全 文 ：　收稿日期:2006-08-12(修改稿)
　本项目由国家自然科学基金项目(30471365)、教育部博士点基金项目(2002 0561022)和山东省青年科学家奖励基金项目资助。
　作者简介:赵志法 ,男;在读硕士研究生;研究方向:植物纤维资源化学。
＊通讯联系人:谢益民, E-mail:ppymxie@sdili.edu.cn
蓝花楹的化学组成及其硫酸盐法制浆特性
赵志法1　谢益民2 , ＊　雷晓春3　李昭成2
(1.青岛出入境检验检疫局 , 山东青岛 , 266002;2.山东轻工业学院制浆造纸工程省级重点学科 ,
山东济南 , 250100;3.华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室 ,广东广州 , 510640)
摘　要:对厄瓜多尔 6年生蓝花楹的化学成分进行了分析。制浆实验表明 ,在硫化度 25%、活性碱用量 18%、165℃下保温 90 min的硫酸盐
法蒸煮条件下 ,可以得到卡伯值为 18.5、细浆得率 42%和裂断长为 7.4 km 的适于制挂面箱纸板及包装用牛皮箱纸板的KP 浆。经硝基苯氧
化及 GC分析 ,发现其木素为 S-G 型木素 ,S与 G物质的量比为 0.801 ,脱木素性能比一般的阔叶木差 ,属于比较难蒸煮的木材。
关键词:蓝花楹;硫酸盐法制浆;硝基苯氧化
中图分类号:TS743+.1 文献标识码:A 文章编号:1000-6842(2006)04-0019-03
　　南美洲厄瓜多尔是一个以出口农产品为主的农业
国 ,需要大量包装用纸。蓝花楹是优良的速生材种 ,具
有生长速度快 、材质好等优点 ,在该国已经有大规模的
人造林 ,这就为发展木材制浆提供了一个较好的条件。
笔者对其 SCMP 法制浆特性进行了较深入的研究 ,发
现该树种适合于 SCMP制浆[ 1] 。由于该国缺乏牛皮纸
及挂面纸等用高强度纸浆 ,因此 ,本研究试用硫酸盐法
生产高强度化学浆。通过对蓝花楹硫酸盐法制浆特性
的研究 ,找出适合蓝花楹硫酸盐法蒸煮的工艺 ,不仅为
优化蒸煮工艺条件提供理论依据 ,而且可以根据该国
的需要设计用蓝花楹作为原料的硫酸盐法制浆厂 ,生
产强度较高的纸浆 。为此 ,本研究对蓝花楹进行原料
分析和硫酸盐法制浆工艺条件的研究 ,从而提出了较
合理的制浆工艺条件及数据 ,并对影响其蒸煮特性的
木素结构进行了初步的分析。
1　实　验
1.1　原料
南美洲厄瓜多尔北部的 6年生蓝花楹(人工林材 ,
基本密度 0.278 g/cm3),经现场剥皮 ,削片机削片 ,切
成25 mm×20 mm×3 mm 的木片 ,风干后置于密封袋
中平衡水分 ,贮存备用。
1.2　化学成分分析
水分 、水抽出物 、1%NaOH 抽出物 、苯-醇抽出物 、
Klason木素 、聚戊糖和综纤维素含量的测定分别按相
应国家标准进行。酸溶木素的测定按 GB/T 10337—
1989进行 ,采用 7150型紫外分光光度计测定。
1.3　制浆
采用 15L 电热蒸煮锅蒸煮 ,蒸煮条件为:硫化度
25%、液比 1:4 、在 90 min内升温到 165℃,并在此最高
温度下进行保温 。通过改变用碱量(以 Na2O 计)和保
温时间来优化最佳工艺条件。
1.4　打浆抄纸及纸页性能的测定
用日本产的 PFI磨打浆 ,浆浓10%,打浆间隙 0.18
mm ,打浆室压力 3.4 N/mm ,打浆至(45±3)°SR。用凯
赛快速抄片器抄制定量为 60 g/m2 的手抄片 ,并在
86℃下真空干燥 ,然后测其物理和光学性能 。
1.5　木素的制备和硝基苯氧化实验
木素制备和硝基苯氧化实验分别参照文献[ 4 ,7] 。
进行GC色谱分析时 ,将木素产物加入含有 4-乙酰愈
创木粉(内标)的丙酮将产物溶解。用 Shimadzu GC-
2010型气相色谱进行定量分析 ,条件如下:
色谱柱:Ov-101毛细管柱 。
进样温度:250℃;进样方法:split法。
色谱柱恒温槽温度 180 ～ 250 ℃,60℃保持 1 min ,
以5℃/min的速度升温至 255℃,并保温 10 min。
检测器:FID , 270℃,分流比:10∶1。
载气:氦气 。
2　结果与讨论
2.1　原料成分分析
表1为蓝花楹的化学组分分析结果。从表 1看
19　Vol.21 , No.4 , 2006 Transactions of China Pulp and Paper
中　国　造　纸　学　报
出 ,蓝花楹的苯-醇抽出物含量比蓝桉(0.83%)高 ,这
在一定程度上说明蓝花楹的溶剂抽出物含量比较高。
1%NaOH 可溶成分可部分地反映多酚类物质的含
量[ 3] 。因为多酚类物质在硫酸盐法蒸煮时要耗用大量
的碱 ,这是影响蓝花楹制浆性能的重要因素之一 。6
年生蓝花楹 1%NaOH 可溶成分含量也比较高
(12.9%),硫酸盐法蒸煮时耗碱量可能会比较高。蓝
花楹的综纤维素含量比较高 ,可能受到多酚类物质的
干扰 。不管是总木素含量还是 Klason木素含量均比较
高 ,说明蓝花楹中酸不溶多酚类物质含量较多 ,这可能
使蓝花楹硫酸盐法蒸煮时要消耗更多的碱才可以达到
较好的成浆质量 。
表 1　蓝花楹的化学组分含量 %
总木
素
Klason
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
29.12 27.76 1.36 79.62 15.62 1.91 12.9 2.5 1.0
2.2　不同活性碱用量下卡伯值的变化
图 1为不同活性碱用量下 ,纸浆卡伯值的变化。
从图 1看出 ,当活性碱用量 16%、保温 80 min时 ,蓝花
楹KP浆的卡伯值仅达到 30左右 ,而 6年生蓝桉的硫
酸盐蒸煮实验表明 ,在硫化度 25%、活性碱用量 12%
～ 14%时就可以将蓝桉蒸煮成浆 ,而且当其卡伯值降
到20时其活性碱用量仅为 13.96%[ 4] 。这说明蓝花楹
人工材比蓝桉难于蒸煮 。由图 1还可以看出 ,随着活
性碱用量和保温时间的增加 ,开始时卡伯值下降的比
较迅速 ,而后逐渐减缓 。这可能是由于随着浆中木素
的含量越来越少 ,脱除也越来越困难 ,脱除速率也越来
越慢。当用碱量增大到 22%、保温时间达 90 min 时 ,
纸浆卡伯值降至 16 ,浆中木素含量已经相当低 ,说明
通过增大用碱量和保温时间可以脱除木素降低纸浆卡
伯值 ,关键还要分析得率的变化。
2.3　不同卡伯值下细浆得率的变化
由图 2可以看出 ,随着卡伯值的下降纸浆得率下
降比较快 ,说明随着NaOH 用量的增大 ,木素的脱除速
度也比较快 ,而且这个用碱量范围内蓝花楹已经脱除
大部分木素。增加用碱量一方面可以使卡伯值进一步
降低 ,但另一方面也会使剥皮反应加剧 ,使纸浆得率受
到影响[ 4] 。但在保温后期 ,由于多酚化合物自身缩合
或与残余木素缩合 ,或与纤维素发生缩合而沉积或吸
附在纤维上使保温 120 min时纸浆的细浆得率稍高于
保温 90 min[ 5] 。
2.4　蓝花楹KP 浆的强度分析
图3为不同蒸煮条件下手抄片的裂断长 。从图 3
可以看出 ,蓝花楹手抄片的裂断长在保温 80 min时可
以达到 7.0 km 以上 ,说明蓝花楹 KP 浆的强度符合生
产高强度纸板和包装纸的要求 。另外 ,手抄片的裂断
长随着卡伯值的降低而先增加后降低 ,并在卡伯值为
20左右时达到较大值 。随着蒸煮保温时间的延长手
抄片的裂断长先增加后降低 ,并在保温 90 min 时接近
最佳值。这可能是因为随着保温时间的延长浆中残余
木素的量不断减少 ,裂断长不断增大;然而同时 ,纤维
受到的碱性水解的作用增大 ,从而使纤维本身的强度
降低 ,导致蓝花楹手抄片的强度降低。这与欧义芳的
纤维素在硫酸盐法蒸煮后期会发生降解而导致强度降
低的结论相一致[ 6] 。
2.5　不同蒸煮条件下的成浆
从图 4可以看出 ,随着用碱量的增大和保温时间
的延长 ,由于浆中木素受到的降解程度也在不断的增
大 ,故蓝花楹手抄片的白度也在不断增大 。总体来说
蓝花楹浆料的白度相对较低 ,可能是由于蓝花楹中多
酚类物质含量较多 ,这与前面原料分析的结果基本一
致。
2.6　蓝花楹木素的化学结构研究
木素中非缩合型构造所占的比例 ,对硫酸盐法蒸
煮时的反应性有很大的影响[ 6] 。木素中的非缩合型结
构在木素碱性硝基苯氧化下 ,会生成对羟基苯甲醛 、香
草醛和紫丁香醛等醛类化合物 ,分别对应于木素结构
图 1　蓝花楹在不同条件下
的蒸煮结果
图 2　蓝花楹在不同蒸煮
条件下的细浆得率
图 3　不同蒸煮条件下蓝花
楹手抄片裂断长
20 中　国　造　纸　学　报 第 21 卷　第 4 期　
中的对羟基苯丙烷结构(H)、愈创木基丙烷结构(G)和
紫丁香基丙烷结构(S)。因此 ,用 GC 定量测定碱性硝
基苯氧化产物的含量 ,可以推断出木素中各结构单元
的物质的量比 ,而且 ,非缩合型构造的比例与紫丁香基
丙烷单元/愈创木基丙烷单元的比值密切相关[ 6-7] 。
图 4　不同蒸煮条件下未漂浆白度
表 2　蓝花楹 GC定量测定碱性硝基苯氧化产物含量
醛 浓度/mg·mL-1
S与 G物质
的量比
Klason木素中
醛类总含量/%
香草醛
紫丁香醛
0.025207
0.020006 0.801 18.44
　　木素中苯丙烷结构单元的比例因树种而异。从表
2可以看到 ,蓝花楹木粉的氧化产物中可以检测出大
量的香草醛和紫丁香醛 ,几乎检测不到对羟基苯甲醛 ,
所以蓝花楹木素为典型的阔叶木木素。通过定量分析
发现蓝花楹木素中 S 与 G的物质的量比仅为 0.801。
而一般的阔叶木木素的 S 与 G 比例应在 1 ～ 3之间。
可见在蓝花楹木素中紫丁香基结构单元所占的比例较
低。由于紫丁香基结构单元不容易形成缩合型结构 ,
所以比较容易被 NaOH 和Na2S 分解 ,从这一方面可以
说明蓝花楹相对来说比较难于蒸煮 。这与前面的蒸煮
实验结果相吻合 。另外 ,蓝花楹木素硝基苯氧化产物
中紫丁香醛和香草醛总量占 Klason 木素的比例为
18.44%,比桉相对较低[ 4] ,这也表明蓝花楹木素中的
缩合型结构比较多 。因此 ,蓝花楹木素的缩合型结构
和非缩合型结构所占的比例可能是影响其制浆性能的
一个重要的因素 。
3　结　论
3.1　蓝花楹的抽出物含量比较高 ,特别是 1%NaOH
抽出物含量较高 ,这可能使其在硫酸盐法制浆时的耗
碱量较大 。
3.2　蓝花楹在用碱量18%、165℃下保温90 min时 ,成
浆卡伯值为 20.8 、细浆得率为 40.1%、手抄片裂断长
为7.62 km 。
3.3　蓝花楹硝基苯氧化与GC 分析表明 ,蓝花楹木素
属于 S-G型 ,其S 与G物质的量比为 0.801 ,说明蓝花
楹是一种比较难于蒸煮的阔叶木树种。
参　考　文　献
[ 1] 　赵志法 ,谢益民 , 雷晓春 , 等.蓝花楹 SCMP 法制浆漂白特性研究
[ J] .中国造纸 , 2005, 24(12):6
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性的影响[ J] .中国造纸 , 1998 , 17(5):7
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Kraft Pulping Performance of Jacaranda Copaia Wood
ZHAO Zhi-fa1　XIE Yi-min2 , ＊　LEI Xiao-chun2　LI Zhao-cheng2
(1.Qingdao Entry-exit Inspection and Quarantine Bureau , Qingdao , Shandong Province , 266002;2.Shandong Key Lab of
Pulp and Paper Engineering , Shandong Institute of Light Industry , Ji nan , Shandong Province , 250100;
3.State Key Lab of Pulp and Paper Engineering , South China University of Technology , Guangzhou , Guangdong Province , 510640)
(＊E-mail:ppymxie@sdili.edu.cn)
Abstract:Six years old Jacaranda copaia wood was used as raw material for kraft pulping in lab.Its chemical composition was also analyzed.The re-
sults showed that this tropical species was difficult to be digested with kraft process.The optimum condition of kraft pulping was as follows:sulfidity
25%, alkali sodium charge 18%, 165℃ for 90min.The pulp yield was 42%, the kappa number was 18.5 , and the breaking length of the pulp
was 7.4 km.The S/G value of the nitrobenzene oxidized lignin of Jacaranda copaia was 0.801 , it indicated that Jacaranda copaia lignin contains
more condensed structure and is difficult to be decomposed in kraft process.
Key words:Jacaranda copaia;kraft pulping;nitrobenzene oxidation
(责任编辑:于　红)
21　第 21卷　第 4 期 蓝花楹的化学组成及其硫酸盐法制浆特性