全 文 ：第 6 卷 第 3 期
1 9 9 3 年 6 月
林业 科 学 研 究 V o l
FO R E S T R ES E A R CH Ju n
. ,
,
N o
。
3
1 9 9 3
湿地松和火炬松木材的化学性质
及 制 浆 特 性 *
陆熙娴 黄洛华 秦特夫
摘要 分析不同地区湿地松 、 火炬松和对照(马尾松 )木材的纤维形态和化学性质 , 并用三种
制浆方法进行试验 , 结果表明 : 三种松木化学组成和制浆特性无明显差异 , 半化学浆可用于抄造
牛皮纸或其他强韧包装纸 ; 化机浆经漂白可用于配抄新闻纸 、 胶印纸和其他文化用纸 , 硫酸盐浆
可生产牛皮纸及高档纸 。 试验还说明 , 树龄较大的松木制浆特性较好 。 湿地松 、 火炬松与马尾松
一样 , 均为制浆造纸的优质材料树种。
关扭词 湿地松、 火炬松、 中性亚硫酸盐半化学浆、 半化学机械浆、 硫酸盐浆
湿地松 (P io u s e llio tt矛1 E n g e lm )和火炬松 (p io u : ta e d a L . ) 是我国南部引进推广松类
中生长最快的树种之一 , 在我国得到大规模种植 。 本研究通过三种不同制浆方法 探 索 湿 地
松 、 火炬松木材对制浆造纸的适应性(中性亚硫酸盐半化学制浆法 、半化学机械制浆法和硫酸
盐制浆法 ) , 并和马尾松木材制浆进行对比 , 为营林和加工利用提供科学参数 。
1 试验材料和研究方法
1
.
1 试验材料
湿地松和火炬松均属热带速生树种 , 70
年代我国南方已大面积种植 , 本试验试材采
自广西 、 浙江 、 安徽三个不 同地区(表 1 )。
1
。
2 备料
分别取不同地区的湿地松 、 火炬松 、 马
尾松 3 ~ 5 株 , 每株取树干上 、 中 、 下三部
分各一米 , 经削片机进行削片 , 木片经筛分
除去过大筛渣后备用 。
1
。
3 原料化学成分分析
按国家标准力法 G B 2 6 7 7进行分析 。
1
。
4 制桨方法
1
.
4
.
1 中性亚硫酸盆半化学制桨法 (N SSC )
表 1 试材产地、 立地条件
火炬松地湿松火炬湿地 松松马尾松火炬松湿地松目
6一6一67树 龄 ( a )
平 均 高(m )
平均胸径(c m )
采集地点
纬 度( “ N )
年均气温 (℃)
年降水量 (m m )
年相对湿度(% )
土城类型
广 西壮族 自治区武
呜南宁地 区林科所
2 3
.
2
2 1
.
0
1 2 5 0
7 9
赤 红壤
1 4 1 4
13 1 2
3 2 3 4
安徽省
径县
3 0
.
7
1 5
.
9
1 5 7 7
2 3 2 3
.
6 8 一
.
2 13
.
9 一
浙江省余杭
长乐林场
3 0
.
1
1 5
.
5
1 5 5 0
8 1
红城
15 L 电热回转蒸煮锅 , 内装 3 个 小 罐 , 每 罐
容积 1 . 5 L , 装绝干木片10 0 9 , 以水为加热介质 。
1 9 92一 12一1 1收稿 。
陆熙娴副研究员 , 黄洛华 , 秦特夫(中国林业科学研究 院木材工业研究所 北京 1 0 0 0 9 1 )。
* 此项研究项目是世界 银行贷款国家造林项 目的一部分 。试验材料 由国外松课题组提供。天津轻工业 学院给予 了协作。
林 业 科 学 研 究 6 卷
蒸煮条件 : N a Z SO 。用量为2 5 % , N a 0 H 用量4多‘, A Q 用量0 . 1% , 液比 4 : l , 最 高 蒸
煮温度 17 0 ℃ , 升温Z h , 保温 Z h 。 收集蒸煮后的废液和木片 , 并测定废液中残余 N a Z Sq
含量和制浆得率 。 蒸煮后的木片采用 30 0 K R K 磨浆机 进行 磨浆 , 分步 通过 1 . o m m 、 0 . 1
m m 和。. 04 m m 的磨隙 , 磨浆浓度为 15 % , 打浆度为20 0 SR 。 确定卡伯值后 , 抄造 手抄片
并测定手抄片的性能 。
1
.
4
.
2 半化学机械制装法 (SCM P ) 此法基本上与 N SSC 相同 , 只是蒸煮条件中没有N a OH
和 A Q 。
l
。
4
。
3 硫酸盐法 (K P )
1
.
4
.
3
.
1 蒸煮 木片1 20 9 放入上述蒸煮锅内。 蒸煮条件 : 硫化度25 % , 液比4 . 1 , 最 高蒸
煮温度 1 7 0 ℃ , 丁卜温 1 10 m in , 保温 1 5 0 m in , 总碱量(以 N a : 0 计 ) 列入表 2 。 蒸煮 后 , 测定
纸浆得率和残碱含货 。
1
.
4
.
3
.
2 漂白 采用 C 一E / H 一H 一P (氯化一碱处理加少量次氯酸盐一次氯酸盐一过 氧 化氢 )
法漂白 (表 3 ) 。
1
.
4
.
3
.
3 打浆 打浆在高速离心磨 (JO K R O 磨 )中进行 , 各种试样都在同一个打 浆 罐内进
行 , 以减少干扰 。 抄出手抄片并测定其性能 。
衰 2 各种试样的总用碱 t 及试样绷号
总 碱 蚤 (% )
试 样—1 8 17 1 6 15广西湿地松 1 8 一 1 17 一 1 1 6 一1 1 5 一 1广西火炬松 1 8 一 2 17 一 2 1 6 一2 1 5 一2广西马尾松 1 8 一 3 17 一 3 1 6 一 3 1 5 一 3安徽湿 地松 1 7 一 4 1 6 ~ 4安 徽火炬松 1 7 ~ 5 1 6 一 5浙江湿 地松 1 7 一 6 1 6 一 6浙江火 炬松 1 7 一 7 1 6 一 7 一Žn”一310.0公2一640。‘
亡J
11一360.7一3251
注 . “ 一 , 前面 的数字为用碱低 , 后面的 数为 蒸煮编号 。
用 抓 t ( % )
过氧化氢 ( % )
硅 酸 钠 ( % )
硫 酸 镁 ( % )
级气化钠 ( % )
浆 浓 ( % )
醚 度 (℃ )
盯,全 间 ( h )
2 结果与分析
湿地松 、 火炬松 、 马尾松木材 的化学组成与纤维长度
表 4 说明 , 三种松木纤维长度变异不大 , 浙江火炬松树龄23 a 与广西火炬 松 树龄6 a 相
比 , 晚材纤维长度几乎相同 , 而早材纤维长
度则浙江火炬松大于广西火炬松 。 由表 5 表
明 ,化学组成变异 一也不大 , 广西与浙江湿地松
的差别很小 , 尽管浙江湿地松的树龄大于广
西湿地松的树龄 , 但广西湿地松的戊糖、 综
纤维素 和 a 一 纤 维索均高于浙江湿地松 。 火
炬松也出抓相似的情祝 , 广西火炬松与浙 i ! :
火炬松木素含 墩几乎浦川司, 而戊糖、 综纤维素和
表 4 三种松木的纤维长度 〔“1
( a )
晚材纤维长度
(卜m )
早材纤维长度
( 协m )
广西 火炬松
浙江火矩松
广西湿地松
J
一 西卫纷尾松
2 5 5 6
.
2 1 3
2 5 2 9
.
7 1 1
2 9 9 1
.
4 4 3
2 4 14
.
2 3 6
2 2 3 1
.
6 2 9
2 4 1 4
.
8 16
2 5 4 2
.
1 77
2 18 1
.
2 13
。一 纤 维素则是广西火炬松大于浙江火炬松 。
3 期 陆熙娴等 : 湿地松和火炬松木材的化学性质及制浆特性 2 6 7
表 5 三种松木的化学组成(以绝千材计 ) (单位. % )
材 种 灰分 冷水抽 出物 热水抽出物 i % N a O H抽 出物 苯 一薄抽出物 木素 戊糖 住一纤维素 综纤维索
605
:57郡73.68.7513
一Ž月‘2”01孟2Jq70..⋯九n‘吸口山心舀Ž月任.砚”J性右趁n61合70自4八”心‘O甘户Ž内勺.⋯亡J勺自.n舀肠,止上‘月占. .二生1人,臼一J月性几舀O口J,介”扁”Ž.⋯860n‘的,一ZQ甘snŽ2叹U9O内U心自.⋯210201毖内舀,IQ甘2钾‘勺山O工J皿..⋯,二月白02,孟, .1dl.上56204自吸舜Ž9几亡6.⋯,妇ZC乙通‘2广西湿地松浙江湿地松广西火炬松
浙江火炬松
广西马尾松
0 2 7 2
.
1 3
0
.
3 5 1
.
8 1
0
.
2 9 2
.
2 9
0
.
3 1 3
.
0 8
0
.
2 7 2
。
1 3
2
.
2 制桨褥率和桨特性
从表 6 、 7 看出 , 虽然采用相同的化学预处理和相同的磨浆条件 , 但马尾松化机浆纸浆
的性能最好 。 抗张指数4 1 . 6 N o m / g , 耐破指数2 。3 kPa. m 丫g , 撕裂指数5 . l m N ·m 丫g , 耐
折度21 次 ; 火炬松化机浆次之 , 抗张指数37 。 7 N om / g , 耐破指数2 . 3 kP a. 时/ g , 撕裂指数4 。 8
m N
·
m V g
, 耐折度 12 次 ; 湿地松化机浆最低 , 抗张指数3 5 。 0 N O m / g , 耐破指数1 . 8 k Pa. m Z / g,
撕裂指数4 . 5 m N , m Z/ g , 耐折度 7 次 。 火炬松化机浆白度最高 (39 %左右 ) , 湿地松 和马尾松
化机浆白度略低 ( 37 %左右 ) 。 与新闻纸标准相 比 , 即使强度最低的湿地松化机浆的强度也达
到或接近国家优级标准 (抗张指数纵向4 . 3 N ·m / g , 撕裂指数横向4 . 7 m N ·m 丫g) , 因 此这三
种松木化机浆经 H必 2 漂白后可以配抄新闻纸 、 胶印书刊纸或其它文化用纸 , 可降 低木材化
学浆的配比 , 节约木材原料 。
表 6 三种松木的NS C和SC MP制桨得串和票特性
广西火炬松 广西湿地松 广西马尾松 广西
项 口 __ _
_
_
_ _ 火炬松
N S SC SCM P N S SC S CM P N S S C S CMP N S S C
安徽 浙江 广 西 安徽 浙江
火炬松 火炬松 湿地松 湿地松 湿地松
N S SC N S SC N SS C N S S C N S SC
总 得 率 ( % )
卡 伯 价
残 留亚 硫酸钠 ( g / L )
残 液 Pll
打 浆 度 ( 。 S R )
6 5
.
1
9 7
.
0
1 0
.
3
9
.
6
2 0
.
0
8 8
.
6 1 8 7 3
九J一勺
286
3 4
.
1
7
.
7
6 5
.
0
9
.
6
1 8
.
5
3 3 7
7
.
8
6 2
.
0
6 4
.
2
9 8
.
9
1 1
.
6
9
.
5
2 2
.
0
8 7
.
5 6 5
.
2
4 1
.
6
7
.
6
6 1
.
5
6 4
。
2 6 4
.
8
7 9
.
3 8 2
.
0
2 3
.
8 1 8
.
9
9
.
5 9
,
6
3 6
.
0 4 0
.
0
6 7
.
2
9 9
.
7
2 4 8
9
.
4
3 6 5
6 5
.
7 6 5
.
9
8 8
.
1 9 1
.
1
1 9
.
7 2 1 5
9
.
6 9
.
5
4 0
.
0 4 1
.
0
,二孟
’ŽO口06OU11
9.5
3 4
.
D
表 了 三种松木的NsSC和SC MP纸桨的性能
广 西 火 炬 松 广 西 湿 地 松 广 西 马 尾 松项 目
N SS C SCM P N SS C S CM P N S SC S CM P
.
1
”Ž0月兮6
.⋯,二八甘0‘161勺‘组几妞n打 浆 度( 。 S R )定 量( g / m 佗)紧 度 (g / e m 3 )
抗张指 数( N · m / g )
耐破指数( k Pa · m Z / g )
撕裂指数( m N · tn Z / g )
耐 折 (次 )
白 度S BD ( % )
2 0
,
0
6 0
。
5
0
.
4 6
4 5
.
7
3
.
7
1 5
.
0
2 0 7
2 7
。
3
::
0
2
.
2
4
。
8
1 8
.
5
5 8
.
8
0
.
4 5
4 1
.
9
3
.
3
1 5
.
4
1 4 5
2 4
.
1
6 2
.
0
5 0
.
3
0
.
4 0
3 5
.
0
1
.
8
4
.
5
7
3 7
。
2
2 2
.
0
C0
.
2
0
.
4 8
5 8
.
2
4
.
5
1 2
.
2
3 2 0
2 6
。
2
”台八“ŽU月‘635
2
.
3
5
.
1
2 1
3 7
.
1
l238
三种松木半化学浆采用相同的蒸煮条件 , 马尾松半化学浆的抗张指数5 8 . 2 N ·m / g , 耐破
指数 4 . 5 k Pa. 时/ g , 耐折强 度最 高为 320 次 。 火炬松半化浆抗张指数45
数3 · 7 kPa. m 丫g , 耐折强度 2 07 次。 湿地松半化装最低 , 而撕裂强度最高
7 N
.
m / g
, 耐破指
三种松木的强度
2 68 林 业 科 学 研 究 6 卷
, 8 三种松木的KP一傲特卒和燕特性
燕煮 残碱 总得率 啼渣率
编号 (% ) (% ) (% )
细桨卡
了白 价
”31.844 1 . 84 4 3
4 5
.
8
4 8
.
0
0
.
4
1
.
3
1 6
3
.
1
内OŽ1”八甘8. .二5口」.⋯O”自才巴口‘马广西 退地松 1 8 ~ l1 7 一 l1 6 一 1
1 5
一 1
0
,
8
0
.
8
1
.
1
1
.
6
3
.
1
3
.
9
,‘
2
. .1RŽ一勺⋯.合7.,J冲门产‘。目J,月组j任.月马4
.叨.弓J月⋯斑OJ性月马月,J咭盛弓
均达到或超过部颁牛皮纸标准 (QB 7 o 6 一79 ) ,
因此这种速生针叶材半化浆均可用于生产牛
皮纸或其它强韧包装纸 。
三种松木分别在不同的 用碱 量 15 % 、
16 %
、
17 %和18 %的条件下进行硫酸盐法蒸
煮 , 结果表明 (表 8 ~ 1 1 ) , 生产漂白浆用碱量
17 %是适宜的 , 而15 %用碱量可用来生产未
漂浆制浆、 牛皮纸等 , 三种松木在 17 %用碱
量条件下蒸煮后 , 浆料硬度非常接近 , 而在
16 %和 15 %的用碱量条件下马尾松煮后浆料
硬度较大 。 这表明马尾松较火炬松材和湿地
松材难蒸煮 。 从漂白结果可以看出经四段漂
三种松木均可达到 78 % 以 上的白度 , 可用于
生产一般高档纸 。 三种浆进行 比较 , 在相同
漂白条件下 , 马尾松漂白浆的白度稍高 , 说
明马尾松较其它二种松木浆略为容易漂白 。
安徽漫地松
浙江漫地松
广西火炬松
1 7 一 4 9
.
8 0
1 7
一
6 1 0
.
9右
1 8一 2 7
.
9 2
1 7 一 2 6
.
5 1
1 5 一 2 5
.
6 3
1 5 一2 4
.
97
安徽火炬松
浙江火炬松
广 西马尾松
1 7
一
5 9
.
4 7
1 7
一
7 1 0
.
2 1
1 8 一3 了. 5 5
1 7 一 3 6
.
1 0
1 6
一
3 5
.
3 3
3 5
.
6
3 3
.
0
2 1
.
9
2 2 5
3 2
.
3
3 8
.
8
4 2
.
7
2 8
.
3
2 1
. 右
;:
.
;
1 5
一
3 4
.
6 9 4 9
.
2 4
.
1 4 6
.
0
浆张强度结果表明马尾松浆抗张指数 、 耐破指数较好 。 而湿地松撕裂强度略高。 这是由于马
尾松 、 火炬松 、 湿地松的纤维长度分别为 2 4 1 4 卜m 、 2 5 56 协m 、 2 9 9 1 “m 。 湿地松最大 , 相
应撕裂强度也高[lJ 。
总之 , 湿地松 、 火炬松和马尾松的化学成份无明显差异 , 纤维形态差异也不大 , 在同样
蒸煮条件或化学预处理后的结果以及打浆性能也无显著差异 。
同一树种不同树龄硫酸盐制浆试验结果表明 , 湿地松与火炬松的耐折度 、撕裂指数均随树
龄的增加而增加 , 浆得率 、抗张指数和耐破指数 (除广 西产湿地松和火炬松外 )亦相应增加。这
与H o w el l R . A . [’〕和H itc h n g s . R . C . 〔‘]的研究结果相一致 。由于本试验所用不同 树龄不
同产地火炬松和湿地松 , 所以结果出现一些差异 。 Z o b el [cJ 研究发现南方松纤维长 、 基本 密度
受环境影响较显著 , 木试验广西火炬松与湿地松仅有 6年生 , 但 比浙江火炬松和湿地松纤维长 ,
衰 9 三种松木的 Kp桨法滚白性健
才犷 种 蒸煮编号
C段残氛
( g / L )
H 段残抓
( g / L )
P 段残H 2 0 :
( % )
聚合度
澡白桨 白度
SBD (% )
6 8 4
8 7 3
6 8 7
8 47
7 9
.
3
7 7
.
5
7 7
.
6
7 5
.
2
7 9
.
2
7 8
.
0
7 3
.
2
7 9
.
4
吕1 . 7
7 9
.
8
n仙。U月‘月0aUt卜J八叼Ž.0b0n56几”
;:
口..-
nU01八“”…”U‹”n.
:;;
,山人.J自ŽU八Ž八U龟O曰几”八Uon””,…J1l00.⋯‘.诊n‘nU八UOŽ介比”日.”UU广西湿地松
安徽火炬松
浙 字〔火炬松
广 西马尾松 0 . 6 6
0
.
0 0
,妇勺山Q†JOD肠亡U. .二OŽbO口O甘n”月,呼‘Ž目0曰
.⋯00IJn”, 1安 徽i显地松
浙忿l’. 醚地松
广西火炬 松
1 7
一
1
1 6 一 1
1 7
一 4
1 7
一 6
] 7
一
2
1 6
一
2
1 7
一
5
1 7 一 7
17
一 3
16 一3
3 期 陆熙娴等: 湿地松和火炬松木材的化学性质及制浆特性 2 69
衰10 三种松木的Kp 法打魏性能
材 种
燕煮
编号 浆 种
打浆时间
(m in )
打桨度
(
。
SR )
打浆时间
(m in )
打浆度
(
“
S R )
打浆时 间
(m in )
打浆度
(
’
SR )
085
1179通82亡曰,仙咋山
‘
4古J吸.IJ孟‘马口哎
42305红8广西湿地松 漂白浆
79
‘1月马22月弓
.”01匕几舀一勺
口Ž
.
,曰旅””‘”勺O164工b355
安徽湿地松
浙江湿地松
广西火炬松
安徽火炬松
浙江火炬松
广西马尾 松
17
一
1
1 6
一
1
1 7
一
4
1 7
一
6
17
一
2
16
一2
17
一 5
17
一
7
1 7 一 3
1 6
一
3
81才,工通J兮亡」n”,一沙44广西湿地 松
广西火炬松
广西马尾 松
1 5 一 1
1 5
一
2
1 5 一3
未漂桨
三种松木的K P制桨的性催
浆 种 材 种
表1
打 浆度蒸煮编号
(
.
S R )
定 量 紧 度 抗张指数 耐破指数 撕裂指数 耐折度
( g / m
: ) ( g /
e m 3 ) (N
·
m / g ) (k Pa
·
m Z / g ) ( m N
·
m Z / g ) (次 )
漂自浆 广西湿 地松
安徽湿 地松
浙江湿 地松
广西火炬松
17
一
1
16
一
1
17
一
4
17
一
6
1 7
一 2
1 6
一 2
1 7
一
5
1 7
一
7
1 7
一
3
16 一3
4
.
66
5
.
6 4
4
.
23
5
.
0 0
4
.
6 2
5
.
5 3
4
.
30
4
.
3 1
5
.
2 7
6
.
0 5
6
.
5 5
8 6 9
12
.
1
1 1
。
6
5
.
5 9
7
.
3 8
:: :
8 3
8 6
1 8 3
3 8 7
1 2 0
1 5 3
2 2 1
3 3 6
1 4 7
1 1 0
蛇34
04
J,8O21174
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安 徽火炬松
浙江火炬松
广西马尾松
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或略低一些 。 纸浆物理性能也好 。 这与管宁等研究国外松纤维长度与树木生长纬度有关的结
论相一致。 相同树龄 、 不同产地其纤维形态 、 化学组成及制浆性能的差异有待进一步深入研
究。 不同树龄火炬松、 湿地松的半化学浆比较 , 火炬松随树龄增加纸浆硬度低、 强度高 , 浙
江火炬松 L zh 树龄最大23 a 相应各项强度均最高 (耐折度2 24 次 , 抗张指数 52 . 0 N o m / g 、 耐
破指数 3 . 6 k p a. m 丫g 、撕裂指数 1 5 . 2 m N ·m Z/ g) , 而湿地松则以安徽湿地松与广西湿地松强
度高 , 安徽湿地松又略高一些 。 总之树龄对半化学浆制浆性能影响不大 , 其中火炬松效果优
于湿地松 。
总之 , 试验结果表明湿地松 、 火炬松和马尾松材均为优质的造纸原料 , 树龄较大的显示
出较好的制浆特性 。 由于采集地点不同 , 故影响因素是多种的 , 有待进一步研究 。
2 7 0 林 业 科 学 研 究
今 考 文 献
l 陈国符 . 植物纤维化学 . 北京 . 轻工业出版社 , 1 980 .
2 管宁 , 刘昭息 , 潘志刚 . 不 同种源火炬松与湿地松水材 基本密度 和管胞长度的变异 . 林业 科学研究 , 1 9 9 3 ,
3 Ilo w e ll R z.
S o m e a g e
一 a s s o e ia te d tr e n d s o f p 1a n te d
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2 4 3 ~ 2 6 0
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