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第 19卷第 3期
2011年 3月
纤 维 素 科 学 与 技 术
Journal of Cellulose Science and Technology

Vol. 19 No. 3
Sept. 2011

文章编号：1004-8405(2011)03-0040-05
枫香树材硫酸盐浆氧脱木素工艺技术
刘祝兰， 曹云峰*， 杨益琴， 杨 洋， 熊林根
（南京林业大学 江苏省制浆造纸科学与技术重点实验室，江苏 南京 210037）

摘 要：通过对枫香树材硫酸盐浆氧脱木素用碱量、氧压、温度和时间四因素三水
平方差分析工艺技术研究，在用碱量 2%～4%、氧压 0.3～0.7 MPa、温度 90～120
℃和时间 60～120 min内，得到枫香树材硫酸盐浆氧脱木素较为适宜的工艺条件：
用碱量 3%，氧压 0.7 MPa，温度 105℃，时间 60 min。其氧脱木素结果为：得率 89.8%，
卡伯值 7.6，黏度 559.2 mL/g，白度 48.2%ISO。
关键词：枫香树；硫酸盐浆；氧脱木素
中图分类号：TS749.1 文献标识码：A

传统的纸浆漂白技术以含氯漂白为主。含氯漂白废水中含有大量的有毒物质如三氯甲
烷、二噁英等，这些物质对环境造成了极大的危害[1]。随着人们环保意识的不断增强和世界
环保要求的日益提高，取缔含氯漂白的呼声越来越高，无元素氯（ECF）和全无氯（TCF）
漂白工艺已逐渐成为主流。而氧气是一种洁净廉价的漂白剂，可减少含氯漂剂的使用，氧漂
废液可直接送至碱回收系统处理[2]。氧脱木素后浆料不仅白度稳定，强度高，而且易打浆，
所以氧脱木素工艺技术的研究是国际上造纸科学技术研究的热点[3]。从 1956 年苏联学者
Niktin 和 Akim 用分子氧在碱性条件下对溶解浆进行漂白与精制，到 1970 年南非 Sopoxal
法和瑞典的MoDo-CIL氧脱木素系统投入运行，至今，氧脱木素已发展成为一种工业化的成
熟漂白技术[4-6]。
我国造纸原料严重短缺，而枫香树（Liquidambar Formosans Hence）大量分布在黄河以
南，目前仅局限于其在医药和木材工业上的应用研究，在制浆造纸工业的研究尚未见报
道[7-10]。因此，本文主要研究枫香树材硫酸盐浆氧脱木素的主要工艺影响因素，为发展枫香
树材硫酸盐浆 ECF和 TCF漂白提供理论依据。
1 实验
1.1 原料
枫香树材，切片后风干储存备用。

收稿日期：2010-11-29
基金项目：江苏省研究生培养创新工程项目（CXLX11-0529）；“江苏省青蓝工程中青年学术带头人培养对
象”省教育厅资助课题（164105308）。
作者简介：刘祝兰（1987~），女，博士研究生；研究方向：制浆造纸。
* 通讯作者：曹云峰，教授，博士，博士生导师；研究方向：制浆造纸与清洁生产。yunfcao@163.com

DOI:10.16561/j.cnki.xws.2011.03.008






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1.2 硫酸盐蒸煮
蒸煮设备为 15 L回转式电热蒸煮锅。根据枫香树材硫酸盐法蒸煮的方差分析结果[11]制
定硫酸盐蒸煮条件为：装锅量 1 500 g（绝干），用碱量 17%（Na2O计），硫化度 20%，液比
1∶5，最高蒸煮温度 165℃，升温时间 100 min，保温时间 60 min，所得浆料卡伯值为 23.0，
白度 23.8%ISO，黏度 734.7 mL/g。
1.3 氧脱木素
氧脱木素在 1.5 L不锈钢高压釜内进行，每次取绝干浆料 20 g，浆料和药液等在聚乙烯
塑料封口袋中混合均匀后转移至不锈钢高压釜中，通入一定压力的 O2后置于 15 L回转式电
热蒸煮锅内，采用水浴加热升温至目标温度，并保温至规定时间。氧漂后浆料用自来水洗净
脱水并分散均匀，置于聚乙烯塑料封口袋中平衡水分，用于测定卡伯值、黏度和白度等。
1.4 分析检测
纸浆卡伯值、白度、黏度等按《制浆造纸分析与检测》[12]中的方法进行测定。
/ % 100-= ´原浆卡伯值 氧漂后浆料卡伯值脱木素率
原浆卡伯值

2 结果与讨论
氧脱木素是当前已经被确认的工业生产方法，其工艺参数主要包括用碱量、氧压、温度
和时间等。根据一般阔叶材硫酸盐浆氧脱木素工艺，制定了枫香树材硫酸盐浆氧脱木素的用
碱量、氧压、温度、时间四因素三水平方差分析工艺条件。用碱量（NaOH计）为 2%、3%、
4%，氧压为 0.3、0.5、0.7 MPa，温度为 90、105、120℃，保温时间为 60、90、120 min。
其他条件为：浆浓 20%，MgSO4用量 0.5%。氧漂工艺条件和研究结果见表 1。
表 1 用碱量、氧压、温度及时间四因素三水平氧脱木素工艺
实验条件 实验结果
编号 用碱量
/ %
氧压
/ MPa
温度
/℃
时间
/ min
氧脱后
pH
得率
/ % 卡伯值
黏度
/ (mL·g-1)
白度
/ %ISO
1 2 0.3 90 60 10.1 91.0 13.0 676.1 37.5
2 2 0.5 105 90 9.3 90.9 11.8 622.3 39.5
3 2 0.7 120 120 8.4 91.9 7.8 537.4 47.3
4 3 0.3 105 120 9.6 92.5 7.5 534.9 48.3
5 3 0.5 120 60 9.2 90.3 6.3 531.1 52.9
6 3 0.7 90 90 7.6 93.1 7.6 592.7 47.3
7 4 0.3 120 90 8.9 87.8 6.4 452.1 50.3
8 4 0.5 90 120 12.7 92.6 11.3 570.2 39.7
9 4 0.7 105 60 10.1 91.7 6.3 503.9 54.3







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由表 1得知，采用所选的用碱量、氧压、温度和时间四因素三水平对枫香树硫酸盐浆进
行氧脱木素，氧脱后 pH值为 7.6～10.1，卡伯值为 6.3～13.0，得率为 87.8%～92.6%，黏度
为 452.1～676.1 mL/g，白度为 37.5%～54.3%ISO。为了便于分析，将用碱量、氧压、温度
和保温时间与浆料得率、卡伯值、黏度和白度的相关性（K）和极差（R）分别列于表 2～5。
表 2 用碱量、氧压、温度和时间四因素三水平对浆料得率（%）的相关性及极差的影响
因素 用碱量/ % 氧压/ MPa 温度/℃ 时间/ min
K1 91.3 90.4 92.2 91.0
K2 92.0 91.3 91.7 90.6
K3 90.7 92.2 90.0 92.3
R 1.3 1.8 2.2 1.8

由表 1和表 2发现，用碱量、氧压、温度、时间对氧脱木素后浆料得率影响的极差分别
为 1.3、1.8、2.2 和 1.8，其中温度对浆料得率影响的极差最大，达到 2.2，而用碱量对得率
的极差最小，仅为 1.3。说明在所制定的工艺条件范围内，温度对浆料得率影响最大，而用
碱量对浆料得率影响最小。因此，枫香树硫酸盐浆氧脱木素在所选工艺范围内，必须严格控
制温度。故依据得率指标初步可得适宜工艺条件为：用碱量 3%，氧压 0.7 MPa，温度 90℃，
时间 120 min。
表 3 用碱量、氧压、温度和时间四因素三水平对卡伯值的相关性及极差的影响
因素 用碱量/ % 氧压/ MPa 温度/℃ 时间/ min
K1 10.9 9.0 10.6 8.5
K2 7.2 9.8 8.5 8.6
K3 8.0 7.2 6.8 8.9
R 3.7 2.5 3.8 0.3

由表 1和表 3发现，用碱量、氧压、温度和时间对氧脱木素后浆料卡伯值的极差分别为
3.7、2.5、3.8和 0.3，其中温度和用碱量对浆料卡伯值的极差非常接近，达到 3.8和 3.7，但
时间对浆料卡伯值的极差最小，仅为 0.3。因此，温度和用碱量对浆料卡伯值的影响都非常
大，而时间对浆料卡伯值的影响最小。从浆料卡伯值降低情况考虑，适宜工艺条件为：用碱
量 3%，氧压 0.7 MPa，温度 120℃，时间 60 min。
表 4 用碱量、氧压、温度和时间四因素三水平对白度（%ISO）的相关性及极差的影响
因素 用碱量/ % 氧压/ MPa 温度/℃ 时间/ min
K1 41.4 45.3 41.5 48.2
K2 49.5 44.0 47.3 45.7
K3 48.1 49.6 50.2 45.1
R 8.0 5.6 8.7 3.1






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由表 1 和表 4 可知，用碱量、氧压、温度和时间对氧脱木素后浆料白度的极差分别为
8.0、5.6、8.7和 3.1，其中温度对浆料白度的极差最大，达到 8.7，而时间对浆料白度的极差
最小，为 3.1。因此，温度对浆料白度的影响最大而时间对白度的影响最小。此时可暂定适
宜工艺条件为：用碱量 3%，氧压 0.7 MPa，温度 120℃，时间 60 min。
表 5 用碱量、氧压、温度和时间四因素三水平对黏度（mL/g）的相关性及极差
因素 用碱量/ % 氧压/ MPa 温度/℃ 时间/ min
K1 611.9 554.4 613.0 570.4
K2 552.9 574.5 553.7 555.7
K3 508.7 544.6 506.8 547.5
R 103.2 24.9 106.2 22.9

由表 1 和表 5 可知，用碱量、氧压、温度和时间对氧脱木素后浆料黏度的极差分别为
103.2、24.9、106.2和 22.9，其中温度对浆料黏度的极差最大，达到 106.2，而时间对浆料黏
度的极差最小，仅为 22.9。因此，温度对浆料黏度的影响最大而时间对黏度的影响最小。随
着用碱量增加，温度提高和时间延长，浆料黏度相关性均降低，碳水化合物降解；而随着氧
压提高，浆料黏度相关性变化不大。因而，根据浆料黏度指标，初步可得适宜工艺条件为：
用碱量 2%，氧压 0.5 MPa，温度 90℃，时间 60 min。
根据表 2～5中的用碱量、氧压、温度和时间对浆料得率、卡伯值、白度和黏度极差影
响的综合分析，尤其考虑到木素脱除尽量多，而浆料的得率和黏度降低最少，故在所选定四
因素三水平内枫香树材硫酸盐浆氧脱木素较为适宜的工艺为：用碱量 3%，氧压 0.7 MPa，
温度 105℃，时间 60 min，浆浓 20%，MgSO4用量 0.5%。在此工艺条件下氧脱木素结果为：
得率 89.8%，卡伯值 7.6，黏度 559.2 mL/g，白度 48.2（%ISO）。此时，尽管氧脱木素率超
过 50%，但浆料得率和黏度仍保持较高的水平，故所选氧脱木素的适宜工艺条件是合理的。
3 结论
1）由氧脱木素方差分析实验可得用碱量、氧压、温度和时间对枫香树材硫酸盐浆氧脱
木素后浆料的性能均有很大的影响。其中，用碱量对浆料卡伯值、白度和黏度具有较大影响，
对浆料得率影响最小，温度对浆料得率、卡伯值、黏度、白度的影响最大。此外，氧压对浆
料得率、卡伯值、白度和黏度均具有一定影响，而时间对浆料卡伯值、黏度和白度影响最小。
2）在所选定的用碱量 2%～4%、氧压 0.3～0.7 MPa、温度 90～120℃和时间 60～120 min
四因素三水平内，枫香树材硫酸盐浆氧脱木素的较为适宜的工艺为：用碱量 3%，氧压 0.7
MPa，温度 105℃，保温时间 60 min，浆浓 20%，MgSO4用量 0.5%。此时氧脱木素结果为：
浆料得率 89.8%，卡伯值 7.6，黏度 559.2 mL/g，白度 48.2%ISO。







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The Oxygen Delignification Techniques
of Maple Kraft Pulp
LIU Zhu-lan, CAO Yun-feng*, YANG Yi-qing, YANG Yang, XIONG Lin-gen
（Jiangsu Provincial Key Laboratory of Pulp and Paper Science and Technology, Nanjing Forestry University,
Nanjing 210037, China）

Abstract: An L9(34) orthogonal test was designed to study the effects of alkali charge, oxygen
pressure, the maximum cooking temperature and holding time at the maximum temperature on the
oxygen delignification of Maple kraft pulp. The optimal oxygen delignification conditions were
determined as follows: alkali charge 3%, oxygen pressure 0.7 MPa, the maximum temperature 105
℃ and holding time at maximum temperature 60 min. At these optimal conditions, the oxygen
delignified pulp was obtained with the yield 89.8%, Kappa number 7.6, viscosity 559.2 mL/g and
brightness 48.2%ISO.
Key words: Maple; kraft pulp; oxygen delignification