全 文 ：西南造纸 2006年第35卷第5期
摘 要:对已经在广西推广培育的名优竹种撑绿杂交竹 #3、#6及其母本撑
蒿竹、父本大绿竹原料的纤维形态进行了研究。其研究结果表明,从纤维形态
指标来看,在纤维平均长度和长宽比方面,其由优到差的排名为:撑绿杂交竹
#6、父本(大绿竹)、撑绿杂交竹 #3、母本(撑篙竹);但撑绿杂交竹 #3的纤维长度
分布比较均匀,其材质较好;撑绿杂交竹 #3的壁腔比最小;撑绿杂交竹 #3的柔
性系数最大,高达76.06,已达一级材标准,其纤维壁薄,细胞腔大,易于压溃,
产生良好的纤维间结合力,抄成纸页具有较高物理强度。而父本(大绿竹)、母
本(撑篙竹)和撑绿杂交竹 #6的柔性系数都在30～38之间,属于三级材。综合
上述各因素的考虑,相对于撑绿杂交 #6竹及其父本大绿竹、母本撑篙竹而言,
撑绿杂交 #3竹原料在制浆造纸方面更有优势。
关键词:撑绿杂交竹 #3;撑绿杂交竹 #6;母本撑蒿竹;父本大绿竹;纤维形
态;纤维长度;纤维宽度;纤维长宽比;柔性系数;纤维细胞腔径;纤维壁腔比
中图分类号:TS721 文献标识码:A
造纸原料的纤维形态主要指纤维长度、宽度、长度
和宽度的均一性、长宽比、壁厚、壁腔比等。它是评价造
纸原料的优劣、确定工艺条件的重要依据之一。
1 实验材料与方法
1.1 实验原料
来自柳州地区林科所培植的 3年生的撑绿杂交竹
#3、#6及其父本(大绿竹)、母本(撑篙竹)
1.2 主要仪器与试剂
普通光学显微镜 目镜测微计 物镜测微计
主要试剂 无水氯化锌 KI 碘
1.3 实验方法
赫兹别格染色剂 (赫氏染色剂) 由甲乙两种溶液
混合而成。
甲液 即饱和氯化锌溶液,将20g无水氯化锌溶
于10mL蒸馏水中。
乙液 将2.1g碘化钾与0.1g碘溶于蒸馏水中。
将两种溶液冷却后,在不断搅拌下将乙液滴加入甲
液中,配好的混合液在暗处放置一昼夜,倾出一部分清
液,于其中加一小片碘。贮于棕色瓶中,放于暗处保存2d
后备用。
纤维原料的分离
采用硝酸-氯酸钾分离法 将欲分离的原料切成火
柴杆大小,约为1.5mm×1.5mm×10mm的细条。置于小
烧杯中水煮约半小时,使之软化。将水除去,加浓硝酸
(市售浓硝酸再加一份水配成),加入量以刚盖过原料为
宜。然后加一小撮氯酸钾,置于水浴上。在温度60℃左
右加热,直到有汽泡为止。反应速度由氯酸钾的添加量
进行控制,离析操作直到试样变白即可。取出烧杯,倒掉
酸液,用水洗至无酸性后供观察用。
竹子原料横切面显微试片的制备
用剃刀切取上述四种竹子的横切面薄切片
纤维长度和宽度的测定
纤维长度和宽度的测定方法参见普通光学显微镜
测定法(GB/T10336-1989)。
细胞壁厚和细胞腔直径的测定
选取 16×40的放大倍数,确定测微尺比值;将切片
置于光学显微镜载物台上,选择50个代表性的细胞横
切面的视场,用目镜测微尺分别测量纤维细胞的壁厚及
细胞直径。
2 结果与讨论
当纤维原料制成纸浆以后,成纸的各项物理性能主
要取决于纤维形态。造纸原料的纤维形态主要指纤维的
长度、宽度、长度和宽度的均一性、长宽比、壁厚、壁腔比
及非纤维细胞含量等。它是评价造纸原料的优劣、确定
工艺条件的重要依据之一。
2.1 撑绿杂交竹 #3、#6及其母本撑蒿竹、父本大绿竹原
料纤维的长度及其分布频率对比
在一定范围内,一般细而长的纤维在造纸时将产生
较好的纤维交织能力,故而成纸强度较好,以撕裂度最
为明显。但如纤维过长则成纸匀度下降,结构上产生一
些薄弱点,反而纸张强度降低,外观不好。
在考虑纤维长度的影响时,只看纤维平均长度或长宽
比值是不够全面的,还必须注意纤维长、宽度的不均一性。
根据撑绿杂交竹 #3、#6及其母本撑蒿竹、父本大绿
竹原料的纤维的长度的测定结果绘制其各自的纤维长
度及其分布频率表(表1)
根据表 1绘制撑绿杂交竹 #3、#6及其母本撑蒿竹、
父本大绿竹原料各自的纤维长度分布频率图图1～图4
从图1～图4可以看出,父本和撑绿杂交竹 #6的长
纤维量最多,撑绿杂交竹 #3次之,母本的最少,但父本
和撑绿杂交竹 #6的长纤维分布显得较松散,而撑绿杂
撑绿杂交 #3竹、撑绿杂交 #6竹及其父本大绿竹、
母本撑篙竹竹子原料的纤维形态观察
莫健梅,王双飞
(中国轻工业南宁设计工程有限公司、广西大学,广西 南宁,530031)
撑绿杂交 #3竹、撑绿杂交 #6竹及其父本大绿竹、母本撑篙竹竹子原料的纤维形态观察
论 文·报 告·综 述
AsticlsandReview
4
SouthWestPulpAndPaper2006.Vol.35,No.5
图1 父本大绿竹(3年生)的纤维长度分布频率图
图2 母本撑篙竹(3年生)的纤维长度分布频率图
图3 撑绿杂交竹 #3(3年生)的纤维长度分布频率图
图4 撑绿杂交竹 #6(3年生)的纤维长度分布频率图
交竹 #3的纤维长度分布比较均匀,在1.0～2.5mm范围
的中长纤维占78.89%,而其中其长纤维的量又比母本
为多。从造纸的角度来衡量,撑绿杂交竹 #3长纤维的数
量优于母本,在竹类中属于中上水平,撑绿杂交竹 #3的
纤维长度匀度优于 #6及其父本(大绿竹)、母本(撑篙
竹),其材质较好。
2.2 撑绿杂交竹 #3、#6及其母本撑蒿竹、父本大绿竹原
料的纤维长度、宽度、长/宽比的对比
从表 2可知,从纤维形态指标来看,在纤维平均长
度和长宽比方面,其由优到差的排名为:撑绿杂交竹 #6、
父本(大绿竹)、撑绿杂交竹 #3、母本(撑篙竹)。
2.3 撑绿杂交竹 #3、#6及其母本撑蒿竹、父本大绿竹原
料的细胞壁厚及细胞腔直径的测量及其柔性系数、细胞
腔直径的对比
纤维细胞的壁厚及细胞腔直径的大小根据原料的
种类、部位以及生长季节不同而有差异,也是影响纸张
物理性能的主要因素之一。纤维的壁厚、胞腔直径及壁
腔比常被作为选料和制定工艺规程的依据。
细胞壁薄的纤维在打浆及成纸过程中容易扁塌,从
而使纤维与纤维之间形成较大的接触面,纸页干燥时在
这些部位产生较多的氢键结合,可赋予纤维较好的结合
能力,成纸强度较高,特别是受纤维结合力影响大的指
标,抗张强度和耐破强度较好。
纤维细胞壁腔比对纸张的性能有重要影响。细胞壁
薄而腔大的纤维有柔软性,相互间易于结合,抄成的纸
张强度较大。细胞壁厚腔小的纤维比较僵硬,彼此结合
差、成纸强度较低。
纸的撕裂度取决于纤维长度和纤维壁厚。纤维壁厚
的纤维在目前纸浆打浆的条件下只能形成高松厚度、粗
糙表面的纸页,较难提高纸的耐破度、抗张强度和耐折
度等质量指标。
纤维细胞壁的厚度决定了纤维的挠曲性,纤维的挠
曲性可用柔性系数来表示,由此可评价纤维原料的优劣。
其中,柔性系数(coeficientofflexibility)=细胞腔直
径/纤维直径×l00
按柔性系数,造纸用材大体上可分为四个等级:
Ⅰ级材 柔性系数>75 Ⅱ级材 柔性系数=50～75
Ⅲ级材 柔性系数=30～50 Ⅳ级材 柔性系数<30
柔性系数大者,密度较小,纤维壁薄,细胞腔大,易
于压溃,产生良好的纤维间结合力,抄
竹子名称
父本(大绿竹)(3年生)
母本(撑篙竹)(3年生)
撑绿杂交竹 #3(3年生)
撑绿杂交竹 #6(3年生)
表2 撑绿杂交竹 #3、#6及其母本撑蒿竹、父本大绿竹
原料的纤维长度、宽度、长/宽比对比
纤维最大
长度(mm)
5.79
4.16
3.71
5.98
纤维最小
长度(mm)
0.75
0.52
0.70
1.07
平均长
度(mm)
2.69
1.66
1.72
2.81
平均宽
度(μm)
18.02
16.02
14.31
18.59
长/
宽
149.3
103.6
120.2
151.2
组距
(mm)
0～1
1.0～1.5
1.5～2.0
2.0～2.5
2.5～3.0
3.0～3.5
3.5～4.0
4.0～4.5
4.5～5.0
5.0～5.5
5.5～6.0
1.0～2.5
父本(大绿竹)
(3年生)(%)
1.00
5.53
18.09
23.62
17.59
16.58
9.04
5.02
0.50
2.01
1.00
47.24
母本(撑篙竹)
(3年生)(%)
10.55
32.16
34.17
14.57
6.53
1.51
0
0.50
0
0
0
80.90
撑绿杂交竹 #3
(3年生)(%)
10.55
32.66
25.12
21.10
8.04
1.51
1.00
0
0
0
0
78.89
撑绿杂交竹 #6
(3年生)(%)
0
5.53
10.55
21.10
27.14
15.08
10.55
6.53
1.51
1.00
1.00
37.18
表1 撑绿杂交竹 #3、#6及其母本撑蒿竹、
父本大绿竹原料的纤维的长度及其分布频率
分 布 频 率
(下转第10页)
论 文·报 告·综 述
AsticlsandReview撑绿杂交 #3竹、撑绿杂交 #6竹及其父本大绿竹、母本撑篙竹竹子原料的纤维形态观察
5
西南造纸 2006年第35卷第5期
成纸页具有较高物理强度。
由表3可知从壁腔比来看,撑绿杂交竹 #3的壁腔
比最小,父本(大绿竹)的壁腔比最大;从柔性系数来看,
撑绿杂交竹 #3的柔性系数最大,高达 76.06,已达一级
材标准,而父本(大绿竹)、母本(撑篙竹)和撑绿杂交竹
#6的柔性系数都在30～38之间,属于三级材。因此相对
于其它三种竹子,撑绿杂交竹 #3,柔性系数最大,密度较
小,纤维壁薄,细胞腔大,易于压溃,产生良好的纤维间
结合力,抄成纸页具有较高物理强度。
此外,从其纤维胞腔直径来看,撑绿杂交竹 #3的平
均纤维胞腔直径最大,有利于蒸煮药液的渗透,从而有
利于蒸煮反应的进行。
3 结论
综上述,从纤维形态指标来看,在纤维平均长度和
长宽比方面,其由优到差的排名为:撑绿杂交竹 #6、父本
(大绿竹)、撑绿杂交竹 #3、母本(撑篙竹);但,撑绿杂交
竹 #3的纤维长度分布比较均匀,其材质较好;从壁腔比
来看,撑绿杂交竹 #3的壁腔比最小;从柔性系数来看,
撑绿杂交竹 #3的柔性系数最大,高达 76.06,已达一级
材标准,其纤维壁薄,细胞腔大,易于压溃,产生良好的
纤维间结合力,抄成纸页具有较高物理强度。而父本(大
绿竹)、母本(撑篙竹)和撑绿杂交竹 #6的柔性系数都在
30～38之间,属于三级材。综合上述各因素的考虑,相对
于撑绿杂交 #6竹及其父本大绿竹、母本撑篙竹而言,撑
绿杂交 #3竹原料在制浆造纸方面更有优势。
致谢:此项研究得到了广西柳州市融水林科所宁材强工程师
的大力支持,在此表示感谢!
参考文献
[1] 石淑兰,等.制浆造纸分析与检测.北京:中国轻工业出版社,2003,5.
[2] 陈佩蓉,等.制浆造纸实验.北京:轻工业出版社,1990,5.
竹子名称
父本(大绿竹)(3年生)
母本(撑篙竹)(3年生)
撑绿杂交竹 #3(3年生)
撑绿杂交竹 #6(3年生)
表3 撑绿杂交竹 #3、#6及其母本撑蒿竹、父本大绿竹原料的
细胞壁厚及细胞腔直径及其柔性系数、细胞腔直径的对比
最大
5.33
4.00
2.13
5.07
最小
2.00
1.33
0.40
1.07
平均
3.64
2.73
0.84
2.57
纤维壁厚度(μm)
最大
8.00
8.00
12.00
10.67
最小
1.07
0.53
1.60
0.80
平均
3.36
3.69
6.39
3.25
纤维胞腔直径(μm)
最大
13.33
13.33
13.07
13.73
最小
6.67
5.33
4.00
4.00
平均
10.64
9.15
8.07
8.39
纤维直径(μm) 平均壁
腔比
3.13
2.21
0.39
2.52
平均柔
性系数
30.89
38.77
76.06
35.87
图2 氧漂前、漆酶处理和漆酶处理后
碱液中残余木素红外广谱图
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
透
光
度
%
4000350030002500200015001000500
波长(cm-3)
氧漂
前
漆酶
处理
废水
表3 硫酸盐浆漂白处理前后功能基团的 13C-NMR数据
木素样品
氧漂前纸浆
氧漂前漆酶处理纸浆
氧漂前漆酶处理碱废液
氧漂后纸浆
氧漂后漆酶处理纸浆
氧漂后漆酶处理碱废液
RCO2H
(δ180.1-165.1×10-6)
0.44
0.50
0.84
0.47
0.56
1.05
C-3,4取代的
愈疮木基组分
(δ154.1-139.8×10-6)
2.20
1.75
1.76
2.06
1.79
1.72
C-3,4取代和脱甲
基愈疮木基组分
(δ160.1-154.1×10-6)
0.39
0.15
0.35
0.29
0.24
0.33
β-O-aryletherCβ
(δ89.5×10-6)
0.38
0.39
0.55
0.49
0.53
0.54
CH3O-
(δ57.4-53.9×10-6)
0.84
0.77
0.62
0.81
0.57
0.66
注:所有数据都取自单一样品,由木素功能基团计算得到
图3 氧漂前和漆酶处理后残余木素 13C-NMR谱图
芳香族羧基 CαCβCγ
甲氧基
氧漂前漆酶处理残余木素
氧漂前残余木素
×10-6180 160 140 120 100 80 60
二
甲
基
亚
砜
d6
二
甲
基
亚
砜
d6
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
(上接第5页)
漆酶处理硫酸盐纸浆残余木素分析
论 文·报 告·综 述
AsticlsandReview
段。图3是木素分离样品的光谱图。
木素的一些主要官能团分布已经在
光谱中标出。所有的光谱数据都可
以在多种分子量不同的物质简单混
合条件下测定,这样就可以容易地
得到官能团分布的变化,其结果列
于表3中。
由表 3中光谱数据可知,LMS
段之后的硫酸盐浆中残余木素的酸
性官能团数量增加,愈疮木基官能
团略有减少,而 β-O-4芳基醚键略
有增加。氧脱木素前后的纸浆经生
物漂白后甲氧基和酚基的含量都会
减少。Bourbonnais和 Paice曾对木
素中甲氧基的减少量与漆酶/ABTS
活性的关系做过研究。
FT-IR和 NMR的分析结果表
明,漆酶/N-羟基苯甲三唑处理可以
选择性地氧化木素中的自由酚基官
能团,使木素在碱抽提过程中脱除。
经过 LMS漂白后,木素中的 β-O-4
芳基醚键失去了活性。
废液中的木素分析是通过酸
析沉淀木素,结果仅得到 10%～
15%的溶解木素。在 LMS段(氧漂
前和氧漂后)之后回收的废液中,
通过光谱分析发现酸的含量有明
显的增长,但是其结构与残余木素
结构有所不同。
4 结论
综上所述,实验结果表明漆酶/
N-羟基苯甲三唑生物漂白试剂能
通过一系列的氧化降解反应从硫酸
盐浆中有效地脱除木素。很明显首
要氧化的是木素中自由的甲氧基官
能团。作为介质,N-羟基苯甲三唑
在反应中起到关键作用。有关漆酶,
N-羟基苯甲三唑和硫酸盐浆木素
之间的化学反应机理还有待于进一
步的研究。
10