水分引发的木材细胞壁无定形物质对纤维素结晶结构的影响

【目的】聚焦于水分引发的木材细胞壁纤维素结晶结构变化,利用温和的方法不同程度脱除细胞壁无定形物质(半纤维素、木质素),探讨典型的水分状态(绝干状态、近纤维饱和点、饱水状态)对纤维素结晶结构的影响及其与无定形物质的相互作用。【方法】以杨木为实验材料,将20 mm(轴向)×3 mm(径向)×20 mm(弦向)的木片在常温下,以亚氯酸钠和冰醋酸脱除木质素,以氢氧化钠脱除半纤维素,分别制得不同程度脱除木质素、半纤维素以及二者共同脱除的试样,并将其和未处理试样的水分状态分别调至绝干、近纤维饱和点和饱水状态,再利用X射线衍射技术测定各组试样(200)、(1-10)、(110)晶面的衍射峰的位置(2θ),分析晶面间距。【结果】绝干试样(200)晶面衍射峰的位置随无定形物质脱除而改变,其(200)晶面间距随无定形物质脱除率的提高而呈减小的趋势;各试样的(200)晶面间距均随试样内水分含量的增加而减小,且对于脱除木质素或半纤维素的试样,木材在水分达到近纤维饱和点时的晶面间距减少量占至饱水状态时晶面间距减少量的百分比较大;(1-10)和(110)晶面的衍射峰随试样中水分的增加而出现分离的趋势。【结论】在绝干状态下,无定形物质收缩对纤维素结晶结构施加拉力;木材细胞壁物理化学环境的变化会影响无定形物质与水分的相互作用,水分进入无定形物质使其膨胀而释放对结晶结构的拉力,该作用主要由进入细胞壁的水分引起,(200)晶面为主要受力的晶面。