全 文 ：　作者简介:赵志法先生 ,
山东轻工业学院在读硕士
研究生;主要研究方向:
植物资源化学。
　收稿日期:2005-06-07(修改稿)
本课题为国家自然科学基金资助项目(30471365)、 教育部博士点基
金项目(20020561022)以及山东省青年科学家奖励基金资助项目。
·蓝花楹 SCMP制浆 ·
蓝花楹 SCMP法制浆及漂白特性研究
赵志法1　谢益民1　雷晓春2　王守娟1　黄干强2
(1.山东轻工业学院制浆造纸工程省级重点学科 , 山东济南 , 250100;
2.华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室 , 广州 , 510640)
　　摘　要:研究了树龄分别为 4年 、 6年和 10年的蓝花楹磺化化学机械浆(SCMP)的制浆特性。通过分
析原料的纤维形态及化学组分含量探讨了影响其制浆特性的主要因素。研究结果表明 , 在相同的预
处理条件下 , 树龄对手抄片裂断长大小影响为 6年生>4年生>10年生 , 且随NaOH 用量的增加裂断
长也在不断增大。通过对蓝花楹 SCMP 浆的H2O2 漂白发现 , 在H2O 2用量达到 6%时 , 其白度只能达
到 65%ISO 左右 , 属于比较难漂白的浆种。
关键词:蓝花楹;SCMP;树龄;漂白;制浆
中图分类号:TS743+.2;TS745　　　文献标识码:A　　　文章编号:0254-508X(2005)12-0006-04
蓝花楹(Jacaranda copa-
ia)属紫葳科 , Bignonaceae
属 , 是一种大乔木 , 成材高
可达 30 m , 直径 0.4 ～ 0.8 m , 主要分布在中美洲 、
南美洲 , 并且在南美厄瓜多尔已开始大面积种植 , 用
于纸浆生产。蓝花楹密度较低 , 比较适合制化学机械
浆 , 是一种优良的制浆造纸树种。本实验分别选择树
龄为4年 、 6年和10年的蓝花楹作为实验材料 , 一方
面通过分析原料化学组分来探讨影响其制浆特性的主
要因素 , 另一方面通过碱性亚硫酸盐法进行预处理来
了解蓝花楹制磺化化机浆的特性。
1　实　验
1.1　原料
采用树龄为 4年 、 6年 、 10年的南美洲厄瓜多尔
北部的蓝花楹作为实验原料 , 经现场剥皮 , 削片机削
片 , 切成 25mm×20mm×3mm 的木片 , 风干后置于密
封袋中平衡水分 , 贮存备用。
1.2　木片基本密度的测定
分别利用排水法对不同树龄的蓝花楹进行密度测
定。
1.3　纤维形态的测定
将木片切成 1.5 mm×1.5 mm×10 mm 的细条后 ,
置于小烧杯中水煮 0.5 h , 使之软化。将水除去 , 加
1∶1硝酸至刚盖过试样 , 添加 3 mL H2O2 , 加热水至
试样变颜色。然后去掉酸液 , 用水洗至近中性。测定
所得纤维中的水分 , 称出 15 mg(绝干)左右的试样采
用Kajaani FS-200型纤维分析仪测定纤维的粗度和长
度。
1.4　化学成分分析
水分 、水提取物 、1%NaOH 抽出物 、苯-醇抽出物 、
克拉森木素 、聚戊糖和综纤维素含量分别按国家标准
方法测定 。
酸溶木素的测定按 Tappi Useful Method 250(1975)
进行 , 采用 HP7150型紫外分光光度计测定 , 选用波
长205 nm 处的吸收值和吸收系数 110 L/(g·cm)进行
计算 。
1.5　制浆和漂白实验
蓝花楹木片的化学预处理实验在 15 L 电热回转
蒸煮锅(转速 1 r/min)内进行 , 液比 1∶4 , 温度在 1 h
内从 40℃升到 140℃, 并在最高温度 140℃下保温 60
min。
蒸煮后的浆料不经过冷却直接用 ZSP-300型高浓
磨浆机进行三段磨浆 , 磨浆浓度在 15%～ 20%之间。
磨后浆料放入 80℃水中 , 控制浆浓为 2.0%～ 2.5%,
并不断搅拌 , 消潜 30 min , 然后洗涤 、 脱水 、 平衡水
分 、 称重 、计算水分及得率。用 PFI磨在浆浓为 10%
的条件下打浆 , 打浆度为(45±2)°SR。过氧化氢漂白
实验在塑料袋中进行 , 用恒温水浴保温进行两段漂
白。在塑料袋中将浆料预热并与漂液充分混合 , 调好
浆浓 , 漂白过程中每 15 min揉捏 1次 。漂白条件为:
绝干浆量 15 g 、浆浓15%、 温度 70℃、 时间 120 min 、
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研究论文
China Pulp &Paper　Vol.24 , No.12 , 2005
Na2SiO3 用量 4%、 MgSO4 用量 0.05%、 EDTA 用量
0.3%[ 1] 。
用凯赛快速抄片器抄出定量为 60 g/m2 的纸片 ,
并在 86℃下真空干燥 。纸张白度 、 光散射系数 、 不
透明度采用 YQ-Z-488B白度测定仪进行测定。其他物
理性能指标分别按国家标准方法进行测定。
2　结果与讨论
2.1　基本密度
如表 1所示 , 随着树龄的增大 , 蓝花楹木材的基
本密度明显提高 , 但与蓝桉(0.618 g/cm3)相比 , 蓝花
楹的木材密度还是很低的 , 说明该树种比较适合制化
机浆 。
表 1　不同树龄蓝花楹的基本密度
4年生 6年生 10年生
基本密度/ g·cm-3 0.272 0.278 0.343
2.2　蓝花楹纤维长度
纤维长度是最重要的形态参数 , 它对成纸性能具
有非常大的影响[ 2-3] 。从表 2可以看到 , 树龄对蓝花
楹纤维长度的影响为 10年生>6年生>4年生 。纤维
粗度对纸页特性具有重要影响 , 它可以影响原料的蒸
煮程度 、 打浆度和纸页的物理强度等[ 4] 。树龄对蓝花
楹纤维粗度的影响为 10年生>6年生>4年生 。随着
树龄的增大 , 蓝花楹纤维的长度增大 , 所以成纸强度
会不断增大。但同时由于蓝花楹纤维粗度也在不断增
大 , 纤维细胞壁不断增厚 , 故其纤维相应变得挺硬 ,
这就使得在成纸过程中纤维间的结合面积变小 , 从而
使其成纸时纤维间结合强度有所降低。综合考虑纤维
长度和纤维粗度等原因 , 认为 6年生蓝花楹的成纸强
度可能最大。
表 2　蓝花楹纤维长度与粗度
样品 数均长度/mm 重均长度/mm 重重均长度/mm 粗度/mg·m-1
4年生 0.45 0.64 0.78 0.127
6年生 0.48 0.72 0.87 0.131
10年生 0.50 0.74 0.91 0.136
2.3　蓝花楹化学成分分析
如表 3所示 , 蓝花楹木素含量较高 , 这可能会影
响蓝花楹浆料的蒸煮和漂白性能 , 这与后面蓝花楹
SCMP浆料比较难漂白的结论相一致。而且无论是克
拉森木素含量 , 还是木素总量均有一定的差别 , 但是
差别不大 。这 3种不同树龄蓝花楹的热水抽出物和冷
水抽出物含量基本接近 , 含量也与桉木接近 , 总体上
呈现 10年生>6年生>4年生的趋势 , 树龄对耗碱量
大小的影响可能为 10年生>6年生>4年生。蓝花楹
的苯醇抽出物含量均与桉木接近 , 而且随树龄的增加
有一定的上升 , 这说明脂肪 、 蜡 、 树脂 、多酚类等物
质随树龄的增加而增加。但由于其含量均小于 3%,
所以蓝花楹还是比较适合制浆造纸的。而 1%NaOH
抽出物却是4年生的蓝花楹与 6年生蓝花楹相当 , 均
小于 10年生蓝花楹 , 说明 1%NaOH 可溶成分随着树
龄的增加而增加 , 但变化幅度不大 。这与欧义芳等研
究的国产雷林 1号桉得到的抽出物含量随树龄的增大
而增多的结论相同[ 5] 。由于 1%NaOH 可溶成分可以
一定程度上反映碱法蒸煮中消耗碱的多酚类物质的含
量 , 所以在前处理过程中的用碱量要相应的增加才可
以达到相应的强度 , 这与后面的结果是一致的。综合
纤维长度的分析结果和化学组成的分析结果 , 可以认
为树龄为 6年的蓝花楹比较适合制浆造纸 。
2.4　影响蓝花楹磺化化机浆质量的工艺因素
2.4.1　Na2SO3用量对蓝花楹制浆造纸特性的影响
化学机械浆的质量不但与它的化学预处理程度有
关 , 还与浸渍药液的组成有关[ 6] 。Na2SO3 用量 、
NaOH 用量对成浆质量 、 得率 、 成纸强度等均有影
响。Na2SO3 主要是对木素起磺化作用 , 使木片的亲
水性增大 , 产生永久性软化 , 从而提高木片的塑性 ,
可以有效地分离纤维及使纤维细纤维化 , 使纤维的柔
软性与结合强度有较大提高[ 7] 。从表 4可以看出 , 随
着Na2SO3 用量的增加 , 粗浆得率 、 撕裂指数均有所
上升 , 这与文献[ 8]结合一致。撕裂指数和裂断长之
比也随之升高。白度略呈增高趋势 , 而耐折度有所降
低。裂断长随 Na2SO3 用量的变化不明显。裂断长在
Na2SO3 用量 12%时达最大值 , 而撕裂指数在 Na2SO3
用量为 15%时最大 , 但由于 Na2SO3 用量从 8%增加
到12%时 , 裂断长和白度增加幅度并不大 , 因此综
合考虑到纸浆质量和成本等因素 , 本实验 Na2SO3 用
量定为8%。
2.4.2　NaOH用量对不同树龄的蓝花楹制浆造纸特性
的影响
在磺化过程中 , NaOH 对木片有软化 、 润胀和溶
出少量碱溶性木素的作用 , 所以增加NaOH 用量可以
使磨浆时纤维更加容易分离 , 而且纤维受到的损伤也
会降低 , 有利于保留更多的长纤维 , 纤维的比表面积
也有所增加[ 9] 。从表 5可以看出 , 随 NaOH 用量的增
加 , 纸张的耐折度 、裂断长和撕裂指数均有所上升 ,
但白度却随NaOH用量的增加而呈下降趋势 , 这可能
是因为NaOH 的增加加剧了对木素结构的破坏作用而
形成较多发色基团的缘故 。树龄对蓝花楹手抄片的白
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研究论文
　《中国造纸》 2005 年第 24卷第 12 期
表 3　不同树龄蓝花楹的化学成分分析
原料 总木素/ % 克拉森木素/ %
酸溶木素
/ %
综纤维素
/ %
戊聚糖
/ %
苯醇抽出物
/ %
1%NaOH抽出
物/ %
热水抽出
物/ %
冷水抽出
物/ %
4年生 28.61 27.25 1.36 79.18 18.72 1.64 12.8 2.4 1.0
6年生 29.12 27.76 1.36 79.62 15.62 1.91 12.8 2.5 1.0
10年生 29.08 27.98 1.10 79.70 15.59 2.61 13.2 2.7 1.1
表 4　Na2SO3用量对制浆性能和成纸特性的影响
Na2SO 3用量/ % 粗浆得率/ % 紧度/g·cm-3 白度/ %ISO 耐折度/次 裂断长(A)/km 撕裂指数(B)/mN·m2·g-1 B/A
8 70.8 0.49 45.6 9 3.48 3.43 0.98
12 73.2 0.45 47.0 9 3.65 4.02 1.1
15 73.7 0.44 45.1 8 3.52 4.32 1.1
18 76.4 0.44 47.0 5 3.44 4.20 1.2
　注　NaOH 用量 3%, 木材树龄为 6年。
表 5　NaOH用量对不同树龄蓝花楹制浆造纸特性的影响
样品 NaOH 用量/ % 粗浆得率/% 白度/ %ISO 耐折度/次 裂断长/ km 撕裂指数/mN·m2·g -1
2 67.8 47.9 9 3.37 4.30
4年生 3 74.2 42.6 12 3.62 4.92
4 76.9 40.8 18 3.65 5.05
2 74.9 54.5 6 3.67 4.36
6年生 3 79.5 49.8 8 3.81 4.91
4 79.6 44.3 11 3.94 4.90
2 70.5 42.7 9 3.28 5.06
10年生 3 73.9 40.5 13 3.54 5.46
4 76.0 37.1 17 3.61 5.86
　注　Na2SO 3用量为 8%。
度大小的影响为:6年生>4年生>10年生 。对撕裂
指数和耐折度的影响为:10 年生>6年生 >4年生。
树龄对蓝花楹裂断长大小的影响为:6 年生>4年生
>10年生。这是由于随着树龄的增长 , 纤维的粗度
也会相应增大 , 纤维变得更加挺硬 , 在预处理过程中
不利于药液的浸透。虽然随着树龄的增大 , 纤维长度
也在不断增大 , 成纸强度有可能增大 , 但由于纤维粗
度对成纸强度的影响可能要大于纤维长度对成纸强度
的影响 , 所以出现 10 年生蓝花楹手抄片裂断长小于
4年生蓝花楹的情况 。
2.5　漂白
漂白时加入适量的金属离子(如 Mg2+、 Ca2+等)
可以稳定 H2O2 并保护碳水化合物[ 7] 。漂白工艺条件
为:Na2SiO3 用量 4.0%, MgSO4 用量 0.05%, EDTA
用量 0.3%, 温度70℃, 每段漂白时间 120 min。本实
验分别对不同预浸渍条件下所得的两种浆料采用不同
用量的H2O2进行两段漂白 , 漂白结果如表 6所示。
由表 6可以看出 , 随着 H2O2 用量的增加纸浆的
白度不断升高 , H2O2 用量由 4%增加到 5%时 , 浆料
白度增值分别提高 1.0和 1.6 个百分点 , 但当 H2O2
用量由5%增加到 6%时其白度增值却只提高0.8和
表 6　不同 H2O2 用量下的漂白结果
预浸渍
NaOH用量/ %
H2O2
用量/ %
漂后浆白度
/ %ISO
白度增值
/ %ISO
漂后裂断长
/ km
3 4 63.4 25.4 2.09
3 5 64.4 26.4 2.38
3 6 65.2 27.2 2.50
4 4 61.3 24.1 2.24
4 5 62.9 25.7 2.26
4 6 64.1 26.9 2.32
　注　预浸渍Na2SO3 用量 8%。未漂浆白度在预浸渍NaOH用量 3%时
为 38.0%ISO , 在预浸渍 NaOH 用量 4%时为 37.2%ISO。
1.2个百分点。在 H2O2 用量为 6%时 , 蓝花楹 SCMP
浆能漂到 65%ISO左右 , 属于比较难漂白的浆种 。随
漂白的进行 , 漂白效率也在逐渐降低。这主要是由于
漂白初期 H2O2 活性很高 , 而且漂白初期浆中的发色
基团比较容易除去 , 随着漂白的进行 , H2O2 活性逐
渐降低 , 同时要除去浆中更稳定的发色基团时漂白反
应的选择性变小了 , 所以漂白效率就会降低[ 11] 。考
虑纸张的白度和经济等因素 , 本实验应采取较低的
H2O2用量 , 即选择 H2O2 用量 4%。此外 , 由表 6可
以看出 , 漂白后纸张裂断长有所下降 , 这可能是由于
漂白过程中 H2O2 对纤维损伤较严重[ 11] , 而且用 PFI
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研究论文
China Pulp &Paper　Vol.24 , No.12 , 2005
磨进行磨浆时对纤维的切断较多 , 并在洗浆过程中伴
有细小纤维的流失 , 从而使得纤维本身的强度和纤维
间的结合强度均有所降低 , 造成强度有所下降。
3　结　论
3.1　蓝花楹1%NaOH可溶成分含量随着树龄的增长
而增加 , 综纤维素含量和冷 、 热水抽出物的含量也随
树龄的增加而增加。但戊聚糖的含量却随树龄的增长
而降低 。蓝花楹纤维长度和粗度随树龄的增长而增
加。综合考虑 3种树龄蓝花楹的化学组分和纤维形态
的不同 , 认为 6年生蓝花楹比较适合制磺化化学机械
浆。
3.2　在相同的预处理条件下 , 树龄对蓝花楹手抄片
裂断长大小的影响为 6年生>4年生>10年生 , 且随
NaOH用量的增加裂断长也不断增大 。
3.3　蓝花楹比较适合于碱性亚硫酸盐法预处理的
SCMP制浆 , 在 Na2SO3 用量 8%、 NaOH 用量 3%时 ,
白度在 40%ISO 左右 , 裂断长 3.6 km 左右 , 可以抄
造对白度和强度要求不高的纸种。
3.4　磺化预处理过程中随 Na2SO3 用量的增加 , 粗浆
得率 、撕裂指数均有所上升 , 撕裂指数和裂断长之比
也随之升高。白度略呈增高趋势 , 而耐折度却有所降
低。裂断长变化不明显。综合考虑纸浆质量和成本等
因素 , Na2SO3用量可以控制在 8%左右。
3.5　蓝花楹 SCMP 比较难漂白。在 H2O2 用量达到
6%时 , 其白度只能达到 65%ISO左右。蓝花楹 SCMP
属于比较难漂白的浆种。
参 考 文 献
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Sulfonation Chemi-Mechanical Pulping(SCMP)of Jacaranda copaia Wood
ZHAO Zhi-fa1 , ＊　XIE Yi-min1　LEI Xiao-chun2　WANG Shou-juan1　HUANG Gan-qiang2
(1.Shandong Key Laboratory of Pulp &Paper Engineering , Shandong Institute of Light Industry , Ji nan , Shandong
Province , 250100;2.StateKey Lab of Pulp and Paper Engineering , South China University of
Technology Guangzhou , Guangdong Province , 510640)
(＊E-mail:zhzhf@sdili.edu.cn)
Abstract:Jacaranda copaia is one of the fast-growing hardwood species and suitable for paper making.It was found the pulping characteristics were
depended on their wood ages.In this research , three kinds of wood chips of Jacaranda copaia , i.e.4 , 6 and 10 years old were used in SCMP pulp-
ing experiment and chemical analysis in order to clarify the effect of wood age on the chemical components and pulping characteristics.The results
showed that the sequence of breaking length of the hand sheets was 6 years>4 years>10 years.However, the breaking length increased as the
charge of sodium hydroxide increasing.These might be caused by the difference of the wood ages.The result of bleaching demonstrated that the
SCMP pulp was difficult to be bleached by H2O2.The brightness of the pulp increased as the charge of H2O2 increasing , but the efficiency of bleach-
ing decreased.With the increase of the charge of NaOH , the breaking length of handsheet was improved.
Key words:Jacaranda copaia , SCMP;wood age;bleaching;pulping　　CPP (责任编辑:赵 宇)
致　　歉
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产生错误 , 正确单位名称应为:华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室。特向读者 、作者及《中国造纸》
编辑部致歉!
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研究论文
　《中国造纸》 2005 年第 24卷第 12 期