云南热研_4王草制浆性能研究初探.docx

云南热研王草制浆性能研究初探#4刘晓波( 昆明理工大学生化学院, 云南 昆明 650224)摘 要: 对云南德宏热研王草 #4 的纤维形态、化学成分及制浆性能进行初步研究, 分析比较了云南德宏热研 #4 王草的制浆性能。关键词: 热研 #4 王草; 皇竹草 ; 非木纤维原料 ; 纤维形态 ; 化学成分 ;制浆性能了试验研究, 对其制浆的性能进行了一些初步探讨。2原料和实验方法2.1原料处理实验用德宏王草采自云南德宏恒升生物科技开发 公司优质牧草新品种引种栽培试验示范基地。将试材风干, 根据植物纤维化学分析和蒸煮的需 要, 按文献14所述方法分别进行备料。2.2实验方法受试材水分、灰分、热水抽出物、1%naoh 抽出物、 苯- 醇抽出物、木素、多戊糖、综纤维素等按国家相关标准 进行; 植物纤维形态分析、制浆试验等分别按文献14所 述方法进行。3结果与讨论3.1原料的化学成分特性评价植物纤维原料的化学成分是判别造纸原料优劣与 利用价值的一个重要方面, 同时也是合理利用纤维原料 和制定制浆工艺技术条件的重要依据15。德宏王草化学 成分的分析结果列于表 1.中图分类号: ts 721+.3文献标识码: a1前言造纸工业是云南省工业强省经济发展战略的重点发展的十大产业之一, 省内外专家普遍认为, 在具有优良自然资源优势的云南发展造纸产业, 纤维原料主要立 足于定向培育发展纸浆工业林, 还要充分利用好蔗渣、 竹等非木纤维资源, 合理开发其它非木纤维资源对云南 造纸工业的发展具有重要的补充作用1。热研 #4 王草是一种兼具饲料、水土保持、生态等多 种功能, 极有发展前景的造纸非木材纤维原料, 在国内 造纸工业中目前已有中国制浆造纸研究院、华南理工大 学、国家制浆造纸工程中心、南京林业大学等单位对江 苏、福建、湖南产热研 #4 王草进行过包括化学成分、纤 维形态、蒸煮、漂白、黑液特性等部分研究, 江苏、湖南等 省的造纸企业有成功试用于生产中静电复印纸、双胶纸 等中高档文化用纸的报道211。热研 #4 王草早在 1999 年就由些畜牧科技人员 从中国热科院引入云南, 在昆明、红河、德宏、保山等地进 行试种的结果表明, 云南大部分地区都可种植, 在云南热 区中产量明显高于其它牧草品种, 集约栽培条件下, 鲜重 单产可高达 450 t/ahm2.既适应大规模集约化种植, 也适 合农户零星种植, 目前主要用于做牧草, 在临沧市、德宏 州也有种植于泥石流滑坡地带作为生态治理用途, 在思 茅市、红河州有企业用热研 #4 王草试验生产出各项质 量指标检测结果均达到或优于国家标准的中密度纤维 板1213。由于气候、土壤、生长培育制度等因素对植物纤维 原料的化学成分及纤维形态具有重要影响, 会对制浆造 纸的生产工艺、产品质量、成本等产生影响。为了了解生 长于云南省热带的热研 #4 王草的制浆造纸特性, 充分 利用我省热带、亚热带利于植物生长的自然优势, 我们 对生长于云南德宏的热研 #4 王草( 下称德宏王草) 进行24表 1德宏热研 #4 王草与常用草类纤维原料的化学成分的比较1517( %)水分灰 冷水 热水 苯- 醇 1%naoh 多戊 木 综纤原料分 抽出物 抽出物 抽出物抽出物糖素 维素德宏王草 6.07曲靖象草 8.732.226.03-11.134.334.458.054.527.63-12.417.616.729.265.0415.835.942.143.854.013.653.592.630.85-41.5232.3935.4041.8032.2926.2616.52 19.10 77.2621.44 21.70 75.8522.16 16.76 77.8819.50 20.82 78.1521.22 23.06 46.3522.60 15.60 40.8021.71 21.17 75.4023.51 19.30 42.16岩兰草11.17 4.77江苏王草 7.34 3.77象草 *8.43 5.69龙须草 * 11.00 4.96芦苇 *蔗渣 *6.70 4.4010.35 3.66注: 含 * 者为纤维素。由表 1 可见, 德宏王草化学成分中, 灰分含量为仅 为 2.22%, 远比我国造纸工业中大规模使用的芦苇和蔗 渣低; 木素含量相对较低, 综纤维素较高; 与云南省内外 其它地域生长的王草、象草等原料差别不大, 从化学成 分上看, 作纤维原料使用与芦苇和蔗渣较为相近, 属质 量较优良的纤维原料。3.2纤维形态特性纤维形态是指纤维的长度、宽度、长宽比、长度的均 匀性等, 作为植物纤维原料的特征, 与纸张的性能有密切 西南造纸2006 年第 35 卷第 6 期论 文 报 告 综 述as ticls a nd re vie w云南热研 #4 王草制浆性能研究初探表 2 德宏热研 #4 王草与几种草类纤维原料的纤维长度、宽度、长宽比的比较1517形态来判断植物纤维原料作为制浆造纸原料的价值的评价方法比较, 根据工业化生产方法对植物纤维原料进 行制浆性能和成浆物理性能的评价更能了解其工业化 生产的利用价值。为了解德宏王草的制浆性能, 我们对 其进行了蒸煮试验, 试验结果列于表 4.原 料一般平均一般平均长宽比德宏王草曲靖象草 岩兰草江苏王草 * 江苏象草 * 芦苇龙须草 麦草蔗渣0.982.150.812.020.701.900.551.55-0.601.601.342.851.031.601.012.3414.5932.848.0329.1810.918.88.7917.58-5.913.48.312.79.315.716.730.41.621.481.181.261.221.122.101.321.7317.6113.6015.011.1215.329.710.412.922.592108791137911520210277表 4 德宏热研 #4 王草与几种草类纤维原料的制浆性能比较1517德宏王草曲靖象草王草 1 王草 2 象草 1象草 2指 标用碱量(%)硫化度(%) aq 用量(%) 液 比最高温度() 升温时间(min) 保温时间(min) 得率(%)16.0 18.020014.0165906049.12 43.9817.0 19.020014.01656012017.000.0814.0160602051.1815.510.012.017015.01501502057.811.913.614.015.0014.516312010047.0168.312.416.0015.01601505046.010.2*13.4表 3 德宏热研 #4 王草与几种草类纤维原料的纤维长度频率分布的比较1517 mm %纤维长度频率分布原 料0.5 0.51.0 1.01.5 1.52.0 2.02.52.53.0 3.03.5 3.5德宏王草曲靖象草 岩兰草江苏王草 江苏象草 * 麦 草芦 苇 蔗 渣00.5019.012.3-6.0013.520.049.536.035.123.541.016.035.522.032.525.519.345.534.025.030.027.510.513.514.922.010.028.511.024.54.02.011.48.56.0185.04.51.51.54.42.52.08.53.51.51.51.51.01.002.51.51.01.01.01.60.51.01.545.49.64.9842.38.66.50硬度(卡伯值) 12.49.6残碱( gl- 1)6.910.1注: 王草 1 产地江苏、王草 2 产地福建建阳, 象草 1 产地湖南沅江, 王草 2、象草 2 产地福建建阳。含 * 者为 kmno4 值, 相关数据引自文献 511 。从表 4 所列试验结果可见, 在基本相同的蒸煮条件下, 德宏热研 #4 王草得率较高, 纸浆硬度较低, 显示出 其易于成浆, 所含木素易降解溶出, 纤维原料中碳水化 合物不易发生降解溶出的化学反应特性, 在生产中将具 有纤维原料单耗低, 可明显降低生产成本的优势。4 结论对德宏热研 #4 王草的化学成分、纤维形态及制浆 的初步试验结果表明, 与国内常用的非木材纤维原料相 比较, 其性能较为优良; 与文献报道的生长于其它地域 的象草、王草的相比较, 也存在一定质量优势。云南林纸工业以“浆为主, 适度发展纸, 浆纸产品立 足于满足本区域的消费”为发展原则。由于云南主要贸 易产品是烟酒、农副产品和旅游商品, 对包装纸和纸板 需求大而且发展潜力巨大, 云南浆纸产品要围绕烟酒等 工业发展的需要, 发展以包装为主要品种的造纸工业, 但云南造纸工业当前低档纸板产能过剩, 中高档产品主 要依靠省外输入。又地处内陆, 不能象东部沿海省份一 样依靠大量进口废纸, 外来纤维成本高, 同时省内废纸 少、质量差, 特别是在当前废纸价格不断上涨的情况下, 纤维利用要实现优质、低价, 就必须利用好区域内的资 源条件, 发展自制浆。从现有的相关研究来看, 热研 #4 王草是一种适宜云南热区发展的一种优良的非木材纤 维原料, 特别是从现有的栽培情况看, 单产所具有的优 势( 3090 t/hm2a) 更是芦苇、蔗渣、龙须草( 一般 7.515 t/hm2a) 等非木材纤维原料品种所远不能及, 虽纤维长 度不及大多数竹类, 但成浆容易( 易蒸煮、易漂白) , 较竹联系。德宏王草的主要纤维形态指标分别列于表 2、表 3.纤维长度是非常重要的衡量植物纤维原料质量优劣 的指标之一, 纤维长, 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 2 可看出, 德宏王 草纤维平均长度、平均宽度、长宽比分别为 1.62 mm、17.61 m、长宽比 92, 与表 2 中几种草类纤维原料分别为 1.121.73 mm、9.722.5 m、77115 相比较, 纤维平 均长度近于蔗渣原料, 纤维平均长度较长。纤维长度的频率分布是纤维长度的非均一性的体 现, 从纤维长度分布频率可以了解不同长度的纤维在原 料中所占的比例。从表 3 可以看出, 德宏王草纤维长度 在 1.02.5mm 的比例达到 76.5% , 处于较高水平, 且纤 维长度的分布具有比其它原料更好的均一性。与江苏王草相比较, 则纤维的平均长度和纤维长度 均一性优势更为明显, 是否意味着王草在云南德宏更为 适生, 作为纤维原料更有优势? 由于植物栽培技术与品 种、气候、土壤等一样对植物生长影响显著, 究竟是何因 素导致这样的差别, 还需深入研究。但从纤维形态的分 析测定结果上看, 可以得出德宏王草比目前国内常用的 草类纤维原料具有更为优良的特性的结论。3.3蒸煮试验植物纤维原料纤维形态、化学成分是评价其作为制浆造纸原料质量优劣的最主要因素, 能否利用具有良好纤维形态、化学成分组成的原料生产出质量优良的纸 浆, 还要取决于制浆过程中原料中各化学成分的变化和 纤维是否受到合理的机械作用。与根据化学成分、纤维sou th w est p u lp an d p a p er 2006.vol.35,n o.6类具有更为速生、适生的优势, 可显著( 下转第 29 页)25论 文 报 告 综 述as ticls a nd re vie w云景林纸引种桉树制浆性能的研究壁厚, 打浆不易分丝帚化的结果。3.7.2桉木浆物理强度指标表 10 桉木浆、杂木浆、思茅松浆打浆情况思茅松浆, 而抗张指数、耐破指数高于杂木浆和思茅松浆, 说明桉木浆 纤维的结合力要好于杂木浆和思茅 松浆的。从抄成的纸片看, 桉木漂白 浆成纸匀度、不透明度、平滑度要好 于杂木浆和思茅松浆, 是抄造印刷 书写纸、生活用纸等的优质原料。130 , 60 min; 130162 , 60 min,保温 90 min, 细浆得率50%, 粘度1 200 dm3/kg.桉木浆氧脱木素适宜的工艺条 件为: 浆浓10% , naoh 用量 2.0%2.3% , mgso4 用量 0.5% , 氧 气 压 力0.5 mpa , 氧 脱 时 间 60 min, 氧 脱 温 度 约 95, 脱 木 素 前 浆 卡 伯 值 为2022, 脱后卡伯值为 111, 粘度1 100 dm3/kg, 氧脱得率为 96%98%.使用 do- ep- d1 漂白流程, 可将 氧 脱 后 桉 木 浆 漂 白 至 85% ( iso) 以 上, 漂白浆粘度1 000 dm3/kg, 其 适宜工艺条件为:do 段 : 二 氧 化 氯 用 量 1.1% 1.5%, 温度 7080, 浆浓 10%, 时间60 min, 残液 ph 值 34.ep 段: 过氧化氢用量 0.5%1.0%,naoh 用量 0.5%1.0%, na2sio3 用量2%3%, 温度 8590, 浆浓 10%, 时 间 60 min, 终点 ph 值 10.511.5.d1 段: 二氧化氯用量 0.3%0.4%, 温度 7080 , 浆浓 10% , 时间 180 min, 残液 ph 值 34.参考文献原浆打浆 湿重 打浆时间 打浆电耗 打浆度浆 种度( sr)( g)( min)( kwh)( sr)桉木浆( 氧脱)杂木浆( 氧脱)桉木浆( 漂白)杂木浆( 漂白)思茅松浆( 漂白)17.514.016.015.011.00.116.18-25324136430.310.350.400.390.5144.545.046.046.546.04结论从四种桉木基本密度、化学组将打浆后的桉木浆、杂木浆、思茅松浆( 见表 10) 进行抄片, 抄成的 纸片烘干后在恒温恒湿室中恒重 4 h 后, 按标准方法检测 纸 片 定 量 、紧 度、耐破指数、抗张指数、撕裂指数。分、纤维形态实验检测结果和制浆性能上看, 四种桉木的制浆得率高, 成浆性能好, 是较好的制浆原料, 可 以大面积推广种植。利用云景林纸引种的桉树制成 的桉木漂白浆, 其成浆物理指标可 以达到国家轻工行业漂白硫酸盐阔 叶木浆(qb/t1678- 1993)a 级产品的 标准。用桉木浆抄成的浆片匀度、平 滑度比思茅松浆、杂木浆好、不透明 度高, 是生产印刷书写纸、生活用纸 等的优质纤维原料。利用云景林纸引种的桉树进行 硫酸盐法浆的生产, 其推荐的工艺 条件为:从保持纸浆强度和提高得率的 角度出发, 宜采用低温高硫化度蒸煮, 蒸煮卡伯值宜控制在 2022.蒸煮工艺 条件为: 用碱量为 20%21%, 硫化度 为28%30%, 蒸煮温度 162 , 蒸煮曲 线为: 70以前加温时间 30 min;70表 11 成浆物理强度指标定量紧度 撕裂指数 耐破指数 抗张指数浆 种( g/m2) ( g/m3) ( mnm2/g) ( kpam2/g) ( nm2/g)标准( 漂白阔 a)桉木( 本色)杂木( 本色) 桉木( 漂白) 杂木( 漂白)思茅松( 漂白)60.062.161.061.560.461.0-0.5020.4250.5160.4300.4326.508.0611.018.5611.0718.333.604.822.664.362.383.9650.070.347.261.245.845.3从检测结果看, 桉木本色浆撕裂指数比杂木浆低, 其原因在于桉 木浆的纤维较短。然而, 桉木本色浆 的耐破指数、抗张指数则要远远高 于杂木浆的。表明了桉木浆具有较 好的纤维结合强度。至于桉木的漂 白浆, 其物理强度指标已达到国家 轻工行业漂白硫酸盐阔叶木浆(qb/ t1678- 1993)a 级产品的标准。桉木 漂白浆的撕裂指数要低于杂木浆和1中国造纸研究院. 桉树种植与制浆造纸研讨会论文集.2005,陈 克 利 等.715 a 思 茅 松 制 浆 性 能 的 研 究 报告.昆明理工大学, 2003,安国兴, 李世勇等.思茅松制浆研究报告.北 京造纸工业科学研究所, 1991,23#( 上接第 25 页) 降低生产成本, 尤其是纸板等纤维原料所占成本比例较 高的产品的成本。参考文献1996,(6):45.蔡兆斌.引进皇竹草种植、制浆初探 j .中 华纸业,2002,25(4):42.张 辉, 黄德裕, 李忠正. 皇竹草的生物特性 与化学组成 j .中国造纸,2003,22(5):1- 4.张 辉,黄德裕,李忠正.皇竹草 kp- aq 法蒸 煮性能及反应机理的研究 j .中国造纸学 报,2003,18(2):30- 34.黄寿恩.象草、香根草、狼尾草用于造纸原料 的研究 j .纸和造纸,2006,25(增刊): 24- 26. 李晓林,周比邻,胡爱君等,象草硫酸盐法蒸 煮工艺的探讨 j .湖南造纸,1995