树皮成分和构造特征及利用现状综述文献综述

 2022-08-10 14:31:27

摘要

树皮以其独特的树皮生物质化学成分,与单个或一组化合物的生物活性协同作用生产各种原料,有可能获得多种不同产品的附加值,是非常有前途的技术原料和经典的生物精炼对象。本文通过综述三个方面内容:1.树皮主要利用的成分及应用2.部分树皮构造特点及应用可能性3.树皮资源利用现状,以阐述了若能充分发挥树皮资源的巨大潜在利用性,对树皮进行合理开发与利用,将会对林业生产的经济效益和生态环境等产生积极的推动意义。

  1. 树皮主要利用成分及应用

树皮通常指老树干维管形成层以外的所有组织,是树干外围的保护结构,即木材采伐或加工生产时能从树干上剥下来的树皮,占全树生物量的8%-15%。树皮除了纤维素、半纤维素、木质素(三大素)以外,还包括灰分、软木脂和各种不同的抽提物,芳香族化合物及脂肪族化合物等。

例如:纤维素作为树皮的主要组成成分,是构成细胞壁的骨架物质,是一种天然的、含量最丰富的生物高分子材料,近年来在纤维素纤维增强高分子复合材料的研究方面取得了很大的进展。它具有低密度、无磨损、可燃性、无毒性、生物降解性等相关性能,可用于各种高分子复合材料的制备[1]

软木脂是一种天然的脂肪族芳香环状化合物,主要对扩散具有屏蔽作用,因此广泛应用于防腐剂、膳食纤维、化妆品等行业[2]

树皮最不同的组成特征之一是它的大量抽提物,即可溶性亲脂性成分和亲水性成分[3]。抽提物既有传统用途,作为人造板、制胶黏剂、泡沫塑料等化工原料,也有一系列新用途,如部分树皮某些抽提物也有镇痛、抑菌、降血脂等医药应用。

二、部分树皮构造特征

桦树皮特征:罗光裕[4]等对桦树皮构造研究,通过研究材料(白桦、黑桦、枫桦、岳桦)经滑走切片机、石蜡切片机和徒手切片、光镜、 电镜观察、显微照相和显微测定等方法。发现桦木的树皮光滑,由多层周皮、黑色死组织(简称黑组织)和次生韧皮部组成。周皮是树皮的主要组成部分,为复合的次生保护组织,伴随次生维管组织的发育而形成。周皮由三部分组成:木栓形成层、木栓层(由木栓形成层离心性生长而成 ) ,栓内层(为薄壁组织,由木栓形成层向心性生长而成)。桦木周皮的木栓组织随树龄的增长而伸长,从无分化到有分化,从不稳定到稳定;桦树的次生韧皮部的组成基本相似,其中的机械组织随树龄的增大而增多,初期以纤维细胞为主,石细胞少,呈束状环列于皮层与韧皮部交界处,随着树龄的增加,纤维细胞逐渐减少,而石细胞刚渐增,并紧密连接成环,起支持、加固的作用。

樱花树皮特征:纤维素是细胞壁的主要成分,是构成细胞壁的骨架物质,它通常使材料具有刚性。但是在大自然中发现了一种坚韧的纤维素物质:樱花树皮。它的拉伸长度相当于初始长度的两倍以上,拉伸过程中的现象与塑料薄膜相似,具有优异的韧性。Kobayashi[5]等人将樱花树皮通过切片、拉伸性能测试、显微观察、X射线观察等发现这种惊人的力学性能是通过精心设计的细胞壁结构实现的;纤维素纤维像螺旋弹簧一样折叠,上面覆盖着多层柔软的脂质聚合物。植物的功能特性与细胞及构成物质的排列形式密切相关。在树皮进行沿切线方向(T方向)的拉伸试验中,当含水率低至6%,杨氏模量为0.9-1.6GPa,抗拉强度约为40MPa,延伸程度能够达到初始状态的2-3倍,这些数值与塑料薄膜(如聚丙烯)相似,根据应力-应变曲线计算出韧性值为50MJ/m3,比纳米纤维素材料的韧性大5到10倍左右,甚至同蜘蛛丝的韧性相当。最外层的树木,由细胞组成,称为软木细胞。软木细胞的独特,让它们的形状、排列方式和化学成分都与木质部细胞有很大的不同,产生了保护树木免受外部胁迫所必需的基本特性。但由于木质部分的树皮量很小,除了软木和一些具有生理用途的树皮提取物外,很少引起人们的注意。因此樱花树皮的特征层次结构作为一种新的仿生概念的坚韧纤维素材料。

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