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木質素（復雜的有機聚合物）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-23

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木質素

復雜的有機聚合物

木質素（拉丁語、英語、德語: Lignin）是一類復雜的有機聚合物，其在維管植物和一些藻類的支持組織中形成重要的結構材料。木質素在細胞壁的形成中是特別重要的，特別是在木材和樹皮中，因為它們賦予剛性并且不容易腐爛。在化學上，木質素是交叉鏈接的酚聚合物。

植物的木質部（一種負責運水和礦物質的構造）含有大量木質素，使木質部維持極高的硬度以承拓整株植物的重量。

基本信息

中文名	木質素
外文名	Lignin
作用	抗壓
位于	纖維素纖維之間
化學品類別有機物	芳香性高聚物
地位	是世界上第二位最豐富的有機物
含有部位	植物的木質部
成鍵	醚鍵和碳碳鍵

收起

簡介

木質素是由3種苯丙烷單元通過醚鍵和碳碳鍵相互連接形成的具有三維網狀結構的生物高分子，含有豐富的芳環(huán)結構、脂肪族和芳香族羥基以及醌基等活性基團。

木質素是由苯丙烷單元通過碳-碳鍵和醚鍵連接而成的無定形聚合物，是植物界中儲量僅次于纖維素的第二大生物質資源。作為典型的生物質材料，木質素是芳香族化合物中少有的可再生資源之一。木質素作為植物界繼纖維素之后第二大資源的生物質材料，全球每年產量約5000萬噸，其中源自農業(yè)殘留物的木質素約占10%～20%，源自森林生物質材料的木質素約占20%～30%，來源甚廣且產量巨大。木質素具有非晶態(tài)無序結構，苯丙烷是其基本的結構單元，其源自3種芳香醇前體，分別是β-香豆醇、松柏醇和芥子醇，分別對應3類木質素，即對羥苯基木質素、紫丁香基木質素和愈創(chuàng)木基木質素。

木質素主要位于纖維素纖維之間，起抗壓作用。在木本植物中，木質素占25%，是世界上第二位最豐富的有機物（纖維素是第一位）。由于自然界中木質素與纖維素、半纖維素等往往相互連接，形成木質素-碳水化合物復合體（Lignin-Carbohydrate Complex），故目前沒有辦法分離得到結構完全不受破壞的原本木質素。

性質

木質素呈褐色粉末，木材的顏色即是木質素造成的。
可溶于強堿和亞硫酸鹽溶液。

結構

木質素

木質素是由三種醇單體（對香豆醇、松柏醇、芥子醇）形成的一種復雜酚類聚合物。

木質素是構成植物細胞壁的成分之一，具有使細胞相連的作用。木質素是一種含許多負電集團的多環(huán)高分子有機物，對土壤中的高價金屬離子有較強的親和力。

因單體不同，可將木質素分為3種類型：由紫丁香基丙烷結構單體聚合而成的紫丁香基木質素（syringyl lignin，S-木質素），由愈瘡木基丙烷結構單體聚合而成的愈瘡木基木質素（guaiacyl lignin，G-木質素）和由對-羥基苯基丙烷結構單體聚合而成的對-羥基苯基木質素（para-hydroxy-phenyl lignin，H-木質素）；裸子植物主要為愈創(chuàng)木基木質素（G），雙子葉植物主要含愈瘡木基-紫丁香基木質素（G-S），單子葉植物則為愈創(chuàng)木基-紫丁香基-對-羥基苯基木質素（G-S-H）。從植物學觀點出發(fā)，木質素就是包圍于管胞、導管及木纖維等纖維束細胞及厚壁細胞外的物質，并使這些細胞具有特定顯色反應（加間苯三酚溶液一滴，待片刻，再加鹽酸一滴，即顯紅色）的物質；從化學觀點來看，木質素是由高度取代的苯基丙烷單元隨機聚合而成的高分子，它與纖維素、半纖維素一起，形成植物骨架的主要成分，在數(shù)量上僅次于纖維素。木質素填充于纖維素構架中增強植物體的機械強度，利于輸導組織的水分運輸和抵抗不良外界環(huán)境的侵襲。

木質素在木材等硬組織中含量較多，蔬菜中則很少見含有。一般存在于豆類、麥麩、可可、草莓及山莓的種子部分之中。其最重要的作用就是吸附膽汁的主要成分膽汁酸，并將其排除體外。

另外，雖然其詳細情況尚不得而知，但木質素的構造與多酚非常相似，故此，木質素與多酚應該有密切的關系。總之，二者對于身體都有很好的作用。

由于木質素的分子結構中存在著芳香基、酚羥基、醇羥基、碳基共扼雙鍵等活性基團，因此可以進行氧化、還原、水解、醇解、酸解甲氧基、羧基、光解、酞化、磺化、烷基化、鹵化、硝化、縮聚或接枝共聚等許多化學反應。其中，又以氧化、酞化、磺化、縮聚和接枝共聚等反應性能在研究木質素的應用中顯示著尤為重要的作用，同時也是擴大其應用的重要途徑。在此過程中，磺化反應又是木質素應用的基礎和前提，到目前為止，木質素的應用大都以木質素磺酸鹽的形式加以利用。在亞硫酸鹽法生產紙漿的工藝中，正是由于亞硫酸鹽溶液與木粉中的原本木質素發(fā)生了磺化反應，引進了磺酸基，增加了親水性，而后這種木質素磺酸鹽在酸性蒸煮液中進一步發(fā)生水解反應，使與木質素結合著的半纖維素發(fā)生解聚，從而使木質素磺酸鹽溶出，實現(xiàn)了木質素、纖維素與半纖維素的分離，得到了紙漿，同時也使木質素的應用成為了可能。

分類

根據木質素組成的差異，可分為三類愈創(chuàng)木醇木質素愈創(chuàng)木醇-芥子醇木質素愈創(chuàng)木醇-芥子醇-對羥基苯木質素

來源及用途

木質素是纖維素工業(yè)的主要副產物
可作為環(huán)氧樹脂、橡膠及熱塑性塑料等的添加劑
可作為高分子原料
可作為動物飼料添加劑

應用

利用木質素作為橡膠補強劑的方法，屬木質素在橡膠工業(yè)中應用的技術領域。其要點是在濃縮的造紙廢液中加進甲醛制成木質素甲醛樹脂，再按比例加入硫磺、氧化鋅、硬脂酸、硫化劑、硫化促進劑、硫化活化劑與橡膠在一定溫度下進行硫化。本發(fā)明可使橡膠中填充大量木質素仍不需加軟化劑，這既節(jié)省大量橡膠，又可獲得優(yōu)良性質的硫化膠，同時硫化中不會塵土飛揚污染環(huán)境，又使造紙廢液變害為利，有著很大的社會和經濟效益。

木鈉的主要用處

利用其粘結性、分散性、螯合性廣泛應用各個行業(yè)，以改善其物理化學性能，節(jié)省成本，提高效率。

1 增強劑

在耐火材料、陶瓷制品生產中起到減水、增塑、絮凝等作用，亦可用于鑄造業(yè)，作為輔助粘結劑，粘結力大且解崩性好。

2 礦粉粘結劑

冶煉業(yè)將礦粉與之混合制成礦粉球，干燥后入窯，提高冶煉回收率，也可用作選礦劑。

3 用作混凝土減水劑

摻加量在0.2%-0.3%時，可減少混凝土攪拌時用水量10%-12%，降低水灰比，節(jié)約水泥10%左右，改善混凝土和易性、流動性及抗?jié)B透性，提高混凝土強度和密實性，具有早強效應，縮短凝結時間，提高抗壓強度，同時減少混凝土坍落度損失。

4 防垢劑和緩蝕劑

用于工業(yè)容器和管道中，起到防垢和緩蝕的作用，提高窗口和管道的使用壽命。

5 水煤漿分散劑

用于火力發(fā)電廠等使用水煤漿的企業(yè)，作為分散劑，提高對煤的分散能力，增加燃煤的發(fā)熱率和利用率，大大降低粉煤灰中的含煤量，同時減少搭橋和結塊，提高爐體壽命。

6 其他

本產品可用作三次采油的化學劑、油田鉆井泥漿稀釋劑，及用于封井。另外，還可用于瀝青乳化劑、飼料粘結劑、精煉助劑等，還廣泛用于農藥加工、型煤制作、鞣革的填料、炭黑造粒及土壤、沙丘、粉杰的控制等。

研究發(fā)現(xiàn)

美國研究人員發(fā)現(xiàn)，食草動物胃里的一類厭氧真菌能降解植物最堅硬的成分——木質素。這一發(fā)現(xiàn)將有助于開發(fā)用木質素生產生物燃料或精細化學品的新方法。相關論文發(fā)表在英國《自然·微生物學》雜志上。

參考資料

[1]

美研究人員發(fā)現(xiàn)厭氧真菌可降解木質素 · 今日頭條-新華社[引用日期2023-03-17]

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