不同品系濕地松硫酸鹽法制漿性能研究

中圖分類號：TS721+.1 文獻標(biāo)識碼：A DOI： 10.11980/j.issn.0254-508X.2025.07.013

作者簡介：唐琿軍，碩士，工程師；主要從事制漿造紙工藝技術(shù)管理，新產(chǎn)品和新技術(shù)的研發(fā)工作。

Abstract：Thissudyinvestigatedteprformancecharacteristicsofdiferentstras/tre-ageofwtandpineduringthekraftpulpingpro cess.Theresultsinicatedsinfcantdiferenesamongthewetlandpinintrsofwoddensitycelloecontentlgniontntpulping yield，andbleachingperformance.Amongthem，thecelllosecontentoftheAO5wetlandpineat2Oyearsofagewas 42. 15% ，witha fine pulp yield of 46. 1% afterkraft pulping，and a Kappa numberof 22.5.After bleaching，itcould achievea high degree of refining with the fewest number of refining revolutions，demonstrating the best pulping performance.

Key words：wetland pine;strain；kraft method;pulping properties

中國是世界第一造紙大國，2023年全國紙和紙板的生產(chǎn)量和消費量分別達(dá)12196萬和13165萬t。但由于森林資源不足，國內(nèi)紙漿產(chǎn)能不能滿足造紙生產(chǎn)需求，紙漿大量依賴進口。2023年，中國進口木漿總量達(dá)2684萬t，占國內(nèi)木漿總用量的 54.4% 。隨著造紙行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與集中度的提升，中國制漿造紙企業(yè)已普遍認(rèn)識到提高企業(yè)自身制漿能力，構(gòu)建漿紙平衡的生產(chǎn)模式是增強企業(yè)核心競爭力的重要途徑。近年來，國內(nèi)掀起新建紙漿項目的熱潮，推動國產(chǎn)紙漿生產(chǎn)能力快速提高。2020一2023年，中國木漿的產(chǎn)量已從1490萬t增加到2247萬t，年均增長率達(dá) 12.7% 。隨著國內(nèi)木漿產(chǎn)能的增加，制漿造紙行業(yè)對木材資源，特別是制漿性能優(yōu)良的木材資源需求不斷增長。在此背景下，利用林業(yè)育種技術(shù)，定向培育、篩選制漿性能優(yōu)良的高產(chǎn)優(yōu)勢樹種，對于推動中國造紙工業(yè)‘林漿紙一體化”可持續(xù)發(fā)展模式意義重大。

濕地松是一種原產(chǎn)于美國的樹種，耐水濕、抗鹽堿，在沿海地區(qū)和濕地環(huán)境中表現(xiàn)優(yōu)異，適合低山丘陵地帶種植。在中國湖北、江西、浙江、江蘇、福建、廣東、廣西等地大量種植，是長江以南廣大地區(qū)很有發(fā)展前途的造林樹種2。濕地松曾是短周期紙漿林定向培育主要樹種之一3]，用于制備化學(xué)機械漿[46化學(xué)漿-8及其漂白漿等，其制漿造紙性能已進行過大量的研究，但不同品系的濕地松制槳性能的對比研究還未見報道。本研究通過對不同品系濕地松的制漿性能進行對比研究，考察不同品系濕地松制漿性能差異，為定向篩選培育制漿性能優(yōu)良的濕地松品系作為紙漿材重點發(fā)展樹種提供參考。

1實驗

1.1實驗材料與儀器

1.1.1實驗原料及試劑

本研究所用濕地松選自廣東省林業(yè)科學(xué)研究院和臺山市紅嶺種子園營建的濕地松改良種子園，包括EB2、A04、A053個品系，原料具體信息見表1。實驗所用試劑均為制漿生產(chǎn)線的工業(yè)品，其中氫氧化鈉1 ΔNaOH ，質(zhì)量分?jǐn)?shù) 32% 離子膜堿）、固體硫化鈉（ ΔNa₂S ，質(zhì)量分?jǐn)?shù) 60% ）、滲透型蒸煮助劑YY8600，均取自岳陽林紙股份有限公司；過氧化氫（ H₂O₂ ，質(zhì)量分?jǐn)?shù) 27.5% ）、二氧化氯（ ClO₂ ，質(zhì)量濃度 10g/L ），取自湖南駿泰新材料科技有限公司。

1.1.2 實驗設(shè)備

實驗設(shè)備名稱、產(chǎn)地與型號具體情況如表2所示

1.2 備料處理

分別取不同品系和樹齡的濕地松，截取樹干中部0 1.7～3.2m 段），經(jīng)剝皮機剝皮和削片機削片處理，加工成木片，風(fēng)干后備用，得到表1中原料 1^*～4^* 。

1.3 原料密度及化學(xué)組分的測定

按GB/T1927.5—2021，對原料的密度進行分析。 按GB/T2677.1—1993、GB/T2677.10—1995、GB/T 2677.2—2011、 GB/T 2677.4—1993、 GB/T 2677.5— 1993、GB/T2677.6—1994、GB/T2677.8—1994、GB/T 2677.9—1994對原料化學(xué)組分進行分析。

1.4蒸煮

將一定量均衡水分后的木片置入電熱式旋轉(zhuǎn)蒸煮鍋內(nèi)，采用硫酸鹽法蒸煮。蒸煮工藝條件為：用堿量24.0% （以NaOH計，下同），硫化度 22.0% （以 Na₂S 計），滲透型蒸煮助劑用量 0.05% ，最高溫度 170^°C 。為了得到卡伯值接近的不同品系濕地松硫酸鹽紙漿，各樣品的蒸煮曲線按表3中的要求控制。將蒸煮獲得的粗漿進行洗滌、篩選處理后獲得濕地松硫酸鹽本色漿。測定紙漿得率、卡伯值、黑液殘堿、纖維質(zhì)量。

1.5 氧脫木質(zhì)素

在專用的氧脫反應(yīng)釜中，對蒸煮后的紙漿采用兩段氧脫木質(zhì)素工藝進行處理。氧脫木質(zhì)素段工藝條件為：漿濃 10% ，用堿量 0.025% ，氧氣壓力 0.6MPa 第1段氧脫木質(zhì)素溫度 88^°C ，反應(yīng)時間 20min ；第2段氧脫木質(zhì)素溫度 98^°C ，反應(yīng)時間 60min 。將氧脫木質(zhì)素后的漿料洗凈，并測定漿料白度及卡伯值。

1.6 漂白

氧脫木質(zhì)素后的漿料，在實驗室模擬 D₀E_pD₁P 四段ECF漂白，各段漂白工藝條件見表4。

1.7 磨漿

采用PFI磨漿機對濕地松硫酸鹽本色漿和漂白漿分別進行磨漿處理。磨漿漿濃 10% ，每種漿料均采用3個不同的磨漿轉(zhuǎn)數(shù)進行磨槳。磨漿后的漿料，分別檢測其打漿度、纖維形態(tài)，抄片并測定其性能。

2 結(jié)果與討論

2.1不同品系/樹齡的濕地松原料的理化性質(zhì)

檢測不同品系/樹齡濕地松原料的理化性質(zhì)，結(jié)果見表5。通過分析表5數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)濕地松的木材密度隨著樹齡增加而增大，不同品系濕地松的木材密度存在著明顯的差異。EB2品系濕地松在20年樹齡（204號 （2^#） 時，木材密度達(dá) 0.511g/cm³ ，較8年樹齡（ Φ_1^*） 時高出 15.9% 。根據(jù)木材密度大小，不同品系濕地松的排序為：A05品系gt;EB2品系 gt;A04 品系，其中20年樹齡A05品系濕地松 （4^#） 的木材密度為 0.550g/cm³ ，比同樹齡A04品系濕地松 （3^#） 的木材密度要高出15.3% 。同時，不同品系濕地松的化學(xué)成分也有明顯差異，主要體現(xiàn)在纖維素含量和酸不溶木質(zhì)素含量2個指標(biāo)上。同樹齡時，A05品系濕地松（4\"）的纖維素含量較A04品系 （3^#） 、EB2品系 （2^#） 分別高3.48和4.08個百分點，而酸不溶木質(zhì)素含量分別低3.31和2.31個百分點。隨著濕地松樹齡的增加，木材密度、纖維素和半纖維素含量均有提高，而灰分、 1%NaOH 抽出物、苯-醇抽出物、熱水抽出物等非主要成分的含量均有降低。

表1實驗原料信息

Table1Informationoftestrawmaterials

表2實驗設(shè)備信息Table2Information of experiment equipments

表3各樣品的蒸煮要求

2.2不同品系/樹齡濕地松原料硫酸鹽法制漿蒸煮性能

對不同品系/樹齡濕地松原料采用硫酸鹽法制漿蒸煮，得到的槳料性質(zhì)見表6。從表6可以看出，當(dāng)控制紙漿的卡伯值相近時，不同品系和樹齡的濕地松在制漿得率上表現(xiàn)出了一定的差異；其中，樹齡長的濕地松可以獲得更高的制漿得率，20年樹齡EB2品系濕地松（ 2^# ）細(xì)漿得率比8年樹齡（1）時要高出1.5個百分點。在20年樹齡時，不同品系濕地松的細(xì)漿得率排序為：A05品系 _gt;A04 品系 gt; EB2品系，其中A05品系濕地松（ （4^# ）的細(xì)漿得率比A04品系 （3^#） 、EB2品系（2）分別高出2.3和3.5個百分點。因此，從制漿得率維度評價，A05品系濕地松制漿性能要優(yōu)于A04品系、EB2品系。

2.3不同品系/樹齡濕地松硫酸鹽本色漿質(zhì)量

2.3.1 紙漿纖維質(zhì)量

不同品系/樹齡濕地松在經(jīng)硫酸鹽法制漿蒸煮后得到的本色漿白度及纖維形態(tài)數(shù)據(jù)見表7。從表7可知，經(jīng)硫酸鹽法制漿蒸煮后，不同品系/樹齡的濕地松紙漿在纖維形態(tài)上存在一定的差異；其中，樹齡長的濕地松平均纖維長度更長。20年樹齡EB2品系濕地松（2^#） ）紙漿纖維平均長度為 2.54mm ，較8年樹齡（ （1^#） 增長 6.7% 。20年樹齡時，不同品系濕地松紙漿纖維的平均寬度差異很小，但纖維平均長度差異較大。按纖維平均長度排序為：A05品系gt;EB2品系 gt;A04 品系。其中，A05品系濕地松（ （4^#） ）紙漿纖維的平均長度為 2.84mm ，較EB2品系 （2^#） 、A04品系（ 3^#） 分別高 11.8% 和 22.9% 。

2.3.2紙漿的打漿性能

圖1為不同品系/樹齡濕地松硫酸鹽本色漿打漿曲線。從圖1可以看出，在磨漿前期，當(dāng)打漿度 ?30^°SR 時，不同品系/樹齡濕地松硫酸鹽本色漿的打漿性能非常相近，但隨著磨槳的繼續(xù)，當(dāng)磨漿機轉(zhuǎn)數(shù)超過

表4漂白工藝條件 Table4Bleaching conditions

表5不同品系/樹齡濕地松密度與化學(xué)組分Table5Density and chemical composition of different strains/tree-age of wetland pine

表6不同品系/樹齡濕地松硫酸鹽法制漿蒸煮結(jié)果

Table 6 Results of pulping and cooking bykraft process of different strains/tree-age of wetland pine

表7不同品系/樹齡濕地松硫酸鹽本色漿質(zhì)量

Table7Qualityof naturalkraft pulp ofdifferent strains/tree-ageof wetland pine

7000r 時，漿料打漿性能開始出現(xiàn)差異，其中EB2品系、A04品系濕地松硫酸鹽本色漿的打漿度比A05品系增加得更快，表現(xiàn)出更容易打漿的特性。

2.3.3紙漿的物理強度

不同打漿度下不同品系/樹齡濕地松硫酸鹽本色漿抄片的裂斷長、撕裂指數(shù)、耐破指數(shù)見圖2。

從圖2（a）可以看出，濕地松硫酸鹽本色漿抄片的裂斷長隨著打漿度提高先快速增長，后緩慢增加。當(dāng)打漿度較低時，如低于 20^°SR 時，抄片的裂斷長隨打漿度提高而迅速增加，當(dāng)打漿度高于 20^°SR 后，抄片的裂斷長隨著打漿度繼續(xù)提高只是緩慢地略有增加。在相同打漿度時，同樹齡不同品系濕地松硫酸鹽本色漿的裂斷長排序為：A05品系 gt;A04 品系 gt; EB2品系。

從圖2（b）可以看出，濕地松硫酸鹽本色漿抄片的撕裂指數(shù)隨打漿度提高先增加后下降。在打漿度超過20^°SR 后，抄片撕裂指數(shù)開始由升轉(zhuǎn)降。在相同打漿度時，同樹齡不同品系濕地松硫酸鹽本色漿抄片的撕裂指數(shù)排序為：A05品系 gt; EB2品系 gt;A04 品系。

圖1不同品系/樹齡濕地松硫酸鹽本色漿打漿曲線 Fig.1Beating curves of natural kraft pulp of different strains/tree-age ofwetland pine

從圖2（c）可以看出，濕地松硫酸鹽本色漿抄片的耐破指數(shù)隨漿料打漿度的提高先快速增長，后緩慢增加。相同打漿度下不同品系濕地松的硫酸鹽本色漿抄片的耐破指數(shù)差異很小。

綜上所述，從打漿性能、纖維質(zhì)量、裂斷長、撕裂指數(shù)等多維度綜合分析，不同品系濕地松硫酸鹽本色漿的綜合性能優(yōu)劣排序為：A05品系gt;EB2品系gt;A04品系。

2.4不同品系/樹齡濕地松硫酸鹽漿漂白性能

對不同品系/樹齡濕地松硫酸鹽本色漿進行兩段氧脫木質(zhì)素和 D₀E_pD₁P 四段ECF漂白處理，漿料白度見表8和圖3。

由表8可知，當(dāng)本色漿卡伯值相近時，不同品系/樹齡濕地松硫酸鹽本色漿在同等條件下進行氧脫木質(zhì)素處理，氧脫木質(zhì)素效率差異很小，均在 64%～66% 之間，但紙漿白度在氧脫木質(zhì)素及各段漂白處理過程中，呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。

圖2不同品系/樹齡濕地松硫酸鹽本色漿抄片的強度性能

Fig.2Strength properties of natural kraft pulp of different strains/tree-age of wetland pine

表8不同品系/樹齡濕地松硫酸鹽漿漂白后白度

Table 8Whiteness of karft pulp of different strains/tree-age of wetland pine after bleaching

圖3不同品系/樹齡濕地松紙漿在漂白時漿料白度的變化

在漂白過程中，不同樹齡濕地松硫酸鹽漿的白度增長過程差異大，但最終紙漿白度卻非常接近。以EB2品系濕地松為例，8年樹齡（1*）的硫酸鹽漿在經(jīng)氧脫木質(zhì)素處理后，白度要比20年樹齡（ 2^#） 時高5.6個百分點。但繼續(xù)經(jīng)過 D₀ 處理后，白度卻比20年樹齡時低4.3個百分點，而在經(jīng)過 D₀E_pD₁P 四段漂白后，二者的白度非常接近，只相差0.15個百分點。不同品系濕地松硫酸鹽漿均呈現(xiàn)較好的漂白性能，在經(jīng)過四段ECF漂白后，紙漿白度均超過了 88% 。不同品系濕地松硫酸鹽漿的漂白性能存在著差異，在相同漂白工藝處理后，A04品系的紙漿白度最高，EB2次之，A05白度最低。

2.5不同品系/樹齡濕地松硫酸鹽漂白漿的打漿性能與強度性能

2.5.1 硫酸鹽漂白漿的打漿性能

隨著PFI磨漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加，不同品系/樹齡濕地松硫酸鹽漂白漿的打槳度呈現(xiàn)出不同的變化趨勢，見圖4。從圖4可以看出，濕地松硫酸鹽漂白槳與本色漿在打漿性能方面存在著明顯差異。漂白漿更容易打漿，打漿度上升更快。以A05品系濕地松為例，當(dāng)PFI磨漿轉(zhuǎn)數(shù)同為 5000r 時，本色漿的打漿度只有20.5‰ ，而漂白槳的打漿度已達(dá)到 51.0^°SR 。

圖4不同品系/樹齡濕地松漂白漿打漿曲線 Fig.4Beating curves of bleached kraft pulp of different strains/tree-age of wetland pine

不同品系濕地松硫酸鹽漂白槳的打漿性能也存在較大的差異。從圖4還可以看出，在PFI磨漿轉(zhuǎn)數(shù)超過 3000r 以后，不同品系/樹齡的濕地松硫酸鹽漂白漿的打漿度出現(xiàn)了明顯的分化。同樣的打漿條件下，打漿度上升速率排序為：A05品系gt;A04品系gt;EB2品系。

2.5.2 硫酸鹽漂白漿的強度性能

不同打漿度下不同品系/樹齡濕地松硫酸鹽漂白漿抄片的裂斷長、撕裂指數(shù)、耐破指數(shù)見圖5。從圖5可以看出，濕地松硫酸鹽漂白漿抄片的裂斷長、撕裂指數(shù)和耐破指數(shù)隨打漿度的變化趨勢與本色漿相似。但通過與本色漿的對比可以發(fā)現(xiàn)，漂白漿抄片的強度更低，在撕裂度上表現(xiàn)最為明顯。在本研究中，不同品系/樹齡濕地松硫酸鹽本色漿抄片的撕裂指數(shù)位于10.5～16.0mN?m²/g 之間，而漂白槳抄片的撕裂指數(shù)位于 4.50～10.9mN?m²/g 之間。其中以A05品系濕地松的硫酸鹽漂白漿抄片的強度降低最多，不同打漿度下A05品系硫酸鹽漿抄片的撕裂指數(shù)對比見圖6。

圖5不同品系/樹齡濕地松硫酸鹽漂白漿的強度性能

圖6A05品系濕地松硫酸鹽本色漿和漂白漿撕裂指數(shù)對比

Fig.6Comparison of tearing index between kraft natural pulp and bleached pulp ofAO5 strainofwetland pine

3結(jié)論

3.1不同品系濕地松的木材密度存在較大差異，按木材密度大小排序為：A05品系gt;EB2品系gt;A04品系。且不同品系濕地松的化學(xué)組分不同，A05品系濕地松的纖維素含量較A04品系、EB2品系分別高出3.48和4.08個百分點，酸不溶木質(zhì)素含量分別低了3.31和2.31個百分點。

3.2不同品系濕地松用于硫酸鹽法制漿時，在制漿得率、漂白性能、打漿性能、紙漿纖維強度等方面均表現(xiàn)出了一定的差異，其中A05品系濕地松制漿得率最高，本色漿綜合強度最佳，但是漿料可漂性低于EB2和A04。

3.3濕地松硫酸鹽漂白漿的物理強度低于本色漿，在撕裂度上表現(xiàn)最為明顯。在不同濕地松品系中，A05品系濕地松的漂白漿強度較本色漿強度降低的幅度最大。

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（責(zé)任編輯：楊苗秀）