木质素的物理性质（水溶性、颜色、密度、光学、黏度、电学）

木质素的物理性质，包括：

一般物理性质（如颜色、密度、光学、溶解性、黏度及电学性质等）

波谱性质（如红外光谱、紫外吸收光谱、核磁共振谱等）

高分子性质（如分子量及分布、热学性能等）

两亲性特性（如分子形状、聚集行为等）

 

 —般物理性质：

▍木质素的物理性质，不但与植物的种类、构造、部位、生长期等因素有关，而且与分离提取的方法有关。

植物中的，原本木质素的主要部分，是与糖类紧密连接并形成巨大的空间网状结构，这种木质素-糖类复合物在所有的溶剂中都不溶解， 所以所谓木质素的物理性质，通常都是用某种方法，分离提取出来的低分子量的木质素的物理性质，并非是原本木质素的物理性质。

 

一、颜色

▍原本木质素，是一种白色或接近无色的物质。

但由于木质素结构中具有羧基、乙烯基等不饱和双键与苯环形成共轭体系，这种共轭体系即为发色基团。发色基团π-电子活动性大，所需激发能很小，易吸收较长的光波，使吸收光谱从紫外区移至可见光区而显示颜色。另外，木质素含有羟基（—OH)、氨基（一NR)、羧基（一COOH)、醚键（—OR）和卤素（—X)等助色基团，能使其色泽加深。

我们见到树木的外皮颜色都较深，就是因为其中的木质素，较易受到太阳光的照射而变色造成的，越是到树心内部，光线照射不到，木质素越不易变色，所以树心的颜色极浅。

此外，木质素结构单元中的酚羟基，极易被空气中的氧气（植物内部 也有过氧化物酶）氧化，变成醌类有色物质，从而使木质素变色。

 

▍我们通常见到的木质素，都是有颜色的，这是在分离、制备过程中造成的。

根据分离、制备方法的不同，木质素呈现出深浅不同的颜色。

例如，Brauns云杉木质素显浅奶油色；酸木质素、铜氨木质素、过碘酸盐木质素的颜色较深，在浅黄褐色到深褐色之间。用重氮甲烷甲基化，可使木质素的颜色变浅。将木质素变成白色，可扩大木质素的应用范围。

 

二、相对密度

▍木质素的相对密度为1.35-1.50。

测定时用不同的比重液，得到的数值略有不同。

例如，用水测定，松木硫酸木质素的相对密度为1.451,换用苯测定，则是 1.436；用水测定云杉二氧六环木质素，相对密度为1.33,换用二氧六环测定，则为1.391。

不同制备方法得到的木质素，相对密度也不同。

例如，松木乙二醇木质 素的相对密度为1.362,而松木盐酸木质素的相对密度为1.348。

 

三、 光学性质

▍木质素结构单元中没有不对称碳，所以没有光学活性。

木质素具有芳香族性质，例如，云杉铜氨木质素的折光率为1.61。

 

四、木质素水溶性

木质素溶于水吗？

▍原本不溶于任何溶剂

木质素是一种聚集体，结构中存在许多极性基团，尤其是较多的羟基，造成很强的分子内和分子间的氢键，因此原本木质素不溶于水和任何溶剂。

木质素经提取分离会发生不同程度的缩合或降解，其溶解性等物理性质也会随之改变，从而有可溶性木质素和不溶性木质素之分，前者是无定形结构，后者则是原料纤维的形态结构。

化学制浆法的原理，就是用碱液使原本木质素水解，产生大量的酚羟基，并形成酚羟基钠盐，从而溶解于水，或在木质素大分子中，导入磺酸基，形成可溶性的木质素磺酸盐，达到木质素与纤维素分离的目的。

分离木质素在溶剂中是否溶解，受到溶剂的溶解性参数和氢键形成能力的影响。

木质素中酚羟基和羧基的存在，使木质素能在浓的强碱溶液中溶解。Brauns 木质素和有机溶剂木质素可溶于含水的有机溶剂中，如二氧六环、吡啶、甲醇、 乙醇、丙酮，若无水则几乎不溶，因此在用乙醇提取木质素时，都是将乙醇配成 50%的水溶液。碱木质素和硫酸盐木质素在二氧六环中溶解后像是胶体溶液。碱木质素可溶于稀碱水、碱性或中性的极性溶剂中，木质素磺酸盐可溶于水中， 它们的溶液是真正的胶体溶液。Brauns木质素、酚木质素和许多有机溶剂木质 素在二氧六环中溶解后是澄清的，很像是真溶液。酸木质素则不溶于所有的溶剂。

▍有报道可溶解出

近年来，有报道用离子液体，可以直接从木材原料中溶解出木质素。

例如，咪唑碱阳 离子型离子液体能够溶解磨木木质素和木粉^[1，2]。离子液体[Mmim][McSO4]和 [Bmim][CF3SO3]对工业木质素的溶解程度较高，[Emim][CH3COO]能从木粉中选择性地溶出木质素（约40%) ^[3]。

 

五、黏度

木质素溶液的黏度，通常是把木质素在溶剂中溶解后测定的。

▍研究结果表明， 木质素溶液的黏度较低。

（下表）列出了云杉木质素在不同浓度条件下的比黏度。 其三个试样是用含盐酸的氯仿-乙醇混合溶液提取得到的，木质素溶剂是二氧六环。

 

表：云杉乙醇木质素在二氧六环中的比黏度

木质素溶液的特性黏度，仅为相同分子量的多糖的1/40,为合成线形聚合物的 1/4 （见下表)。

表：分子量50000的各种大分子的特性黏度

 

表：［η］=KM^α方程中α值

根据Mark-Houwink方程（［η］=KM^α),对木质素来说，指数α为 0.1-0.5，相当于爱因斯坦球和紧密卷曲体的中间状态（表2-10)。木质素溶液的扩散、沉降等流体力学性能也说明了木质素分子处于刚性球模型和无规则卷曲体之间。

 

六、电学性质

▍木质素是一种高分子阴离子电解质，在电场中向阳极移动。

利用这一特点， 可用玻璃纤维滤纸的电泳，来研究木质素与糖类之间的连接或断开，可用电泳法来分离木质素与糖类。此外，也可用电泳法和电渗析法来分离造纸黑液中的木质素 及木质素磺酸。

 

[1]    Kilpelainen I, Xie H, King A, et al. J Agric Food Chem, 2007, 55： 9142.

[2]    Zhu S, Wu Y , Chcn Q, ct aL Green Chcm, 2006, 8： 325.[3]    Lee S H, Doherty T V, Linhardt R J, et al. Biotechnol Bioeng, 2009, 102： 1368.