自水解對速生楊木片堿浸漬性能影響的研究

江驍雅 侯慶喜 岳 珍 張宏雷 劉 葦 馮進(jìn)朝

(天津科技大學(xué)造紙學(xué)院，天津市制漿造紙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津，300457)

·楊木自水解預(yù)處理·

自水解對速生楊木片堿浸漬性能影響的研究

江驍雅 侯慶喜*岳 珍 張宏雷 劉 葦 馮進(jìn)朝

(天津科技大學(xué)造紙學(xué)院，天津市制漿造紙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津，300457)

探索了不同強(qiáng)度自水解預(yù)處理后速生楊木邊材木片和心材木片的基本物理性質(zhì)變化，并對自水解預(yù)處理后木片的堿液浸漬效果及各方向的浸漬情況進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，經(jīng)自水解預(yù)處理后，邊材木片和心材木片的基本密度減小，體積孔隙率及飽和含水率增大，而骨架密度幾乎保持不變；自水解預(yù)處理后的木片在堿液預(yù)浸漬過程中，NaOH的吸收量和消耗量都隨自水解強(qiáng)度的提高而增大；在對自水解預(yù)處理后邊材木片各方向的堿液浸漬過程進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，邊材木片的軸向、徑向和弦向的堿液浸漬性能在自水解預(yù)處理后都得到了不同程度的提升，且軸向的提升幅度較徑向和弦向更加明顯。綜上所述，對速生楊木片進(jìn)行自水解預(yù)處理能夠增強(qiáng)其在后續(xù)堿液浸漬過程中的浸漬效果。

速生楊木；自水解；堿液預(yù)浸漬；物理性質(zhì)

半纖維素是植物的主要組分之一，在化學(xué)機(jī)械法制漿(Chemi-Mechanical Pulping， CMP)過程中木材中的半纖維素會(huì)有部分溶出。溶出的半纖維素在“過程水”系統(tǒng)的封閉循環(huán)中不斷富集，對整個(gè)化機(jī)漿的生產(chǎn)過程產(chǎn)生不利影響[1-2]。因此，在CMP制漿之前脫除部分半纖維素不僅能夠充分利用半纖維素資源，還能降低化學(xué)品用量、磨漿能耗以及廢液污染負(fù)荷等[3]。半纖維素的分離提取方式有多種。其中，自水解預(yù)處理因其獨(dú)有的優(yōu)勢，而被認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)節(jié)約、環(huán)境友好、具有廣闊應(yīng)用前景的預(yù)處理技術(shù)。亦即不需添加任何化學(xué)品，預(yù)處理過程對設(shè)備的腐蝕小，投資和運(yùn)行成本低，可控性強(qiáng)，能夠更好地提取半纖維素并減少其進(jìn)一步降解為糠醛等發(fā)酵抑制物，且對生物質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞程度較低[4-5]。木質(zhì)纖維原料經(jīng)過自水解預(yù)處理后，其化學(xué)組分和結(jié)構(gòu)特性均發(fā)生改變：①化學(xué)組分方面，高溫條件下半纖維素中的乙?；厶菚?huì)形成乙酸，乙酸的形成有助于破壞纖維細(xì)胞壁中化學(xué)組分之間的醚鍵連接，導(dǎo)致部分半纖維素和抽出物溶出；②結(jié)構(gòu)特性方面，自水解預(yù)處理使得纖維細(xì)胞壁上形成許多小的孔隙，導(dǎo)管沉積物和多孔毛細(xì)系統(tǒng)發(fā)生改變，同時(shí)，乙?；拿摮蔡岣吡死w維細(xì)胞壁的可及度[6]，導(dǎo)致纖維的潤脹性能增強(qiáng)[7- 8]。

在CMP制漿過程的堿浸漬中，木質(zhì)纖維原料對化學(xué)藥液的吸收程度對后續(xù)工藝的進(jìn)行及產(chǎn)品質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。研究表明[9-10]，良好的木片浸漬效果能夠保證化學(xué)藥品處理的均勻性，提高良漿得率，降低漿渣含量，避免木質(zhì)纖維資源的浪費(fèi)，縮短后續(xù)制漿所需時(shí)間，降低生產(chǎn)能耗，提高生產(chǎn)效率。與一般流體浸漬行為相比，CMP制漿的堿液預(yù)浸漬過程還伴隨著化學(xué)反應(yīng)。影響木質(zhì)纖維對堿液反應(yīng)性吸收的主要因素——細(xì)胞壁的緊密結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分[11-12]，在自水解預(yù)處理過程中這些因素都發(fā)生了變化。這種變化勢必會(huì)對后續(xù)處理過程中木質(zhì)纖維對堿液的吸收、木質(zhì)纖維與藥液的化學(xué)反應(yīng)及反應(yīng)產(chǎn)物的溶出等行為產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響木質(zhì)纖維整個(gè)的堿液浸漬行為。

目前，關(guān)于自水解預(yù)處理后木質(zhì)纖維原料對堿液反應(yīng)性吸收的影響仍不明確，且尚無詳盡報(bào)道?；诖耍菊n題選擇廣泛應(yīng)用于我國制漿造紙企業(yè)的速生楊木為原料，探究自水解預(yù)處理后楊木邊材及心材木片在堿液浸漬過程中的浸漬效果及邊材木片各方向的浸漬行為。研究結(jié)果對促進(jìn)生物質(zhì)精煉與傳統(tǒng)制漿造紙工業(yè)的高效結(jié)合具有重要意義。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)原料

本課題所用木材原料為速生107楊(黑楊屬)，產(chǎn)自唐山市灤南縣林場，樹齡為7～8年。在其主干胸徑處取一段約2 m高的木段，并截成數(shù)段100 mm高的木樁，自然風(fēng)干。待木樁的含水率降至10%左右時(shí)(保證木塊含水率降至纖維飽和點(diǎn)以下)，按照顏色區(qū)分邊材與心材，將木樁切割成30 mm×30 mm×10 mm(軸向×徑向×弦向)的木片1和10 mm×30 mm×30 mm(軸向×徑向×弦向)的木片2。剔除掉髓心及腐敗的木片后，用清水分別沖洗邊材及心材的木屑和雜質(zhì)，在室溫條件下將木片風(fēng)干。最后將邊材木片與心材木片分開裝入自封袋中，并置于陰涼處密封儲存。木片2只選取邊材來制備，且僅用于弦向浸漬行為的研究，其余研究均使用木片1。

1.2主要儀器和藥品

分析純級NaOH，天津江天化工技術(shù)有限公司提供；CN3000型雙缸蒸煮鍋，美國M/K Systems公司提供；PL2002型電子天平，瑞士Mettler-Toledo International公司提供；DK- 8D型電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科技有限公司提供；AT-510型自動(dòng)電荷滴定儀，日本Kyoto Electronics Manufacturing有限公司提供；DGG-101-1bs型電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津市天宇實(shí)驗(yàn)室儀器有限公司提供；南大704硅橡膠，溧陽市康達(dá)化工有限公司提供。

1.3木片的自水解預(yù)處理

木片的自水解預(yù)處理在容積為6 L的雙缸蒸煮鍋中進(jìn)行。通過改變水解溫度和時(shí)間得到不同強(qiáng)度的自水解條件。本課題使用聯(lián)合水解因子(Combined Hydrolysis Factor， CHF)來定量表征自水解預(yù)處理的強(qiáng)度，計(jì)算公式為式(1)[13]。

CHF=t·exp(25.6-11000/T)

(1)

式中，T為水解溫度，K；t為保溫時(shí)間，min。

所選取的自水解條件如表1所示，具體實(shí)驗(yàn)操作參照本課題組已發(fā)表文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行[14]。

表1 自水解預(yù)處理工藝參數(shù)及對應(yīng)的CHF

1.4木片基本密度、骨架密度及體積孔隙率

1.4.1木片基本密度

參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1933—2009木材密度測定法進(jìn)行測定。

首先，測量各木片體積：將部分木片放入盛有1 L 蒸餾水的抽濾瓶(抽濾瓶體積為2 L)內(nèi)，打開真空抽濾泵，在壓力為-0.1 MPa下抽濾1 h，關(guān)閉抽濾泵，使木片保持在蒸餾水中7 h，重復(fù)此步驟，待木片全部沉入蒸餾水中保持72 h以上[15]，使木片的含水率達(dá)到飽和。用中速濾紙輕輕擦去木片表面的自由水后，采用排水法測量木片體積。然后，將各木片壓潰，置于105℃下烘干至恒質(zhì)量，稱取各木片質(zhì)量。

木片基本密度的計(jì)算如公式(2)所示。

(2)

式中，ρy為試樣的基本密度，g/cm3；m為試樣的絕干質(zhì)量，g；Vmax為試樣水分飽和時(shí)的體積，cm3。

1.4.2木片骨架密度

木片的骨架密度為單位真體積(不包含木片內(nèi)孔隙)的木片的質(zhì)量，具體測量方法參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24203—2009中使用密度瓶法對多孔材料骨架密度進(jìn)行測量，其計(jì)算如公式(3)所示。

(3)

式中，ρr為試樣的骨架密度，g/cm3；m1為裝滿去離子水的密度瓶總質(zhì)量，g；m2為木粉試樣的絕干質(zhì)量，g；m3為裝滿去離子水和木粉試樣的密度瓶總質(zhì)量，g；ρ水為水的密度，g/cm3。

1.4.3木片體積孔隙率

木片的體積孔隙率可以根據(jù)木片的基本密度和骨架密度計(jì)算得到，計(jì)算如公式(4)所示。

(4)

式中，ε為試樣的體積孔隙度，%；ρy為試樣的基本密度，g/cm3；ρr為試樣的骨架密度，g/cm3。

1.4.4木片飽和含水率

木片飽和含水率的計(jì)算如公式(5)所示。

(5)

式中，W為木片含水率，%；m0為木片的絕干質(zhì)量，g；m1為木片飽和含水后的質(zhì)量，g。

1.5原料木片及自水解后木片的堿液浸漬處理

木片的堿液浸漬過程在塑料自封袋中進(jìn)行。堿浸漬液為0.5 mol/L的NaOH溶液，浸漬液的液固比為10∶1， 浸漬溫度為80℃，浸漬時(shí)間分別為10、20、60、120、240和360 min。每組浸漬木片的絕干質(zhì)量約為50 g。首先將原料木片及自水解后木片的含水率都控制在10%左右；接著將各組木片和對應(yīng)的NaOH溶液分別裝入自封袋中，放入80℃的水浴鍋中預(yù)熱；當(dāng)浸漬液溫度上升至80℃時(shí)，迅速將木片與堿液混合密封，并在水浴鍋中繼續(xù)保溫。在此期間，每隔15 min搖勻1次。當(dāng)達(dá)到規(guī)定的時(shí)間后，取出自封袋，將木片和藥液分離，并將木片浸入液氮，迅速冷卻停止反應(yīng)。將分離出的藥液倒入事先充滿氮?dú)獾乃芰掀績?nèi)，蓋好塑料瓶并放入冰水浴中冷卻。冷藏儲存，備用。

當(dāng)研究邊材木片軸向的浸漬行為時(shí)，為了阻止其余各切面(徑切面及弦切面)對堿浸漬液的吸收，在堿浸漬之前使用硅橡膠對木片1的徑切面及弦切面進(jìn)行密封，僅暴露出木片的2個(gè)橫切面。當(dāng)研究邊材木片徑向的浸漬行為時(shí)，使用硅橡膠對木片1的橫切面和徑切面進(jìn)行密封，暴露出木片的2個(gè)弦切面。而當(dāng)研究邊材木片弦向的浸漬行為時(shí)，使用硅橡膠對木片2的橫切面和弦切面進(jìn)行密封，暴露出木片的2個(gè)徑切面。各組選取的浸漬時(shí)間均為60 min。

1.6堿液浸漬性能的測定

1.6.1NaOH溶液吸收量的測定

將液氮冷卻后的木片裝入塑料袋中不密封，稱量質(zhì)量，浸漬前后的木片質(zhì)量差即為木片吸收NaOH溶液的量。

浸漬后堿液的NaOH濃度的檢測參照相關(guān)文獻(xiàn)[16]方法進(jìn)行。取2 mL浸漬液，用100 mL的去離子水稀釋，再加入25 mL濃度為100 g/L的BaCl2溶液混合后，用0.1 mol/L的HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，通過電荷滴定儀滴定至pH值=8.3為止，根據(jù)HCl消耗量計(jì)算NaOH的濃度。木片的NaOH消耗量的計(jì)算如公式(6)所示。

(6)

式中，m為木片的NaOH消耗量，g；C0為浸漬前NaOH的濃度，mol/L；C1為浸漬后NaOH的濃度，mol/L；M為NaOH的摩爾質(zhì)量，即40 g/mol；V為浸漬液的體積，L；m木為木片的絕干質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1邊材木片和心材木片自水解預(yù)處理后部分物理性質(zhì)的變化

木片對溶液的吸收量與木片自身的物理性質(zhì)密切相關(guān)，如體積孔隙率及飽和含水率等。表2為自水解預(yù)處理后邊材木片和心材木片的基本密度、骨架密度、體積孔隙率及飽和含水率隨自水解聯(lián)合強(qiáng)度因子的變化情況。由表2可知，當(dāng)CHF增加到73.63時(shí)，邊材的基本密度由原料木片的0.338 g/cm3減小到0.315 g/cm3，體積孔隙率由原料木片的77.66%增加到79.10%，略有上升。飽和含水率由原料木片的241.76%上升到278.73%，上升幅度高達(dá)15.29%。骨架密度基本保持不變。心材自水解預(yù)處理后相關(guān)物理性質(zhì)的變化趨勢與邊材類似。

木質(zhì)纖維原料是由木材骨架、水分、氣體組成的非均一的三相體系[17]。其中，半纖維素和木素分別作為“填充劑”和“黏合劑”填充在由纖維素組成的微細(xì)纖維形成的骨架中。在自水解預(yù)處理過程中，部分化學(xué)組會(huì)的溶出使得纖維細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)疏松，但木片并未發(fā)生明顯的收縮或者潤脹(即體積變化不大)，因此楊木片的基本密度隨著自水解強(qiáng)度的增加而略有下降。骨架密度主要由木片各組分的相對密度決定，而各組分的相對密度又與其相對分子質(zhì)量有關(guān)。雖然在自水解預(yù)處理過程中有部分化學(xué)組分的溶出，但其相對分子質(zhì)量變化很小，故木片的骨架密度幾乎不變。然而，體積孔隙率隨著基本密度的減小而增大。木片的飽和含水率表示的是木片達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)木片吸收蒸餾水的質(zhì)量。該部分蒸餾水不但包括木片毛細(xì)管內(nèi)部儲存的游離水，而且還包括纖維吸收的結(jié)合水。木片在經(jīng)過自水解預(yù)處理后，可用于儲存游離水的毛細(xì)管容積增加，因此自水解后木片的飽和含水率增大。

表2 自水解預(yù)處理強(qiáng)度因子對木片基本物理性質(zhì)的影響

此外，由表2可知，心材木片的基本密度、骨架密度、體積孔隙率及飽和含水率都與邊材木片相應(yīng)參數(shù)極為相近。理論上心材的基本密度及骨架密度都要略大于邊材，而體積孔隙率要略低。這是由于心材是由邊材轉(zhuǎn)化形成的。在此過程中，活細(xì)胞逐漸缺氧死亡，水分傳輸系統(tǒng)閉塞，細(xì)胞壁中水分含量大為減少。細(xì)胞腔內(nèi)單寧、色素、樹膠、樹脂、芳香油和碳酸鈣等物質(zhì)沉積[18]，會(huì)進(jìn)一步殺死活細(xì)胞，而使得心材材質(zhì)變硬，密度增大，孔隙率下降。但由于速生闊葉木的生長周期較短，心材中基質(zhì)等沉積物積累得極少，導(dǎo)致心材與邊材在基本密度、骨架密度及體積孔隙率上的差異極小。

木片在堿液預(yù)浸漬過程中的行為主要可分為2種[19]：一種是純物理行為，即木片對堿液的吸收；另一種是堿液與木片化學(xué)組分的反應(yīng)。本課題分別使用2個(gè)不同的物理量來代表上述2種行為，即木片對NaOH溶液的吸收量和NaOH消耗量。

(2)系統(tǒng)調(diào)度在考慮電網(wǎng)運(yùn)行約束情況下以最小化負(fù)荷方差為目標(biāo)計(jì)算出最優(yōu)分時(shí)電價(jià)，并根據(jù)第二節(jié)中需求響應(yīng)模型，獲得一個(gè)基于分時(shí)電價(jià)下的各時(shí)段充電計(jì)劃。

2.2自水解預(yù)處理對邊材木片和心材木片堿液浸漬過程中NaOH溶液吸收量的影響

圖1和圖2分別表示自水解預(yù)處理對邊材木片和心材木片NaOH溶液吸收量的影響。由圖1和圖2可知，邊材木片和心材木片對NaOH的吸收量都隨著浸漬時(shí)間的延長先快速增加而后逐漸平緩，且在相同浸漬時(shí)間下，自水解強(qiáng)度越大，木片對NaOH溶液的吸收量越大。

在常壓條件下，藥液通過2種不同的傳輸方式從不同方向進(jìn)入各向異性的木質(zhì)纖維內(nèi)部[20-21]：一是滲透，即流體在內(nèi)部毛細(xì)管壓力梯度作用下沿木材中的毛細(xì)管系統(tǒng)移動(dòng)[22]；二是擴(kuò)散，即在濃度梯度或含水率梯度作用下，藥液中的溶質(zhì)以水為介質(zhì)由高濃區(qū)域向低濃區(qū)域遷移[23]。在浸漬前期，NaOH溶液主要在滲透作用下迅速進(jìn)入木片內(nèi)部，并同時(shí)與木片化學(xué)組分如乙?；?，糖醛酸基等弱酸性基團(tuán)[24-25]發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。隨著浸漬時(shí)間的延長，NaOH溶液滲透進(jìn)入木片內(nèi)部的阻力不斷增大，而內(nèi)外壓差又在不斷減小，故木片吸收NaOH溶液的速度逐漸降低。但木片經(jīng)自水解預(yù)處理后，木片內(nèi)部空氣的溶出量相應(yīng)增加，導(dǎo)致滲透推動(dòng)力變大。同時(shí)又由于自水解預(yù)處理導(dǎo)致半纖維素等物質(zhì)的溶出，使木片孔隙率增大(見表2)，藥液進(jìn)入木片內(nèi)部的通道增多，且堿液與木片的反應(yīng)產(chǎn)物也更易從木片內(nèi)部溶出。再加上自水解預(yù)處理過程中部分木素及抽出物等疏水性物質(zhì)的溶出，使木片內(nèi)部毛細(xì)管親水性增強(qiáng)，毛細(xì)管作用增大。由于上述三方面的共同作用導(dǎo)致自水解預(yù)處理后木片對堿液的吸收作用增強(qiáng)。

圖1 不同強(qiáng)度自水解預(yù)處理對邊材木片NaOH吸收量的影響

圖2 不同強(qiáng)度自水解預(yù)處理對心材木片NaOH吸收量的影響

2.3自水解預(yù)處理對邊材木片和心材木片堿液浸漬過程中NaOH消耗量的影響

圖3和圖4分別表示自水解預(yù)處理對邊材木片和心材木片浸漬過程中NaOH消耗量的影響。由圖3和圖4可知，邊材木片和心材木片的堿液消耗量都隨著浸漬時(shí)間的延長先快速增加而后逐漸平緩，且在相同浸漬時(shí)間下，自水解強(qiáng)度越大，NaOH消耗量越大。在浸漬時(shí)間為120 min時(shí)，CHF為73.63的邊材木片的堿液消耗量比原料邊材木片增加了38.35%，而相應(yīng)的心材木片則增加了33.05%。

NaOH的消耗量是由浸漬前后浸漬液的NaOH濃度變化得到的，故其主要來源于兩方面，一是NaOH與木片組分的化學(xué)反應(yīng)消耗量，二是木片吸收NaOH的量。在自水解過程中，高溫條件使水分子電離出的水合氫離子攻擊半纖維素鏈上的乙酰基，形成乙酸。這些乙酸作為催化劑又進(jìn)一步促進(jìn)半纖維素的降解及其他酸性基團(tuán)(如糖醛酸及木素羧基等)的脫落，使得水解環(huán)境pH值下降[26]。這就導(dǎo)致殘留在木質(zhì)纖維原料中的酸性基團(tuán)(即在堿液浸漬過程中能夠與NaOH反應(yīng)的基團(tuán))含量降低。理論上NaOH的反應(yīng)消耗量將減小，但由于進(jìn)入木片內(nèi)部NaOH的量相對于NaOH反應(yīng)需求量可忽略不計(jì)。所以本課題認(rèn)為反應(yīng)性基團(tuán)含量在自水解過程中的減少對堿液浸漬過程木片與NaOH的反應(yīng)影響較小。自水解預(yù)處理改善了木片內(nèi)部毛細(xì)系統(tǒng)，體積孔隙率增加，NaOH溶液進(jìn)入木片內(nèi)部的總量、速率及反應(yīng)溶出物的溶出速率都得以增大。所以木片的NaOH消耗量隨自水解預(yù)處理強(qiáng)度的增大而增加。

圖3 不同強(qiáng)度自水解預(yù)處理對邊材木片堿液浸漬中NaOH消耗量的影響

圖4 不同強(qiáng)度自水解預(yù)處理對心材木片堿液浸漬中NaOH消耗量的影響

對比邊材木片和心材木片的浸漬效果可知，邊材木片在堿液浸漬過程中的浸漬效果要略好于心材木片，但二者間的差異很小，且在經(jīng)自水解預(yù)處理后這種差異并沒有發(fā)生明顯改變。

2.4自水解預(yù)處理對邊材木片各向浸漬性能的影響

速生楊木可認(rèn)為是一種由大毛細(xì)管系統(tǒng)及微毛細(xì)管系統(tǒng)組成的復(fù)合毛細(xì)管材料[17]。大毛細(xì)管系統(tǒng)主要分布在木片的軸向上，由導(dǎo)管腔及纖維細(xì)胞腔等空腔及其連接通道紋孔結(jié)構(gòu)組成，傳輸阻力主要來自于導(dǎo)管和纖維細(xì)胞腔內(nèi)的侵填體及紋孔膜[27]。而微毛細(xì)管系統(tǒng)主要分布在木片徑向及弦向上，由導(dǎo)管壁和細(xì)胞壁上的微纖絲之間的小孔組成，傳輸阻力主要來自細(xì)胞壁，其遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大毛細(xì)管系統(tǒng)的傳輸阻力。有研究表明[28]，在同樣的浸漬條件下，徑向纖維方向上的液體流動(dòng)速率是垂直纖維方向上的50～200倍。本課題對經(jīng)過不同強(qiáng)度自水解預(yù)處理后的邊材木片軸向、徑向和弦向NaOH溶液的吸收量及消耗量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5和圖6。由圖5和圖6可知，邊材木片的軸向、徑向和弦向?qū)aOH的吸收量及消耗量都隨著自水解強(qiáng)度的增大而增加，其中軸向的變化較為明顯，而徑向和弦向變化較小。這表明自水解預(yù)處理改善了木片內(nèi)部毛細(xì)管傳輸系統(tǒng)，但與微毛細(xì)管系統(tǒng)相比，自水解預(yù)處理對大毛細(xì)管系統(tǒng)的改善更加明顯。

圖5 不同強(qiáng)度自水解預(yù)處理對邊材木片各向浸漬中NaOH吸收量的影響

圖6 不同強(qiáng)度自水解預(yù)處理對邊材木片各向浸漬中NaOH消耗量的影響

在自水解預(yù)處理過程中，酸性條件下木素中部分化學(xué)組分被降解，而這些降解物及導(dǎo)管內(nèi)的侵填體可能在高溫高壓條件下與木片外部溶液實(shí)現(xiàn)快速的物質(zhì)交換。這些變化將導(dǎo)致大毛細(xì)管系統(tǒng)內(nèi)部傳輸阻力進(jìn)一步降低。在堿液浸漬過程中，堿液從橫切面進(jìn)入木片內(nèi)部的量得以增加，堿液與木片的反應(yīng)物也能夠快速地從木片大毛細(xì)管系統(tǒng)溶出，導(dǎo)致NaOH消耗量增大。而徑向和弦向的傳輸通道在自水解預(yù)處理后雖然能得到一定的改善，但細(xì)胞壁的骨架結(jié)構(gòu)并未從根本上被破壞[29]。

3 結(jié) 論

本課題研究了自水解預(yù)處理對速生107楊木片基本物理性質(zhì)及在堿浸漬過程中浸漬性能的影響。

3.1自水解預(yù)處理能使邊材木片及心材木片的基本密度減小，體積孔隙率及飽和含水率提高，而骨架密度幾乎保持不變。

3.2經(jīng)自水解預(yù)處理后，邊材木片和心材木片在堿液浸漬過程中NaOH的吸收量和消耗量明顯增大。說明對邊材木片和心材木片進(jìn)行自水解預(yù)處理將對其在后續(xù)堿性浸漬過程的浸漬效果產(chǎn)生有利影響。

3.3在堿液浸漬過程中，邊材木片的堿液浸漬效果要略好于心材，但二者間的差異很小，且在經(jīng)歷相同強(qiáng)度自水解預(yù)處理后，這種差異并沒有發(fā)生明顯改變。

3.4經(jīng)自水解預(yù)處理后，邊材木片在堿液浸漬過程中軸向、徑向和弦向浸漬性能都有一定程度的提升，但軸向的提升幅度較徑向和弦向更加明顯。

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(責(zé)任編輯：吳博士)

EffectofAutohydrolysisPretreatmentontheSubsequentAlkaliImpregnationofFast-growingPoplarWoodChips

JIANG Xiao-ya HOU Qing-xi*YUE Zhen ZHANG Hong-lei LIU Wei FENG Jin-chao
(CollegeofPapermakingScienceandTechnology,TianjinKeyLabofPulpandPaper,TianjinUniversityofScienceamp;Technology,Tianjin, 300457)
(*E-mail: qingxihou@tust.edu.cn)

The basic physical properties of autohydrolyzed fast-growing poplar wood chips were investigated. The alkali impregnation efficiency and the impregnation performance in different directions of autohydrolyzed poplar wood chips in the subsequent alkali impregnation process were also explored. The results showed that, after autohydrolysis pretreatment, the basic densities of poplar sapwood and heartwood chips all decreased, their volume porosities and saturated moisture contents increased, while their skeletal densities almost kept constant. When autohydrolyzed poplar wood chips were carried out alkali impregnation the absorption amounts of NaOH solution and consumption of NaOH increased with increasing of autohydrolysis intensity. The alkali impregnation performances of the sapwood chips in the axial, radial and tangential directions were improved in varying degrees, and the improvement in the axial direction was much more obvious than that in the radial and tangential directions. All of these indicated that the autohydrolysis pretreatment for fast-growing poplar wood chips could enhance their impregnation efficiency in the subsequent alkali impregnation process．

fast-growing poplar; autohydrolysis; alkali impregnation; physical properties

江驍雅先生，在讀博士研究生；研究方向：清潔制漿和特種紙的機(jī)理與技術(shù)。

TS711

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.11.001

2017- 07- 01(修改稿)

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31270630、31570574)。

*通信作者：侯慶喜，教授；研究方向：清潔制漿與生產(chǎn)研究。