兩種桐木原料及制漿性能研究

袁金霞　衛(wèi)　威,*　黃顯南　王漢成

(1.廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院,廣西南寧,530004；2.廣西清潔化制漿造紙與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西南寧,530004)

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·桐木制漿·

兩種桐木原料及制漿性能研究

袁金霞1,2衛(wèi)威1,2,*黃顯南1,2王漢成1,2

(1.廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院,廣西南寧,530004；2.廣西清潔化制漿造紙與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西南寧,530004)

對兩種桐木的干材和枝材纖維形態(tài)、化學(xué)組分進(jìn)行分析,并對這兩種桐木原料的硫酸鹽法制漿性能進(jìn)行初步探究。結(jié)果顯示,兩種桐木原料纖維平均長度0.7～0.85 mm,纖維平均寬度16.4～19.2 μm,長寬比38～51,屬于短纖維原料；兩種桐木原料的纖維素(硝酸-乙醇纖維素43%～47%)含量較高,酸不溶木素(17%～23%)含量相對較低,聚戊糖含量(22%～26%)與闊葉木材相當(dāng)。這些特點(diǎn)使其易于蒸煮,制漿得率高,易打漿,而兩種桐木原料的干材和枝材抽出物含量都稍高,這會增加蒸煮過程中化學(xué)藥品的消耗；桐木的硫酸鹽法制漿造紙性能良好,兩種桐木原料的干材和枝材在成紙性能上無明顯差異。

桐木；纖維形態(tài)；制漿性能

(*E-mail: weiwei_313@163.com)

桐樹,為玄參科(Scrophulariaceae)落葉喬木,分布范圍廣,生長適應(yīng)性強(qiáng),耐寒、耐旱、耐鹽堿、耐污染,具有生長迅速、抗性強(qiáng)、繁殖容易等優(yōu)點(diǎn),是城鄉(xiāng)綠化、水土保持的重要樹種。隨著造紙工業(yè)的發(fā)展,造紙原料愈來愈緊張,而紙與紙板的需要量卻連年增加。為緩解這一問題,開發(fā)新的適用于制漿造紙用的速生材尤為重要[1]。

本課題對兩種桐木(人工培育桐木和普通泡桐)原料的纖維形態(tài)、化學(xué)組分,以及硫酸鹽漿的制漿造紙性能進(jìn)行了研究,為桐木的綜合利用提供依據(jù)。

1　實(shí)驗(yàn)原料與方法

1.1原料

帶皮桐木木塊,取自廣西某林業(yè)公司,選取部分有代表性的原料試樣,去皮,備用。將備用原料沿縱向切成規(guī)格為1 mm×2 mm×30 mm的小木條試樣,用于纖維質(zhì)量性能分析。另取部分備用原料用Willey磨粉,取粒徑245～350 μm的木粉,平衡水分,用于化學(xué)組分分析。將備用原料手工削片成25 mm×15 mm×3 mm的木片,平衡水分,用于蒸煮。

表1　兩種桐木干材和枝材的化學(xué)組分分析　%

注RGG為人工培育桐木干材，RGZ為人工培育桐木枝材，PTG為普通泡桐干材，PTZ為普通泡桐枝材；以下同。

1.2方法

1.2.1纖維形態(tài)分析測定[2]

在60℃下,試樣經(jīng)冰醋酸和過氧化氫(體積比1∶1)浸泡約30～48 h,使試樣變白、纖維分散。采用Kajani FS-300測定試樣纖維的長度、寬度及細(xì)小纖維含量。

1.2.2化學(xué)組分分析[2- 4]

分別按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2677.5、GB/T 2677.6、GB/T 2677.6、GB/T 2677.9、GB/T 2677.8、GB/T 2677.3測定1%NaOH抽出物、熱水抽出物、苯-醇抽出物、聚戊糖、酸不溶木素、灰分,纖維素的測定采用硝酸-乙醇纖維素的方法。

1.2.3制漿及檢測[2]

原料 → 間歇蒸煮 → 洗滌、篩選、凈化 → PFI打漿 → 抄紙 → 檢測紙張物理性能。

與工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合,采用硫酸鹽法制漿。蒸煮工藝條件：裝鍋量100 g原料，用堿量18%(以NaOH計)，硫化度22%，液比1∶5，蒸煮最高溫度170℃，升溫時間90 min，保溫時間120 min。

紙張的抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)、耐破指數(shù)分別按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 453、GB/T 455.1、GB/T 454測定。

2　結(jié)果與討論

2.1兩種桐木原料化學(xué)組成的比較與分析

木材原料的化學(xué)組成是評價其作為制漿原料質(zhì)量好壞的重要依據(jù)。纖維素是造紙纖維原料的主要組分之一,也是紙漿的主要成分,根據(jù)其含量的高低可以推測紙漿的得率。表1所列為兩種桐木干材和枝材化學(xué)組分分析結(jié)果。

由表1可知,兩種桐木的干材和枝材的纖維素含量和桉木相當(dāng),其中普通泡桐的干材和枝材的纖維素含量最高,分別為47.51%和47.05%。兩種桐木的聚戊糖含量相差不大,但是枝材的聚戊糖含量要稍高于干材的。植物原料中的另一個重要組分是木素,原料中木素含量越少,制漿消耗的化學(xué)品越少,紙漿也更容易漂白。由表1可知,桐木的木素含量要比竹子和桉木的低[4-8],兩種桐木中干材的木素含量要比枝材的低。造紙原料中灰分的大小對一般制漿造紙生產(chǎn)影響不大,不過灰分含量越高,堿回收難度越大,化學(xué)藥品消耗越大。1%NaOH抽出物含量的大小,在一定程度上可以說明原料受到光、熱、氧化或細(xì)菌等作用而變質(zhì)或腐朽的程度,也可以在一定程度上預(yù)見該原料在堿法制漿中制漿得率的情況[2]。由表1可知,人工培育桐木干材的1% NaOH抽出物含量和熱水抽出含物量最高,分別31.78%和15.96%,說明其堿溶性纖維素和半纖維素含量較高,從而會導(dǎo)致制漿得率偏低。有機(jī)溶劑抽出物是造紙原料中的少量組分,它的存在使蒸煮時藥品消耗增加,會延緩蒸煮過程,影響紙漿顏色,在酸性亞硫酸鹽法制漿中可能造成“樹脂障礙”不利于生產(chǎn)等。由表1中可知,桐木中的抽出物含量偏高,會對其化學(xué)制漿性能產(chǎn)生一定影響。

2.2纖維形態(tài)分析

纖維形態(tài)主要指纖維長度、寬度、長度和寬度的均一性、長寬比、壁厚、壁腔比等,是決定漿料質(zhì)量的主要因素。纖維形態(tài)直接影響造紙工藝與漿紙性能,一般認(rèn)為,纖維長度越長、纖維長寬比越大,纖維的交織能力越強(qiáng)、纖維更柔軟,成紙強(qiáng)度就更高。表2所列為原料纖維的長度、寬度、長寬比測試結(jié)果。

表2　兩種桐木干材和枝材纖維的長度、寬度、長寬比

從表2可以看出,兩種桐木纖維平均長度較小,比三倍體毛白楊的纖維長度要短[9]。無論干材還是枝材纖維的寬度都非常小,比一些草類原料的纖維寬度還要小[10]。兩種桐木纖維的長寬比較高都在40左右,人工培育桐木干材纖維的長寬比更是達(dá)到了51.7。纖維長寬比越大越利于纖維之間結(jié)合,有利于提高成紙的強(qiáng)度。從這方面來說兩種桐木原料具備制漿造紙的先決條件。

2.3制漿性能分析

在實(shí)驗(yàn)室蒸煮工藝條件下,兩種桐木干材和枝材制漿的得率及卡伯值見表3。由表3可見，人工培育桐木的干材和枝材在得率和卡伯值上沒有太大區(qū)別,普通泡桐干材的得率稍高達(dá)到48.87%。兩種桐木干材和枝材制漿的漿張強(qiáng)度見表4。

表3　兩種桐木干材和枝材制漿得率和卡伯值

表4　兩種桐木干材和枝材成漿的漿張強(qiáng)度

注PFI打漿轉(zhuǎn)數(shù)6000 r。

由表4中可以看出,兩種桐木原料比較容易打漿,且其硫酸鹽漿物理性能指標(biāo)良好。盡管人工培育桐木纖維長度優(yōu)于普通泡桐,但其漿張強(qiáng)度與普通泡桐的相差不大。這可能是因?yàn)闈{張強(qiáng)度的大小除了受纖維長度影響以外,還與纖維間結(jié)合力、柔軟度以及纖維在紙張中的分布有關(guān)。普通泡桐的細(xì)小纖維含量略高于人工培植桐木,也可能對漿張強(qiáng)度有所影響。然而兩種桐木原料纖維的平均長度較小,無論干材和枝材其撕裂強(qiáng)度都不夠大。

3　結(jié)　論

3.1從原料組分看，人工培育桐木和普通泡桐的纖維素(硝酸-乙醇纖維素43%～47%)含量較高,酸不溶木素(17%～23%)含量相對較低,聚戊糖含量(22%～26%)和多數(shù)闊葉木材相當(dāng)。這些特點(diǎn)使其易于蒸煮,制漿得率高,易打漿,而兩種桐木原料抽出物含量較高,在蒸煮過程中會增加化學(xué)藥品的消耗。

3.2兩種桐木的纖維平均長度在0.70～0.85 mm,寬度在16.4～19.2 μm，盡管長寬比在40左右,但是纖維較短仍會對成紙的強(qiáng)度造成一定影響。

3.3兩種桐木采用硫酸鹽法制漿結(jié)果表明,兩種桐木的干材和枝材在成漿性能上沒有明顯差異。

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(責(zé)任編輯：馬忻)

Fiber Morphology and KP Pulping of Two Paulownia Woods

YUAN Jin-xia1,2WEI Wei1,2*HUANG Xian-nan1,2WANG Han-cheng1,2

(CollegeofLightIndustrialandFoodEngineering,GuangxiUniversity,Nanning,GuangxiZhuangAutonomousRegion, 530004)

The fiber morphology, chemical composition and KP pulping performance of two kinds of Paulownia wood were studied.The results showed that the average fiber length of two kinds of Paulownia wood material was in 0.7～0.85 mm, fiber width was in 16.4～19.2 μm, fiber length-width ratio value was in 38～51 which belonged to short fiber raw material. These two Paulownia wood material contain higher cellulose(nitro-ethanol celluloses 43%～47%) and lower acid insoluble lignin(17%～23%). Like most hardwood material, the content of pentosan was in 22%～26% .These features made them easy to cooking, beating and receiving high pulping yield, while the slightly higher content of extractives would increase the consumption of chemicals in cooking process. The KP pulp strength properties of Paulownia wood were good, and the stem wood and branch wood of Paulownia had no significant difference in pulping performance, Paulownia wood was suitable material for pulp and papermaking.

Paulownia wood; fiber morphology; pulp properties

袁金霞女士,在讀碩士研究生；主要研究方向：造紙化學(xué)品。

TS721+.1

ADOI：10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.07.016