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1、杉木制浆适应性研究 邓拥军房桂干李萍沈葵忠韩善明 杉木是我国亚热带地区主要的速生针叶材种，在“六五”至“八五”期间， 国家在南方各省区进行了大规模的杉木种源，良种选育，营林技术及抗病虫害方 面研究，取得了很大的成绩，杉木人工林在我国南方已形成了巨大的规模。一直 以来，杉木都主要是作为一种优良的建筑用材，在建筑工业上发挥了巨大的作 用。可是，近年来随着国民经济的飞速发展，科学技术的不断进步，建筑材料已 发生了巨大的变化，杉木在建筑上的用途也逐渐被其它新型的优质材料所替代， 由此造成了许多地区杉木的大量积压，无法很好地被利用。因此急需为杉木开发 出新的用途以寻找新的出路。本文以杉木为原料，分别采用
2、硫酸盐法和化学机械 法对其进行制浆性能的研究，研究结果将对杉木在制浆造纸上的应用提供可靠的 理论依据。 1 材料与方法 1 1 试材 实验用杉木树龄为13 年生，产于江西某农场，削片后储存备用。 1 2 试验方法 1 2 1 化学成分及纤维长度 木片在W i l l e y 磨中粉碎，取4 0 6 0 目的筛份按国家有关标准方法分析其化学 成分。将木片切成火柴杆状后用过氧化氢和冰醋酸在6 0 。C 下处理，将纤维分离后 用纤维分析仪分析杉木原料的纤维长度。 1 2 2 杉木硫酸盐法制浆 1 ) 硫酸盐法蒸煮 杉木硫酸盐法蒸煮在澳大利亚产3 升6 罐空气浴蒸煮器中进行，每罐装锅量为 5 0 0
3、克绝干木片。采用三个不同的用碱量对杉木进行蒸煮，蒸煮结束，纸浆经洗 涤、筛选、脱水，测定粗浆得率、细浆得率、筛渣率及纸浆硬度。 2 ) 漂白 采用E C F 漂白，漂白程序为D 1 ( E O P ) D 2 ( P 0 ) 。( E O P ) 及( P O ) 段均在氧 漂反应器中进行，其余各段均为纸浆置于塑料袋中在水浴锅中进行。漂白工艺条 件为： D 1 段：C 1 0 2 ( C 1 0 2 计) 1 3 5 9 ， E O P 段：N a o t t 2 0 ，M g S 0 4 0 5 9 ， D 2 段：C 1 0 2 ( C 1 0 2 计) 0 7 0 ， 3 ) 打浆 浆浓
4、1 0 9 ； H 2 0 2 0 3 ，浓度1 0 ，氧N o 7 M p a ； 浆浓1 0 ； 未漂浆及漂白浆料采用P F I 磨进行打浆，打浆浓度为1 0 ，装浆量为3 0 克绝干 浆，每种浆料均打四个不同的叩解度，研究纸浆的打浆性能。 4 ) 抄片及物检 抄片在英国M e s s m e r 纸页成形器( 带白水循环) 上进行，将纸页抄造成6 0 9 m 2 定量。纸页光学性能及物理检验均按T A P P I 方法进行。 1 2 3 杉木化学机械法制浆 本研究采用典型的A P M P 工艺及P - R CA P M P 对杉木进行对比制浆研究。制浆流 程为：木片经水洗浸泡后，在1 1
5、 0 “ C 的预汽蒸器中汽蒸1 0 分钟，然后进行第一道 螺旋挤压( 压缩比l ：4 ) ，挤压后的物料进行第一段化学浸渍，浸渍后的物料再 进行第二道螺旋挤压( 压缩比l ：4 ) ，挤压后的物料再进行第二段碱性过氧化氢 浸渍，最后用常压磨进行磨浆( 其中P - R CA P M P 工艺中一段常压磨浆后，浆料在 高浓停留塔中完成漂白反应后，再进行后续磨浆) ，并分别磨四个不同的游离 度，以考察纸浆性能。制得的浆料经消潜、洗涤、筛选净化后，将其抄造成6 0 9 m 2 定量纸片，按T A P P I 标准检测纸页的物理性能及光学性能。 2 结果与讨论 2 。1 原料的纤维形态及化学组成 纤维
6、形态及化学组成均为评价纤维原料作为纸浆用材优劣的重要指标。为了 解杉木作为造纸原料在制浆造纸过程中的行为及预测其成浆成纸性能，我们对杉 木的纤维形态及化学组成进行了研究测试，结果列于表1 、表2 。由表l ，表2 可 见，杉木的纤维的平均长度达2 4 5 m m ，纤维形态较较为优良；杉木基本密度较 小，基本密度为3 6 0 k g m s ，属于低密度材，这有利于制浆过程中的蒸煮药液渗 透。不过，原料的基本密度过低，也会导致装锅容量较小，在一定程度上影响了 生产能力。 表1 杉木的化学组成 T a b l e lT h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o
7、nf r O mC h i n af i r 基本密度平均长度平均宽度 长宽比 细胞腔直径 双壁厚壁腔比 k g m 3 m m umum“m 2 2 杉木制浆性能 2 2 1 化学法制浆性能 2 2 1 1 杉木硫酸盐法蒸煮 本研究选用三个不同的用药量对杉木片进行优化蒸煮。杉木属于针叶材，蒸 煮后纸浆卡伯值不能过低，否则，则导致纤维素的过度降解。因此，本研究要求 蒸煮后纸浆的卡伯值在3 0 左右，蒸煮工艺条件及结果如表3 。由表3 可见，用碱量 为l7 ( N a 。0 计) ，硫化度为2 5 条件下制取杉木硫酸盐浆符合要求，纸浆的卡伯 值为3 2 3 ，并有着较高的聚合度。 2 2 1 2
8、 未漂浆打浆性能 对用碱量为1 7 ( N a 。0 计) ，硫化度为2 5 条件下制取的卡伯值为3 2 3 的杉木 硫酸盐浆用P F I 磨进行打浆，研究其打浆性能，结果如表4 。由表4 可见，杉木浆 叩解度为4 0 。S R 时，抗张指 数可达1 0 0 N m g 以上，实验室 制得的杉木未漂硫酸盐浆物 理强度性能优良。 2 2 2 纸浆漂白性能 2 2 2 1 纸浆漂白 由于传统的C E H 三段漂白 的废水中含有二嗯英等有机 氯化物( A O X ) ，毒性极大， 具有强致癌性，给环境和人 类健康带来严重的威胁。E C F 漂白采用具有对木素的选择 性强的C l O 。进行漂白，可以
9、大 幅度的降低氯元素的使用 量，同时氧化木素时绝大部 分氯元素不发生取代反应， 因而有机氯化物的生成量比 CEH 漂白要少得多。而且用 C 10 。代替C 1 。进行漂白的E C F 漂 白方法还具有成浆白度高及 强度好等优点。因此，本研 究先对纸浆进行两段氧强化 脱木素，然后采用D I ( E O P ) D 2 ( P O ) 的E C F 漂白方式进行 漂白，漂白结果如表5 、表 6 。由表5 可见，杉木未漂硫 表3杉木硫酸盐法优化蒸煮工艺条件及结果 T a b l e 3t h ek r a f tp u l p i n gc o n d i t i o n sa n dr e s u
10、 l t s o fC h i n af i r 项目条件及结果 表4 未漂杉木硫酸盐浆质量性能 T a b l e 4t h ep r o p e r t i e so fu n b l e c h i n gk r a f t p u l pf r O mC h i n af i r 项目K S 一0K S lK S 一2K S - 3 叩解度oS R 1 52 8 03 9 04 6 5 紧度g c m 3 0 6 10 6 3o 6 9o 7 6 耐破指数k P a m 2 g3 8 5 5 2 36 2 56 4 7 撕裂指数m N m 2 g2 4 6 82 1 62 3 3 2
11、2 7 伸长率 3 53 94 24 4 抗张指数，N m g5 6 1 0 8 9 0 3 9 8 1 21 0 3 7 4 酸盐浆经两段氧脱木素后，纸浆的聚合度有一定的损失，但是，经过两段氧脱木 素，纸浆的木质素脱出率达5 4 6 ，而且，浆料经两段氧脱木素后，纸浆的白度 也有大幅度的提升，这有利于后续漂白节约化学药品消耗及提升纸浆白度；表6 d 可见，杉木硫酸盐浆先经两段氧 脱木素后，在较低的漂白化学药 品消耗条件下，采用D I ( E O P ) D 2 ( P O ) 漂白流程进行漂白，白度 可达8 9 8 I S 0 。 2 2 2 2 漂白浆打浆性能 漂白浆料采用P FI 磨进行
12、打 浆，打浆浓度为10 ，装浆量为3 0 克绝干浆，分别打四个不同的叩 解度，并采用英国M e s s m e r 纸页成 形器( 带白水循环) 将纸浆抄造 成6 0 9 m 2 定量纸页，研究纸浆的打 浆性能。按T A P P I 方法对纸片光学 性能及物理性能进行测试。测试 结果如表7 。由表7 可见，杉木硫 酸盐浆经两段氧脱木素后，采用 D 1 ( E O P ) D 2 ( P O ) 漂白流程进行漂 白所得纸浆，不仅光学性能优 良，而且，还具有很好的强度性 能，叩解度为4 0 。S R 时，纸页的 抗张指数可达9 0 N m g 以上。 2 3 杉木制化学机械浆 基于目前化机浆生产实
13、践中 A P M P 及P - R CA P M P 制浆工艺技术较 传统的B C T M P B C M P 流程简单，投资 表5 杉木未漂硫酸盐浆两段氧脱木素结果 T a b l e 5t h er e s u l t so fu n b l e a c h e dC h i n af i rk r a f t p u l pa f t e rO x y g e ne n f o r c ea l k a l ie x t r a c t i o n 一段氧脱木素条件： 氧压o 9 M p a ， 二段氧脱木素条件： 氧压0 5 M p a ， N a O H l 5 ，M g S 0 4
14、 0 3 0 N a O H I 5 0 ，M g s o , o 3 0 ， 表6 杉木硫酸盐浆D I ( E O P ) D 2 ( P O ) 漂白结果 T a b l e 6t h eb l e a c h i n gr e s u l t so f C h i n af i rk r a f tp u l p 项目 指标 纸浆白度，I S 0 漂白得率 未漂浆聚合度 漂后浆聚合度 聚合度损失 8 9 7 9 4 4 8 1 3 1 4 8 7 7 3 3 3 省，且得率高、质量好、废水也较易处理，尤其是在传统A P M P 基础上改进而成的 P R CA P M P 制浆工艺，一改传
15、统A P M P 工艺中对木片进行漂白为磨浆过程中加药， 在高浓高温条件下对纸浆进行漂白，大大的提高了过氧化氢的漂白效率，克服了 传统A P M P T 艺中过氧化氢的漂白效率较低，难于实现纸浆的高白度漂白的缺点。 表7 杉木硫酸盐浆0 1 ( E O P ) D 2 ( P O ) 漂白纸浆性能 T a b l e 7t h ep r o p e r t i e so fb l e a c h i n gk r a f tp u l pf r o mC h i n af i r 项目 B K S 一0 B K S - IB K S 一2B K S 一3 B K S 一4 叩解度，。S R 1
16、 3 52 7 3 8 55 26 3 紧度，g c m 3 耐破指数，k P a m 2 g 撕裂指数，m N m 2 g 伸长率， 抗张指数，N m g 纸浆白度，I S O 不透明度， 光散射系数，m 2 k g 光吸收系数，m 2 k g O 5 7 2 7 0 2 2 5 0 4 3 3 2 5 0 8 9 8 7 4 0 9 3 4 1 0 O 1 8 O 7 7 7 7 2 1 2 6 4 4 8 8 6 0 5 8 9 4 6 5 5 4 2 1 0 2 O 2 4 0 8 0 8 1 0 l O 4 6 5 0 8 9 1 5 8 9 0 6 3 11 1 8 4 7 0 2 7 0 8 2 8 4 5 9 8 5 5 1 9 2 8 3 8
