全 文 ：　作者简介:黄显南 ,男 , 教授 ,主要从事制浆造纸新技术及化学品的应用与开发。
＊基金项目:广西自然科学基金资助项目(桂科自 0339004)
粉单竹 PRC-APMP磨浆特性研究＊
黄显南 1　农尚勇 2　张庭婷1
(1.广西大学轻工与食品工程学院 , 广西 南宁 530004;2.洋浦南华糖业集团有限公司 ,广西 南宁 530022)
摘　要:通过记录磨浆能耗以及对成浆扫描电镜观察分析 , 对粉单竹 PRC-APMP的磨浆性能进行了研究。结果表
明 , 用碱性 H2O2进行化学预处理可以使粉单竹原料软化 , 磨浆时容易沿纤维胞间层分离 ,减少纤维切断 , 增加纤维
表面积 , 改善纤维结合强度 ,并显著降低磨浆能耗。
关键词:粉单竹;磨浆;扫描电镜;PRC-APMP
中图分类号:TS749+.3　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1671-4571(2008)06-0083-04
　　粉单竹(whitepowderybamboo), 又名单竹 、高
节单竹 、双眉单竹 、白粉单竹等 ,是我国南方很常见
的竹种 ,在广西 、广东 、福建等分布广泛 。粉单竹秆
高 3 ～ 10m,径 4.5 ～ 6.0cm,节间壁薄 ,厚被白粉 ,长
40 ～ 80cm或更长。粉单竹生长速度快 ,抗病能力
强 ,产量高 ,是造纸的优良原料 [ 1 -4] 。
PRC-APMP(Pre-conditionalRefineChemical
treatmentAPMP)是在 APMP基础上改进发展起来的
一种制浆工艺。该工艺过程首先是将原料进行温和
的加热处理 ,然后用碱性过氧化氢进行预处理和盘
磨化学处理 。 P-RC工艺与传统的 CTMP工艺相
比有很大的优越性。 APMP制浆具有流程简单 、投
资少 、操作简单 、能耗低 、对原料适应性强 、浆料强度
好 、白度高 、污染小等优点 ,而 PRC-APMP法制浆
在此基础上在磨浆段间增加高浓停留 ,使预处理 、盘
磨机化学处理以及化学反应在两者之间分配的控制
变得更加灵活[ 5] 。
本研究对 PRC-APMP制浆过程中的能耗以及
能耗与化学预处理之间的关系进行探讨 ,以及对成
浆进行扫描电镜观察 ,探讨粉单竹在 PRC-APMP
制浆中的磨浆特性。
1　实 验
1.1　磨浆实验
2 ～ 3年生的粉单竹由广西林业科学研究院竹
子标本园提供。树高 8 ～ 10m,胸径 4.5 ～ 6.0cm,采
伐后用切竹机切成 1cm×2cm规格的竹片 ,经筛选
※洗涤 、浸泡※预汽蒸※Ⅰ段挤压※Ⅰ段化学预浸
※Ⅱ段挤压※Ⅱ段化学预浸※Ⅰ段磨浆※高浓停留
※后续磨浆※酸化 、成浆。磨浆在吉林造纸机械厂
生产的 ZSP-300高浓磨浆机进行 ,成纸物理指标
检测按国家标准进行。
1.2　扫描电镜观察
取浆样抄成浆片 ,自然干燥后取样进行喷金处
理 ,用扫描电镜观察 ,拍片。
2　结果与讨论
2.1　磨浆能耗与预处理条件的关系
竹材用于造纸的主要是竹杆部分 ,由表皮组织 、
维管束组织 、基本薄壁组织以及髓环组织等组成 。
竹材导管较少 ,风干竹材空隙率比新鲜竹材空隙率
小近三分之一 [ 6] 。从超微结构看 ,竹材的次生壁是
多层的 ,而且其层数是变化的 。竹材纤维外表面有
不同的壁层 ,壁层本身又是多层的 ,木素和多糖呈片
状不规则地分布于细胞壁层中 ,形成一定的扩散阻
力 ,在化学处理过程中阻碍药液的渗透和反应生成
物的溶出 。
螺旋挤压时 ,在机械压缩 、摩擦 、扭搓作用下 ,竹
片发生压溃 、破裂 、薄壁组织 、髓环组织等在应力作
用下崩溃离析 ,部分细小组分和多糖等随竹沥液排
出 ,原本密实的竹片被撕扯开 ,形成疏松 、立体网状
结构的竹丝团 ,而且纤维在挤压过程中受到破坏很
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少 [ 7-9] 。未经螺旋挤压的竹片制浆时有很多缺陷 ,
如药液吸收量少 ,渗透缓慢 ,反应速度不高 ,结构致
密 ,磨浆困难等 ,经过挤压的竹子原料则能够象海绵
一样易于吸收药液 ,使药液均匀 、快速地渗透入原料
中 ,极大地改善了化学预处理的效果 。
因竹材结构致密坚硬 ,机械处理较阔叶木的难 ,
故本实验采用两段化学预处理两段螺旋挤压 ,处理
工艺见表 1和图 1。
表 1　 预处理工艺条件
实验编号 FB1Ⅰ段 Ⅱ段
FB2
Ⅰ段 Ⅱ段
FB3
Ⅰ段 Ⅱ段
预汽蒸温度℃ 95 ～ 100
预汽蒸时间 /min 10
挤压压缩比 1∶4 1∶4 1∶4 1∶4 1∶4 1∶4
H2O2 /% — 4.5 — 6.0 — 7.5
NaOH/% 1.5 1.5 1.5 2.0 1.5 3.5
MgSO4 /% — 0.1 — 0.2 — 0.2
NaSiO3 /% — 3.0 — 4.0 — 4.0
DTPA/% 0.2 0.4 0.2 0.4 0.2 0.4
浸渍浓度 /% 30 23 30 23 30 23
浸渍温度 /℃ 70 ～ 75 — 70 ～ 75 — 70～ 75 —
时间 /min 30 — 30 — 30 —
图 1　磨浆能耗与预处理工艺的关系
　　由于竹子特殊的漂白特性 ,多段的 H2O2漂白
对其白度提高作用很小 ,因此本实验中 Ⅰ段化学预
浸只加 NaOH和 DTPA, Ⅱ段化学预浸时才加入
H2O2。竹子原料虽然结构致密 , 抗横向应力能力
强 ,但对纵向的作用力抵抗能力有限 ,螺旋挤压时很
容易沿纵向撕裂开来 ,形成疏松多孔的海绵状 , Ⅰ段
化学预浸时 , NaOH已经可以透过挤压形成的通道 、
导管 、纹孔等渗入原料胞间组织 ,使纤维外部壁层得
到软化 , NaOH的这种渗透为 Ⅱ段化学预浸时 H2O2
的充分进入原料创造了良好的条件 , NaOH用量越
高 ,软化效果越好 。H2O2和 NaOH的协同作用使木
素发生改性和部分溶出 ,胞间层发生更大程度软化
和润胀 ,从而使纤维之间的联结松驰 ,易于通过机械
磨浆后沿着纤维方向被分离 ,磨浆时可以降低能耗 ,
减少纤维损伤 ,成纸时的纤维交织状态得到改善 ,成
纸强度得到提高。从图 1看 ,随着 H2O2和 NaOH用
量的提高 , 磨浆能耗明显降低 。当 H2O2和 NaOH
总用量分别为 3.0%和 4.5%时 , 浆料获得
100mLCSF需耗能 2450kWh/t,而当 H2O2和 NaOH
总用量分别为 5.0%和 7.5%时 , 相应的能耗为
1508 kWh/t,仅为前者的 38.45%。这说明适当的
化学预处理可以显著地改善粉单竹 PRC-APMP的
磨浆性能 ,降低磨浆能耗 。
2.2　磨浆对强度的影响
H2O2和 NaOH对磨浆性能的改善还体现在保
护纤维 、提高强度上 。在碱性条件下 , H2O2使木素
发生改性和部分溶出 ,胞间层发生软化和润胀 ,纤维
之间的联结松驰 ,磨浆时易于沿着纤维方向被分离 ,
减少纤维切断 ,同时纤维容易发生分丝帚化 ,次生壁
发生位移 ,纤维内帚化等 ,成纸时的纤维交织状态得
到改善 ,成纸强度得到提高 ,用药量越高 ,强度越好。
如表 2所示。
表 2　 不同处理工艺下成浆强度指标
名称 加拿大游离度 /mL
耐破指数
/Pa·m2·g-1
撕裂指数
/mN·m2·g-1
裂断长
/km
抗张指数
/N·m·g-1
FB1
500 0.68 3.00 1.06 10.20
365 0.75 3.12 1.39 13.58
214 0.84 2.98 1.70 16.45
100 1.00 2.85 2.05 19.85
FB2
512 1.11 4.87 1.90 18.81
342 1.4 4.70 2.28 22.11
200 1.61 4.36 2.82 27.85
106 1.85 3.97 3.35 33.09
FB3
489 1.32 5.12 2.32 22.85
348 1.56 4.98 3.05 29.79
195 1.89 4.88 3.80 37.48
120 2.15 4.65 4.20 41.64
　　磨浆过程中 ,加拿大游离度不断下降 ,浆料滤水
性随之降低 , 打浆度上升 。由于原料木素在碱性
H2O2处理过程中发生改性 ,部分小木素分子溶出 ,
使原料易于吸水润涨 、软化 ,磨浆时纤维发生挤压 、
分离 、位移 、切断 、纵裂等 ,这些变化使纤维获得更大
的表面积 ,表面暴露出更多的羟基 ,纤维交织时可以
获得更好的结合强度 。由于竹纤维细胞壁厚 ,纤维
僵硬挺直 ,打浆过程中容易被切断 ,纤维长度下降
快 ,因此磨浆时保持较高的磨浆浓度可以形成较好
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PaperScience＆Technology　2008 Vol.27 No.6
的内帚化 ,并尽量保留纤维长度。随着游离度的下
降 ,裂断长和撕裂指数等强度指标明显升高 ,以 FB3
为例 ,当加拿大游离度从 489mL下降至 120mL时 ,
成纸裂断长从 2.32km上升到 4.20km,耐破指数从
1.32kPa· m2 /g上升到 2.15 kPa· m2 /g。随着磨浆
的进行 ,纤维变得柔软可塑 ,结合力增强 ,这使得成
纸时纤维结合得更紧密 ,纤维间隙小 ,从而使松厚度
下降。由于竹子纤维特殊的多壁层结构 ,磨浆时层
间不断剥落 、移位 ,纤维结合力上升。
2.3　磨浆过程纤维变化情况
采集不同处理条件和不同游离度的浆料 ,用扫
描电镜观察 、拍片 ,见图 2。由图 2可见 ,由于经过
螺旋挤压和两段预浸 ,磨浆初期纤维已经很好地分
离 ,维胞间层及初生壁开始剥落(图 2(a)),随着磨
浆的进行 ,纤维表面开始出现层间剥离和起毛(图 2
(b));进一步磨浆则纤维表面细纤维化增多 ,纤维
也开始润胀 ,内帚化(图 2(c)、(e)、(f));继续磨浆
至 CSF100 ～ 150mL时 ,纤维得到充分的润胀 、分丝
帚化 ,出现弯曲 ,纵裂 ,初生壁和次生壁外层开始脱
落 ,纤维变得柔软可塑 ,多层结构的纤维开始出现层
间剥离 ,表面分离出大量的细小纤维 ,表面暴露出更
多的羟基 ,交织时接触面积大大增加 ,结合能力大大
增强(图 2(d)、(f)),此时 ,纤维间的间隙明显减
少 ,纤维 -纤维之间通过细小纤维紧密连接 ,加上磨
浆过程中被切碎 、揉搓成细小组份的导管等杂细胞
碎片在纸页成型时留在浆中 ,镶嵌在纤维之间 ,起到
填充 、搭桥的作用 ,使成纸表面较为平滑 ,光散射能
力增加 。
(a)　FB4 500mLCSF纤维表面很完整
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3　结 论
粉单竹用 PRC-APMP法可以制取得率高 、纤
维结合强度好的高得率浆。用 NaOH和 H2O2进行
化学预处理可以使原料软化 ,磨浆时容易沿纤维胞
间层分离 ,减少纤维切断 ,显著降低磨浆能耗;竹子
原料纤维细胞壁分多层结构 ,磨浆时可以逐层剥落 ,
增加纤维表面积 ,改善纤维结合强度。碱性 H2O2
对纤维具有比 Na2SO3更好的软化能力 ,制浆中纤维
能更好的润胀 、内帚化 ,成纸时纤维间结合强度更
高 ,成纸强度更好。
参 考 文 献
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ResearchonRefiningPerformanceofWhite
PowderyBambooPRC-APMP
HuangXiannan1　NongShangyong2　ZhangTingting1
(1.CollegeofLightIndustryandFoodEngineering, GuangxiUniversity, Nanning530004, Guangxi, China;
2.YangpuNanhuaSugarGroupCo.Ltd, Nanning530000, Guangxi, China)
Abstract:RefiningperformanceofwhitepowderybambooPRC-APMPisstudiedinthepaperbyrecordingrefi-
ningenergyandascanningelectronmicroscopeanalysisofstock.Theresultsshowthatwhitepowderybambooma-
terialscanbesoftenedbymeansofalkalineH2O2 pretreatment, whichleadstoseparateeasilyalongthefibermiddle
lamela, toreducefibercuting, toincreasethefibersurfacearea, toimprovethefiberbondingstrengthandcausea
significantreductioninrefiningenergy.
Keywords:whitepowderybamboo;refining;scanningelectronmicroscope;PRC-APMP
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