四株中山杉的木材和纖維特性及其制漿性能

徐 姍， 萬(wàn)山琦， 吳淑芳*， 於朝廣， 殷云龍

(1.南京林業(yè)大學(xué) 輕工與食品學(xué)院,江蘇 南京 210037; 2.江蘇省落羽杉屬樹木種質(zhì)創(chuàng)新與繁育工程研究中心;江蘇省中國(guó)科學(xué)院植物研究所,江蘇 南京 210014)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)木材的需求量日益增加。而我國(guó)林業(yè)資源匱乏，且地域之間分布不均，現(xiàn)有樹種較為單一。落羽杉屬包括落羽杉、池杉和墨杉，是半常綠喬木，具有生長(zhǎng)快、干形直的特點(diǎn)，耐水濕能力較強(qiáng)，既適用于灘涂造林、城市綠化，也可作為工業(yè)用材[1]。自20世紀(jì)70年代開始落羽杉屬樹種在長(zhǎng)江以南各省被大面積推廣種植，但是，由于落羽杉和池杉不耐鹽堿，落羽杉林學(xué)性狀差等原因，阻礙了它在沿海地區(qū)的推廣種植[2]，為了解決這些問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院植物所科研人員對(duì)落羽杉屬樹種進(jìn)行了雜交改良研究。經(jīng)過(guò)40多年的不懈研究，培育出雜交品種——中山杉[3]。中山杉是將落羽杉、墨杉和池杉通過(guò)人工雜交優(yōu)化培育出的具有抗逆性、速生性、觀賞性且繁殖效率高的雜交后代，目前已選育出數(shù)十個(gè)品種。中山杉通過(guò)扦插技術(shù)進(jìn)行繁殖，目前在我國(guó)的主要種植區(qū)域?yàn)榻K、上海、浙江等地[4]。中山杉405、中山杉406、中山杉407和中山杉502是以落羽杉為父本、墨杉為母本的雜交后代，4個(gè)樣本為同一品種的不同株，它們不僅保持了母本墨杉半常綠和景觀價(jià)值高的優(yōu)良特性，而且在生長(zhǎng)特性和抗病方面表現(xiàn)出顯著的超親特征[5]。為了評(píng)價(jià)中山杉作為工業(yè)用材譬如制漿造紙和木材加工的可行性，本研究對(duì)4株中山杉試驗(yàn)材及其親本的木材和纖維結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了全面的分析研究，為其應(yīng)用提供參考；此外還對(duì)其中兩株中山杉進(jìn)行了制漿性能初步探討，探索其作為制漿造紙用材的可能性，也為中山杉的選育工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

4株中山杉試驗(yàn)材中山杉405、中山杉406、中山杉407和中山杉502及其2株親本墨杉和落羽杉，均由江蘇省中國(guó)科學(xué)院植物研究所提供。分別取樹干的上、中、下部共3段作為試樣，每段取10 cm,上段距地面高8～10 m，中段距地面高5～6 m，下段距地面高1～2 m。實(shí)驗(yàn)所用試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 試樣預(yù)處理

木粉原料按GB/T 2677.1—1993制備。將上、中、下木段分別鋸成厚約2 cm的圓餅，去皮，風(fēng)干后分別將試樣劈成邊長(zhǎng)20和10 mm的立方體，以及火柴桿大小的木棍。立方體分別用于測(cè)定木材密度和三切面結(jié)構(gòu)；木棍按四分法平鋪成圓形并分成4等份，取相對(duì)的兩份混合后平分，直至充分混合均勻，用粉碎機(jī)將木棍粉碎，過(guò)篩，備用。

1.3 化學(xué)組分分析

灰分按GB/T 2677.3—2008測(cè)定；苯醇抽提物按GB/T 2677.6—1994測(cè)定；冷水抽提物、熱水抽提物按GB/T 2677.4—1993測(cè)定；Klason木質(zhì)素、酸溶木質(zhì)素、葡聚糖及其它聚糖參照美國(guó)能源部(NREL)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定[6]。

1.4 木材和纖維特性分析

1.4.1結(jié)晶度測(cè)定 取粒徑0.106～0.180 mm的絕干木粉，用Ultima IV型X射線衍射儀進(jìn)行XRD測(cè)定。測(cè)量時(shí)采用Cu Kα射線(λ=0.154 06 nm)，掃描范圍5～50°，掃描速率5(°)/min。采用Segal法[7]計(jì)算結(jié)晶度：

ICr=(I002-Iam)/I002×100%

式中：ICr—相對(duì)結(jié)晶度，%;I002—(002)晶格衍射強(qiáng)度;Iam—無(wú)定形區(qū)衍射強(qiáng)度。

1.4.2纖維形態(tài)分析 參照《制漿造紙分析與檢測(cè)》[8]，按照1.2節(jié)準(zhǔn)備試樣，取長(zhǎng)2 cm左右小木棍放入水中煮沸，排凈試樣中空氣，使試樣下沉。用體積比1 ∶1的冰醋酸與過(guò)氧化氫溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%)在60 ℃浸泡48 h，使纖維分散。用去離子水充分洗滌后取干質(zhì)量40 mg的纖維制成懸浮液。采用Morfi Comapct型纖維形態(tài)分析儀測(cè)定原料的纖維長(zhǎng)寬、粗度、纖維長(zhǎng)寬分布情況。

1.4.3生物結(jié)構(gòu)觀察 參照《制漿造紙分析與檢測(cè)》[8]，切取適量10 mm×10 mm×10 mm的木塊，用REM-710型日本理學(xué)自動(dòng)滑走式切片機(jī)沿橫向、徑向、弦向切片，厚度約為15～20 μm。60 ℃應(yīng)力釋放2 h，1%番紅水溶液染色5 min，然后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%、 50%、 70%、 80%、 100%的酒精依次脫水5 min，脫水后的試樣先用體積比1 ∶1的乙醇與甲苯透明處理3 min，再在二甲苯中處理30 s，加拿大中性樹脂膠封片，45 ℃烘片臺(tái)烘干48 h完成制片，用SMZ-168型顯微鏡觀察。

1.4.4木材密度測(cè)定 遵照GB/T 1933—2009，切取試樣尺寸為20 mm×20 mm×20 mm的木塊，分別測(cè)出木塊氣干、全干和水飽和狀態(tài)的體積及木塊氣干和全干時(shí)的質(zhì)量，計(jì)算木材密度，并按GB/T 1931—2009測(cè)定含水率。氣干密度為木塊在特定含水率時(shí)的質(zhì)量與體積之比，本研究木塊含水率為12%；全干密度為木塊于105 ℃烘至絕干時(shí)的質(zhì)量與體積之比；基本密度為木塊全干質(zhì)量與水分飽和時(shí)的體積之比。

1.5 制漿

1.5.1硫酸鹽蒸煮 采用YRG2-10×1.25型油浴蒸煮器進(jìn)行蒸煮，裝鍋量為相當(dāng)于絕干60 g的風(fēng)干木片。提前預(yù)熱甘油浴至50 ℃，放入蒸煮罐后空轉(zhuǎn)10 min；然后，從50 ℃經(jīng)2.5 h升至170 ℃，保溫2 h；保溫結(jié)束后，取出蒸煮罐，置于冷水池中冷卻；分離黑液供殘堿分析用。漿料沖洗至中性，GBJ-A型疏解器疏解漿料3 min，離心脫水后冷藏，用于性能分析和之后的氧脫木質(zhì)素。硫酸鹽法蒸煮工藝條件：用堿量18%(以Na2O質(zhì)量計(jì)，下同)，硫化度25%，木片絕干質(zhì)量與蒸煮液總體積之比(液比)1 ∶4(g ∶mL,下同)，最高溫度170 ℃，保溫時(shí)間2 h。

1.5.2氧脫木質(zhì)素 將自制的壓力罐置于15 L電熱回轉(zhuǎn)式蒸煮鍋中水浴加熱，保溫結(jié)束后，自來(lái)水沖洗冷卻壓力罐，取出漿料清洗至中性，離心脫水，平衡水分。氧脫木質(zhì)素工藝條件：漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%，溫度100 ℃，時(shí)間60 min，NaOH用量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%(以絕干漿質(zhì)量計(jì))，MgSO4用量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%(以絕干漿質(zhì)量計(jì))，氧氣壓力0.7 MPa。

1.5.3二氧化氯漂白和堿抽提 氧脫木質(zhì)素后的漿料采用二氧化氯-堿抽提-二氧化氯(DED)漂序進(jìn)行漂白，3個(gè)漂段分別標(biāo)記為D0、E和D1，相應(yīng)的漂白工藝參數(shù)如表1所示。ClO2漂液按《制漿造紙分析與檢測(cè)》[8]中的方法制備，最終質(zhì)量濃度為10.55 g/L。取相當(dāng)于絕干漿20 g的氧脫木質(zhì)素后的濕漿放入聚乙烯自封袋內(nèi)，放入水浴鍋中預(yù)熱，然后將ClO2漂液或者堿液加入自封袋中，并混合均勻，放入水浴鍋中。每隔10～15 min搓揉自封袋，使?jié){料與漂液混合均勻。每段處理結(jié)束后清洗漿料，離心脫水，平衡水分。

表1 中山杉DED漂白工藝參數(shù)1)

1.6 制漿性能分析

1.6.1蒸煮粗漿得率、漿料卡伯值測(cè)定 粗漿得率按《制漿造紙分析與檢測(cè)》[8]中的分析方法測(cè)定。漿料卡伯值按Tappi UM 246測(cè)定。

1.6.2叩解度測(cè)定 叩解度按《制漿造紙分析與檢測(cè)》[8]中的分析方法測(cè)定。

1.6.3蒸煮黑液殘堿測(cè)定 黑液殘堿按《制漿造紙分析與檢測(cè)》[8]中的分析方法測(cè)定。

1.6.4抄片及其物理強(qiáng)度測(cè)定 采用1.5.3節(jié)已漂白的漿料，在RK-2A型抄片機(jī)中抄取65 g/m2的手抄片，按照GB/T 455—2002測(cè)定紙張撕裂度，按GB/T 454—2002測(cè)定紙張耐破度，按GB/T 12914—2018測(cè)定紙張抗張強(qiáng)度。

1.6.5漂白漿返黃值測(cè)定 紙漿的返黃(PC)值按《制漿造紙分析與檢測(cè)》[8]中的分析方法測(cè)定。紙漿老化在烘箱中進(jìn)行，老化條件為溫度105 ℃，3 h，冷卻后再測(cè)白度。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品基本情況

4株中山杉及其親本測(cè)試樣的基本情況列于表2，6株杉木生長(zhǎng)地均為江蘇鹽城亭湖區(qū)，11年樹齡，4株中山杉的培育和栽植方式無(wú)差別。由表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，親本墨杉的樹高和胸徑均明顯高于落羽杉，說(shuō)明相同環(huán)境下，墨杉生長(zhǎng)速度較快。除中山杉406外，其他3株中山杉無(wú)論樹高還是胸徑均高于落羽杉，其中中山杉407相對(duì)更高，其樹高和胸徑分別為落羽杉的1.1和1.3倍，且略高于墨杉。其他2株中山杉則介于二親本之間。

2.2 木材結(jié)晶度和密度

表2列出了中山杉及其親本測(cè)試樣的結(jié)晶度和木材密度。

表2 中山杉及其親本基本情況、結(jié)晶度和木材密度

落羽杉的結(jié)晶度36.3%，比墨杉高近7個(gè)百分點(diǎn)。除中山杉502結(jié)晶度37.4%高于親本外，其他3株中山杉的結(jié)晶度均介于二親本之間，其中中山杉406略低，為31.1%，這些微小的差異是個(gè)體生長(zhǎng)的微環(huán)境不同所致。墨杉和落羽杉的基本密度分別為0.33和0.34 g/cm3。中山杉的木材密度均低于親本，其中中山杉407和中山杉502尤其低，基本密度均為0.24 g/cm3。樹木生長(zhǎng)速度快，則樹木的管胞寬度、直徑增大，而細(xì)胞壁厚度沒(méi)有隨著管胞體積的增加而增加，因此密度隨之偏小[9]。相同的生長(zhǎng)年限，中山杉407和中山杉502的樹高和胸徑尺寸均高于其他2種中山杉和落羽杉，說(shuō)明它們的生長(zhǎng)速度相對(duì)更快，這也證實(shí)了生長(zhǎng)速度快是導(dǎo)致木材密度相對(duì)較低的原因。

熊濤等[10]測(cè)定的10個(gè)10年生雜交桉無(wú)性系木材密度介于0.474 5～0.610 4 g/cm3。施東強(qiáng)[11]分析了6種尾巨桉的木材密度，基本都在0.5 g/cm3左右。與這些木材相比，本研究的4株中山杉及其親本的木材密度均較低。木材具有相對(duì)較低的密度，制備化學(xué)漿過(guò)程中有利于藥液的滲透，但是可能會(huì)導(dǎo)致制漿得率相對(duì)較低。

2.3 中山杉及其親本的化學(xué)組成

中山杉及其親本的主要化學(xué)組成列于表3。墨杉的冷、熱水和苯醇抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于落羽杉，4株中山杉則均低于墨杉，其中中山杉502的苯醇抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，比親本墨杉低21%；中山杉406的冷、熱水抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，分別比墨杉低19%和11%。苯醇抽提出的主要是原料中的樹脂、脂肪、蠟質(zhì)以及單寧和色素等成分，木材中的苯醇抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)因原料種類和樹齡等不同而不同。馬尾松是國(guó)內(nèi)用得較多的制漿造紙針葉材，其中10～30年樹齡的福建馬尾松的苯醇抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.40%、 1.34%和1.35%；冷、熱水抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別介于0.8%～1.5%和2.6%～2.8%之間[12-13]。4株中山杉及其親本的苯醇抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)略高于馬尾松、速生楊木和尾巨桉，熱水抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于福建馬尾松、速生楊木，與部分速生楊木和桉木相近[12,14-17]。中山杉抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高，用于制備硫酸鹽化學(xué)漿將消耗更多的堿，蒸煮可能需要更高的用堿量。

表3 中山杉及其親本的主要化學(xué)組成(基于絕干木粉)

親本墨杉和落羽杉的葡聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近，分別為38.55%和38.91%；墨杉中其他聚糖(主要包括木聚糖和阿拉伯聚糖)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.57%，比落羽杉高1.94個(gè)百分點(diǎn)。中山杉405和中山杉406的葡聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)均約為39.1%，略高于二親本，而中山杉407和中山杉502則略低于親本。中山杉406總聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為61.53%，分別比親本墨杉和落羽杉高1.41和2.99個(gè)百分點(diǎn)；中山杉405的總聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)與墨杉基本相同，中山杉407和中山杉502與落羽杉相近或略低。和其他制漿用材相比，中山杉的葡聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于馬尾松成熟材與速生的闊葉材楊木和桉木之間，且略高于速生闊葉材的平均水平，中山杉其他聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)則明顯高于馬尾松[12-13]，而低于速生楊木和桉木[16-17]。根據(jù)聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)，推測(cè)中山杉制備化學(xué)漿的得率和漿料強(qiáng)度很可能也介于馬尾松成熟材和速生闊葉材之間。

墨杉和落羽杉的總木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)相近，分別為34.12%和33.79%，而中山杉的木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均略低于二親本，其中中山杉502的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，為31.38%。中山杉405和中山杉406的酸溶木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高，而中山杉407和中山杉502相對(duì)較低，低于二親本。馬尾松是典型的針葉材，其成材周期長(zhǎng)，木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高。相對(duì)于馬尾松和速生楊木與桉木，中山杉及其親本的木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高，比馬尾松的總木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)約高3～4個(gè)百分點(diǎn)，而酸溶木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于馬尾松[12-13]和速生楊木與桉木之間[16-17]。木材木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高對(duì)于制備化學(xué)漿是不利的，可能需要相對(duì)較高的用堿量或較高的蒸煮溫度和時(shí)間才能將木質(zhì)素脫除到合適的水平。但是，除木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)外，木材木質(zhì)素脫除的難易程度，還與其木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)單元類型和相對(duì)分子質(zhì)量大小有關(guān)。

親本墨杉和落羽杉的灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.60%和0.33%，而除中山杉407的灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于二親本之間，其他3株中山杉的灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均明顯高于二親本，中山杉406灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為0.88%。一般木材的灰分主要成分為鈣、鎂、鉀等無(wú)機(jī)鹽類[8]。中山杉及其親本的生長(zhǎng)地均為鹽堿地，這種土壤中的無(wú)機(jī)鹽濃度高于木材根部細(xì)胞液中的濃度，長(zhǎng)期在這種環(huán)境下生長(zhǎng)的葉片容易出現(xiàn)黃化現(xiàn)象。父本落羽杉喜微酸性至中性土壤，對(duì)鹽堿敏感，更易出現(xiàn)黃化現(xiàn)象[1]。本研究的4株中山杉未出現(xiàn)黃化現(xiàn)象，分析認(rèn)為是因?yàn)橥ㄟ^(guò)雜交育種遺傳了母本墨杉耐鹽堿的特性，在生長(zhǎng)過(guò)程中吸收了土壤中的無(wú)機(jī)鹽離子，這也是3株中山杉灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于親本的原因。福建和貴州馬尾松[12-13]的灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均不超過(guò)0.3%，速生的楊木和桉木的灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)則略高，但仍不超過(guò)1%[16-17]。盡管中山杉試驗(yàn)材灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于親本，但均未超過(guò)1%，與速生的楊木和桉木相近。

2.4 纖維形態(tài)及三切面形態(tài)分析

2.4.1纖維形態(tài) 表4列出的是4株中山杉及其親本的纖維幾何尺寸，纖維長(zhǎng)度分別用重均長(zhǎng)度和數(shù)均長(zhǎng)度來(lái)表示。由表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，所有樣品的重均長(zhǎng)度均大于其數(shù)均長(zhǎng)度。由于數(shù)均長(zhǎng)度受細(xì)小纖維根數(shù)的影響較大，因此其與纖維真實(shí)長(zhǎng)度的差異相對(duì)更大，這也是數(shù)均長(zhǎng)度通常小于重均長(zhǎng)度的主要原因[18]。落羽杉的纖維平均長(zhǎng)度高于墨杉；除中山杉406纖維長(zhǎng)度略低于親本墨杉外，其他3株中山杉的纖維平均長(zhǎng)度介于墨杉與落羽杉之間。石淑蘭等[19]研究認(rèn)為，應(yīng)用纖維自動(dòng)分析儀測(cè)定的闊葉木和非木材纖維原料，即短纖維的二重重均長(zhǎng)度與傳統(tǒng)的顯微鏡標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)量的結(jié)果更加接近。據(jù)此推算出的本研究的6株木材的二重重均長(zhǎng)度如表4所示。除落羽杉的二重重均長(zhǎng)度低于數(shù)均，中山杉502的二重重均長(zhǎng)度高于重均長(zhǎng)度外，其他則介于數(shù)均長(zhǎng)度和重均長(zhǎng)度之間。中山杉的纖維寬度與落羽杉接近而高于墨杉。分別基于纖維的數(shù)均、重均和二重重均長(zhǎng)度計(jì)算而得的纖維長(zhǎng)寬比的結(jié)果相差較大，其中根據(jù)二重重均長(zhǎng)度的計(jì)算結(jié)果，墨杉的長(zhǎng)寬比略高于落羽杉，而中山杉的長(zhǎng)寬比與墨杉相近，中山杉502則明顯高于其他3株中山杉。

作為制漿造紙用材，纖維的長(zhǎng)度及其長(zhǎng)寬比對(duì)紙張產(chǎn)品的強(qiáng)度影響較大，通常纖維長(zhǎng)度越長(zhǎng)、長(zhǎng)寬比越大則紙張強(qiáng)度性能越好。一般針葉材的纖維長(zhǎng)度3～4 mm，闊葉材和禾草類1～2 mm，木材纖維的長(zhǎng)寬比約50～70[8]。中山杉及其親本的纖維長(zhǎng)度介于1～2 mm，與闊葉材相近，而長(zhǎng)寬比約30～40，遠(yuǎn)低于木材纖維的長(zhǎng)寬比，據(jù)此推測(cè)中山杉化學(xué)漿的強(qiáng)度可能偏低。

表4 中山杉及其親本纖維形態(tài)

2.4.2中山杉及其親本三切面特征 4株中山杉及其親本的三切面光學(xué)顯微鏡結(jié)構(gòu)如圖1～3所示。橫切面(圖1)所示4株中山杉及其親本無(wú)明顯差異。早材細(xì)胞腔大、細(xì)胞壁薄且顏色淺，晚材細(xì)胞腔小、細(xì)胞壁厚且顏色深，早材至晚材變化比較緩慢，界限明顯，晚材所占比例不高。除落羽杉外，墨杉和中山杉部分早晚材交替區(qū)域可見(jiàn)星散型軸向薄壁組織；管胞多為不規(guī)則方形和多邊形，相鄰兩列管胞位置前后略交錯(cuò)。

a.落羽杉T. distichum； b.墨杉T. mucronatum； c.中山杉502 Zhongshanshan 502； d.中山杉405

a.落羽杉T. distichum； b.墨杉T. mucronatum； c.中山杉502 Zhongshanshan 502； d.中山杉405

由圖可見(jiàn)，墨杉、中山杉406和中山杉502橫切面年輪內(nèi)晚材附近可見(jiàn)受傷樹脂道。與一般變形管胞不同，樹脂道是由薄壁組織的幼小細(xì)胞相互分離而成[20]，樹木受到機(jī)械、蟲害、嚴(yán)寒、干旱等影響易形成受傷樹脂道[21]。江蘇鹽城春秋兩季氣象干旱明顯，冬季寒冷天氣也易出現(xiàn)低溫凍傷，可能是導(dǎo)致受傷樹脂道產(chǎn)生的原因。圖2所示為木材徑切面，中山杉及其親本差別不大，射線薄壁組織與軸向管胞交叉場(chǎng)紋孔均為圓形內(nèi)含紋孔，即杉木型。圖3中山杉及其親本的弦切面可見(jiàn)單列木射線，多為6～8個(gè)相鄰細(xì)胞縱向排列，最少1～2個(gè)，最多可達(dá)22個(gè)，4個(gè)試驗(yàn)材及其親本間差別不大。

2.5 制漿性能評(píng)價(jià)

2.5.1蒸煮 中山杉405和406無(wú)論化學(xué)組成還是木材特性均相似，并且與中山杉407和502相差較大，而后兩者則比較接近。因此，選取中山杉406和407進(jìn)行制漿性能的初步評(píng)價(jià)。蒸煮采用硫酸鹽法，蒸煮后的木片經(jīng)輕微疏解即全部均勻解纖，沒(méi)有生片和纖維束。表5列出的是蒸煮后粗漿得率、漿料硬度(以卡伯值表示)以及蒸煮黑液的殘余有效堿濃度(殘堿)。

表5 兩株中山杉的制漿性能

由表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，相同蒸煮條件下，2個(gè)中山杉的蒸煮性能相近：得率分別為45.0% 和46.0%；蒸煮后漿料的硬度幾乎相同，約38；黑液殘堿也相近，分別為3.0和3.4 g/L。如此低的殘堿而漿料的卡伯值卻較高，說(shuō)明蒸煮的用堿量偏低。若增加用堿量還可進(jìn)一步脫出木質(zhì)素，獲得更低硬度的漿料。尤紀(jì)雪等[12]研究馬尾松的蒸煮性能發(fā)現(xiàn)，10年生馬尾松總木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅29%，在與中山杉相近的蒸煮條件下，用堿量16%，即可獲得卡伯值28.5的漿料，得率可達(dá)48.3%，蒸煮脫木質(zhì)素的選擇性為1.69。即使30年生的馬尾松，只要將用堿量和硫化度分別提高到18%和30%，相同條件下仍可獲得卡伯值28.4的漿料，而且脫木質(zhì)素的選擇性更好，為1.74[12]。顯然，與馬尾松相比，中山杉蒸煮脫木質(zhì)素相對(duì)比較困難，相似的蒸煮條件下，脫木質(zhì)素的選擇性僅為約0.8。這除了因?yàn)橹猩缴荚现心举|(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高外，可能還與木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)及分布有關(guān)，對(duì)此尚需作進(jìn)一步研究。

2.5.2氧脫木質(zhì)素 由于中山杉粗漿的卡伯值偏高，擬采用氧脫木質(zhì)素對(duì)蒸煮后的漿料進(jìn)行處理，進(jìn)一步脫除木質(zhì)素，以利于漿料的漂白。由表5可知，經(jīng)氧脫木質(zhì)素后，中山杉406和中山杉407的卡伯值分別由粗漿的37.8和37.7降低至13.8和13.3，氧脫木質(zhì)素率分別為63.5%和64.7%，氧脫木質(zhì)素后漿料的得率分別為96.3%和97.8%，脫木質(zhì)素的選擇性比較好。

2.5.3漂白 采用DED漂序?qū)ρ趺撃举|(zhì)素漿料進(jìn)行漂白，各段漂白條件如1.5.1節(jié)所述。由表5可見(jiàn)，漂白后，中山杉406和407白度分別達(dá)到75.7%和77.9%。在總的二氧化氯用量3.5%的漂白條件下，漂白漿的白度都不高。盡管中山杉407的白度略高于中山杉406，但其白度穩(wěn)定性相對(duì)較差。未經(jīng)打漿處理的2種漂白漿的抗張指數(shù)分別為17.04和19.63 N·m/g，撕裂指數(shù)分別為11.84和11.60 mN·m2/g。由于未經(jīng)打漿處理，其強(qiáng)度性能無(wú)法與其他漿料進(jìn)行比較。相對(duì)而言，中山杉的撕裂指數(shù)略低于其他經(jīng)打漿處理的針葉漿[12]，與闊葉漿相近[22]。這與前文中山杉纖維長(zhǎng)度低于普通針葉材，與闊葉材相近的分析結(jié)果吻合。

蒸煮后2種漿料粗漿卡伯值相近，氧脫木質(zhì)素的程度也相同，但是漂白后的白度略有差異，這可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室漂白操作是通過(guò)人工揉搓來(lái)混合漿料，很難使?jié){料與漂劑均勻性完全一致所致。中山杉氧脫木質(zhì)素效果明顯，木質(zhì)素脫除率較高，但是二氧化氯漂白結(jié)果并不理想，這可能因?yàn)槠坠に噮?shù)并未進(jìn)行優(yōu)化，若進(jìn)一步優(yōu)化漂白工藝，白度仍有上升空間。由于材料的限制，暫時(shí)無(wú)法對(duì)中山杉蒸煮和漂白工藝進(jìn)行優(yōu)化，后續(xù)將對(duì)中山杉制漿性能開展進(jìn)一步研究。

3 結(jié) 論

3.1對(duì)11年生的4株中山杉試驗(yàn)材及其親本落羽杉、墨杉的木材和纖維形態(tài)特性進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明：4株中山杉的基本密度略低于親本墨杉和落羽杉；而中山杉的結(jié)晶度則介于二親本之間。中山杉纖維長(zhǎng)度介于二親本之間，長(zhǎng)寬比與墨杉相近，明顯低于落羽杉。中山杉總聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)與親本相近，均約60%；木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)略低于親本，但均明顯高于普通針葉材；中山杉和親本的灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于1%，但中山杉明顯高于親本。中山杉試驗(yàn)材及其親本的主要纖維細(xì)胞是管胞和木射線，木射線呈單列，2～22個(gè)細(xì)胞。此外，還含有大量薄壁細(xì)胞，早晚材交界處可見(jiàn)大量受傷的樹脂道。

3.2對(duì)中山杉406和407的制漿性能進(jìn)行了初步評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示：2種中山杉木片硫酸鹽蒸煮脫木質(zhì)素的選擇性劣于馬尾松，蒸煮得率約46%時(shí)，粗漿卡伯值約38；中山杉氧脫木質(zhì)素效果比較好，脫木質(zhì)素選擇性較高。但是，二者的氧脫木質(zhì)素漿料的DED兩段漂白度相對(duì)較低。從初步研究結(jié)果看，中山杉硫酸鹽氧脫木質(zhì)素漿料可作為本色漿用于生產(chǎn)板紙類產(chǎn)品，或者漂白后用于生產(chǎn)文化用紙等。