纸张原料的结构与化学成分解析

（一）植物纤维细胞的结构

1.植物纤维细胞形态

造纸植物原料内有一种两头尖、中间空、细而长、细胞壁厚的死细胞，这类细胞呈纺锤状，富有挠曲性和柔韧性，彼此有很强的交织结合力。一个细胞就是一根植物纤维。

2.植物纤维细胞壁结构

植物纤维的细胞壁有一定厚度，分为初生壁、次生壁（外、中、内三层）。两个相邻纤维细胞之间的细胞间隙质，称为胞间层。胞间层把各个相邻细胞连接起来，使植物有一定机械强度，胞间层与初生壁在一起合称复合胞间层。

不同种类的造纸纤维原料，其纤维的长度、宽度、细胞壁厚度均不相同。一般来说，长宽比越大，对纸张强度越产生有利的影响；越是壁薄腔大的纤维细胞，越富有柔韧性和弹性，相互之间交织越好，造出的纸强度越大。

（二）植物纤维细胞壁化学成分

无论何种原料的植物纤维，其细胞壁的主要化学成分都是纤维素、半纤维素和木质素。纤维素和半纤维素主要在次生壁的中层和内层，木质素主要在复合胞间层和次生壁外层。

古代手工纸制造过程中，选料后用净水浸泡就能去除少量杂质成分，如果胶、灰分和无机盐等，用弱碱液蒸煮、洗浆可使大多数木质素去除，将纤维素和半纤维素成分解离出来。从出土的古代手工纸分析来看，非植物纤维细胞（杂细胞）的比例很小。(www.xing528.com)

1.纤维素

纤维素是由若干个β-葡萄糖脱水聚合形成的直链高分子化合物，在聚合过程中，前一个葡萄糖分子C1上的羟基和后一个葡萄糖分子C4上的羟基脱去一个分子的H2O，并构成分子链。

当纤维素分子间成千上万个羟基靠得很近时，一个纤维素分子链上羟基（-OH）中的H原子与另一个纤维素分子链上羟基（-OH）的O原子互相吸引形成氢键。分子链越长，氢键结合越多，键能总和越大，纸张强度也越大。

由于氢键的作用，若干个纤维素分子排列整齐有序，相互靠得很近，形成的结晶状态区域称为结晶区。结晶区内有害物质和水分难以侵入，纤维素分子不易产生有害反应，有利于提高纸张寿命。

2.半纤维素

半纤维素与纤维素共生于植物纤维细胞壁中（主要在次生壁的中、内层）。半纤维素是由木糖、阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖等非均一单糖脱水聚合形成的高分子化合物。由于半纤维素分子聚合度小，且带有支链，造成分子间间隙大，分子间难以形成大量氢键，故耐久性和稳定性都较差，表现为容易发生水解反应、容易吸水润胀。半纤维素含量过多引起纸张发脆。但纸浆中含有适量的半纤维素，既有利于纤维纵向分细，便于打浆，又能保护纤维，使之不易被横向切断，从而提高纸张的机械强度。

3.木质素

木质素也是由碳、氢、氧组成的高分子化合物，但分子结构很复杂。总体上来看，它是一种以苯基丙烷为结构单元，具有网状的空间立体结构的高分子化合物，分子结构上存在许多活泼基团，如-OH、-CH3O、-CHO、-COOH等。因此，木质素的稳定性非常差，容易氧化，尤其在光照条件下，氧化更快，从而使纸张发黄变脆。