造纸所用的植物纤维原料

造纸所用的植物纤维原料制浆造纸教育部重点实验室第一页，共六十八页。造纸用植物纤维原料的分类木材纤维针叶木：松、柏、杉（又称为软木）阔叶木：杨、柳、桉、相思木等（又称为硬木）禾本科茎杆纤维竹、麦草、苷庶渣等籽毛纤维棉花叶纤维香蕉叶、甘蔗叶、龙须草韧皮纤维树皮（檀皮、构皮等）类麻皮（大麻、黄麻、亚麻等）类废纸制浆造纸教育部重点实验室第二页，共六十八页。（一）木材纤维原料1、针叶材（softwood）

这类植物的叶子多呈针状、条状或鳞型，材质比较松软，纤维较长。代表植物：松、柏、杉等。水杉杉木马尾松制浆造纸教育部重点实验室第三页，共六十八页。“科学上的惊人发现——1亿年前称雄世界而后消失了2000万年的东方红杉，在中国内地一个偏僻的小村仍然活着！”这是1948年3月25日美国《旧金山纪事报》上登载的一条头号新闻。

制浆造纸教育部重点实验室第四页，共六十八页。2.阔叶材（hardwood）

叶子多为宽阔状，材质坚硬，称之为硬木，造纸工业中使用的是材质较松软的品种，如杨、桉、柳、楹木、相思木等。三倍体毛白杨尾叶桉马占相思制浆造纸教育部重点实验室第五页，共六十八页。（二）非木材纤维原料①禾本科纤维原料：竹子、芦苇、荻、芒秆、甘蔗渣、麦草等。竹子玉米杆甘蔗渣稻草芦苇麦草制浆造纸教育部重点实验室第六页，共六十八页。②籽毛纤维原料：棉花、棉短绒及棉质破布等。棉花制浆造纸教育部重点实验室第七页，共六十八页。③叶部纤维原料：龙舌兰、香蕉叶、甘蔗叶、龙须草等。香蕉叶甘蔗龙须草龙舌兰制浆造纸教育部重点实验室第八页，共六十八页。大麻④韧皮纤维原料：树皮类：桑皮、檀皮、构皮、棉秆皮等。麻类：红麻、大麻、黄麻、青麻、亚麻等。构树韧皮中含有大量优质纤维,纤维色泽洁白,具有天然丝质外观,手感柔软,具丝和棉的感觉,性能稳定性较好,耐腐蚀性较好,是做宣纸、人造棉、钞票用纸的好材料。

青麻制浆造纸教育部重点实验室第九页，共六十八页。（三）其它非木材纤维原料

主要指棉杆，结构介于木材和禾本科原料之间。制浆造纸教育部重点实验室第十页，共六十八页。废新闻纸(ONP)制浆原理与工程纸箱与纸板废纸OCC（OldCorrugatedContainer）制浆造纸教育部重点实验室第十一页，共六十八页。造纸所用各原料的生物结构制浆造纸教育部重点实验室第十二页，共六十八页。树木的结构树冠树干：树皮、形成层、木质部、髓树根木材纤维原料的生物结构制浆造纸教育部重点实验室第十三页，共六十八页。①木材的三个切面：

横切面、径切面、弦切面横切面：与树干的轴相垂直的切面。径切面：通过树心、与木射线平行的切面（通过直径方向的切面）。弦切面：(切向切面)，即垂直于木射线、与年轮相切的切面。木材纤维原料的宏观结构指能用肉眼或者十倍放大镜所能看到的木材的构造特征制浆造纸教育部重点实验室第十四页，共六十八页。

②树皮：形成层之外的组织统称树皮。

外树皮：死细胞构成内树皮：活细胞构成的次生韧皮部，包括形成层之外的由全部活细胞组成的韧皮部。制浆造纸教育部重点实验室第十五页，共六十八页。③形成层（cambium）

位于韧皮部和木质部之间的薄层一般由6－8层两类细胞组成，具有分生能力，但只有一层原始细胞具有永久分生能力。含两类原始细胞：分别形成木质部增生和木射线树皮←形成层→木质部制浆造纸教育部重点实验室第十六页，共六十八页。④

木质部（xylem）形成层与髓心之间木材部分。制浆造纸教育部重点实验室第十七页，共六十八页。⑤

髓（pith）位于横切面的中心位置细胞种类为薄壁细胞制浆造纸教育部重点实验室第十八页，共六十八页。⑥年轮年轮（生长轮）：木质部横切面上的同心圆环。（growing-ring）、（annual-ring）判断树龄没有干湿季节变化的热带地区，年轮可能不明显年轮在一个生长季节内，早材和晚材共同组成一轮显著的同心圆环，代表树木一年中所形成的木材不少植物一年内正常生长不止形成一个年轮，如柑橘一年形成三个年轮，这叫假年轮制浆造纸教育部重点实验室第十九页，共六十八页。⑦春材和秋材春材（早材springorearly-wood）秋材（晚材autumnorlate-wood）制浆造纸教育部重点实验室第二十页，共六十八页。早材层：春、夏季，细胞分裂快，生长迅速，形成的细胞壁薄，腔大，色浅，木质疏松。晚材层：秋、冬季，细胞生长慢，所形成的细胞较细长，壁厚，腔小，色深，木质紧密。

秋材春材制浆造纸教育部重点实验室第二十一页，共六十八页。春材树木一个年轮中靠近髓心颜色较浅的部分，纤维细胞壁薄腔大，树脂含量低，材质较疏松，纤维较柔软，纤维间的结合力大，但单根纤维强度差。秋材树木一个年轮中靠近外侧颜色较深的部分，材质紧密，树脂含量高，纤维细胞壁厚腔小，纤维挺硬。制浆造纸教育部重点实验室第二十二页，共六十八页。Hereisascanningelectronmicrographofawoodwhichshowstheabrupttransitionzonefromearlywoodtolatewood.ThisisDouglas-fir.Redpineisanotherspeciesthatillustratestheabruptchangeofthetransitionzone.Thetwolargeholesonthecrosssectionareresincanals.制浆造纸教育部重点实验室第二十三页，共六十八页。边材(sapwood)：木质部靠树皮的部分（横切面上颜色较浅的），水分较多⑧心材、边材心材(heartwood)：树木在生长过程中，木质部靠树心的部分组织逐步被树脂、单宁、色素等物质填充而失去活性变成死细胞，这部分（横切面上颜色较深的中心部分）水分较少，称为心材。制浆造纸教育部重点实验室第二十四页，共六十八页。在阔叶木横切面上裸眼就可以看到很多小点，这就是阔叶木的导管，故称阔叶木为有孔材，根据导管在一个年轮中的分布情况将其分为环孔材、散孔材、半环孔材。⑨环孔材、散孔材、半环孔材制浆造纸教育部重点实验室第二十五页，共六十八页。

环孔材：早材导管比晚材导管大（年轮明显）如榆木、栗木、桉木散孔材:导管的大小和分布比较均匀（年轮不明显）如杨木、桦木半环孔材：导管的分布介于环孔材和散孔材之间

如柿树、水青冈、核桃树制浆造纸教育部重点实验室第二十六页，共六十八页。在光学显微镜下，通常可将细胞壁分为初生壁（P）、次生壁（S）、以及两细胞间存在的胞间层（middlelamella,ML）。

木材纤维原料的微观结构制浆造纸教育部重点实验室第二十七页，共六十八页。初生壁

是细胞分裂后，在胞间层两侧最早沉积、并随细胞继续增大时所形成的壁层。胞间层是细胞分裂以后，最早形成的分隔部分，后来就在此层的两侧沉积形成初生壁。胞间层主要由一种无定形、胶体状的果胶物质所组成。次生壁是细胞停止增大以后，在初生壁上继续形成的壁层。制浆造纸教育部重点实验室第二十八页，共六十八页。 次生壁在细胞壁中最厚，占细胞壁厚度的95%以上，次生壁的主要成分是纤维素和半纤维素的混合物，后期也常含有大量木质素和其它物质。

初生壁一般较薄，通常只有细胞壁厚度的1%或略多一点。其实，初生壁也是会出现分层现象的，这是由于壁层生长时沉积了不同物质的结果。制浆造纸教育部重点实验室第二十九页，共六十八页。次生壁分为三层： 次生壁外层（S1层，占10-20%） 次生壁中层（S2层，占70-90%） 次生壁内层（S3层，占2-8%）制浆造纸教育部重点实验室第三十页，共六十八页。细胞壁结构术语制浆造纸教育部重点实验室第三十一页，共六十八页。制浆造纸教育部重点实验室第三十二页，共六十八页。初生壁厚度仅0.1μm次生壁厚度较厚(5-10μm)S1的厚度为细胞壁厚度的10％-20％；S3的厚度为细胞壁厚度的2％-8％；S2层最厚，在管胞、木纤维等主要木材细胞中可占细胞壁厚度的70％-90％。细胞壁的厚或薄主要S2层的厚薄决定。制浆造纸教育部重点实验室第三十三页，共六十八页。管胞木薄壁组织树脂道针叶木生物结构与细胞形态制浆造纸教育部重点实验室第三十四页，共六十八页。①管胞（tracheid）定义在针叶木中纵向生长的细长管状厚壁细胞，两端钝圆或钝尖，形似纺锤状。特征针叶木最主要的细胞，一般占针叶木细胞总数的90-95%。平均纤维长度2-5mm，宽0.02-0.05mm。制浆造纸教育部重点实验室第三十五页，共六十八页。分类早材管胞：壁薄腔大，两端钝圆，纹孔大且多晚材管胞：壁厚腔小，两端尖削，纹孔小且少制浆造纸教育部重点实验室第三十六页，共六十八页。②木薄壁组织分类木射线管胞：轴向排列，含量少，壁厚腔小，不含树脂，有具缘纹孔。木射线薄壁细胞：径向排列，壁薄腔大，内含树脂。是细胞间横向流通的通道，具有储存营养的作用。特征形似纺锤状占木材体积的5～10％木射线管胞木射线薄壁细胞制浆造纸教育部重点实验室第三十七页，共六十八页。③树脂道是部分针叶木独有的特征，是由若干个具有分泌树脂能力的分泌细胞所围成充满树脂的孔道不是一个细胞或组织，而是细胞间隙，中间充满树脂占木材体积的0.1-0.7%制浆造纸教育部重点实验室第三十八页，共六十八页。制浆造纸教育部重点实验室第三十九页，共六十八页。阔叶材生物结构与细胞形态木纤维阔叶木管胞导管木射线木薄壁组织制浆造纸教育部重点实验室第四十页，共六十八页。①木纤维（woodfiber）阔叶木的纤维细胞，是阔叶木的最主要细胞和支持组织。特点：长度短，直径小（平均纤维长度1mm；宽度<20um）大部分阔叶材的纤维细胞含量为60～80%。制浆造纸教育部重点实验室第四十一页，共六十八页。②导管分子（vesselelements）阔叶木中的水分输导组织，是由直径很大的管状细胞的端壁相连而成的。导管是由一种死亡了的，只有细胞壁的细胞构成的，而且上下两个细胞是贯通的。它位于维管束的木质部内，它的功能很简单，就是把从根部吸收的水和无机盐输送到植株身体各处，不需要能量。

约占阔叶材总体积的20%。制浆造纸教育部重点实验室第四十二页，共六十八页。以导管的细胞壁的增厚情况不同，可分为五种类型：环状导管、螺旋状导管、梯形导管、网纹导管、纹孔导管制浆造纸教育部重点实验室第四十三页，共六十八页。杨木导管带有小舌

制浆造纸教育部重点实验室第四十四页，共六十八页。③阔叶木管胞阔叶材中的管胞短而少，但是形态与针叶木中的管胞类似纹孔为具缘纹孔。④木薄壁细胞（parenchymacell）轴向薄壁组织壁薄，形体小制浆造纸教育部重点实验室第四十五页，共六十八页。⑤木射线薄壁细胞（woodrayparenchymacell）占木材总体积的20%左右同型木射线：只有径向排列的木射线细胞

异型木射线：既有直立的又有横卧的细胞制浆造纸教育部重点实验室第四十六页，共六十八页。针叶材与阔叶材组织结构比较制浆造纸教育部重点实验室第四十七页，共六十八页。制浆造纸教育部重点实验室第四十八页，共六十八页。针叶材和阔叶材横切面的显微镜图Softwood(20X)crosssectionHardwood(20X)crosssection制浆造纸教育部重点实验室第四十九页，共六十八页。禾本科类纤维原料生物结构与细胞形态制浆造纸教育部重点实验室第五十页，共六十八页。（1）生物结构：①维管束组织 纤维细胞、导管细胞、筛管细胞②表皮组织表皮细胞纤维组织带：外表皮层下的纤维细胞③薄壁组织制浆造纸教育部重点实验室第五十一页，共六十八页。（2）细胞形态（1）纤维细胞形态：两端尖削，腔小。纤维长度1.0－1.5mm(一般<2mm)，宽一般10～20um。（又细又短）纤维含量低，40～70％（2）薄壁细胞含量高，又称为基本组织（禾本科原料的一大特点）壁薄腔大，形状多样（杆状、长方形、正方形、球形、枕头形等）增加化学药品的消耗；壁薄易碎，影响原料水解、热解效率，影响制浆造纸过程及产品质量。制浆造纸教育部重点实验室第五十二页，共六十八页。（3）表皮组织

位于叶子和禾杆的外表面，作用是保护植株的内部器官。 长细胞多为锯齿状。短细胞由硅细胞和栓细胞组成。表皮细胞制浆造纸教育部重点实验室第五十三页，共六十八页。制浆造纸教育部重点实验室第五十四页，共六十八页。（4）导管和筛管制浆造纸教育部重点实验室第五十五页，共六十八页。70属，1300余种；主要分布在热带和亚热带地区我国为亚洲和世界竹类种属最丰富的国家，约30属，400余种，主要分布在南方有楠竹，白夹竹，慈竹生长迅速、成林快、产量高，4-6年成林。竹子纤维原料生物结构与细胞形态制浆造纸教育部重点实验室第五十六页，共六十八页。毛竹（又称楠竹）白夹竹制浆造纸教育部重点实验室第五十七页，共六十八页。（1）竹材的细胞形态竹秆具有明显的节和节间，节间中空，称为髓腔；髓腔周围的壁称为竹壁。节间主要由：维管束、基本组织和表皮系统组成。（1）纤维细胞：占细胞总量的50-80%（慈竹83.8%）宽度：15-18μm细胞特点：壁厚、腔小，纹孔稀少制浆造纸教育部重点实验室第五十八页，共六十八页。（2）薄壁细胞和石细胞：薄壁细胞：腔大壁薄，形状多样（有方形、棒形、枕形、腰鼓形）石细胞：厚壁细胞，形状多样（枕形、腰鼓形、球形）；主要存在于皮层，髓部竹类中石细胞含量较高（20～30％）。制浆造纸教育部重点实验室第五十九页，共六十八页。（3）竹材的超微结构特点：次生壁是多层组织（不同于木材和其它禾本科植物）由外向内宽层窄层交替排列S1层较厚，纤维挺硬，不易弯曲制浆造纸教育部重点实验室第六十页，共六十八页。草类原料的超微结构草类原料P层结构松弛，微细纤维无规则排列S1层较厚，S1/S2结合紧密