檳榔殼原料及制漿性能研究

鄧 通 劉 義 黃顯南 林偉民

(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)實驗室，廣西南寧，530004； 3.廣西東糖投資有限公司，廣西南寧，530021)

·檳榔殼制漿·

檳榔殼原料及制漿性能研究

鄧 通1，2劉 義1，2黃顯南1，2林偉民3，*

(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)實驗室，廣西南寧，530004； 3.廣西東糖投資有限公司，廣西南寧，530021)

分析了檳榔殼原料的化學(xué)組成、制漿性能、檳榔殼紙漿的纖維形態(tài)、漂白及其紙張的物理性能，為檳榔殼纖維資源的合理利用提供技術(shù)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，檳榔殼原料木素含量較高(Klason木素含量為30.05%)、紙漿纖維較短(數(shù)均長度0.38～0.43 mm，長均長度0.52～0.58 mm，質(zhì)均長度0.65～0.71 mm)、卡伯值較高(33.8～73.3)、ClO2漂白漿白度為21.7%～31.4%，白度提高不大，因此檳榔殼原料不適合生產(chǎn)漂白漿。而檳榔殼紙漿所抄紙張的抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)、耐破指數(shù)、環(huán)壓指數(shù)均高于用廢紙漿所生產(chǎn)的A級瓦楞原紙的物理性能，由此認(rèn)為檳榔殼紙漿適合生產(chǎn)瓦楞原紙等包裝用紙。

檳榔殼；化學(xué)組成；制漿性能；纖維形態(tài)

檳榔(學(xué)名：ArecacatechuL.)為棕櫚科屬常綠喬木，別名檳榔子、橄欖子，莖直立，一般高可達(dá)10 m多，有明顯的環(huán)狀葉痕，雌雄同株，花序分枝多，子房長圓形，果實長圓形或卵球形，花果期為3～4 個月。檳榔是一種重要的中藥材，也是咀嚼嗜佳品，廣泛分布在我國云南、廣西、海南、臺灣以及馬來西亞等東南亞國家。在我國造紙工業(yè)不斷發(fā)展，對紙和紙板的需求量越來越大，所以開發(fā)出新的適合于制漿造紙用的原料顯得尤為重要[1]。目前，檳榔世界年產(chǎn)量高達(dá)129.6萬t，數(shù)量巨大，檳榔加工的附屬產(chǎn)物檳榔殼每年高達(dá)38.88萬t，如果能將其充分利用，將會有效地部分緩解我國制漿造紙原料需求的壓力。

因此，本研究分析了檳榔殼的化學(xué)組分、燒堿法制漿性能及其紙漿的纖維形態(tài)、漂白和紙張的物理性能，為檳榔殼纖維資源的合理利用提供技術(shù)數(shù)據(jù)。

1 實 驗

1.1實驗原料

檳榔，產(chǎn)地為馬來西亞，選取其中部分具有代表性的試樣切成絲狀，平衡水分備用。

1.2實驗方法[2- 4]

1.2.1化學(xué)組分分析

切成絲后的檳榔殼，用粉碎機(jī)磨碎、過篩，截取通過40目而不能通過60目的粉末，儲存于具有磨砂的廣口瓶中，備分析使用。

分別按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2677.5、GB/T 2677.9、GB/T 2677.6、GB/T 2677.8測定1%NaOH抽出物、聚戊糖、苯-醇抽出物、Klason木素；纖維素的測定采用硝酸-乙醇纖維素法。

1.2.2制漿

采用燒堿法制漿，在6×1 L電熱油浴小罐中進(jìn)行蒸煮。蒸煮工藝參數(shù)：裝鍋量80 g絕干原料，用堿量14%、16%、18%(以Na2O計)，液比1∶6，蒸煮條件為第一段升溫60 min至100℃，第二段升溫90 min至150℃，第三段升溫30 min至160℃，不保溫。

1.2.3纖維形態(tài)分析測定

用燒堿法制成的漿料，經(jīng)篩漿機(jī)篩選得到細(xì)漿。采用Kajani FS-300纖維分析儀測定試樣纖維的數(shù)均長度、長均長度、質(zhì)均長度、數(shù)均細(xì)小纖維率和長均細(xì)小纖維率。

1.2.4ClO2漂白

取蒸煮時用堿量為16%的檳榔殼漿與藥液混合均勻，倒入高密度聚乙烯塑料袋中，密封后放入恒溫水浴中反應(yīng)[5]。ClO2漂白條件為：20 g絕干漿料，漿濃8%，有效氯用量分別為2%、4%、6%、8%，反應(yīng)溫度70℃，時間60 min，pH值3～4。用堿量為16%的檳榔殼未漂漿的白度為19.3%。

1.2.5打漿和紙張性能檢測

采用PFI磨對檳榔殼漿打漿，打漿濃度為10%，打漿間隙為0.2 mm[6]。打漿后用氣動肖伯爾打漿度儀測定檳榔殼漿的打漿度。采用凱撒快速抄片器將檳榔殼漿抄成定量為100 g/m2的紙樣，壓榨、烘干[7]。按照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)測定紙樣緊度、抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)、耐破指數(shù)、環(huán)壓指數(shù)等物理性能指標(biāo)。另取廣西某工廠用廢紙漿所生產(chǎn)的A級瓦楞原紙與檳榔殼漿所抄紙張進(jìn)行物理性能對比。

2 結(jié)果與討論

2.1檳榔殼化學(xué)組分分析[8-9]

原料的化學(xué)組分是評價一種原料制漿質(zhì)量好壞的重要依據(jù)。表1所列為檳榔殼化學(xué)組分分析結(jié)果。

表1 檳榔殼化學(xué)組分分析 %

2.1.11%NaOH抽出物

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。1%NaOH抽出物越高，說明原料腐朽得越嚴(yán)重。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。1%NaOH抽出物越多，堿法制漿的得率越低。由表1可知，檳榔殼1%NaOH抽出物含量為15.53%，抽出物含量相對較低，變質(zhì)腐朽程度輕，耗堿量少。

2.1.2聚戊糖

半纖維素是造紙植物纖維原料的主要組分之一，其含量高低對提高制漿得率、改善打漿和成紙性能有重要影響，在制漿工藝中，應(yīng)當(dāng)盡可能多的保留半纖維素。不同種類的植物纖維原料半纖維素的含量和結(jié)構(gòu)有很大不同，一般來說，非木材原料的半纖維素以聚戊糖為主，因此測定聚戊糖對于表征檳榔殼半纖維素含量具有實際意義。由表1可知，檳榔殼聚戊糖含量為21.14%，與其他纖維原料相比，檳榔殼的聚戊糖含量適中，符合非木材原料聚戊糖分布范圍。

2.1.3苯-醇抽出物

有機(jī)溶劑抽出物是造紙原料中的少量組分，主要成分為脂肪、脂肪酸、樹脂、樹脂酸、蠟及酚類化合物等，它的存在影響著用堿量、蒸煮時間以及成紙的顏色。由表1可知，檳榔殼苯-醇抽出物含量為2.85%，對制漿造紙不會產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

2.1.4Klason木素

木素也是造紙植物纖維原料中的主要化學(xué)組分之一，它是由苯丙烷結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的高分子化合物。制漿的目的就是為了脫出制漿原料中的木素，使得原料中的纖維素分離出來。如果原料中含有木素越少，則所需消耗化學(xué)藥品就少，同時也有利于后序工藝的漂白。由表1可知，Klason木素含量為30.05%，木素含量相對較高，需要更多化學(xué)藥品脫出木素，對蒸煮工藝、漂白等提出更高要求。

2.1.5硝酸-乙醇纖維素

纖維素含量是衡量一種原料是否具有制漿造紙價值的重要指標(biāo)。它是植物纖維原料的主要成分之一，也是紙漿的主要化學(xué)組分。制漿過程中，纖維素要盡量保持使之不受破壞。測定纖維素含量可以推測原料的使用價值和紙漿得率。由表1可知，硝酸-乙醇纖維素含量為46.45%，其含量在非木材纖維原料的分布范圍之內(nèi)。

2.2制漿性能分析[10]

制漿性能的研究可以反映蒸煮情況。表2所列為檳榔殼制漿性能分析結(jié)果。

表2 檳榔殼制漿性能的比較

由表2可知，隨著用堿量的增大，細(xì)漿得率和粗渣率逐漸降低。其原因是用堿量的增大，木素和半纖維素降解強(qiáng)度大，因此細(xì)漿得率、粗渣率與用堿量成負(fù)相關(guān)關(guān)系。用堿量為18%時，細(xì)漿得率最低為43.9%，粗渣率最低為3.3%；殘堿含量隨著用堿量增大逐漸升高。其原因是用堿量增大，會導(dǎo)致溶液里未參與化學(xué)反應(yīng)那部分堿的量也增大，故在黑液中的殘堿量也增大，成正相關(guān)關(guān)系。用堿量為18%時，殘堿含量最高為4.96 g/L；卡伯值隨著用堿量增大而減小，用堿量為18%時最小，為33.8。但總體上看，卡伯值都普遍偏高[11]。黏度和纖維素聚合度均隨著用堿量的增大而下降。其原因是用堿量的增大會加強(qiáng)對纖維素降解破壞的程度，因此用堿量增多，黏度和纖維素聚合度下降。用堿量為18%時，黏度為460.6 mL/g，纖維素聚合度為638。

表5 打漿和紙張物理性能分析

2.3纖維形態(tài)分析

纖維形態(tài)直接影響造紙工藝與漿紙性能。表3所列為檳榔殼纖維形態(tài)分析結(jié)果。

由表3可知，隨著用堿量的增多，纖維的數(shù)均長度、長均長度、質(zhì)均長度逐漸下降。但總體來說，檳榔殼的纖維長度均較短，用堿量為14%時，數(shù)均長度、長均長度、質(zhì)均長度也只達(dá)到0.43 mm、0.58 mm、0.71 mm；數(shù)均細(xì)小纖維率、長均細(xì)小纖維率隨著用堿量增多而上升。用堿量為18%時，數(shù)均細(xì)小纖維率和長均細(xì)小纖維率分別達(dá)到23.59%、6.41%。

表3 檳榔殼纖維形態(tài)

注 長均長度為所有纖維的長度之和除以纖維總根數(shù)；長均細(xì)小纖維率為按長均長度計算時，細(xì)小纖維所占比例。

2.4ClO2漂白分析

紙漿漂白可以進(jìn)一步脫出木素和其他雜物，提高紙漿的白度。表4所列為檳榔殼漿ClO2漂白分析結(jié)果。

表4 檳榔殼ClO2漂白

由表4可知，隨著ClO2用量的增加，檳榔殼漂后漿有白度逐漸升高、得率逐漸減小、卡伯值逐漸下降的趨勢。ClO2用量為8%時，白度為31.4%，得率為81.7%，此時卡伯值下降較明顯，為32.7。但總體漂白效果并不顯著，在ClO2用量很大的情況下，白度不高，得率較低，卡伯值較高。因此，檳榔殼漿漂白難度大，其具體漂白工藝，有待進(jìn)一步深入研究。

2.5打漿和紙張物理性能分析

對紙漿進(jìn)行打漿和紙張物理性能的測定，可以了解檳榔殼漿是否滿足哪一類紙的基本要求。表5所列為檳榔殼漿和A級瓦楞原紙漿打漿和紙張物理性能的分析結(jié)果。

由表5可知，在打漿度和A級瓦楞原紙漿相同的情況下，檳榔殼紙漿所抄成的紙張參數(shù)為：緊度0.47 g/cm3，抗張指數(shù)30.4 N·m/g，撕裂指數(shù)0.83 mN·m2/g，耐破指數(shù)2.11 kPa·m2/g，環(huán)壓指數(shù)4.54 N·m/g[12]。檳榔殼漿所抄成的紙張除緊度低于A級瓦楞原紙漿的紙張外，其抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)、耐破指數(shù)、環(huán)壓指數(shù)均比A級瓦楞原紙張物理性能高。

3 結(jié) 論

3.1從檳榔殼原料組分來看，硝酸-乙醇纖維素含量較高，為46.45%，聚戊糖含量和多數(shù)闊葉木材相當(dāng)，為21.14%，但Klason木素含量太高，為30.05%，相比其他原料，檳榔殼對后續(xù)脫除木素工藝要求較高。

3.2檳榔殼的燒堿法制漿性能結(jié)果表明，其細(xì)漿得率、粗渣率、殘堿量、黏度和纖維素聚合度分布合理，但卡伯值總體偏高，達(dá)到33.8～73.3；用ClO2漂后漿白度為21.7%～31.4%，白度提高不大，由此看出檳榔殼漿漂白較難，其具體漂白工藝有待進(jìn)一步深入研究。

3.3從纖維形態(tài)分析來看，檳榔殼數(shù)均長度為0.38～0.43 mm，長均長度為0.52～0.58 mm，質(zhì)均長度為0.65～0.71 mm，纖維的長度較短，對紙張強(qiáng)度造成一定影響。

從總體上說，由于檳榔殼原料中的木素相對于其他原料來說含量較高，纖維長度較短，蒸煮卡伯值大，對漂白要求高，因此檳榔殼不適合生產(chǎn)漂白漿。但檳榔殼漿所抄紙張的抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)、耐破指數(shù)和環(huán)壓指數(shù)均高于用廢紙漿所生產(chǎn)A級瓦楞原紙物理性能，由此認(rèn)為檳榔殼紙漿適合生產(chǎn)瓦楞原紙等包裝用紙。

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(責(zé)任編輯：常 青)

RawMaterialAnalysisandPulpingPropertiesStudyofAreca-nut

DENG Tong1,2LIU Yi1,2HUANG Xian-nan1,2LIN Wei-min3,*

(1.CollegeofLightIndustrialandFoodEngineering,GuangxiUniversity,Nanning,GuangxiZhuangAutonomousRegion, 530004; 2.GuangxiKeyLabofCleanPulp&PapermakingandPollutionControl,Nanning,GuangxiZhuangAutonomousRegion, 530004; 3.GuangxiEastSugarLimitedCompany,Nanning,GuangxiZhuangAutonomousRegion, 530021)

The chemical composition and pulping properties of areca-nut, the fiber morphology and bleaching of areca-nut pulp and the physical properties of the paper sheets were analyzed and studied in order to provided technical data for the rational use of areca-nut as fiber resource. The results showed that areca-nut contained higher acid insoluble lignin(30.05%), the fiber length of areca-nut pulp was shorter.The difficulty of bleaching was due to high levels of acid insoluble lignin.The physical properties of the paper made of the areca-nut pulp were higher than the Grade A corrugating medium of national standard. Areca-nut was not suitable for producing bleached pulp and it could be used as part of the furnish for producing packaging paper such as corrugating medium．

areca-nut;chemical composition;pulping property; fiber morphology

鄧 通先生，在讀碩士研究生；主要研究方向：造紙化學(xué)品。

TS724

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.09.008

2017- 05- 03(修改稿)

*通信作者：林偉民，碩士，工程師；主要從事制漿造紙工藝技術(shù)的開發(fā)與研究工作。

(*E-mail: 595988138@qq.com)