全 文 ：第 35卷 第 8期 东　北　林　业　大　学　学　报 Vol.35 No.8
2007年 8月 JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITY Aug.2007
金平龙竹的化学成分与制浆性能 1)
杨　清
(中国科学院西双版纳热带植物园 ,云南勐腊 , 666303)
　　彭镇华　孙启祥　　　苏光荣　　　段柱标　何开红　郭永杰　王正良
　　　　 (中国林业科学研究院)　　　 (云南省景洪市林业局)　　　　　　　　 (中国科学院西双版纳热带植物园)
　　摘　要　对金平龙竹的化学成分 、纤维形态 、成浆性能进行了初步研究 ,结果表明:金平龙竹灰分、SiO2、冷水抽提物 、热水抽提物 、苯—醇抽提物 、1% NaOH抽提物 、木质素 、多戊糖 、纤维素质量分数分别为 1.86%, 0.67%, 2.12%,
3.96%, 2.56%, 18.35%, 25.80%, 13.76%, 46.64%;纤维平均长度 、长宽比分别为 2.53mm, 176.55。与造纸工业目
前使用较多的慈竹 、毛竹 、云杉 、马尾松、桉树等相比较 ,金平龙竹具有纤维平均长度较长 、长宽比相当、纤维素质量分
数较高 、木质素质量分数较低的优势。该竹易于成浆 ,与针叶木比较撕裂强度较高 ,是一种优良的竹类纤维原料。
关键词　金平龙竹;化学成分;纤维形态;制浆性能
分类号　S795.7ChemicalComponentsandPulpingPropertiesofDendrocalamuspeculiaris/YangQing(XishuangbannaTropicalBo-
tanicGardens, ChineseAcademyofSciences, Mengla666303, P.R.China);PengZhenhua, SunQixiang(ForestryIn-stituteofChineseAcademyofForestry);SuGuangrong(theForestryBureauofJinghongCity, YunnanProvince);DuanZhubiao, HeKaihong, GuoYongjie, WangZhengliang(XishuangbannaTropicalBotanicGardens, ChineseAcademyofSciences)//JournalofNortheastForestryUniversity.-2007, 35(8).-33 ～ 35
Anexperimentwasconductedtostudythechemicalcomponents, fibermorphologyandpulpingpropertiesofDendrocalamuspeculiarisHsueh＆D.Z.LiinMenglaCounty, YunnanProvince.ResultsshowthatthechemicalcomponentsofD.peculiarisaredeterminedasashcontent1.86%, SiO2 0.67%, coldwaterextractive2.12%, hotwaterextractive3.96%, benzene-alcoholextractive2.56%, 1% NaOHextractive18.35%, Klasonlignin25.80%, pentosan13.76%, andcellulosecontent46.64%.FiberlengthofD.peculiarisis2.53mm, andlength-widthratiois176.55.D.peculiarishasahigherfiberlength, areasonableratiooffiberlengthtowidth, ahighercellulosecontentandalowerKlasonlignincontentcomparedwithNeosinocalamusaffinis,Phylostachyspubesdens, Piceaasperata, PinusmassonianaandEucalyptusglobulusLabil.D.peculiariswithhighertearing
strengthiseasiertopulp.Therefore, itisagoodfibermaterialofbambooforpapermaking.Keywords　DendrocalamuspeculiarisHsuehetD.Z.Li;Chemicalcompositions;Fibermorphology;Pulpingproperties
　　由于全球森林资源的逐年减少 , 国际上将逐步按可持续
森林经营标准采伐木材 , 其产品只允许凭证进入市场 , 这必然
导致纸和纸产品价格的上涨。如何解决纸浆材供应及木材利
用问题 , 已成为当今世界林业及造纸工业发展的重要研究课
题。因此 , 寻找理化性质相近的替代产品就成为唯一的选择。
以竹代木 , 发展竹产业不仅可以解决我国林木资源短缺的问
题 , 还是从根本上解决优良纸浆原料不足的有效途径 , 并且可
以加快农业产业结构调整和农业产业化进程 , 为农民就业和
增收提供新的途径。 21世纪的今天 ,世界上越来越多的产竹
国家和国际组织对竹子的重视和兴趣日趋高涨 , 目前生产的
竹产品有 16大类 100多个系列 5 000多个品种 , 已形成一个
产值达 100亿美元的竹产业 , 并且与几乎占世界人口 50%的
地区(特别是发展中国家)的人民生活休戚相关。
金平龙竹(DendrocalamuspeculiarisHsueh＆D.Z.Li)属
禾本科(Gramineae)竹亚科(Bambusoideae)牡竹属(Dendrocal-
amus),俗称青壳大竹 、苦龙竹, 厚毛龙竹 [ 1-2] 。秆高达 13 ～ 18
cm,最高 25 m, 径 10 ～ 15cm, 最粗 18cm;梢头下垂;节间长
35 ～ 50cm, 最长达 105cm, 秆基部 1.5 m以下节上常有气生
根;叶片长 27 ～ 45cm,宽 3.3～ 6.1cm。金平龙竹原产中越交
1)中国科学院 、云南省 “十五 ”重大项目(2000yk-7):热带植物
种质资源引种保存及资源植物研究。
第一作者简介:杨清 , 男 , 1969年 12月生 , 中国科学院西双版纳
热带植物园 ,副研究员;中国林业科学研究院,在读博士研究生。
通讯作者:孙启祥。
收稿日期:2006年 9月 26日。
责任编辑:戴芳天。
界处 ,以云南省金平县为多 , 在云南西双版纳州也有分布 , 滇
西南 、滇东南有引种。该品种近几年来被广泛引种到云南 、四
川 、重庆 、贵州 、广西 、广东等省市区 50多个县市 , 生长表现良
好。云南南部地区(包括滇南 、滇西南 、滇东南)的适生海拔
为 1 000 ～ 1 800m, 滇中南 、滇西的适生海拔地 1 600m以下。
该竹节间长达 90 ～ 105cm,是云南省南部地区普遍栽培的大
型笋材两用丛生竹 , 当地老百姓常将其用作编织 、建筑等。 国
内外对金平龙竹的研究报道极少 , 只有谭宏超 [ 3-4]对其培育
技术进行了简单介绍 , 而对制浆性能的研究至今尚未见相关
报道。笔者对金平龙竹的化学成分和成浆性能进行了初步研
究 ,为金平龙竹的开发提供一些基础数据 ,对中国热带地区利
用大型丛生竹开发制浆造纸产业具有重要的现实意义。
1　材料与方法
1.1　材料
试验材料取自中国科学院西双版纳热带植物园内的百竹
园。选取 3 ～ 4a竹龄 ,秆形通直的金平龙竹 ,在株高 1/3处截
取一段竹材 , 在现场将竹劈成竹片;将试材剖切为宽 3cm, 长
5 ～ 8cm的竹块 ,实验室风干备用。
1.2　方法
纤维形态的测定:于秆高 1/3处取一竹环 ,分外侧 、中部 、
内侧劈成 3个部分 ,将各部分沿纤维走向劈成细杆状 ,分别在
试管中用硝酸—铬酸混合液离析 , 在光电立体投影仪上测定
纤维长度 、宽度及腔径。纤维长度放大 50倍 , 纤维宽度和腔
径放大 100倍 ,每个样测 30 ～ 50根。
化学成分的分析测定:化学成分分析指标有水分 、灰分 、
DOI :10.13759/j.cnki.dlxb.2007.08.002
热水抽提物 、 1% NaOH抽提物 、苯—醇抽提物 、木质素 、多戊
糖 、纤维素等 ,试样处理测定分别按 GB/T2677.1 -1993[ 5-6]
要求的方法进行。
蒸煮试验方法:硫酸盐法蒸煮目前仍是化学制浆法中最
主要的生产方法 , 本试验采用硫酸盐法对金平龙竹进行了蒸
煮。利用 ZQS1/15L电热回转式蒸煮锅进行蒸煮 , 分别按文
献中 “纸浆得率的测定方法 ”、“蒸煮废液的测定方法” [ 7]与
GB/T1546.-1998方法测定其粗浆得率 、黑液的残碱量 、有机
物含量 、二氧化硅质量分数等蒸煮废液的性质与纸浆硬
度 [ 8] 。
竹材造纸性能评定:取适量未漂浆 , 在 PFI打浆机中进行
适度打浆 , 测定打浆度 , 抄造纸样 , 进行定量 、抗张强度 、撕裂
度 、耐破度 、耐折度等纸张物理性能的测定 , 综合评价其制浆
性能。定量 、 抗张指数 、撕裂指数 、耐破指数 、耐折度测定采
用 GB/T-1989方法进行 [ 9] 。
2　结果与分析
2.1　纤维形态分析
纤维形态与纸张的性能有密切联系 ,纤维长度长 , 可以提
高纸张的撕裂度 、抗张强度 、耐破度 、耐折度等纸张强度指标。
从表 1可见 ,金平龙竹纤维长度平均长达 2.53mm, 比目前常
用的纸浆竹种毛竹 、慈竹的纤维要长 ,但比云杉 、马尾松 、桉树
以及同属的巨龙竹的纤维长度短。从纤维长度分布比例来看
(见表 2), 金平龙竹纤维长度在 3.0 mm以上的比例只有
34%,比巨龙竹 46.0%的比例要低 ,但比毛竹 9.5%、慈竹 10.0%
的比例高 3.5倍以上 [ 10] 。同时 , 金平龙竹长宽比较慈竹 、毛
竹 、巨龙竹 、桉树等大 , 是云杉 、马尾松的 2.5倍以上。 因此 ,
就纤维平均长度 、纤维长度分布比例和长宽比而言 ,金平龙竹
作为植物纤维原料的质量要优于目前造纸工业使用较多的毛
竹和慈竹 , 但比同属的巨龙竹略差 , 和目前工业上常用的针 、
阔叶材如云杉 、马尾松 、桉树等相比 , 其质量也有较大的优势。
2.2　原料的化学成分分析
竹材不同的化学成分组成直接影响竹子造纸的质量和性
能。一般而言 ,灰分和 SiO2量高 , 则碱回收困难 , 经济效益低
且污染环境 ,但对生产绝缘纸和精制浆外的纸张生产影响不
大。由表 3可见 ,金平龙竹的灰分质量分数为 1.86%, 与文
献报道的毛竹灰分质量分数 1.16%相当 ,与慈竹灰分质量分
数 2.36%相比要高。 SiO2质量分数仅为 0.67%, 远较慈竹达
1.39%的 SiO2质量分数低。对制浆与碱回收过程而言 ,金平
龙竹较低的灰分和 SiO2质量分数不会导致较明显的硅干扰。
表 1　金平龙竹与其他竹材和针(阔)叶木材的纤维长度 、宽度 、长宽比
种　　类 长度 /mm最大值 最小值 平均值
宽度 /μm
最大值 最小值 平均值 长宽比
金平龙竹 D.peculiaris 5.96 0.50 2.53 30.25 6.41 14.33 176.55
慈竹 Neosinocalamusafinis 4.77 0.50 1.99 29.40 5.00 15.00 133.00
毛竹 Phylostachyspubesdens 5.39 0.48 2.00 33.30 7.80 16.20 123.00
巨龙竹 D.sinicus 6.78 0.65 2.90 32.04 6.81 16.05 180.00
云杉 Piceoasperata — — 3.06 — — 51.90 59.00
马尾松 Pinusmassoniana — — 3.61 — — 50.00 72.00
桉树 Eucalyptusglobulus — — 3.68 — — 15.80 142.00
表 2　金平龙竹与巨龙竹 、毛竹 、慈竹的纤维长度分布比例的比较
纤维长度 /mm 金平龙竹 /% 慈竹 /% 毛竹 /% 巨龙竹 /%
≤ 0.5 0　 2　 0　 0　
0.5～ 1.0 1.0 9.0 6.5 1.5
1.0～ 1.5 8.5 18.0 18.5 6.5
1.5～ 2.0 14.5 23.0 28.0 13.0
2.0～ 2.5 19.5 21.0 22.0 15.0
2.5～ 3.0 22.5 17.0 15.5 18.0
3.0～ 3.5 15.5 6.0 7.0 18.5
3.5～ 4.0 12.0 3.0 2.5 18.5
≥ 4.0 6.5 1.0 0 9.0
表 3　金平龙竹化学成分与其他竹种和阔叶材 、针叶材的比较 %　
种类 灰分 SiO2 抽提物冷水 热水 苯—醇 1%NaOH多戊糖 木质素 纤维素
金平龙竹 1.86 0.67 2.12 3.96 2.56 18.35 13.76 25.80 46.64
慈竹 2.36 1.39 3.21 4.64 1.24 24.27 19.06 25.12 44.35
毛竹 1.16 — 2.38 5.96 0.66 30.98 21.12 30.67 45.50
巨龙竹 1.43 0.49 2.90 4.31 2.72 15.17 22.40 27.68 44.87
云杉 0.78 — — 2.58 — — 11.52 28.43 46.92
马尾松 0.33 — — 6.77 — — 8.54 28.42 51.86
桉树 0.29 — — 3.30 — — 10.27 27.45 45.59
　　由表 3可见 , 金平龙竹冷水抽提物 、热水抽提物分别为
2.12%和 3.96%,与毛竹 、慈竹以及巨龙竹相比较 , 基本处于
同一水平。但金平龙竹 1% NaOH抽提物为 18.35%的质量
分数远比慈竹 、毛竹的低 , 而略高于巨龙竹 , 这可能是因为金
平龙竹中含有的能被 1% NaOH溶液溶出的低分子木质素 、
聚戊糖含量较少。同一原料的 1% NaOH抽提物含量主要反
映原料受光 、热 、微生物降解的程度 , 对不同原料而言 ,也可在
一定程度上反映碱法制浆得率的相对高低。但由于碱法蒸煮
过程是在远比 1% NaOH抽提物测定条件剧烈得多的碱—
热—水条件下进行的 , 所以金平龙竹虽具有较低的 1% NaOH
抽提物含量 ,但能否具有较高的制浆得率 ,还主要取决于构成
纸浆的主要成分(纤维素与半纤维素)在蒸煮过程中发生碱
性降解 、剥皮反应 、终止反应等影响制浆得率高低的化学反应
的反应程度。
由表 3可见 , 金平龙竹 25.80%的木质素质量分数较毛
竹的 30.67%低 , 与慈竹的 24.52%相当。而代表半纤维的多
戊糖则影响打浆和成纸的透明性 , 其含量高 ,打浆容易 , 纤维
结合强度也较大。 金平龙竹多戊糖质量分数为 13.76%, 比
毛竹的 21.12%和慈竹的 19.46%均低 ,所以纤维润涨相对较
难 ,对打浆不利 ,并降低了纤维间的结合力。而金平龙竹纤维
素质量分数 46.64%, 略高于毛竹 、慈竹 、巨龙竹的 [ 11] , 与目前
常用阔叶材桉树和针叶材造纸原料云杉的纤维素质量分数相
当 ,比马尾松的低 5.22%。从主要化学成分含量来看 , 金平
龙竹是一种优良的制浆造纸原料。
2.3　蒸煮性能与成浆物理性能的评价
根据对金平龙竹化学成分的分析结果 ,参照其他竹种的
蒸煮工艺条件 , 经初步探索试验后 , 确定了含碱量 15%、硫化
度 25%、溶液比 1.0∶3.5、升温曲线(60 ～ 120℃保温 40min、
20℃保温 100 min、 120 ～ 160℃保温 30 min、 160℃保温 70
min)的工艺条件。蒸煮试验结果 、成浆物理性能指标测定结
果列于表 4、表 5。
34 　　　　　　　　　　　东　北　林　业　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　　　第 35卷
表 4　金平龙竹蒸煮实验结果
卡伯值 得率 /% 黑液性质残碱 /g· L-1 总固形物 /g· L-1 无机物 /g· L-1 有机物 /g· L-1 SiO2 /g· L-1 燃烧值 /kJ· g-1
24.97 45.26 10.14 169.58 70.06 110.62 1.76 -13.84
表 5　金平龙竹成浆造纸物理性能指标
种类 打浆度
单位面积质
量 /g·cm-2
抗张指数 /
N·m·g-1
撕裂指数 /
mN·m2·g-1
耐破指数 /
kPa·m2·g-1
耐折度
(9.8N)/次
金平龙竹 48 65 49.65 29.2 3.8 235
巨龙竹 47 67 41.70 24.5 3.1 215
木浆 45 60 68.00 11.0 4.5 —
　　从表 4可见 , 金平龙竹能制得卡伯值为 24.97, 粗浆得率
为 45.26%的硫酸盐浆 ,对未加水洗涤 、挤压粗浆所得黑液的
分析表明 , 黑液残碱为 10.14g· L-1。结合黑液残碱偏高 、卡
伯值较低(一般针叶木未漂浆卡伯值达 30以上)及所得浆中
未见未蒸解物的成浆情况 , 可以推测出:金平龙竹硫酸盐蒸煮
在本试验所采用的升温条件下 ,蒸煮用碱量可进一步降低到
14%以下 ,其粗浆得率还可达 45.26%, 卡伯值约为 25。得到
的纸浆与文献报道的毛竹 、慈竹 、白夹竹 、撑篙竹等竹种制得
的纸浆硬度基本相近 [ 12] , 且用碱量较低而得率较高 , 表明金
平龙竹与常用制浆竹种相比 ,具有成浆较容易的特点。另外 ,
金平龙竹黑液的有机物质量分数为 110.62%,占总固形物的 65.
23%, SiO
2
质量浓度为 1.76g· L-1(占总固形物的 1.04%),
比文献报道的落叶松黑液 SiO
2
质量分数(0.58%)偏高 , 远低
于甘蔗渣 、芦苇、麦草黑液 SiO2的质量分数(分别为 2.36%、2.
38%、7.48%),也较毛竹(2.08%)和巨龙竹(1.45%)黑液 SiO2
的低 [ 11] 。金平龙竹黑液的燃烧值达 -13.84kJ/g, 与马尾松 、
慈竹 [ 13]黑液燃烧值相近(分别为 -13.92kJ/g, -13.98kJ/g)。
纸张的物理强度是纤维的平均长度 、纤维间的结合力 、纤
维自身的强度 、纤维在纸张中的定位等因素复杂作用的综合
反映。其中 , 抗张强度 、耐破度受纤维间的结合力的影响程度
较高 , 而撕裂度 、耐折度则更易受到纤维自身强度 、纤维平均
长度的影响。从表 5可以看出 , 试验蒸煮条件下 ,金平龙竹成
浆的物理性能指标与 C级硫酸盐针叶木比较 ,具有撕裂度明
显较高的优势(也远远超过 A级硫酸盐浆撕裂指数 13.0mN·
m2· g-1的要求),耐折度也达到较高水平 , 而抗张强度 、耐破
度比木浆(平均值)低 , 这与金平龙竹纤维细胞较厚 , 纤维本
身强度较高 , 纤维较挺硬 , 纤维间缠绕 、交织能力略差而导致
纤维间结合力较低有关 ,同时与纤维平均长度和针叶木相当
的特性相一致。较高的撕裂强度特性也说明金平龙竹竹浆特
别适宜作为对撕裂度 、挺度要求较高的包装纸和纸板 、高级文
化用纸的纤维原料。
3　结论
对金平龙竹化学成分 、纤维形态进行了分析 , 并通过蒸煮
试验评价了其成浆物理性能。研究结果表明:与造纸工业目
前使用较多的慈竹 、毛竹 、云杉 、马尾松 、桉树等相比较 ,金平
龙竹具有纤维平均长度较长 、长宽比较高 、木质素含量较低的
优势;其硫酸盐法蒸煮成浆容易 ,具有撕裂强度远高于针叶木
硫酸盐浆的特性 , 远较其他竹种高得多的单产量与良好的制
浆造纸性能使其有可能成为中国热带地区最好的适宜笋材竹
种之一。
金平龙竹具有生长快 、成材早 、产量高 、根系发达 、造林效
果好以及可持续利用的特点 , 是发展纸浆竹林的优良竹种。
每年一度的常规采伐不但不会破坏竹林植被和造成水土流
失 ,反而是竹林生长所必需的培育方式 ,这一生态和经济效益
兼有的特性是大多数造林树种所不具备的。因此 ,金平龙竹
是恢复植被 ,改善环境最好的竹种之一 ,也是退耕还林地区退
耕地和荒山造林地的最佳造林树种 , 在中国热带地区大力发
展是很有前途的。
造纸业是资源消费型产业 , 而我国又是森林资源缺乏的
国家 ,人均占有森林资源只有世界平均水平的 1/4, 造纸原料
问题已成为制约我国造纸业可持续发展的重要问题。最近几
年 ,我国为了解决纸业所面临的困境 ,特别是原料紧缺问题 ,
进行了大面积的人工造林。但由于树种选择不当和规划的问
题 ,使目前发展的 “林浆纸一体化”对生态环境 、生物多样性
造成了一定的破坏。因此如何正确选择纸浆树种 ,进行大规
模人工造林是实现我国纸业可持续发展的关键所在。竹类植
物含有丰富的纤维素 , 并且大多数竹种属中长纤维 ,就竹材的
纤维形态和化学成分而言 ,竹浆的性能介于针叶材和阔叶材
木浆之间 , 明显优于草类浆 ,完全适合用作造纸原料。因此国
家应积极采取措施 , 组织有关科研院所(校)开展对笋材竹种
的优选 , 进行竹料切削 、造纸工艺 、繁殖与丰产栽培等方面的
研究与技术攻关 , 发展高档次的优良竹浆品种 , 营造高产 、优
质的竹浆原料生产基地 , 以满足社会生活的需要。
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