全 文 ：　作者简介:胡健 ,男 , 副教授 ,主要从事高性能纸基复合材料及爆破法制浆的研究。
油棕叶梗纤维碱性亚硫酸钠法制浆初探
胡　健　曾靖山
(华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室 ,广州 , 510640)
摘　要:本文对油棕榈叶梗纤维进行了原料化学成分分析 , 主要探讨了其碱性亚硫酸盐法(AS)制浆的正交实验工
艺 , 着重分析研究了其手抄纸页的性能。实验结果表明 , 油棕叶梗纤维 AS法制浆较优的工艺为:NaOH:15%;
Na2SO3:8%;最高温度:160℃;保温时间:2h;液比:1∶4.5。采用该工艺得到的油棕叶梗纤维 AS浆具有较高的成
纸强度 , 其裂断长为 6.12km, 耐破指数为 3.86kPa· m2 /g,撕裂指数为 5.87mN· m2 /g, 耐折度为 32次。
关键词:油棕榈;叶梗纤维;AS法制浆
中图分类号:TS743　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1671-4571(2007)06-0033-04
1　前 言
油棕榈是东南亚国家的主要热带经济作物 。由
于地理环境因素 ,马来西亚 、印度尼西亚 、越南 、缅甸
等国家种植了大量的油棕经济作物。据马来西亚原
产业部的统计数字 , 2005年马来西亚油棕种植面积
达 400万 hm2;据印尼政府的数据 ,在 2005年 ,印尼
有登记的油棕种植园面积达 560万公顷。粗略估
计 ,油棕产油后所产生的副产品 ———油棕纤维 ,马来
西亚有超过 3500万 t/a;印尼有超过 4000万 t/a。
长期以来 ,这些附产物如空心果串纤维(EFB)、叶梗
(Frond)纤维 、棕榈树杆(Trunk)纤维等 ,大部分都
是焚烧或自然腐烂 ,造成的环境污染问题已日趋严
重 。种植园的焚烧被认为是导致东南亚大雾危机的
主要原因;腐烂的废弃物所产的有毒物质严重的污
染地下水源 。 2005年 8月马来西亚彭亨州政府与
华南理工大学签订了开发棕榈 EBF纤维制浆造纸
技术合约 ,使得 EFB得到利用 ,变废为宝 ,不仅解决
了纤维资源浪费和当地环保问题 ,而且拓宽了造纸
工业原材料途径 ,产生了良好的循环经济 。本文的
研究以寻找新的造纸原材料为出发点 ,探讨开发油
棕榈另一部分还没被利用的纤维———Frond纤维制
浆造纸的一种工艺方法 ,并希望通过实验 ,为工业化
利用 Frond纤维提供有价值的参考数据。
2　实 验
2.1　实验原料:油棕榈 Frond纤维原料来源于马来
西亚 。
2.2　实验药品:NaOH溶液 (标定)、Na2SO3溶液
(标定)、苯(分析纯)、乙醇 (分析纯)、 12%盐酸 、
10%碘化钾 、72%硫酸 、10%氯化钡等 。
2.3　实验设备及仪器:植物磨粉机 、恒温水浴锅 、索
氏抽提器 、糠醛蒸馏装置 、ZQS1电热回转蒸煮器 ,
AUTOMATEDMODELPFI磨 , YQ-Z-13纸浆打浆
度测定仪 , ME-255标准纸页成型器 , PNP自动纸
页压榨机 , ALWETRONTH1抗张强度仪和 Monitor/
Burst-1000耐破度测定仪等 。
2.4　执行标准:
GB2677.2-81　造纸原料水分的测定
GB2677.3-81　造纸原料灰分含量的测定
GB2677.4-81　造纸原料水抽出物含量的测
定
GB2677.5-81　造纸原料 1%氢氧化钠抽出物
含量的测定
GB2677.7-81　造纸原料苯醇抽出物含量的
测定
GB2677.8-81　造纸原料木素含量的测定
GB2677.9-81　造纸原料多戊糖含量的测定
GB2677.10-81　造纸原料硝酸乙醇纤维素含
量的测定
33PaperScience＆Technology　2007 Vol.26 No.6
ISO标准恒温恒湿实验室　ISO纸张性能检测
室
3　结果与讨论
3.1　Frond纤维原料分析
叶梗纤维原料经过植物磨粉机磨碎 ,取 40目至
60目的组份存于磨口瓶 ,经平衡并测定水份后备
用。经测定 , Frond纤维化学组份与其它造纸植物
纤维化学组份比较结果如表 1所示 。
　　　表 1　 Frond纤维与其它植物纤维主要化学组成比较
原料 抽出物 /%热水 1%NaOH 苯 -醇
酸 -乙醇纤维素
/%
Klason木素
/%
聚戊糖
/%
灰份
/%
Frond纤维 15.99 22.55 3.84 45.6 14.65 24.69 2.6
杨木纤维 2.46 15.61 2.03 43.24 17.10 22.61 0.32
桉木纤维 3.30 12.67 1.98 43.12 27.45 22.84 0.29
蔗渣纤维 15.88 26.26 0.85 42.16 19.30 23.51 3.66
玉米秆纤维 20.40 45.62 0.56 37.68 18.38 24.58 4.66
　　从表 1可看出 , Frond纤维的热水 、1%NaOH抽
出物以及灰份比阔叶木类(杨木 、桉木)纤维高 ,趋
向于草类原料纤维;苯 -醇抽出物含量较高 ,说明
Frond纤维含有较多的脂肪油 、果胶 、色素等物质 ,
其中含有较高的棕榈油可能是主要原因 ,这也是
Frond纤维区别于其他纤维的一大特色;硝酸 -乙
醇纤维素和聚戊糖相对其它植物纤维原料其含量较
高 ,而 Klason木素含量较低 。这些数据表明 , Frond
纤维有其较独特的原料性能 ,一方面其具有草类原
料的特点 ,但由于含有较多的脂肪油 、果胶 、色素等 ,
因此在制浆前或蒸煮前期最好要有一定的预处理工
艺 。另一方面 ,它也具有阔叶木原料的特性 ,但由于
其木素含量较低 ,因此其制浆条件可相对温和些 。
因此 ,针对 Frond纤维原料化学组份情况 ,本文采用
碱性亚硫酸盐法(AS)法制浆 ,以争取得较高性能的
纸浆 ,并充分利用棕榈纤维原料。
3.2　Frond纤维 AS法浆的主要性能
棕榈 Frond纤维经过备料处理后 ,在 ZQS1电热
回转蒸煮器中进行碱性亚硫酸盐法制浆 ,液比固定
为:1∶4.5,采用四因素三水平正交实验 ,正交实验
因素水平如表 2所示。正交实验所得的粗浆经 PFI
磨浆机处理(打浆度为 45 °SR),再进行抄造(抄造
定量为 80g/m2),最后按 TAPPI标准方法进行纸张
性能指标的检测和分析 ,其结果如表 3所示。
表 2　 棕榈 Frond纤维 AS法 L9(34)实验水平表
因　　素 水平 1 水平 2 水平 3
A:NaOH用量(对绝干原料)/% 12 15 18
B:Na2SO3用量(对绝干原料)/% 6 8 10
C:最高温度 /℃ 150 160 170
D:保温时间 /h 1.5 2.0 2.5
表 3　 油棕榈 Frond纤维正交实验纸张物理性能
编号及条件 得率/%
裂断长
/km
耐破指数
kPa· m2· g-1
撕裂指数
/mN·m2· g-1
白度
/%ISO
耐折度
次
紧度
/g· cm-3
S1(A1B1C1D1) 53.63 4.32 2.53 4.43 20.21 24 0.51
S2(A1B2C2D2) 53.06 4.68 3.54 4.52 23.82 27 0.56
S3(A1B3C3D3) 51.81 4.87 3.42 4.35 22.84 24 0.62
S4(A2B1C2D3) 51.68 5.57 3.56 5.04 23.48 28 0.61
S5(A2B2C3D1) 51.57 6.15 3.92 6.01 22.53 33 0.64
S6(A2B3C1D2) 51.14 6.23 3.86 5.77 24.14 31 0.63
S7(A3B1C3D2) 49.35 5.27 3.25 4.88 23.97 25 0.71
S8(A3B2C1D3) 48.58 5.81 3.41 5.58 23.52 24 0.74
S9(A3B3C2D1) 48.61 6.14 3.34 5.57 22.94 29 0.72
34 《造纸科学与技术》　2007年 第 26卷 第 6期
　　对表 3正交实验结果进行极差分析 ,如表 4所
示 。
表 4　 正交实验结果极差分析表
指　　标
因　　素
NaOH
(A)
Na2SO3
(B)
最高温度
(C)
保温时间
(D)
得率 /%
K1 52.8 51.6 51.1 51.3
K2 51.5 51.1 51.1 51.2
K3 48.8 50.5 50.9 50.7
极差 R 4 1.1 0.2 0.6
裂断长 /km
K1 4.6 5.1 5.5 5.5
K2 6 5.5 5.5 5.4
K3 5.7 5.7 5.4 5.4
极差 R 1.4 0.6 0.1 0.1
耐破指数
/kPa.m2· g-1
K1 3.16 3.11 3.27 3.3
K2 3.78 3.62 3.48 3.6
K3 3.33 3.54 3.53 3.5
极差 R 0.62 0.51 0.26 0.3
撕裂指数
/mN·m2·g-1
K1 4.43 4.78 5.26 5.3
K2 5.61 5.37 5.04 5.1
K3 5.34 5.23 5.08 5
极差 R 1.18 0.59 0.22 0.3
白度
/%ISO
K1 22.29 22.55 22.62 21.9
K2 23.38 23.29 23.41 24
K3 23.48 23.31 23.11 23.3
极差 R 1.19 0.76 0.79 2.1
耐折度
/次
K1 25 25.7 26.3 28.7
K2 30.7 28 28 27.7
K3 26 28 27.3 25.3
极差 R 5.7 2.3 1.7 3.4
紧度
/g· cm-3
K1 0.56 0.61 0.63 0.62
K2 0.63 0.65 0.63 0.63
K3 0.72 0.66 0.66 0.66
极差 R 0.16 0.05 0.03 0.04
　　表 4的正交实验结果极差表明 ,对得率 、裂断
长 、撕裂指数 、耐破指数和紧度这几个指标的影响因
素依次是:NaOH、Na2SO3、保温时间 、最高温度;对白
度的影响因素依次是:保温时间 、NaOH、最高温度 、
Na2SO3;对耐折度的影响因素依次是:NaOH、保温时
间 、Na2SO3 、最高温度。可看出 NaOH用量是影响
Frond纤维 AS法浆各性能指标的主要因素;保温时
间对白度影响最大 ,在四个因素中 ,影响较小的是最
高温度 。各因素对纸浆性能指标的变化如下图 1所
示 。
图 1　性能指标随影响因素的变化
　　从图 1可看出 ,随着 NaOH(A)用量的增加 ,纸
张的裂断长 、耐破指数 、撕裂指数及耐折度等强度指
标表现出的是先增加后减少 ,白度和紧度随 NaOH
的增加总体呈上升趋势 ,而得率呈下降趋势。从量
来看 ,在 NaOH用量从 12%增加到 15%时 ,其裂断
长 、耐破指数 、撕裂指数 、耐折度及白度等指标增加
35PaperScience＆Technology　2007 Vol.26 No.6
幅度较大 ,其中裂断长增幅 30.4%、撕裂指数增幅
26.6%,而 NaOH用量继续增加到 18%时 ,裂断长 、
耐破指数 、撕裂指数及耐折度等强度指标有下降趋
势 。从原料成分分析可知 ,油棕榈 Frond纤维 NaOH
抽出物和聚糖较高 ,非纤维细胞及脂肪油等杂质含
量也较多 ,随 NaOH用量的增加 ,加大了这些物质的
溶出。同时 ,原料的木素含量较低 , NaOH用量适当
增大 ,提高了蒸煮液的浓度 ,同时有利于蒸煮液的浸
透 ,促使药液较充分脱木素反应 ,但当 NaOH超过一
定量(15%)后 ,对半纤维素和纤维素也起了加剧降
解的破坏作用 ,因此表现出纸页物理性能指标随着
NaOH用量的增加而产生不同的变化趋势 。
Na2SO3(B)的作用主要是起磺化作用 ,使原料
中的木素与其反应变为可溶性的木素磺酸和木素磺
酸盐并溶解出去 。同时引入的磺酸基对纸张的强度
性能指标有较大的影响 ,特别是对裂断长 、耐破指
数 、撕裂指数的影响较大。由图表中可看出 ,从 6%
的用量提高到 8%时 ,这些强度性能指标值有较大
的提升 ,而再增加用量时 ,这些强度指标变化不明
显 ,从经济性等综合考虑 ,取 8%的 Na2SO3用量较
为合理 。
保温时间(D)对白度影响最大 ,从保温 1.5小
时到 2小时白度有较大的增幅 ,而再延长保温时间 ,
白度反而降低 ,这可能是在蒸煮后期 ,由于木素基本
脱去 ,碳水化合物 (特别是半纤维素)有降解 ,并产
生带共轭 P键的发色基团 ,以及溶出的木素重新吸
附在纤维上造成的 。因此 ,适当的反应时间对保证
脱木素的反应是必要的 ,但时间太长 ,可能会导致碳
水化合物降解量增加 ,降低纸浆的性能 ,从图表中也
可看出 ,随着时间的延长 ,纸页的耐破指数 、撕裂指
数及耐折度等强度指标也有所下降 。因此 ,总体考
虑 ,选用 2小时的保温时间是适宜的 。
最高温度(C)是提供蒸煮反应的热动力 ,提高
蒸煮温度能加快反应的速度 ,在四个因素中最高温
度相对来说是影响较少的 ,对白度和耐折度的影响
稍大点 。从图表来看 , 160℃对裂断长 、白度 、耐折度
是有利的 ,而对其它指标 ,最高温度变化对他们影响
不大 ,再说 ,过高的温度也导致更大的能耗 ,考虑到
制浆成本和工业化要求 ,选用 160℃是较为合适的 。
根据以上正交试验的分析 ,油棕榈 Frond纤维
碱性亚硫酸盐法制浆较佳药品用量为:A2B2C2D2 ,
即 NaOH用量 15%, Na2SO3 用量 8%, 最高温度
160℃,保温时间 2h。
3.3　验证实验
试验采用上述较佳工艺进行了验证实验 ,即工
艺条件为:液比 1 ∶4.5、NaOH用量为 15%、Na2SO3
用量为 8%、最高温度 160℃,保温时间 2h,其他条
件与正交实验时相同 。经检测 ,所得油棕榈 Frond
纤维化学浆抄造的纸页各项指标平均值为:得率
51%,裂断长 6.12km,耐破指数 3.86kPa· m2 /g,撕
裂指数 5.87mN· m2 /g,白度 24%ISO, 耐折度 32
次 ,紧度 0.73g/cm3。验证实验表明 ,采用该制浆工
艺制成的油棕榈 Frond纤维 AS浆的各项指标都能
达到较理想的值。至于该原料的 AS法浆的可漂性
如何 ?将有等于进一步的探讨 。
4　结 论
4.1　油棕榈 Frond原料纤维特性介于草类纤维与
阔叶木纤维之间。含有较高的脂肪油(棕榈油)是
Frond纤维具别于其他纤维的一大特征。
4.2　采用碱性亚硫酸盐化学法制浆的较佳工艺为:
NaOH:15%;Na2SO3:8%;最高温度:160℃;保温时
间:2h;液比:1∶4.5。
4.3　采用该工艺取得的 Frond纤维化浆所抄造的
手抄纸 ,其裂断长为 6.12km,耐破指数为 3.83kPa
·m2 /g,撕裂指数为 5.86mN· m2 /g,白度为 24%
ISO,耐折度 32次 ,紧度 0.73g/cm3。
4.4　在能得到高性能质量纸浆的同时 ,并可取得到
较高的得率(51%),充分利用了油棕榈纤维资源。
参 考 文 献
[ 1] 　W.d.Wanrosli, Z.Zainuddin, K.N.Law, R.Asro.Pulpfromoil
palmfrondsbychemicalprocesses[ C] .ScienceDirect, Industrial
CropsandProducts25, 2007:89-94
[ 2] 　全国造纸工业标准化技术委员会 , 全国造纸标准化中心 ,造纸
工业测试方法标准手册 [ S] , 2000.
[ 3] 　杨和鼎主编 ,热带栽培学各论 [ M] .中国农业出版社.1996.
[ 4] 　C.W.S.Hartley著 ,中国热带作物学会译 ,油棕 [ M] .海南华侨
农场管理局翻印.1986.
(下转第 55页)
36 《造纸科学与技术》　2007年 第 26卷 第 6期
TechnicalReformofBelBaieIIPaperMachine
WangQiuchang
(GuangzhouPaperMilCo.Ltd.Guangzhou, 510281)
Abstract:TheBelBaieIpapermchinewasreformedandstarteduprecentlybyGuangzhouPaperMil.Thekey
equipmentincludingBelBaieVfomer, sym-PressandOptisoftwereimportedfromMetso.Thewirewidthis
8600mm, thewebwidthis7980mm, ithasadesignspeedof1100m/min, andanoperatingspeedof947m/min,
Itfurnisheswith95% DIPand5% TMP, Outputwilbe500t/dor150000t/a.Thewiresection, combingpress
sectionandcalenderwerealsoimportedfromMetso.Theautomaticqualitycontrolsystemandotherassistantde-
viceswereinstaledsothatitcanruneficiently.
Keywords:BelBaieVformer;sym-pressshoepress;newsprint
(上接第 36页)
TheElementaryStudyonASPulpingofOilPalmFrondFiber
HuJian　ZengJingshan
(StateKeyLaboratoryofPulpandPaperEngineering, SouthChinaUniversityofTechnology, Guangzhou, 510640)
Abstract:Thispaperanalyzedchemicalcompositionofoilpalmfrondfiber.Theorthogonalexperimentstudyon
alkalisulfite(AS)pulpingofoilpalmfrondfiberwasalsocariedout.AndthepropertiesofASfrondpulpwere
emphaticalyinvestigated.TheresultsindicatedthattheoptimalASpulpingconditionswere:NaOH15%, Na2SO3
8%, maximumtemperature160℃, retentiontimeatmaxtemperature2 hours, liquorratio1 ∶4.5.Atthisopti-
mumconditions, themainpropertiesofthehand-sheetwithoilpalmfrondASpulpwere:thebreakinglength
6.12km, theburstresistanceindex3.86 kPa·m2 /g, thetearingindex5.87 mN· m2 /gandthefoldingresist-
ancevalue32 times.
Keywords:oilpalm;frondfiber;alkalisulfite(AS)pulping
(上接第 40页)
DegradationandHomogeneousDerivatizationofCeluloseinRoom
TemperatureIonicLiquidAmimCl
LiuChuanfu　LiWeiying　SunRuncang　YeJun
(StateKeyLaboratoryofPulpandPaperEngineering, SouthChinaUniversityofTechnology, Guangzhou510640)
Abstract:Disolutionandhomogeneousmodificationofsugarcanebagassecelulosewasperformedinroom-tempera-
tureionicliquid1-aly1-3-methylimidazoliumchloride(AmimCl)withphthalicanhydrideintheabsenceofanycat-
alyst.TheresultsshowedthedissolutionofceluloseinAmimClresultedinanoticeabledegradationbyreducingits
degreeofpolymerizationfrom1276.6to933.8.Thedegreeofsubstitutionofphthalatedcelulosicderivativesin-
creasedwiththeincrementofreactiontemperature, reactiontime, andthemolarratioofphthalicanhydride/an-
hydroglucoseunitsinceluloseundertheconditionsgiven.TheproductswerecharacterizedbyFT-IRandsolid-
stateCP/MAS13 NMRspectroscopy, andtheresultsrevealedthatthephthalationreactionofhydroxylgroupsatC-
6, C-2, andC-3positionsofthecelulosealoccured.
Keywords:ionicliquids;celulose;greensolvents;homogeneousmodification
55PaperScience＆Technology　2007 Vol.26 No.6