三種不同無性系楊樹纖維材性分析

沈威

摘 要 以108楊、97號楊和渤豐3號楊3種楊樹無性系為試驗材料，對不同無性系楊樹材性進行了化學成分檢測、纖維形態分析和制漿性能測試，結果表明：渤豐3號楊的制漿性能較強，纖維較為細長，具備較好的纖維抄造性能，原料的粗漿得率和細漿得率相對較高。

關鍵詞 楊樹;無性系;材性

中圖分類號：S792.11 文獻標識碼：A doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2021.05.005

Abstract Three different clones of Populus× canadensis ‘Guariento’，P.×canadensis ‘N 97’ and P.×euramericana ‘ Bofeng 3’ were selected as experimental materials to test chemical composition，fiber morphology and pulping performance of different clones. Result shows that P.×euramericana ‘ Bofeng 3’ have stronger pulping performance，longer fiber and optimal fiber paper-making performance，and higher crude pulp yield and fine pulp yield of raw materials.

Key words poplar;clone;wood property

隨著我國纖維板和造紙行業的飛速發展，資源也成為行業發展的瓶頸，現由于短期內無法實現原材料的充裕供給，企業相互爭奪資源，引起上游生產資料價格整體上漲，導致生產成本增加，造成行業整體效益飛速下滑[1]。因此，選擇一些適于制造纖維板和造紙，生長迅速，而且易于繁殖的樹種，通過集約栽培，縮短培育年限，獲得較高的木材產量是緩解當前原料供需矛盾的一個途徑。本文通過對3種不同無性系的楊樹材性分析，選出材性優良的楊樹無性系品種。

1 試驗材料

試驗選擇108楊、97楊和渤豐3號楊3個品種，每個品種提供3株平行試樣開展材性分析。試驗樣品分別編號為108-1、108-2、108-3，97-1、97-2、97-3，渤-1、渤-2、渤-3。

試驗所用儀器分別為西北輕工業學院機械廠制造的電熱回轉式蒸煮鍋;挪威制造的PFI磨、L&W紙漿標準疏解機和L&W篩漿機;加拿大制造的紙頁快速成型器;四川長江造紙儀器有限責任公司制造的打漿度測定儀[2];L&W紙張耐破度儀;瑞典制造的L&W纖維分析儀（L&W Fiber Tester）[3]。

2 試驗方法

2.1 化學成分分析檢測

3種楊樹的材性分析和基本密度檢測均參照相關國家標準進行，具體如表1所示。

2.2 原料的纖維形態分析

首先，將木材原料劈成火柴桿狀，經冰醋酸和過氧化氫的混合液預處理及纖維疏解機解離后，采用L&W纖維質量分析儀進行測量。

2.3 硫酸鹽法制漿性能測試

2.3.1 蒸煮 采用硫酸鹽法（NaOH和Na2S為蒸煮藥液）蒸煮。首先通過改變蒸煮用堿量，確定楊樹的合適蒸煮用堿量，然后在相同的用堿量下比較5種楊樹的制漿性能差異。其他蒸煮條件為：硫化度20%，液比1∶4，升溫至165 ℃后進行保溫，保溫時間為2 h。蒸煮結束后，取廢液測定殘堿量和黑液pH值;漿料經洗滌后測定粗漿得率，經篩漿后（篩板篩縫為0.25 mm）測定篩渣率和細漿卡伯值[4]。

2.3.2 打漿 采用PFI磨進行未漂硫酸鹽漿的打漿試驗。PFI磨打漿條件：漿量22.5 g（絕干計）;打漿濃度10%;打漿間隙為0;加重砣。依據打漿轉數控制最終打漿度在45.0°SR左右。

2.3.3 硫酸鹽漿手抄片制備與物理性能測定 首先將3種楊樹的未漂硫酸鹽漿采用PFI磨打漿（45.0°SR），然后抄造手抄片，抄造定量為60 g m-2。將手抄片放置于相對濕度為（50±2）%和溫度為（23±1） ℃的恒溫恒濕室中平衡水分后，按國家標準GB/T 24323-2009進行手抄片的抗張強度、撕裂強度、耐破強度和耐折度等物理性能的測定[5]。

3 結果與分析

3.1 3種楊樹的材性分析

3.1.1 3種楊樹的化學成分比較

3種楊樹原料的化學成分分析結果如表2所示。由表2可以看出，97楊的苯醇抽出物相對較低，渤豐3號楊的纖維素含量高于108和97楊。108和97的酸不溶木素含量較高，蒸煮時其耗堿量可能偏高，而且108和97的總木素含量偏高，其化學法制漿時在相同條件下，紙漿中的卡伯值（殘余木素含量）可能會偏高。因此，根據3種楊樹原料的化學成分分析結果可知，渤豐楊在制漿性能方面略優，側重于紙漿得率和耗堿量，108和97楊相差不大。

3.1.2 3種楊樹的基本密度比較

表3給出了3種楊樹樣品的基本密度檢測結果。由表3可見，3種楊樹的基本密度差異較明顯，其中渤豐3號楊的基本密度明顯高于其他2個品種，97楊的基本密度最低。對制漿來說，木材密度直接決定生產噸漿所需的木材體積，進而影響制漿時的裝鍋量和紙漿生產成本。較高密度的木材一般要求較為緩和的蒸煮條件（影響蒸煮均勻性和漿渣含量），其粗漿得率略高，纖維粗度略好[6]。所以，3種楊樹中渤豐3號楊的粗漿得率略高，纖維形態較好（纖維長寬比較大、粗度較小）。

3.1.3 3種楊樹原料的纖維形態分析

由表4可以看出，108楊原料的纖維平均長度和寬度較大，纖維粗度也較大，這對纖維間的結合強度不利。采用較大粗度的紙漿纖維造紙，對紙張的表面強度和內結合強度稍有不利影響。渤豐3號楊的長寬比較大，纖維粗度相對較小，說明這種楊樹的纖維較為細長，具備較好的纖維抄造性能，成紙的柔韌性和纖維間的結合性相對較好。表5給出了纖維長度在不同長度分布區間中所占的比例，108楊在較長纖維分布區間中所占比重較大，進一步說明108楊的纖維平均長度較大。

3.2 3種楊樹的硫酸鹽法制漿性能檢測

3.2.1 相同用堿量下不同楊樹硫酸鹽法蒸煮性能的比較

由表6可見，在相同硫酸鹽法蒸煮條件下，渤豐3號楊原料的粗漿得率和細漿得率相對較高;108楊的紙漿卡伯值（殘余木素含量）較高，這與其原料的總木素含量較高有關。渤豐3號楊原料的蒸煮黑液的殘堿較高，說明該原料的總抽出物含量（冷水抽出物、熱水抽出物、1%NaOH抽出物、苯醇抽出物）可能較低，其制漿性能較好[7]。

3.2.2 3種楊樹硫酸鹽化學漿的物理性能比較

3種楊樹硫酸鹽化學漿經PFI磨打漿至45°SR左右，以保證紙漿纖維的濾水性相近（紙漿纖維發生分絲帚化和切斷現象的程度相近），然后在實驗室手抄紙頁系統中抄制手抄片，其物理性能檢測結果如表7所示。

由表7可知，3種楊樹硫酸鹽化學漿的抗張強度均較好，裂斷長都超過8 km，撕裂指數超過7 mN×m2 g-1。其中，108和97楊原料的抗張強度（抗張指數和裂斷長）、撕裂強度（撕裂指數）略高，這與其原料中纖維的平均長度及長度分布有密切關系。

4 結論與討論

渤豐3號楊的苯醇抽出物含量和酸溶木素含量較低，硫酸鹽漿的抗張強度和撕裂強度較好。各項性能指標完全能滿足制漿造紙行業的要求。在原料纖維素含量和纖維長寬比及纖維粗度方面較理想，較高的基本密度等都說明可做優良的膠合板材等工業原料。渤豐3號楊母本為美洲黑楊種內聚合雜種河南65號楊，父本為歐洲黑楊。該品種于2014年獲得國家林業局新品種授權，2016年通過遼寧省林木良種審定委員會審定為林木良種。

參考文獻：

[1] 吳峰. 白楊雜種三倍體新品種材性性狀遺傳變異研究[D].北京：北京林業大學，2013

[2] 賈慶彬，王曉偉，鄒建軍，等.大青楊無性系材性分析與優良無性系選擇[J].森林工程，2020，36（2）：12-19

[3] 劉玉鑫，顏開義，何偉，等.美洲黑楊無性系木材纖維性狀遺傳變異[J].南京林業大學學報：自然科學版，2020，44（2）：67-74

[4] 劉俊龍，吳中能，于一蘇，等.江淮楊樹新品系材性研究[J].安徽林業科技，2015，41（4）：6-8

[5] 周亮. 人工林楊樹正常木和應拉木材性與制漿造紙性能關系及其模型研究[D].合肥：安徽農業大學，2008

[6] 孫豐波. 毛白楊無性系木材品質性狀遺傳變異研究[D].北京：北京林業大學，2007

[7] 湯玉喜，吳立勛，吳敏，等.楊樹無性系生長與材性遺傳變異及綜合選擇研究[J].湖南林業科技，2005（5）：5-9