全 文 ：2006年第4期
作者简介:赵志法,山东轻工业学院在读硕士研究生;研究方向:植物纤维资源化学
本项目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
工艺与技术
南美洲厄瓜多尔是一个以出口农产品为主的农
业国,这就需要大量的纸浆用作包装用纸。而该国用
于制浆造纸的木材资源却比较缺乏,造纸技术相对比
较落后,因此寻找一种适合制浆造纸的木材原料,同
时找到一种适合此种原料的造纸工艺是很有必要的。
这就使得利用我国相关企业对该国森林、木材资源进
行实地考察与研究,以厄政府允许的方式建立林业基
地、纸浆、造纸等合资、合作企业,开发利用当地的森
林、木材资源,结合我国先进的技术设备、较高的管理
水平,优势互补,即可生产国内所需的纸浆产品返销
我国内市场,又可供应厄国内市场,满足其对纸浆、纸
张等的需求,改变目前厄不能生产纸张的现状,还可
充分利用安共体国家以及与南共市之间的优惠政策
将产品出口到上述两个经济体的其它国家,并客观上
达到帮助厄调整产业结构,提高生产技术和水平,增
加出口、就业和税收一举多得互利双赢之目的。本项
目就是利用厄瓜多尔的森林、木材资源,利用我国的
造纸生产技术及造纸设备在该国建厂并生产纸浆,一
方面可以满足该国对纸浆的需要,另一方面可以将一
部分销往我国,以满足我国对纸浆的需求。
原产于巴西、玻利维亚和阿根廷等地的蓝花楹是
紫薇科植物,是优良的速生材种,具有生长速度快,材
质好等优点。这种树种在该国已经有大规模的人造
林,这就为该国发展木材制浆提供了一个较好的条
件。由于蓝花楹每年夏、秋两季各开一次花,盛花期满
树紫蓝色花朵,十分雅丽清秀,特别是在热带,开蓝花
的乔木种类较罕见,而紫蓝色为冷色调,可给人们带
来一种清凉感觉,所以有关蓝花楹的研究都是围绕蓝
花楹作为观赏树种来研究[1]。相关的资料都是关于蓝
花楹栽培、种植的资料,特别是在我国对蓝花楹的栽
培和种植都是将其做为观赏性园林木进行研究的。并
且只有在广东等南方城市的街道上可以看到蓝花楹。
作者对蓝花楹 SCMP法制浆特性进行了较深入
的研究,发现该树种适合于制SCMP浆[2]。由于该国缺
乏包装用牛皮纸及挂面用纸等高强度纸浆,因此,本
研究试用硫酸盐法生产高强度化学浆。硫酸盐法制浆
是一种优良的制浆方法,而且所得化学浆具有其它浆
种所不具备的强度好、应用范围广等优点。通过对蓝
花楹硫酸盐法制浆特性与其材性关系的研究,找出影
响蓝花楹硫酸盐法蒸煮的关键因素,不仅可以为优化
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,本研究选用厄瓜多尔产6年生
蓝花楹作为实验原料,对其进行原料分析研究和硫酸
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 材料及实验方法
1.1材料
采用南美洲厄瓜多尔北部的6年生蓝花楹(人工
林材,基本密度 0.278g/cm3)作为试验的原料,经现场
剥皮,削片机削片,切成 25×20×3mm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、水提取物、1%NaOH抽出物、苯 -醇提取物、
Klason木素、聚戊糖和综纤维素含量的测定分别按
GB/T2677.2-93、2677. -93、2677.4-93、2677.5-93、
摘 要:本文对厄瓜多尔 6年生蓝花楹原料的化学成分进行了分析发现该树种有较
好的纤维特性。硫酸盐法制浆的试验表明:蓝花楹是一种典型的热带材种;在
硫化度 25%、活性碱用量 18%、在 165℃保温 80min的硫酸盐法蒸煮条件下,
可以得到卡伯值为24.3、细浆得率46.9%和纸张裂断长7.62km的KP浆。
关键词:蓝花楹;硫酸盐法制浆
蓝花楹KP 法制浆性能研究
赵志法 谢益民 李昭成 杨志勇 周燕
山东轻工业学院制浆造纸工程省级重点学科,山东济南(250100)
12
湖南造纸
2677.6-94、747-89、745-89和2677.10-95进行测定。
酸溶木素的测定按 TappiUsefulMethod250
(1975) 进行,采用7150型紫外分光光度计测定,选
用波长205nm处的吸收值和吸收系数110L/gcm进行
计算。
1.3 制浆实验
木片的蒸煮实验,采用 15L电热蒸煮锅,蒸煮条
件为:硫化度 25%、液比 1:4、经过 90min升温到
165℃,并在此最高温度进行保温。通过改变用碱量和
保温时间来优化出最佳工艺条件。
1.4 打浆抄纸及纸页性能的测定
浆料用日本产的PFI磨浆机打浆,用凯赛快速抄
片器抄出定量为60g/m2的纸片,并在 86℃下真空干
燥,然后测其物理和光学性能。物理性能的测定采用
标准仪器和在标准条件下进行测试。
2 实验结果与讨论
2.1 原料分析结果
表1 蓝花楹的纤维长度、宽度和化学组成
如表 1所示,蓝花楹的苯醇抽出物含量与蓝桉
(0.83%)等相比比较高,这在一定程度上说明蓝花楹
的抽出物含量比较高。1%NaOH可溶成分可以在一
定程度上反映多酚类物质的含量[3]。由于这些多酚类
物质在硫酸盐法蒸煮时要耗用大量的碱,因此,可以
认为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,故在对
其进行硫酸盐法蒸煮时其耗碱量可能会比较高。在综
纤维素含量方面,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。Klason木素含量比较高也
同样说明酸不溶多酚类物质对 Klason木素的测定有
较大的影响。由于木素和多酚类物质总体总量较高,
这说明蓝花楹在进行硫酸盐法蒸煮时可能要消耗更
多的碱才可以达到较好的效果。
2.2 蒸煮实验结果
在不同的用碱量和不同的保温时间对蓝花楹木
片进行硫酸盐法蒸煮,蒸煮条件为:硫化度 25%,活
性碱用量 16%、18%、22%、24%,经 90min升温到
165℃,然后在此温度进行保温,保温时间分别为:
60min、80min、90min、120min。
2.2.1 不同蒸煮条件下的蒸煮结果
如图 1所示,在硫化度 25%、活性碱用量 16%、
保温 80min的条件下,蓝花楹浆料的卡伯值仅达到
38左右,而谢益民等对 6年生蓝桉进行硫酸盐蒸煮
时,在硫化度 25%、活性碱用量 12%-14%的条件下
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%。这说明蓝花楹人工材还
是比较难于蒸煮的。由图1还可以看到,随着用碱量
和保温时间的增加,开始时卡伯值下降得比较迅速,
而后逐渐减缓。这可能是由于随用碱量和保温时间的
增加浆中木素的含量越来越少,故其脱除也越来越困
难,其脱除速率也越来越慢,而且当用碱量增大到
22%、保温时间达 90min时,其卡伯值已降至 16,说
明浆中木素含量已经相当低,通过增大用碱量和保温
时间来脱除木素是可以得到低卡伯值纸浆的,关键是
还要分析得率的变化情况。
图1 蓝花楹在不同条件下蒸煮结果
2.2.2 蒸煮时间的优化
图2 蓝花楹在不同蒸煮条件下的细浆得率
由图 2可以看到,在硫化度 25%、活性碱用量
16%-24%的条件下就可以将蓝花楹蒸煮成浆,当卡
伯值降到20时,蓝花楹在不同保温时间条件下的得
率分别为 40.1、41.5、42.1、42.5,这说明蓝花楹还是可
以做 KP浆的。从图中可以看到,随着卡伯值的下降
纸浆得率下降比较大,说明随着NaOH用量的增大木
素的脱出速度也比较大,而且这个用碱量范围内蓝花
楹木片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,另一方面使得剥皮反应加剧,
使纸浆的得率受到影响[4]。但在保温后期,由于多酚化
合物自身缩和或与残余木素缩和,或与纤维素发生缩
和而沉积或吸附在纤维上的原因使得保温120min时
木素
(%)
Klason
木素
(%)
29.1227.76
酸溶
木素
(%)
1.36
苯醇
抽出
物(%)
1%NaOH
抽出物
(%)
热水
抽出物
(%)
冷水
抽出物
(%)
1.91 12.8 2.5 1.0
综纤
维素
(%)
聚戊
糖
(%)
79.6215.62
工艺与技术 13
2006年第4期
的细浆得率稍高于保温90min的情况[5]。
2.2.3蓝花楹纸张的强度分析结果
图3 不同蒸煮条件下蓝花楹手抄片裂断长
从图3可以看到,蓝花楹手抄片裂断长在保温时
间达到 80min时可以达到 6.5km以上,说明蓝花楹
KP浆的强度适合生产高强度纸板和包装纸的要求。
另外,蓝花楹 KP浆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增加其纸张裂断长先增加
然后降低,并在保温90min时接近最佳值。这可能是
因为随着保温时间的增加浆中残余木素的量不断减
少,所以其裂断长不断增大,然而随保温时间的延长,
纤维受到的碱性水解的作用增大,从而使得纤维本身
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受到降解而导
致强度降低的结论相一致[6]。
3 蓝花楹KP浆大锅蒸煮结果
蓝花楹硫酸盐法大锅蒸煮采用15L电热蒸煮锅,
蒸煮条件为:活性碱用量 18%、硫化度 25%、液比 1:
4、经过 90min升温到 165℃,并在此最高温度进行保
温80min。所得浆料及手抄片结果如下表:
表3 蓝花楹大锅蒸煮结果
由表3可知,采用大锅蒸煮后纸浆的得率有所上
升,其强度也相应的增强。综合考虑蓝花楹化学组分
分析结果、蓝花楹手抄片的物理强度和经济等方面的
因素,作者认为蓝花楹的最佳 KP浆制浆条件为:硫
化度25%、NaOH用量 18%、经 90min升温到 165℃
后在此温度保温80min可获得细浆得率46.9%、卡伯
值24.3、纸张裂断长7.62km的蓝花楹KP浆。
4 结论
4.1蓝花楹的抽出物含量比较高,特别是 1% NaOH抽
出物含量较高,这就使得其在硫酸盐法制浆时的耗碱
量较大。
4.2对蓝花楹进行 KP法制浆时得最优工艺条件为:硫
化度 25%、用碱量 18%、在 90min升温到 165℃,并在
此温度保温 80min。在此条件下可以得到卡伯值在
24.3、细浆得率在46.9%、纸张裂断长7.62km的KP浆。
参考文献
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中国造纸,2005,24(12):6
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制浆特性的影响[J].林产化学与工业,2000,20(1):21
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Studyon KraftPulping Characteristics ofJacaranda copaia Wood
ZhaoZhifa,XieYimin,LiZhaocheng,YangZhiyong,ZhouYan
(ShangdongKeyLaboratoryofPulp&PapermakingEngineering,
ShandongInstituteofLightIndustry, Jinan,Shandongprovince, 250100)
Abstract: Six yearsold Jacaranda copaia wood wasused to cook in Kraft
processin lab.scale. Itschemicalcomposition wasalso analyzed. Theresults
showed that this tropical species was a little difficult to be digested with
Kraft method. The optimum conditions of Kraft Pulping was as follows:
sulfidity 25%, alkali sodium charge 18%, 165℃ f r 80 in. The pulp yield
was 46.9%,the kappa number was 24.3, and the breaking length of
handsheetswas7.62km.
Keywords:Jacarandacopaia,Kraftpulping
《西南造纸》2007年征订启事
《西南造纸》是西南地区云、贵、川、桂、渝造纸学会和重庆造纸工业研究设计院有限责任公司联合主办的综合性造纸科技刊物,
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·征订启事·
收稿日期:2006- 03- 13
卡伯值细浆得率/%
24.3 46.9
裂断长
/km
7.62
白度
/%ISO
紧度
/g/m3
耐折度
/次
21.0 0.64 1296
撕裂指数
/mNm2/g耐破度/
7.50 5. 3
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
工艺与技术14