.

[7] 王菊華. 《中國(guó)造紙?jiān)侠w維特性及顯微圖譜》將出版[J]. 造紙信息, 1999(7): 27-28.

WANG Ju-hua. The Fiber Characteristics and Microscopic Atlas of China Paper Raw Materials Will be Published[J]. China Paper Newsletters, 1999(7): 27-28.

[8] 閆興偉, 崔琳, 張林, 等. 楊木制備纖維乙醇過程中化學(xué)成分變化的分析[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 35(2): 119-122.

YAN Xing-wei, CUI Lin, ZHANG Lin, et al. Analysis on Chemical Components Changes in Preparation Process of Cellulosic Ethanol from Poplar Wood[J]. Journal of Central South University of Forestry & Technology, 2015, 35(2): 119-122.

[9] 李堅(jiān). 木材科學(xué)[M]. 3版. 北京: 科學(xué)出版社, 2014: 87-89.

LI Jian. Wood Science[M]. 3rd ed. Beijing: Science Press, 2014: 87-89.

[10] 裴繼誠(chéng). 植物纖維化學(xué)[M]. 4版. 北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2012: 12-13.

PEI Ji-cheng. Lignocellulosic Chemistry[M]. 4th ed. Beijing: China Light Industry Press, 2012: 12-13.

[11] 尚潔. 白樺天然種群木材化學(xué)與成漿性能的變異與遺傳相關(guān)[D]. 哈爾濱: 東北林業(yè)大學(xué), 2005: 21-22.

SHANG Jie. Variation and Genetic Correlation of Wood Chemistry and Pulping Properties of Natural Population of Betula Platyphylla[D]. Harbin: Northeast Forestry University, 2005: 21-22.

[12] ZHU Zhao-dong, FU Shi-yu, LAVOINE N, et al. Structural Reconstruction Strategies for the Design of Cellulose Nanomaterials and Aligned Wood Cellulose-Based Functional Materials – A Review[J]. Carbohydrate Polymers, 2020, 247: 116722.

[13] 卞麗萍, 岳金權(quán), 張國(guó)珍, 等. 不同地理種源速生白樺成漿特性[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 38(7): 8-9.

BIAN Li-ping, YUE Jin-quan, ZHANG Guo-zhen, et al. Pulping Properties of Wood from Fast-Growing Birch Forests of Different Provenances[J]. Journal of Northeast Forestry University, 2010, 38(7): 8-9.

[14] 鄭丁源, 李夢(mèng)揚(yáng), 張顯權(quán), 等. 橡膠木纖維素納米纖絲的制備[J]. 包裝工程, 2019, 40(3): 100-107.

ZHENG Ding-yuan, LI Meng-yang, ZHANG Xian-quan, et al. Preparation of Cellulose Nanofibrils from Rubber Wood[J]. Packaging Engineering, 2019, 40(3): 100-107.

[15] 梅愛君, 徐衛(wèi)南, 童再康, 等. 不同地區(qū)光皮樺木材纖維形態(tài)特征的研究[J]. 林業(yè)科技, 2017, 42(3): 20-24.

MEI Ai-jun, XU Wei-nan, TONG Zai-kang, et al. Study on Morphological Properties of Betula Luminifera Wood Fiber for Different Regions[J]. Forestry Science & Technology, 2017, 42(3): 20-24.

[16] 劉志紅, 馬曉恒, 解慶. 胡桃、野核桃和胡桃楸木材解剖特征比較[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2019, 47(6): 49-52.

LIU Zhi-hong, MA Xiao-heng, XIE Qing. Wood Anatomy of Juglans Regia, J. Cathayensis and J. Mandshurica[J]. Journal of Northeast Forestry University, 2019, 47(6): 49-52.

[17] 陳興慧, 王旋, 張耀麗. 橡木與橡膠木的鑒別[J]. 家具, 2016, 37(3): 103-105.

CHEN Xing-hui, WANG Xuan, ZHANG Yao-li. The Identification of Oak and Rubber Wood[J]. Furniture, 2016, 37(3): 103-105.

[18] 陳家寶, 盛佳樂, 齊文玉, 等. 黃槿木材結(jié)構(gòu)特征的分析[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào), 2020, 35(1): 257-260.

CHEN Jia-bao, SHENG Jia-le, QI Wen-yu, et al. Analysis of Structure Characteristics for Hibiscus Tiliaceus Wood[J]. Journal of Northwest Forestry University, 2020, 35(1): 257-260.

[19] 王祥軍, 曾仙珍, 王亞杰, 等. 橡膠樹(Hevea brasiliensis Muell.Arg.)幼莖木材的超微結(jié)構(gòu)觀察[J]. 植物研究, 2018, 38(6): 876-885.

WANG Xiang-jun, ZENG Xian-zhen, WANG Ya-jie, et al. Wood Ultrastructure Observation of Rubber Tree(Hevea Brasiliensis Muell. Arg.) Young Stem[J]. Bulletin of Botanical Research, 2018, 38(6): 876-885.

[20] 成俊卿. 中國(guó)木材志[M]. 北京: 中國(guó)林業(yè)出版社, 1992: 238-240.

CHENG Jun-qing. Wood records of China[M]. Beijing: China Forestry Publishing House, 1992: 238-240.

Comparative Study on the Chemical Characteristics of Lignocellulosic Chemistry of Three Diffuse Porous Wood

YUE Da-rana, LIANG Chang-baoa, ZHANG Jia-yia, GUO Zhi-liangb

(a. College of Forestry, b. School of Applied Science and Technology, Hainan University, Hainan Danzhou 571737, China)

The work aims to take Hainan rubber wood as the raw material to determine the content of its chemical components (ash, holocellulose, lignin, hemicellulose, α-cellulose, 1% NaOH extract, phenyl alcohol extract, starch and protein), observe and study its microstructure and compare it with typical hardwood poplar and birch, to clarify its chemical components and microstructure characteristics. Plant microscopic techniques and Chinese national standards for chemical component determination were used in combination for analysis. The lignin, holocellulose, ash, hemicellulose, α-cellulose and extracts of Hainan rubber wood were slightly different from those of hardwood poplar and birch, but its starch and protein content were much higher than those of typical hardwood poplar and birch. The fiber length of rubber wood was 1 176.68 μm, the width was 21.35 μm, the aspect ratio was about 55.11, and the cell ratio was 0.49. Rubber wood was a diffuse porous wood. The wood ray structure was heteromorphicIand heteromorphic Ⅱ. The wood fibers were tracheid and keratinous wood fibers. The axial parenchyma had two types: adjacent parenchyma and off-tube parenchyma. The higher content of cellulose and lower content of lignin and phenyl alcohol extracts, the larger aspect ratio and the smaller cell ratio make the rubber wood pulp process consume less delignification and bleaching agents, so the streaming time is shorter, pulping yield is higher, fiber intertwining ability is stronger, fiber distribution is denser and paper binding strength is higher. It is more suitable as an important substrate for the preparation of paper-based packaging materials with excellent mechanical properties.

rubber wood; chemical components; microstructure; packaging materials

S781.3

A

1001-3563(2023)09-0147-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.09.018

2022?10?28

海南省自然科學(xué)基金高層次人才項(xiàng)目（320RC468）；海南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（ZDYF2021XDNY196）；海南大學(xué)科研啟動(dòng)基金（KYQD ZR 1986）

岳大然（1988—），男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)橹参镔Y源高值化利用及農(nóng)林廢棄物綜合利用等。

責(zé)任編輯：彭颋