心材比例对亮果桉硫酸盐浆性能的影响

心材比例对亮果桉硫酸盐浆性能的影响 Research&DevelopmentI研究开发麓一 EffectsofEucalyptusNitensHeartwoodinKraftPulping 亢能(KangNeng)崔立(CuiLi)编译 智利引入的用于制浆的速生树种中,桉木种植 面积占31.27Yhm,其中蓝桉约74%,其余的为亮果 桉.亮果桉在智利南部(38~42.S)的4区及5区生 长良好,其轮伐周期为8,14年,植株高度耐寒, 耐霜冻,可为制浆造纸行业提供较为充足的木材供 应. 对于桉木,尤其是蓝桉作为制浆原料的研究主 要集中在树龄,茎高,立地生产力和其他参数的评 定上,但目前尚未有亮果桉心材的独特性能对硫酸 盐浆性能影响的研究.本实验的目的是研究心材和 边材之间的物理性质和化学性质的差异,并评估这 些差异对硫酸盐法制浆过程的影响. 亮果桉的特征 与蓝桉相比,亮果桉的木材密度小11%,纤 维更短且细,其抽出物含量高24%,木素含量高 WorldPulpandPaperVo1.29,No.5 7%,14%.这些差异会对制浆过程有影响.亮果桉 制浆时细浆得率低4%,8.3%,浆产量会更低.浆 料孔少,不易滤水,成纸松厚度较低,但不透明 度高. 最近的多项研究显示,不同树龄的亮果桉木材 之间相差也很大.Peredo曾发现,树龄增加6年,木 材密度增加1O%,纤维长度增长24%,而抽出物含 量增加了67%.Kibblewhite等采用新西兰亮果桉进 行研究发现,树龄增}JH3年,纤维长度增长7%,细 胞壁厚度增3JH3%. 从树干下部到顶木材密度也增加,但增加幅度 没有树龄增加造成的增长作用大.Kibblewhite等发 现,15年树龄的亮果桉从树干底部到顶部,纤维长 度下降约12%.Molina对智利7区(35.S)的亮果 桉的研究也发现了类似的现象,但他指出,从树干 较高部位所取的样品的细浆得率也有所增加. 亮果桉的另一个特点是生长几年后便长出了 黧豳曩研究开发Research&Development 心材.而据Melo等人的研究,生长了8年的蓝桉 并没有形成心材的迹象.此外,树龄为10,12 年的蓝桉在树干处可能有多达42%的心材.另一 项调查显示,树龄为1l,13年的蓝桉的心材量为 30%~44%,而树龄8年的亮果桉已经有12%的心 材,这可通过树干截面中心部分颜色的变化得到验 证. 其他研究表明,心材和边材之间物理性质和 化学性质的差异影响原料的制浆特性.用智利山 毛榉制浆,心材和边材的不同比例对浆渣得率, 纸浆得率,脱木素率,纸浆机械强度等都有直接 影响. 有证据表明,树龄和树干位置会影响样品中的 心材量,某些对亮果桉进行比较的研究提供了心材 对制浆过程影响的信息.本研究将评价亮果桉心材 对纤维质量及制浆特性的影响. 薯原料和 木材原料采用来自智N8区的亮果桉的树干部 分.取6个截面,截面直径为36.9cm~H40.9cm,心 材含量分别为72.6%和76.7%. 把心材和边材分开,并人工处理成木片,用 TAPPI方法测定2种木材的密度及化学性质.硫酸 盐法制浆原料的心材与边材质量比分别为100:0, 75:25,50:50,25:75,0:1O0.用带有循环 蒸煮液的M/K系统蒸煮器制浆,蒸煮条件:硫化度 26%,活性碱用量17%(以Na20计),液比1:4.5, 用100min从90~C升到最高温度160~C,保温35min. 用得率,卡伯值,纤维筛分和残碱作为浆的评 定依据,同时也测定平均纤维长度,直径和细胞 壁厚度.还检测了每种硫酸盐浆的滤水性(打浆 度).用TAPPI方法测定纸浆的抗张指数,耐破指 数,撕裂指数和松厚度,手抄片定量为60g/m. 用SAS计算机程序对数据进行统计分析.分析 的变量包括总得率,细浆得率,粗渣率以及碱消 耗量.检测不同心材比例纸浆之间的显着性差异 (尸<0.05),并对结果进行多方面的比较. _ l誊结果与讨论 3.1纤维形态和纤维性质 表1列出了心材和边材的纤维特征和化学性 质.2种材的密度差异不大,但纤维长度和纤维细 胞壁厚度却有显着差异.边材纤维比心材纤维长 12.6%,心材的纤维细胞壁厚度比边材低11-3%.但 两者的纤维直径相差不超过1%,这意味着任何径向 变化均可忽略不计. 表I亮果桉心材和边材的纤维形态和纤维性质 特性心材边材 纤维密度/kg.m-478486 纤维长度,um10381169 纤维直径,um16.3916.54 纤维细胞壁厚/gm3.523.97 牡;澧黻l瓣_.j霾?,0000l. 灰分/%O.240.36 木素/%25.121.8 纤维素/%46.151.9 戊聚糖/%22.017.6 综纤维素/%68.470.9 嘲EB瓣%融露 苯一醇抽出物/%2.52_3 冷水抽出物/%1.62-3 热水抽出物/%2.72.9 抽出物总量/%5.65.1 注?,?的标准偏差分别为4.6km和4.5kg/m3. 3.2化学性质 主要研究心材和边材中高分子质量化合物的化 学差异,如木素,纤维素和戊聚糖(半纤维素). 心材的纤维素含量比边材少12.4%,木素含量比边 材多15%,戊聚糖含量比边材多20%.在固定制浆 条件下,边材脱木素率较高. 比较低分子质量化合物含量,由表1可知,冷 水抽出物的差别最大,边材中的可溶性抽出物比 心材高43.8%,无机化合物或灰分含量比心材高 50%. 3.3硫酸盐法蒸煮工艺 按照5种不同的边材,心材比例制浆,每种浆 国际造纸2010年第29卷第5期 Research&Developmentl研究开发曩圈—豳 表2不同心材含量的亮果桉硫酸盐法制浆的特性 材比例/%纤维长度/um戊聚糖/%卡伯值纤维筛分/% 留14目3O目 61.9 51.7 50.5 37.6 35.2 50目100目 7.7 10.4 10.0 17.0 17.3 过100目打浆度/.SR 0 25 50 75 l0O l169 1130 1135 l116 1038 16.5 19.9 20.4 19.8 21.1 18.5 l7.9 20.5 20.7 20.2 0.75 O.5 O.8 0.3 O.8 25.8 29.4 30.4 38.5 36.6 3.9 8.0 7.4 6.6 10.1 16 l7.5 16 17 18 用平均纤维长度,纤维分级,游离度等指标来表示 其特性(见表2).由表2可知,心材含量低于25% 时戊聚糖含量下降. 由图1可知,2条曲线的不同与心材中木素含量 高有关.这也说明增加心材比例会使成浆卡伯值升 高和增加碱消耗量. 皿唧 涎 髻 心材含量/% 图1心材含量对硫酸盐浆性能的影响 表2中打浆度的数据说明,打浆度与增加心材 比例无关,但心材与边材之间形态上的不同使打浆 度相差2.SR.心材浆的平均纤维长度比边材浆小 12.6%.正如所料,平均纤维长度随心材比例的增 加而减少. 由表2还可看出,增加心材比例使保留在30目上 的纤维减少.随着心材比例增加,保留在50目上的 纤维增加.如图2所示,增加心材比例超过50%时, 细浆得率减少和粗渣率增加.如上所述,由于木素 含量较高,随着心材比例增加,用碱量显着增加. 3.4对纸浆物理性能的影响 由表3可知,心材比例较高,纸浆撕裂指数下 降,这主要是受纤维长度的影响.边材的平均纤维长 度kl~,Lb材纤维长,纯边材浆的撕裂指数比纯心材浆高 16_3%(边材9.3rrLN.m2/g,心材8.0mN.n12/g).从纯 边材到纯心材纸浆的抗张指数上升了约35%.心材纤 WorldPulpandPaperVo1.29,No.5 心材含量/% 图2心材含量对成浆得率和粗渣率的影响 维细胞壁较薄,这导致松厚度下降了18%(从边材的 1.83cm3/gT”降到心材的1.50cm3/g).总的来说,心 材含量与纸浆物理性能之间没有线性关系. 表3手抄片的物理性能 ; 结语 较高比例的心材显着影响亮果桉的硫酸盐法制 浆.心材比例过高会降低细浆得率,提高粗渣率和 增加碱消耗量.心材纤维短,细胞壁没有边材厚. 心材和边材之间的化学差异主要是高分子质量化合 物如木素,纤维素,戊聚糖的不同.纸浆中增加心 材比例一般会提高抗张指数和耐破指数,降低撕裂 指数和松厚度.心材含量和纸浆物理性能之间无线 性关系. (责任编辑:王岩) 叮7,零翁