竹知識庫

竹材之性質(3-3)

---

領域：資訊分享　/　日期：2018-01-25

林曉洪教授  屏東科技大學 木材科學與設計系

六、竹材之化學性質

纖維形態為製漿最重要之參數之一。纖維之長短、粗細及細胞壁厚度均為影響紙品之性質。木、竹材纖維型態之比較如表3所示。(林太仁，1982；張豐吉、杜明宏，1978)。顯示，竹材之纖維長度比針葉材短，比闊葉材稍長；纖維寬度均比針闊葉材小；而纖維長寬比卻是比木材高許多。象徵。

竹莖之化學成分類似於木材。主要由纖維素、半纖維素和木質素組成。一般而言，全竹由50%～70%的全纖維素、30%的五碳醣和20%～25%的木質素組成。竹子的化學成分在不同的屬種間會有些微差異，部分與維管束類型的不同有關。竹莖的基本化學成分也與竹稈高度及部位有密切關係，如竹稈外側的纖維素明顯多於竹稈內側，而竹稈內側的木質素又明顯多於竹稈外側。過去以來有關竹材化學性質之研究主要集中於竹材的化學組成分，探討不同竹種、同種的不同部位及不同生長階段之纖維素、半纖維素及木質素含量變化；至於竹材木質素結構之研究，則多探討如何在竹材製漿過程中有效去除木質素，以提升紙張品質和紙品加工性。此對木質素結構之研究過去以來較多投入，但目前尚無突破性進展。竹材中化學組成中除纖維素、半纖維素及木質素外，尚有一些抽出物，如蛋白質、澱粉、蠟、脂肪和樹脂等。此等低分子和高分子化合物並非竹材組織之構成物質，而是竹材化學組成的次要成分，但其抽出物類型和數量之變化，不僅對竹材的色香味、抗蟲、抗菌性及耐久性有密切關係，且對竹材材質的均勻性也有重要之影響。由於竹材在使用過程中易遭蟲蛀和發黴之危害，故長久以來國內外學者主要多針對竹材中糖類及澱粉之研究，集中在糖類及澱粉含量及不同採伐期及不同部位之糖類及澱粉含量等變化。

表3 木竹材之纖維形態比較

(林太仁，1982；張豐吉、杜明宏，1978)

纖維種類	纖維長(L) (mm)	纖維寬(W) (µm)	長寬比
檜木	3.80	37.00	102
硫球松	4.04	44.30	91
孟宗竹	1.41	10.59	133
桂竹	1.55	11.22	159
刺竹	1.51	9.49	52
20種 台灣闊葉樹(平均)

 

竹材之化學組成分類似於木材，尤其闊葉材。竹材化學組成分主要以纖維素，半纖維素，木質素為主。一般而言，竹材由60%~75%的全纖維素、17~30%戊聚糖和18%~26%的木質素組成。組成分之多寡依竹材種類、年齡、部位之不同而異，碳水化合物與木質素在竹材成熟前之生長期，有逐漸增加之趨勢，成熟後即可保持穩定或僅些許之改變。竹材化學組成分在不同的屬種之間會有差異，原因之一可能與微管束類型之不同有關。此尚待研究。其他副成分如樹脂、單寧、蠟質與無機鹽類等。

竹材的基本化學成分與竹材高度及部位有密切之關係。例如，竹材外側之纖維素含量高於竹材內側，而竹材內側之木質素又多於竹材外側。中國林業科學研究院於1963年即針對8種竹材的化學成分進行研究，依竹材之上、中、下部位測定全竹之平均化學成分。竹材木質素含量高、灰分低於草類、纖維較細長與闊葉材接近、纖維壁厚腔小、雜細胞多及製漿用鹼量較多等。馬靈飛、朱麗青(1990)研究結果顯示，竹材的組織量與竹齡無顯著相關，惟與胸徑大小有關，而纖維素含量和基本密度分別與竹齡、胸徑及竹材部位有關。纖維組織量隨竹材胸徑增加而減少，纖維素含量隨竹齡增加而減少。竹材生長至3年生時，其纖維素含量基本趨於穩定，基本密度隨竹齡增加而減少。而纖維素含量、基本密度與胸徑間呈負相關。

孫永林(2007)於竹材的化學成分一文中引述龔鎖榜探討3年生毛竹化學組成分分析結果顯示：3年生毛竹的灰分爲1.48%，冷水抽出物4.4%，熱水抽出物6.24%，1%NaOH抽出物27.25%、聚戊醣20.2%、木質素25.2%及全纖維素78.75%。谷雲川、邱俊雄(1972)曾對竹材化學組成分進行分析86.07，其分析方法為含水率、灰分、熱水抽出物、1%氫氧化鈉抽出物、醇苯86.30抽出物、乙醚抽出物、戊醣含量、木質素含量、全纖維素含量、α-纖維素78.98含量，結果如表4所示。

表4 竹材之化學組成份

(谷雲川、邱俊雄，1972)

樹種	年齡	含水量(%)	灰分(%)	抽出物(%)				戊醣(%)	木質素(%)	全纖維素(%)	α纖維素(%)
				熱水	1%NOH	醇苯	乙醚
桂竹	1	9.38	1.70	4.30	25.95	4.84	0.43	24.19	25.27	21.20	48.72
	2	10.48	1.66	4.42	25.58	4.68	0.47	20.51	22.39	80.14	48.61
	>3	9.78	1.51	4.25	29.68	2.87	0.52	19.59	25.89	82.14	49.47
麻竹	1	8.74	1.51	3.08	29.92	4.16	0.86	19.88	19.24	77.60	49.04
	2	9.06	2.68	5.82	27.40	4.86	0.35	16.88	18.00	78.71	49.94
	>3	10.71	2.82	5.77	26.60	7.37	0.85	19.40	24.16	78.98	50.94
刺竹	1	14.21	2.94	8.94	30.48	3.62	0.54	21.01	24.01	86.30	51.62
	2	7.66	1.62	7.29	28.28	5.30	0.72	20.22	23.38	86.07	50.06
	>3	9.92	1.29	5.93	30.21	4.20	0.82	21.06	23.57	86.07	50.62
長枝竹	1	11.86	1.56	3.64	30.15	10.80	0.88	20.62	21.39	82.51	53.15
	2	12.89	1.65	2.94	28.14	4.42	0.91	20.10	22.87	86.43	51.53
	>3	12.64	1.19	6.06	28.32	8.37	0.57	21.06	22.03	85.36	49.66
孟宗竹	1	13.92	1.70	3.15	29.99	4.35	0.65	21.52	24.97	85.32	48.66
	2	16.97	1.72	3.26	31.40	4.68	0.29	22.83	22.47	82.13	47.14
	>3	13.82	1.12	8.06	30.30	4.01	0.46	24.60	26.52	89.94	49.26
綠竹	1	12.57	1.85	7.48	27.99	4.38	0.72	12.26	22.60	86.73	53.24
	2	12.82	2.55	1.65	25.08	4.99	0.42	11.40	25.90	84.68	51.46
	>3	12.79	2.17	3.84	22.77	5.61	0.44	16.94	24.58	81.56	51.54
竹變	1	10.51	1.35	8.18	31.16	5.44	0.44	17.88	18.46	78.91	50.01
	2	10.33	2.50	9.74	30.66	5.21	0.44	19.48	21.94	72.70	46.46
	>3	10.37	1.82	11.37	30.20	7.25	0.43	18.88	21.36	75.22	45.52

 

Latif(1997 )研究馬來竹種(Gigantochloa scotechinii)之組織結構特徵和化學成分，並評估竹齡及竹高與竹材性質間之關係。其研究結果顯示，竹材的化學成分與竹齡及竹高關係較小，通常竹材化學成分中，纖維素和熱水抽出物含量、木質素和纖維素含量均隨著竹齡增加而提高。

七、竹材之pH值

竹材的pH值比木材之變化小。馬靈飛及陳有杰(1991) 探討大陸產雷竹(Phyllostachys praecox C. D. Chu et C. S. Chao 'Prevernalis' )和毛金竹(Phyllostachys nigra (Lodd. Ex Lindl. ) Munro var. henonis (Mitford) Stapf ex Rendle)等21種竹材基、中、梢三部分的pH值和緩衝容量。21種竹材pH值介於4.80～6.66，平均5.69。其中，12種散生竹介於5.42~6.66之間，9種叢生竹介於4.80~5.72之間；且pH值普遍較散生竹小。同竹種不同部位的pH值有變異，散生竹多以基部較梢部大，而叢生竹多以梢部較基部大；12種散生竹材之鹼緩衝容量介於0.1522～0.5568 meq，9種叢生竹材約0.0919～0.2534 meq，變化範圍較散生竹材小。多數散生竹基部pH值較梢部大；而叢生竹則梢部較基部大。叢生竹pH值變異性較大。

竹材滲透性之優劣對竹材藥劑處理、乾燥、染色和膠合加工等加工具有重要之影響。由於竹材組織中缺乏木質線細胞，因此，處理藥劑及水分無法沿木質線滲入。當竹莖成熟後，由於膠狀物質之沉積及填充體之聚積，導管和篩管不再具有滲透性( Zeuita，1992)。

八、竹材化學成分與加工利用性能之關係

竹材化學成分為影響竹材性質和利用之重要因素，其主要賦予竹材一定之強度和其他物理力學性質。竹材之纖維素、半纖維素和木質素分布較之木材具有極大之不均勻性，纖維素含量係由外及內逐漸減少，木質素則由內向外逐漸增多，此種不均勻性，對於竹材加工過程及其性能具有顯著之影響。又，竹材中矽含量較高，會影響竹材之製漿及切削性能。

九、竹材糖分之分佈及其對竹材性質之影響

竹材中糖類與澱粉含量比木材高，故竹材存放及使用過程中極易遭蟲害及黴菌之影響。因此過去對於竹材醣類及澱粉之研究多集中在探討糖及澱粉之含量及其不同伐採期與不同部位之糖及澱粉含量之變化。竹材中可溶性澱粉之含量約2%、總澱粉量2%~6%、蛋白質1.5%～6%及脂肪2%～4%。竹材的游離糖及澱粉含量會隨季節性變化顯著，當年度之生竹材澱粉含量僅0.1%～0.3%，隨著竹葉之急速增加，至第2年發筍前澱粉含量可達6%。故竹材加工時，宜適當選擇採伐的時間。又不同生長期和採伐時間對竹材的化學成分變化並無顯著之影響，而與竹材木質化程度，及酶對纖維素之糖化作用降低程度有關。

綜合上述顯示，竹林如經適當培育，約3~6年即可砍伐利用。以耐久性言，5~6年生者最佳；以拉伸強度言，3~8年生者為佳；以抗壓及抗縮強度言，4~6年生者為佳；以抗彎強度言，4~5年生者為佳。應用時應視最終用途選擇適材適用。一般竹材砍伐的簡單原則是「存三去四莫留七」。竹材與木材性質者同為一變異大之生物性材料，輒因種類及部位不同，性質亦異。對於竹工藝加工者，須先了解各竹種之性質後，再依其材質特性來製作各種器具或工藝品為宜。如選材不當，則不僅無法製作精緻工藝產品，反而易受損壞或劣化之虞。

十、竹材之用途

竹林除生產竹筍供食用外，竹林可供作器具、用品、造紙、編織及簡單房舍之建築材料，亦可供製造手工藝品作為飾物，外銷歐美，為國家爭取外匯。竹材為生物性材料，且為生態材料，只要經營得體，永續經營，其可生生不息提供所需。現今其加工製品如竹層積材、集成材、竹地板、硬化層積竹材、竹炭、層竹家具、竹纖維板、竹貼面合板、竹粒片板、竹漿製造、竹牙刷、竹塑材、竹炭紙、竹屑栽培菌菇、竹樂器及工藝品等。在食、衣、住、行、育、樂等用途上利用上已有千餘項之用途。現今藉由高科技生物精煉(Biorefinery)技術以竹材生物質(Biomass)為原料，利用不同製程技術可生產燃料、電力、化工原料，化合物、食用飼料及其它各種材料。另ASUS亦推出運用竹材做為外殼的筆記型電腦，其節能技術比同配置之筆記型電腦電池時間延長35%~70%，同時系統性能提高23%，且一年之二氧化碳釋放量每台可減少12.3 kg。

肆、結論

由於竹材生長快速及再生繁殖期短，是重要的生物質材料，故竹材的經濟價值不斷在成長中。基於此發展趨勢，針對竹材的特性應持續進行深入之研究實屬必要。現階段國內竹材加工與利用已跳脫傳統的竹工藝製品製造，取而代之者是朝較高附加價值產品之開發設計。或與異材(如塑膠)結合研製竹塑材作為室內外建材。建議未來之研究應集中以下幾個層面：(1)細探竹材之微細力學性質 (2)竹材纖維之超微結構特徵(3)竹材細胞壁層狀紋理與密度之關係 (4)竹材之生物物理與生物力學之研究 (5)竹材不同層面之物理力學性質研究 (6)纖維素、半纖維素及木素之分佈對竹材加工之影響研究；在應用方面：(1)竹材之生物精煉 (2)竹材之精緻炭化 (3)竹製精品開發 (4)竹材與其它異材結合研製複合材，改善性質、提升用途之高附加價值產品開發。深信在高科技時代，藉由科技手段改善竹材之部分本質上之缺點，未來仍具有諸多開發新產品及應用範圍之空間。

伍、參考文獻

王菊華(1999)中國造紙原料纖維特性及顯微圖譜。中國輕工業出版社。第150-162頁。

吳順昭、謝榮生 (1990)台灣新引種竹材構造變異之研究。竹材綜合利用與加工。林產工業叢書。第15-38頁。

吳順昭、王秀華(1976)臺灣竹材之構造研究。臺灣大學與國科會及農復會合作研 究報告第16號。79頁。

吳順昭 (1974)以竹材機械性質決定竹材輪伐期之研究。臺灣大學與林務局合作 試驗報告第4號。49頁。

谷雲川、王益真(1990 ) 台灣竹材製漿之回顧與展望。林產工業 9(1) :115 - 122。谷雲川、邱俊雄(1972)臺灣主要竹材形態及化學組成試驗。臺灣省林業試驗所合作報告第20號。30頁。

呂錦明、劉哲政（1982）孟宗竹林分更新及改良栽培試驗 (2)-林分構成與收長特性之研究。林業試驗所研究報告第367號。

呂錦明(2001)「竹林之培育及經營管理」，行政院農業委員會林業試驗所林業研究叢刊第135號。

呂錦明(2010)台灣竹圖鑑。晨星出版。台中市。ISBN：9789861774046。2010年9月23日出版。

呂兆良(1986)台灣產竹材微細構造之研究。國立台灣大學森林學研究所研究論文。第10-22頁。

邱立文、黃群修、吳俊奇、謝小恬(2015 )。第4次全國森林資源調查成果概要。台灣林業，Vol.41(4)：3-13。

杜複元(1992) 竹材密度的研究。 竹子研究彙刊 11( 1) : 50-58。

周仕強(1992) 慈竹、黃竹杆部結構和纖維形態的研究。竹漿、龍鬚草漿學術論文專集90-99。

林太仁(1972)竹材加工廢料高收率製漿及漂白之研究。臺灣大學森林系研究所林產組碩士論文。107頁。

唐讓雷(1989)竹材之強度性質。林產工業 8(3)：79-85。

馬靈飛、陳有杰(1991)竹材的pH值和緩衝容量。竹材研究匯刊。浙江林學院2:1~4。

馬靈飛、朱麗青(1990)浙江省六種叢生竹纖維形態及其組織比量的研究。浙江林學院學報 7(1)：63-68。

孫永林(2007)竹材的化學成分。生物學教學32(12)：9-10。

許玲瑛、李文昭(2011) 六種臺灣常見竹材之型態特徵及熱解產物。林業研究專訊18 (1) :1-6。

張豐吉、杜明宏(1978)竹材加工廢料製漿之研究。中華林學季刊11(3)：51-68。葉民權(2011)竹屋設計。林業研究專訊 18(1)：33~36。

謝榮生、吳順昭、王秀華(1990)單稈竹與叢生竹之組織構造研究。竹材綜合利用與加工。林產工業叢書。第1-14頁。

Ibrahim, N. H.(1995) Egypt on bamboo's physical and mechanical properties and use bamboo as building

material. Caring for the forest: Research in a Changing World 1995: 398.

Latif (1997) 馬來西亞最普通竹子的結構特徵及化學組成。 BAM BOO J, 14: 55 -56。

Lu, C.M. (2001) Development of charcoalization and new uses charcoal - manufacturing process and its

induction of charcoal. (in Chinese) Modern Silver Culture 16 (2):61-70.

Zeuit a, B. (1992)Relationship of Bamboo Structure on Characteristics and Utilization:. China, Beijing .

Proceedings of Symposium of International Bamboo Industry pp.95-97.