全 文 ：湖南造纸
目前,造纸工业正在加大对优质非木材纤维原料
利用的力度,如麦草、荻苇、蔗渣、龙须草、芨芨草等。
其中芨芨草在近年来研究中取得了较好的成绩,西北
地区尤为突出。芨芨草属多年生禾本科植物,高50～
250cm,须根粗壮,具沙套,秆直立,粗壮,密丛生[1]。芨
芨草的纤维形态和龙须草相似但纤维质量不如龙须
草,纤维比较细短,平均长度为 1.23mm,宽度为
9.7μm,其纤维素含量高达49.14%,所含杂细胞多为
枕型的薄壁细胞,优于稻草、麦草、芦苇的纤维,总的
说来是一种较好的制造各种文化用纸的好原料,它具
有纸张质量好、成本低、消耗少等特点。芨芨草不仅是
优质的造纸原料,而且具有耐干旱、耐盐碱、抗逆性强
等特性,充分利用荒漠、盐碱地和弃耕地大面积栽培
种植,能增加绿色覆盖率,防止荒漠化,发展农区畜牧
业,具有良好的生态效益,可谓一举两得[2]。
1 材料与实验方法
1.1 实验材料
内蒙古产芨芨草。
1.2 实验方法
1.2.1 化学成分分析
按照国家标准测定芨芨草及浆的化学组成。
1.2.2 蒸煮实验
探索实验的蒸煮设备为装有四罐的 0.015m3蒸
煮锅,每罐容积为0.0012m3,装绝干芨芨草100g。放大
实验为容积0.015m3的电热蒸煮锅。
1.2.3 浆硬度的测定
KMnO4值的测定参见GB1547-79。
1.2.4 打浆及打浆度测定
打浆在体积为 0.023m3的 Valey打浆机中进行,
打浆度测定在型号为YQ-Z-13肖氏打浆度测定仪
上进行。
1.2.5 抄纸实验
抄纸在型号为 ZQJ1-B手抄型抄纸机器上进
行。
1.2.6 纸张物理性能测定
根据国家标准测定纸张的耐折度、抗张强度和裂
断长。
2 实验结果与讨论
2.1苏打蒽醌法蒸煮工艺参数的选取
由于芨芨草的化学组成和纤维形态与蔗渣和麦
草的相仿。因此,参考蔗渣和麦草的蒸煮条件制定蒸
煮曲线。本实验重点参考麦草烧碱法,辅助参考蔗渣
碱性亚硫酸盐蒽醌法,来确定芨芨草苏打蒽醌制浆的
蒸煮曲线。根据文献中稻麦草碱法蒸煮机理的表述,
一般来讲,蒸煮最高温度取 160～170℃,保温时间为
30～90min,升温时间40～70min,用碱量一般为12%
～15%(NaOH计),液比1∶(3～5)。我们最终确定芨
芨草苏打蒽醌法蒸煮工艺条件如下:用碱量 15.3%
(NaOH计),液比 1∶4.8,蒽醌用量 0.05%,最高温度
165℃,升温时间160min,保温时间40min。
具体蒸煮曲线如下:
30min 40min 90min 保温40min
常温 80℃ 100℃ 165℃ 放料
对于亚硫酸钠-蒽醌法,文献[3,4]中此法的最高蒸
煮温度为 160～170℃,而木素的磺化温度大约在
140℃左右,为保证磺化木素的溶出,须在 140℃后保
温,故蒸煮条件为:Na2SO3用量 19.14%,NaOH用量
9.43%,液比:1∶4.5,蒸煮曲线如下:
作者简介:张岳,男,24岁,林产化学加工工程专业制浆造纸方向,在读硕士研究生。
工艺与技术
摘 要:芨芨草是一种新型的、正在开发的非木材纤维造纸原料,它的木素和灰分含量
低,综纤维素含量高。本文重点对芨芨草烧碱蒽醌和中性亚硫酸钠蒽醌法蒸煮
工艺进行了研究,并对这两种纸浆的质量进行了对比。
关键词:芨芨草;苏打蒽醌法;亚钠蒽醌法;纸浆性能
芨 芨草制浆造纸性能的研究
张岳 姚春丽 张化强 赵欣
北京林业大学材料科学与技术学院 (100083)
9
2006年第3期
30min 130min 50min 保温90min
常温 75℃ 140℃ 165℃ 放料
2.2 芨芨草蒸煮最佳工艺条件研究
工艺条件研究主要进行了蒸煮最高温度与升温、
保温时间的确定;总碱量、蒽醌用量的确定以及液比
的选择。表1和表2分别列出了芨芨草苏打蒽醌法蒸
煮和亚钠蒽醌法蒸煮正交实验数据。
表1 芨芨草苏打蒽醌法蒸煮实验数据
表2 芨芨草中性亚钠蒽醌法蒸煮实验数据
2.2.1 升温时间及保温时间的确定
通过比较,升温时间的不同和保温时间的不同对
纸浆得率和硬度的影响,在苏打蒽醌法中,130min上
升到150min时实验平均得率下降了0.27%,而纸浆平
均硬度下降了 0.49;蒸煮时间从 150min上升到
170min时实验平均得率下降了0.03%,而纸浆平均硬
度下降了0.5;当蒸煮时间从170min上升到190min时
实验平均得率下降了 1.6%,而纸浆平均硬度下降了
0.12。从这可以看出蒸煮升温和保温时间在150min～
170min的时候比较好,因为此时硬度下降的幅度比较
大,而得率下降的幅度相对来说最小。
对于亚钠蒽醌法,由于升温时间和保温时间的延
长,不仅木素的脱出比较彻底,而且药液与原料的反
应也比较完全。但最后一次的蒸煮曲线中,升温时间
和保温时间都过长,剥皮反应增多,得率降低,木素的
缩合反应增多,溶出量减少,硬度上升。
2.2.2 总碱量的确定
总碱量的增加即表明了NaOH用量的增加,蒸煮
药液的浓度也随之增大,反应速度也会加快,但是,从
上面的数据可以看出,随着用碱量的增加,纸浆的得
率降低,虽然纸浆硬度也呈现下降趋势,但这是损失
得率得到的结果。
对于苏打蒽醌法,当用碱量从 14%上升到 15%
时,平均硬度下降了 1.6,得率下降了 0.18%;当用碱
量从15%上升到15.5%时,平均硬度上升了0.07,得
率下降了0.18%;当用碱量从15.5%上升到16%时,
平均硬度下降了0.91,但得率下降了0.75%。所以,用
碱量的最佳值是15%～15.5%,虽然此时硬度偏高,但
得率在此范围内有最大值。
对于亚钠蒽醌法,当用碱量从 14%上升到 15%
时,硬度下降了0.06,得率下降了0.77%;当用碱量从
15%上升到 16%时,硬度下降了 0.11,得率下降了
0.29%;当用碱量从 16%上升到 17%时,硬度上升了
0.03,得率下降了0.60%。用碱量对纸浆硬度的影响
仅次于蒸煮曲线,但对得率的影响却是排在第一位。
2.2.3 蒽醌用量的选择
根据文献[5,6]所述,蒽醌用量在 0.05%～0.10%的
范围内所得纸浆的物理性能几乎没有什么变化,所以
两种方法中蒽醌用量采用0.05%即可。
2.2.4 液比的影响
对于苏打蒽醌法,总体来讲,随着液比的上升,纸
浆的硬度和得率都呈下降趋势。当液比从1:3上升到
1:4时,平均硬度下降了 0.69,得率下降了 0.7%;当
液比从1:4上升到 1:4.5时,平均硬度上升了 0.38,
得率上升了0.18%;当液比从 1:4.5上升到 1:5时,
平均硬度下降了0.81,而得率下降了0.86%。可以看
出液比在1:4.5～1:5时蒸煮的硬度和得率都有最佳
值。因为,在这个范围内,硬度下降的幅度比较大,而
得率在此范围内存在最大值,可以得到一个在最大得
率时的硬度的最小值。
对于亚钠蒽醌法,总体来讲,随着液比的上升,纸
序号
16
液比
1:5
得率
%
Kappa值
47.93 7.72
升温时间
min
保温时间
min
145 110
1
2
3
4
1:3.5
1:4
1:4.5
1:5
48.54
47.82
47.63
8.16
8.01
8.00
47.15 7.97
130
130
130
80
80
80
130 80
5
6
7
8
9
10
11
1:3.5
1:4
1:4.5
1:5
1:3.5
1:4
1:4.5
49.26
49.65
48.67
47.55
7.59
7.52
7.36
7.62
47.92
47.31
49.05
7.21
7.05
7.59
135
135
135
135
90
90
90
90
140
140
140
100
100
100
14
15
1:4
1:4.5
47.46
47.71
7.50
7.67
145
145
110
110
12
13
1:5
1:3.5
48.03
47.29
7.35
7.58
140
145
100
110
亚硫化度 总碱量
(NaOH计)
0.6 14.0
0.6 14.0
0.65 15.0
0.7 16.0
0.75 17.0
0.65 15.0
0.6 14.0
0.7 16.0
0.75 17.0
0.7 16.0
0.75 17.0
0.6 14.0
0.7 16.0
0.65 15.0
0.65 15.0
0.75 17.0
工艺与技术
序号 用碱量
(NaOH计)
16 16.0
液比
1:5
得率
%
Kappa值
43.24 9.94
升温时间
min
保温时间
min
190 40
1
2
3
16.0
15.5
14.0
4 15.0
1:3
1:4
1:4.5
1:5
43.08
44.18
46.57
10.09
11.51
13.43
45.65 11.60
130
130
130
30
30
30
130 30
5
6
7
8
14.0
15.0
15.5
16.0
9
10
11
14.0
15.0
15.5
1:3
1:4
1:4.5
1:5
1:3
1:4
1:4.5
46.21
45.11
44.04
43.02
12.86
11.09
10.69
10.02
46.20
45.09
43.82
11.60
10.19
10.58
150
150
150
150
50
50
50
50
170
170
170
30
30
30
14
15
15.0
15.5
1:4.5
1:4
44.07
43.43
10.04
10.42
190
190
40
40
12
13
16.0
14.0
1:5
1:3
43.15
45.12
9.90
11.41
170
190
30
40
10
湖南造纸
·征订启事· 中国造纸化学品工业协会会刊《造纸化学品》杂志是由中国造纸化学品工业协会、全国造纸化学品信息站、杭
州市化工研究所联合主办的国内外公开发行、全面报道造纸用化学品唯一的全国性科技期刊。
主要报道造纸用化学品(尤其是精细化学品)的研制、开发、应用及国内外发展动向等。本刊以造纸界、化工
界、科研机构、事业单位从事科研、生产的广大科技人员、技术工人、管理干部及大专院校相关专业的师生为服务
对象。
本刊为双月刊(国内刊号 CN33- 1124/TQ,国际刊号 ISSN1007- 2225,双月中旬出版) ,订价为 60元(含邮
费)。欢迎单位和个人订阅及进行广告宣传。欲订阅者从邮局直接汇款到本部,并请注明订阅《造纸化学品》、数量
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本部尚有 2004、2005年精装合订本,每年每本70元(含挂号邮寄费) ;1999年、2000年精装合订本,每年一本,
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订。订购价:200元(含挂号邮寄费)。
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E-mail:paperchemj@mail.hz.zj.cn或paperchemhz@yahoo.com.cn
网 址:www.paper-chem.com
2
0
0
7年
造
纸
化
学
品
期
刊
征
订
浆的硬度呈上升趋势,而得率却呈下降趋势。当液比
从 1:3.5上升到 1:4时,硬度下降了 0.12,得率下降
了 0.19%;当液比从 1:4上升到 1:4.5时,硬度上升
了 0.13,得率下降了 0.08%;当液比从 1:4.5上升到
1:5时,硬度上升了0.01,而得率下降了0.38%。对于
密封好的小蒸煮罐,液比的影响实际不大。
2.3芨芨草两种纸浆的性能
芨芨草苏打蒽醌法和中性亚钠蒽醌法蒸煮所得
纸浆和手抄片的基本性能分别见表3和表4。两种纸
浆都具有较好的抗张强度、撕裂强度和耐折度,完全
可以满足一般纸张生产要求。
表3 芨芨草苏打蒽醌法蒸煮制浆结果
表4 芨芨草亚钠蒽醌法蒸煮制浆结果
3 结论
1)芨芨草烧碱蒽醌法蒸煮最佳工艺条件为:用碱量
15%～15.5%(NaOH计) ,液比1∶4.5～1∶5,蒽醌用
量为 0.05%,升温时间 150～170min,保温时间为
30～50min,最高温度为165℃。
2)芨芨草亚钠蒽醌法蒸煮最佳工艺条件为:亚硫化度
0.65～0.7,用碱量15%～16%(NaOH计) ,液比1∶
4～1∶4.5,蒽醌用量为0.05%,升温时间180min,保
温时间为90min,最高温度为165℃。
3)芨芨草是一种优质的造纸原料,纸张具有较好的裂
断长、撕裂指数和耐折度。
参考文献
[1]程积民.植被恢复与水土保持优良植物- -芨芨草.草原与草坪.
2001.3
[2]程积民.优良水土保持植物- -芨芨草.水土保持学报,2000.04
[3]陈新爱.液体亚钠在碱法蒸煮中的应用.湖北造纸,2004.04
[4]赵爱威.麦草碱性亚钠法蒸煮工艺的优化.科技情报开发与经济.
2000.2
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[6]蔡文祥.对蒽醌制浆技术应用的几点体会.黑龙江造纸,1997.02
Thestudy on thepulping propertiesoftherum
Abstract:Achne therum isanew non- wood fiber papermaking
resource. Itsash content and lignin content are low, however, the
holocellulose content isveryhigh. The cookingparametersfor achne
therum soda- AQ and neutralsulfite- AQ processare researched
emphasizedly. The characteristic ofthe achne therum soda- AQ and
neutralsulfite- AQ pulp iscompared.
Key words:achnatherum, sulfite cooking, yield, hardness
收稿日期:2006- 02- 28
工艺与技术
得率/
%
KMnO4值打浆度/
oSR
45
撕裂指数/
(mN·m2·g-1)
耐折度/
次
4.54 138
定量/
(g·m-2)
裂断长/
km
70.8 5.12
36
40
4.52
4.48
128
149
72.3
71.0
5.08
5.16
44.50 10.96 31 4.36 11273.1 4.58
得率/
%
KMnO4值打浆度/
oSR
42
撕裂指数/
(mN·m2·g-1)
耐折度/
次
7.53 259
定量/
(g·m-2)
裂断长/
km
59.75 7.02
37
40
7.32
7.46
232
247
59.87
60.05
6.83
6.94
50.05 7.29 35 7.20 22160.14 6.70
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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