（制浆造纸工程专业论文）蓝花楹纤维特性与制浆工艺的研究.pdf

摘要 为适应造纸工业发展对原料的需求，利用光学显微镜和超薄冷冻切片对 南美洲厄瓜多尔产蓝花楹的组织结构、细胞形态和化学组分等进行研究，探 讨了其树龄对制浆等特性影响，同时利用红外光谱和核磁共振波谱对蓝花楹 木素结构等进行分析，最后研究了蓝花楹磺化化学机械法( s c m p ) 和硫酸盐 法( k p ) 的制浆性能，并优化出最适合蓝花楹制浆的工艺条件。 本论文首先对蓝花楹基本密度及纤维长度对制浆性能的影响进行了探 讨。研究发现，蓝花楹的基本密度较小，而且随着树龄的增大，蓝花楹木材 的基本密度明显提高，但是l o 年生蓝花楹的基本密度也只有o 3 4 3 9 e r a 3 ，与 桉木( 0 6 1 8 9 c m 3 ) 相比，蓝花楹的木材密度还是很低的。随着树龄的增大， 蓝花楹纤维的长度增大，所以成纸的强度会随之增大。但同时由于蓝花楹纤 维的粗度也在不断增大，纤维细胞壁不断增厚，故其纤维相应变得挺硬，这 就使得在成纸过程中纤维问的结合面积变小，从而使其成纸时纤维间结合强 度有所降低。综合考虑纤维长度和纤维粗度等原因，6 年生蓝花楹的成纸强度 可能最大。 蓝花楹化学组分分析发现，蓝花楹综纤维素含量为7 9 左右，稍高于蓝 桉；监花楹木素含量在3 2 左右，远远高于一般阔叶木的木素含量，而且 k l a s o n 木素的含量均随树龄的增加而增大，但幅度不是很大；1 n a o h 可溶 成分含量要高于澳大利亚产蓝桉，而且随着树龄的增大其含量变化不是很大； 苯醇抽出物含量也明显高于蓝桉，这在一定程度上说明蓝花楹抽出物含量要 高于蓝桉；蓝花楹聚戊糖含量在1 5 左右，且4 年生蓝花楹的聚戊糖含量明 显高丁6 年生和1 0 年生蓝花楹聚戊糖含量。 组织结构和细胞形态观察发现，蓝花楹木纤维两端尖削，中间部位粗大， 细胞壁薄、腔大。导管含量较少，木射线薄壁细胞较多，这会使在制浆过程 中比较易于药液浸透，节省化学药品和蒸煮时间。 蓝花楹s c m p 法制浆性能的初步研究表明，从育林成本和成纸强度等方 面来看，6 年生蓝花楹是最适合应用于制浆造纸工业的，而目6 年生蓝花楹在 n a z s 0 3 用量8 ，n a o h 用量3 的条件下可以得到裂断长3 8 1 k m ，白度4 5 9 1 s o 的s c m p 浆。而对蓝花楹s c m p 进行抄造纸板发现其强度已经超过国 家a 级标准，完全可以用作抄造箱板纸。通过对蓝花楹s c m p 浆进行两段 h 2 0 2 漂白发现，在h 2 0 2 用量6 的条件卜- ，蓝花楹s c m p 浆料的白度只有 6 5 i s o ，说明蓝花楹s c m p 足比较难于漂白的。 对6 年生蓝花楹进行k p 法制浆研究发现，相对于蓝桉来说，监花楹k p 法制浆要消耗较多的碱才可以得到较优的蓝花楹k p 。在硫化度2 5 、活性碱 用量1 8 、保温8 0 m i n 的条件下可以得到卡伯值1 6 8 、细浆得率4 6 9 、纸 张裂断长7 6 2 k m 的蓝花楹k p 浆。 通过对蓝花楹进行碱性硝基苯氧化发现，蓝花楹木素为s 、g 型木素，而 且其s g 比仅为o 8 0 1 ，比一般的阔叶木要低很多，这说明蓝花楹中缩合型木 素较多，反映其比较难于制浆漂白。在对木素中甲氧基含量的测定发现，其 校正后的k l a s o n 木素含量为2 1 7 5 ，总木素含量为2 6 8 0 ，与标准方法测 得的木素含量有一定的差别，说明蓝花楹木素中含有较多的鞣花酸类的多酚 类物质，从而使得其在制浆过程中要消耗较多的碱。 通过对蓝花楹m w l 的红外光谱和核磁共振波谱分析结果表明，蓝花楹 m w l 是典型的g 、s 型木素，而且m w l 中含有部分取代酚酸。蓝花楹l c c 含有大量的碳水化合物，且其主要由阿拉伯糖、p 木糖、值，木糖、，p 一木糖 和4 一o 甲基一葡萄糖醛酸组成，这些化合物非常容易发生降解。 蓝花楹用于造纸工业还需解决由于木素缩合程度高、鞣花酸类物质含量 较高而引起的纸浆得率较低，不易漂白等问题。 关键词：蓝花楹纤维形态制浆特性木素结构硝基苯氧化 a b s t r a c t t h ef i b r em o r p h o l o g ya n dc h e m i c a lc o m p o s i t i o no fj a c a r a n d ac o p a i aw e r e i n v e s t i g a t e df o rt h ed e m a n do fr a wm a t e r i a l so fi n d u s t r i a ld e v e l o p m e n to f p a p e r m a k i n gb yu t i l i z a t i o no fl i g h tm i c r o s c o p e ( l m ) a n df r e e z i n gm i c r o t o m t h e i n f l u e n c eo fw o o da g eo np u l pp r o p e r t i e sw a sa l s os t u d i e d f u r t h e r m o r e ，t h e s t r u c t u r eo ft h el i g n i no fj a c a r a n dc o p a i aw a ss t u d i e dw i t hi rs p e c t r u ma n d ”c - n m r a tl a s t ，e v a l u a t i o no fi t sp u l p i n gp r o p e r t i e sb ym e a n so fs c m pa n dk p p u l p i n gw a sa l s oc a r r i e do u t t h ei n f l u e n c eo ft h ed e n s i t ya n df i b r el e n g t ho fj a c a r a n dc o p a i ao i lt h e p u l p i n ga n dp a p e rm a k i n gw a sd i s c u s s e di nt h i sp a p e r t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e d e n s i t yo fj a c a r a n dc o p a i aw a ss m a l l t h ed e n s i t yw a si n c r e a s e dw i t ht h ew o o d a g e b u tt h ed e n s i t yo f10y e a r so l dt r e ew a so n l yo 3 4 3g c m 3 w h i c hw a sl o w e r t h a nt h a to fe u c a l y p t u sg l o b u l u s w i t ht h ei n c r e a s eo fw o o da g et h el e n g t ho f j a c a r a n d ac o p a i a sf i b r ei n c r e a s e d ，b u tt h ef i b r eb e c a m es t i f f b e c a u s et h e w i d e n e s so ft h ef i b r e i n c r e a s e d ，t h el i n k a g e a r e ao ff i b r e sw a sd e c r e a s e d t h e r e f o r et h ei n t e n s i t yo fp a p e rw a sd e c r e a s e d f r o mt h er e s u l t so ft h el e n g t ha n d t h ew i d e n e s so ft h ef i b r e ，i tc a nb ec o n c l u d e dt h a tt h e6y e a r so l dj a c a r a n dc o p a i a w a st h em o s ts u i t a b l ef o rp a p e r m a k i n g t h ec h e m i c a lc o m p o n e n to fj a c a r a n dc o p a i aw a sa n a l y z e da n df o u n d ，t h e t o t a lc e l l u l o s ec o n t e n tw a s7 9 ，h i g h e rt h a nt h ee u c a l y p t u s t h el i g n i nc o n t e n to f j a c a r a n d ac o p a i aw a sa b o u t3 2 ，m u c hh i g h e rt h a no r d i n a r yh a r d w o o d ，a n dt h e k l a s o nl i g n i nc o n t e n ti n c r e a s e dw i t ht h ew o o da g ei n c r e a s e t h ec o n t e n to fl n a o he x t r a c t i v e sw e r eh i g h e rt h a ne u c a l y p t u sg l o b u l u sf r o ma u s t r a l i a ，a n dw i t h t h ei n c r e a s eo fw o o da g et h ec o n t e n to fe x t r a c t i v e so fs o l v e n tw e r ei n c r e a s e d t h e e x t r a c t i v e so fj a c a r a n d ac o p a i aw e r eh i g h e rt h a ne u c a l y p t u sg l o b u l e s t h i s p r o v e t h e r ew e r em o r ee x t r a c t i v e si nj a c a r a n d ac o p a i at h a ne u c a l y p t u s g l o b u l u s ； t h ep e n t o s a nc o n t e n to f j a c a r a n d ac o p a i aw a sa b o u t1 5 ，t h ec o n t e n to f 4y e a r s o l dw a sh i g h e rt h a n6y e a r so l da n d10y e a r so l d t h ec e l l m o r p h o l o g ho fj a c a r a n dc o p a i ai n d i c a t e dt h a tt h ef i b r e s w e r e e n d - t a p e r i n g a n db o s o m b u l k y , w i t hc h a r a c t e r i s t i c so fc e l l w a l l t h i n n e s s ，b i g s p a c i n gi nl u m e n a d d i t i o n a l l y , t h en u m b e r so ft h ev e s s e l sw e r ef e w , a n dt h e r e w e r em a n yw o o d r a yp a r e n c h y m a i ni nt h ew o o d p r e p a r a t o r ys t u d i e so fb i o l o g y s t r u c t u r ew i t hj a c a r a n d c o p a i as h o w e dt h a t ，t h e t i s s u es t r u c t u r ea n dc e l l m o r p h o l g ho fj a c a r a n dc o p a i aw a sb e n e f i t f o rt h e p e r m e a t i n go fc h e m i c a l r e a g e n t t h es c m po f6y e a r so l dj a c a r a n d ac o p a i aw a st h em o s ts u i t a b l et ob e a p p l i e dt ot h ei n d u s t r yo fp u l p i n ga n dp a p e rm a k i n gb a s e do ne c o n o m ya n d s t r e n g t ho f t h ep a p e r t h ep a p e ro f t h es t r e n g t hw a s3 8 1k ma n dt h ew h i t e n e s sw a s 4 5 9 i s oa tt h ec o n d i t i o n so fn a o hc h a r g e3 n a 2 s 0 3c h a r g e8 h o w e v e r t h ew h i t e n e s so ft h es c m pw a s6 5 i s ow h e nt h ec h a r g eo fh 2 0 2w a s6 w h i c h i n d i c a t e dt h a tt h es c m pp u l pw a sd i f f i c u l tt ob eb l e a c h e db yh 2 0 2 i tw a sa l s o f o u n dt h a tt h ei n t e n s i o no ft h ec a r d b o a r dm a d ef r o ms c m ph a da l le x c e e d e d n a t i o n a ls t a n d a r d “a ”l e v e l a n dw o u l db es u i t a b l ef o rc a s eb o a r d k pp u l p i n go f 6y e a r so l dj a c a r a n d ac o p a i aw a ss t u d i e d ：i tw a sf o u n dt h a ti t c o s tm u c hm o r ec h e m i c a lr e a g e n t st o g e tb e r e rq u a l i t yk pc o m p a r e dw i t h e u c a l y p t u sg l o b u l u s a tt h ec o n d i t i o n st h a ts u l f i d i t yw a s2 5 ，a c t i v ea l k a l iw a s 18 t h ep u l po ft h ek a p p an u n t h e rw a s16 8 t h es c r e e n e dy i e l dw a s4 6 9 a n d t h es t r e n g t ho f p a p e rw a s7 6 2k m t h er e s u l t so fn i t r o b e n z e n eo x i d a t i o no fj a c a r a n d ac o p a i as h o w e dt h a tt h e l i g n i nw a sg s - t y p el i g n i n ，s i m i l a rt oh a r d w o o dl i g n i n h o w e v e rt h er a t i oo f st og w a so n l y0 8 0 1 1 0 w e rt h a nt h a to fh a r d w o o d t h e s er e s u l t si n d i c a t e dt h a ti t sl i g n i n c o n t a i n e dm o r ec o n d e n s e ds t r u c t u r el i g n i ns ot h a tj a c a r a n d ac o p a i aw a sd i f f i c u l t t op u l p i n ga n db l e a c h i n g t h ek l a s o nl i g n i nc o n t e n tc o r r e c t e db ym e t h o d so f b l a n dw a s21 7 5 a n dt h et o t a ll i g n i nc o n t e n tw a s2 6 8 ，r e s p e c t i v e l y ，w i t ht h e r e s u l t so fm e t h o x y lc o n t e n ti nl i g n i n i ts h o w e dj a c a r a n d ac o p a i al i g n i nh a dm o r e p o l y p h e n o lw h i c hm a d e i tc o n s u m em o r ea l k a l ii nt h ec o u r s eo fp u l p i n g i tw a sf o u n dt h a tt h em w lo fj a c a r a n d ac o p a i aw a st y p i c a lg s t y p el i g n i n b yi ra n dn m r m w lc o n t a i n e ds u b s t i t u t ep h e n o l i ca c i d t h el c co fj a c a r a n d a c o p a i ah a dal a r g ea m o u n to fc a r b o h y d r a t e s ，m a i n l ym a d eo fa r a b i n o s e ，f l _ x y l o s e ， 0 【一x y l o s e ，6 - x y l o s ea n d4 - o - m e t h y l g l u c u r o n i d a s e ，t h e s ec o m p o u n d sw e r ee a s y t ob ed e g r a d e d a d d i t i o n a l l y ，d u r i n gt h ep r o c e s so f p u l p i n g ，s t o c k i n ga n df i l t e r i n gm u s tb e e n f o r c e df o ri m p r o v i n gt h eq u a l i t yo f p u l p ，a n dt h ep r o b l e mo f d i f f i c u l tt ob l e a c h b e c a u s eo f t h eh i g hc o n t e n to f c o n d e n s e dl i g n i na n de l l a g i ca c i dm u s tb es o l v e d k e yw o r d s ：j a c a r a n dc o p a i af i b r em o r p h o l o g y p u l p a b i l i t yl i g n i n s t r u c t u r en i l r o b e n z e n eo x i d a t i o n 学位论文独创性声明 本人声明，所旱交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。 文中引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意 义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人己用于其他学位申请的 论文或成果，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导f 所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属山东轻 工业学院。山东轻工业学院享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及 申请专利等权利，同意学校保留并向困家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版，本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或 成果时，署名单位仍然为山东轻工业学院。 论文作者签名：起盏! 涵 导师签名：缝型 日期：幽年月堑日 f _ 1 期：翌年月么日 山东轻工业学院硕，l 学位论文 第一章绪论 制浆造纸工业在全球工业中一直占据着重要地位。现代化的造纸工业已 不是传统意义上的“轻工业”，而已经成为国民经济的基础产业。大力发展制 浆造纸工业将成为新的经济增长点，将对一个国家的经济产生强有力的拉动 作用。而且纸板的生产和消费水平己成为衡量一个国家经济发展水平和社会 进步的重要标志。众所周知，原料、能耗、环境是造纸工业发展的关键问题， 但造纸工业发展首先要解决的问题是原料的问题。随着国际市场竞争的压力， 寻求质量好、生长快、价格低的木质纤维原料资源，研究它们的高效利用技 术，采用合理的制浆方法，做到与环境友好和降低能耗，已成为制浆造纸企 业能否持续发展的关键问题。 地处南美大陆的厄瓜多尔是1 个经济相对比较落后的国家，传统经济以农 牧业为主，工业基础比较薄弱，日常生活用品、机电和家用电器、农业机械、 交通运输设备等绝大部分依靠进口。同时厄瓜多尔是世界上最大的香蕉生产 和出口圈，可可、咖啡、海产品也是厄瓜多尔传统的出口商品，在这些商品 出口的同时需要大量的纸浆用作包装1 1 ；j 纸，然而该国用于制浆造纸的木材资 源却比较缺乏，制浆造纸工业也相对落后，因此在该围寻找一种适合制浆造 纸的木质纤维原料，并研究其比较适合的经济实用的制浆造纸工艺是非常必 要的。原产于巴西、阿根廷等地的柯比蓝花楹( j a c a r a n d ac o p a i a ) 是一 种紫葳科术本植物 2 1 ，是一种优良的速生材种，具有生长速度快，材质好等优 点。该树种在厄瓜多尔已有大面积的人工种植，这就为该国发展木材制浆提 供了一个有利的条件。然而现在有关蓝花楹的研究都是对蓝花楹进行分类和 作园林木进行培植等的口 ，而对蓝花楹应用于制浆造纸工业的研究尚未有报 道。从而对蓝花楹的纤维特性、化学组分含量及制浆性能等进行系统而深入 的研究就成为种迫切的需要。发展木质纤维原料制浆，可以节约能源，减 少污染，加速该国的经济发展，提供更多的劳动岗位，降低就业压力等，同 时还可以与纸业现代化大生产的国际潮流接轨【4 。同时相对于草类等制浆原料 来说，利用木质木材纤维原料进行制浆造纸具有很多优点： ( 1 ) 木材供应稳定、集中，适于大企业生产对原料的要求； ( 2 ) 木材单位面积储量大，纤维质量好，体积密集，便于运输、保存：木材 制浆得率高，抄造性能好，成纸强度大，白度高； ( 3 ) 采用木材制浆，废液处理技术成熟可靠，黑液提取率与碱回收率高，水 污染问题容易解决； 第一章绪论 ( 4 ) 可大面积营造人工速牛丰产林、造纸定向专用林，有利于企业发展与生 态平衡，改善环境； ( 5 ) 利用木质纤维原料造纸，企业规模较大，适合采用先进工艺与大型高效 设备，有利于工人劳动保护与企业劳动生产率的提高。 1 1 厄瓜多尔速生林现状 厄瓜多尔地处南美大陆，赤道横穿境内，安第斯山脉纵贯南北、冷暖海 流交汇于厄瓜多尔海域，这些因素的影响决定了厄瓜多尔气候多样、土地肥 沃、雨量充足、日照时徊j 长，适合各类不同植被的生长和形成。森林是厄瓜 多尔国家财富的重要组成部分。其森林面积为1 0 6 6 3 0 平方公里，占总国土面 积的4 1 5 9 。其木材可供量估计如下：天然林和种植林面积3 1 6 万公顷，可 利用面积11 6 万公顷，每年可持续利用3 5 3 万公顷，每年每公顷可持续出产 1 1 3 每平方米，一年可持续利用1 1 3 万平方米；种植林1 6 力- 公顷，可利用面 积1 6 万公顷，每年每公顷可持续出产1 5 平方米，一年可持续利用2 4 0 力- 平 方米。其中种植林主要是松树、桉树、蓝花楹等生长速度快的树木；沿海地 区为柚木、白松、热带桉树、厄白色轻木和其他一些如轻木、桂树、柏树、 尖叶类a l i s o 等当地树种。厄瓜多尔种植林面积在不断扩大，近j l 年平均每年 植树造林的面积在5 0 0 0 公顷左右。其中还制定了一项专门为木材工业生产和 贸易用的植树造林计划，以增加本地和外来树种的种植面积，使其能为工业 生产和国内外市场供应充足的优质原材木料。厄瓜多尔木材的出口到世界7 0 多个国家和地区，主要出口对象有美国、拉美各国和部分欧亚国家和地区。 1 2 蓝花楹及其造纸史 1 2 1 蓝花楹简介 原产于巴西、玻利维亚和阿根廷等地的柯比蓝花楹( j a c a r a n d ac o p a i a ) 属紫葳科，b i g n o n a c e a e 属。蓝花楹是速生阔叶木材种，为落叶乔木，高可达 3 0 m ，直径0 4 0 8 m ，不具板根，但基部膨大。分布在中美洲、南美洲，从伯 利兹往南至巴西，是亚马孙高原林和圭亚那混交阔叶林中常见的树种之一。 在开阔地域天然更新林丰富，也可生长在沿海的低矮山区【”。 1 2 1 1 蓝花楹生长环境 蓝花楹可以生长在不是很肥沃、可以适度进行排水的平地和山坡上。该 树种能够经受一定的洪涝，能在弱酸性沙土混和的疏松沙土地生长。也可以 山东轻工业学院硕士学位论文 在土层较薄的土地 二生长。而且它逐渐适应了多样化的环境，能够在属于旱 季的生物带生长，如氢气含量不足的南太平洋，在哥伦比亚发现在海拔l k m 以上都有蓝花楹的生长。蓝花楹可以生长在平均温度为2 5 ，年均降雨量在 6 0 0 3 0 0 0 r a m 的地区，同时也可以在湿润和多雨的热带雨林地区生长【6 】。 1 2 1 2 蓝花楹生长周期 目前，造纸工业应用的主要树种是杨木、桉木、马尾松等，这些树种的 共同特点是生长周期比较长。马尾松等的砍伐周期至少要1 0 年。而蓝花楹生 长周期虽然也比较长，但是6 年生蓝花楹胸径就可以达到3 5 c m 左右，比较适 合应用于制浆造纸工业。 1 2 1 3 病虫害防治 蓝花楹的病害较少，虫害主要是天牛，如发现树干基部有红褐色粪屑时， 可用小刀挑开树皮皮层捕捉幼虫；也可在成虫发生前，在树干基部8 0 厘米以 下涂生石灰1 0 份、硫磺1 价和食盐的混合液，以防成虫产卵。 1 2 1 4 蓝花楹研究及利用现状 原产于巴西、玻利维亚和阿根廷等地的蓝花楹属紫薇科植物，每年夏、 秋两季各开一次花，盛花期满树紫蓝色花朵，十分雅丽清秀，特别是在热带， 开蓝花的乔木种类较罕见，而紫监色为冷色调，可给人们带来一种清凉感觉， 所以有关蓝花楹的报道大部分都是围绕蓝花楹作为观赏树种来进行研究的 2 - 3 ，而有关蓝花楹应用于制浆造纸工业的资料很难查到。 在制浆造纸工业中，纤维长度是评价造纸植物原料和纸浆质量的重要指 标之一。它对成纸性质有非常强烈的影响。如较长的纤维长度可以得到较高 的撕裂强度、抗张强度和耐折强度 卜8 1 。纤维粗度的大小影响纤维柔软性、结 合力和纸张表面强度，还影响到纸页的渗透性、透气度和平滑度1 9 j 。6 年生蓝 花楹数均纤维长度为0 4 8 m m ，粗度为0 1 3 1 m g m 。虽然其纤维较短，但仍可 以满足造纸工业对原料的基本要求。磺化化学机械法( s c m p ) 是比较成熟且 经济实用的制浆方法，对6 年生蓝花楹进行磺化化学机械法制浆发现，在 n a z s 0 3 用量8 、n a o h 用量3 的条件下，其粗浆得率为7 9 5 ，纸张白度 4 9 8 i s 0 、裂断长3 8 1 k m ，这完全可以满足对自度和强度等要求不高的箱板 纸等纸种的要求。而且磺化化学机械法制浆比较成熟，具有其他制浆方法所 不具备的得率高( 8 5 9 5 ) 、化学药剂用量少、基建投资省、原料适应范围广 及产品用途多、废液污染少等优点，比较适合应用于该困的制浆造纸工业。 第一章绪论 1 3 制浆技术的发展 制浆是利用化学蒸煮的方法、机械磨碎的方法或者二者不同程度相结合 的方法，使植物纤维原料离解成为本色浆，再经漂白成为漂白纸浆的生产过 程。制浆的方法大致分为化学法、机械法或两种方法的结合。随着化学药品 作用的不同，分为高得率化学法、半化学法和化学机械法等，化学机械法制 浆由于其得率高于化学法制浆，又称之为高得率法制浆【l 。 1 3 1 化学法制浆的发展 化学法制浆是一种优良的制浆方法，而且所得化学浆具有其它浆种所不 具备的强度好、应用范围广等优点。m a l i n e n 认为：2 1 世纪的制浆法中硫酸 盐法纸浆将仍占优势，原因是：( 1 ) 具有广泛的原料基础；( 2 ) 高质量的纸 浆；( 3 ) 较高的能量效率；( 4 ) 技术经济方面的优势。这些方面都使硫酸 盐法制浆很具竞争力”1 。 化学法制浆技术新进展主要是深度脱木素技术。为了满足漂白少用化学 药品以达到减轻或杜绝漂白废液的严重污染，提出了蒸煮低硬度、高强度的 纸浆。针叶木硫酸盐浆的硬度，必须从k a p p a 值2 8 3 2 降至2 0 以下，阔叶木 硫酸盐浆的硬度，必须从k a p p a 值1 8 2 2 降至1 5 以下，还必须进行氧脱木素， 使其k a p p a 值再降低5 0 左右，然后送到漂白系统进行漂白1 1 “。 在7 0 年代末8 0 年代初，由瑞典h a r t l e r 和t e d e r 明确阐述的有关深度脱 木素的原理指出，要改善硫酸盐制浆的选择性，下面四个基本化学原理必须 遵循【1 3 1 ： ( 1 ) 在整个蒸煮过程中，碱浓分布尽町能均匀一致； ( 2 ) 保持高的h s 一浓度，特别在大量脱木素阶段的开始； ( 3 ) 蒸煮最高温度尽可能的低； ( 4 ) 保持低溶解的木素和n a + 浓度，特别在蒸煮的后期。 根据上述基本条件，发展了深度脱木素的各种蒸煮方法，得到了低硬度、 高强度的纸浆，满足了e c f 和t c f 漂白的要求，减轻或杜绝了漂白废液的污 染。 s u n d s d e f i b r a t o r 公司开发的超级问歇蒸煮或冷喷放( s u p e r b a t c h c o o k i n g ) 的蒸煮新技术与b e l o i t 公司开发的快速热转换( r d h ) 蒸煮技术异曲同工，其操 作原理及方法基本是一致的，而且双方都取得了同样效果。采用这两种新工 艺都可以降低蒸煮浆的卡伯值，针叶浆可降到1 5 2 0 ，阔叶浆叮降到1 2 1 4 ， 纸浆得率有了提高，渣浆量减少，强度增高，能耗有很大的降低。5 0 年代管 山东轻工业学院硕士学位论文 米尔( k a m y r ) 连续蒸煮器的出现是蒸煮广艺的一个大飞跃。1 9 5 0 年第一台连续 蒸煮器在瑞典b r u k 造纸厂正式诞生，日产能力为5 0 吨纸浆，以后连续蒸煮 器的发展集中在提高制浆生产能力和改善纸浆质量两方面。1 9 8 8 年全世界已 有3 6 0 套卡米尔连续蒸煮器在运转，年生产能力达5 9 0 0 力- 吨。卡米尔连续蒸 煮器问世以来，不断进行改进和发展，几乎每隔1 0 年就有。种新的型号产生。 1 9 8 5 年芬兰建成第一座日，“1 1 0 0 吨纸浆的深度脱木素的改良型连续蒸煮工 艺( m c c ) ，在此基础上又有较大改进，开发出延伸改良型连续蒸煮( e m c c ) ， 低溶固形物蒸煮( l o s o l i d ) 及等温连续蒸煮f i t c ) 工艺，蒸煮温度比传统连续蒸 煮降低了1 0 ，蒸煮均匀，改善了蒸煮的选择性，在保持纸浆质量的前提f ， 卡伯值又有了降低，针叶木可达到1 8 - 2 0 ，阔叶木可达到1 3 1 5 ，与间歇蒸煮 新工艺相竞争 1 4 1 。 氧脱木素是6 0 年代发展起来的，第一套工业规模系统于1 9 7 0 年在南非 e n s t r a 纸浆厂开始运行，氧脱木素已发展成为制浆和漂白工艺中减少污染的 最有效的工具。它可降低操作费用，降低有机物和氯化有机物的排放。采用 氧脱木素工艺可以使蒸煮后纸浆的卡伯值降低5 0 左右，因而漂白所需的化 学药品相应也可减少5 0 左右，从而使排水中化学需氧量( c o d ) 及可吸附有 机卤化物( a o x ) 等有机物的生成也降低了，从而减轻了污染负荷。全世界采 用氧脱木素的纸浆约有5 2 0 0 万吨【l “。 1 3 2 高得率浆的发展 高得率浆是指用化学的( 有时是生物的) 、热的和机械的方法使纤维原料 分离，制取得率在7 5 以上的浆种。高得率浆既包括传统的磨石磨木浆 ( s g w p ) 、化学磨木浆( c g w p ) 、压力磨木浆( p g w ) 、木片磨木浆( r m p ) ，又包 括近年来发展起来的各种化学机械浆( c m p ) 、热磨机械浆( t m p ) 、化学热磨机 械浆( c t m p ) 以及碱性过氧化氧机械浆( a p m p 或a p p ) 和生物机械浆( b i o - m p ) 等。出于人们对纸浆的质量( 强度、白度及适印性等) 要求不断提高，以及制 浆t 艺技术及装备技术的发展，传统的高得率浆种f s g w p 、r m p 等) 逐渐被 c m p 、s c m p 、c t m p 以及a p m p 取代。与硫酸盐浆比较，高得率浆( c m p 、 s c m p , c t m p 及a p m p ) 能更有效利用纤维原料，吨浆原料消耗量只有k p 的 半左右；吨浆耗水量低近1 0 倍；生产过程无恶臭及粉尘等大气污染；相同 规模建厂费用约为k p半【1 。 基于上述优点，世界c t m p 在8 0 年代至9 0 年代一直保持较高的增长速 度，年增长率在8 以上。最近几年，由于纸浆和纸市场不景气以及大量废纸 第一章绪论 的利用，高得率浆的增长速度暂时有所下降。高得率浆主要用于三类产品： 纸板( 工业包装及液体、食品包装) ；文化用纸( 新闻纸及各种涂布纸) ；吸收类 产品( 卫生用纸及绒毛浆产品) 。各类产品对浆的质量要求各不相同1 1 7 。 1 3 2 1 高得率浆在我国的发展现状 从1 9 9 5 年起，我国已成为世界第二大纸张消费大国，纸张生产的第三大 国。由于诸多历史原因，中国造纸业现有基础十分脆弱，存在着企业平均规 模小，技术装备陈旧落后，非木材纤维占原料的极大比重，能源与原料浪费 大、消耗多，劳动生产率低，污染重，产品的质量及档次低等问题。 高得率浆有其特有的挺度、松厚度和不透明度，可广泛用于绒毛浆、卫 牛用纸、纸板、新闻纸、低定量涂布纸及印刷纸的生产。因此，在中国采用 高得率制浆技术，使用价格低廉、来源广泛的速生材及林产工业剩余物生产 高得率浆，将改变中国木浆短缺的局面，减少及根除草浆的污染，为振兴造 纸工业，展现良好前景。 近1 0 年来，中国的造纸工业有了迅速的发展，但仍存在着以下问题：造 纸原料结构缺陷、小型草浆厂污染严重、效率低、产品质量差、长期依赖进 口木浆生产高中挡纸张，扩建工程资金短缺。另一方面，由于消费水平不断 提高和消费类型的迅速转变，中国市场对高级纸与纸板的需求不断增加。 所以根据我国的现状，我国制定了造纸工业和困民经济同步发展的战略 指导方针：以林业为基础，发展木浆造纸。当前，世界林q k 已从对森林的单 纯利用转向综合开发，有计划的培育人工林，自觉保护，全面利用。林业作 为制浆造纸工业的支柱产业，对振兴造纸t 业的长足发展有着密切关系，相 反，发展以木浆为主的造纸工业，促进林业发展，从而将林业带劝起来共同 发展，其宏观经济效益将是十分可观的、”3 。 1 3 2 2 造纸纤维原料的结构 以木材为制浆基本原料，是世界造纸工业通过长期实践比较之后作出的 基本选择。我国长期以非木材纤维原料为主是造成造纸工业诸多难题的重要 原因之一。从长远看，为发展中国现代化造纸工业，原料结构必须转变到以 木材为主，积极推动林纸一体化，大力发展速生小径材，促进林、纸共同发 展是解决、造纸用材供应的战略指导方针2 。 山东轻工业学院硕士学位论文 提倡以木为主，仍需适当扶持条件较好的草类浆厂，适当扩大制浆规模， 配套完善化学品回收和污染治理设施，扩大造纸能力，适当增加木浆配比， 提高产品档次和经济效益。我国造纸工、i k 原料的方针应是：“林纸结合，农纸 结合，冈地制宜，草木并举；以木为主，大力发展术桨，尽快提高木浆比重， 充分利用非木材纤维资源；加速草浆厂的结构改革；积极建立造纸林、草基 地，多快好省地发展具有中国特色的民族造纸工业”。总之，目标是提高木浆 比重，提高产品档次。 1 3 2 3 企业规模及组织结构 中国造纸产业结构的典型特征之一是生产分散化和企业小型化。企业数 量众多，既缺乏为小纸厂需要具有竞争力的年产几十万吨的大型商品装厂的 配合，也缺乏具有影响力的大型企业； 体结构散乱，集中度不高，竞争力差。 富有活力的中小企业也很少。产业整 因此，为实现我国造纸工业的可持续 发展，必须有步骤地改变现有企、i k 规模与组织结构的落后局面。对现有小造 纸厂应首先关闭制浆生产线，对条件较好尚有活力的小企业应积极引导其改 以商品桨及废纸为原料，生产当地市场需要的有竞争力的品种。其次要引导 现有造纸企业的改组改制，鼓励以现有存量为基础，以优势企业为主体，提 高行业的集中度和专业化协作水平，向具有较大融资与承担风险能力的产业 集团和大企业方向转变，增强造纸行业的竞争力。应鼓励发展包括林业、农 垦、乡镇企业跨行业的联合，以多种形式组建企业集团，增强企业对市场的 应变能力。对纳入国家规划的新建项目或技改项目，必须集中于现代化的大 型制装造纸企业。 1 3 2 4 产品结构 品种、质量不适应印刷、卷烟、包装等相关行j 眦技术进步快的变化，高 档优质产品供不应求。国家每年要花费大量外汇进广1 高档的纸及纸板。另一 方面，相当数量的低档不对路产品却滞销。 调整产品结构的f | 标是提高质量、档次，增加品种。适度发展短线产品， 如：胶印新闻纸、胶印书刊纸、牛皮箱纸板、高档涂料白纸板、信息用纸、 食品包装用纸、医疗用纸、中高档生活用纸等。升级换代的蘑点产品有：凸 版纸、卷烟纸、铜版纸、白纸板等。限产或转产质量低、市场趋于萎缩的产 品，如：黄纸板、低档箱纸板、瓦楞原纸等。努力提高各类加工纸原纸的质 第一章绪论 量，逐步实现与重点加工纸厂的配套供应1 。 1 3 2 5 生产技术的现代化 国内原有造纸老企业，一般设施都相当陈旧，过去进口一些国外淘汰下 来的旧纸机，其性能比国内许多老纸机还先进一些，其产品在国内市场上还 有较强的竞争能力，但从提高国际竞争能力看，这种进口二手设备的方法在 今后不可取。国内老设备的改造应按较高的水平要求，有些老设备则应淘汰 更新，以使技术装备逐步现代化，为提高国际竞争能力创造条件。 我国的新建及重点扩改建企业，应通过比较选择国际上先进的制浆造纸 技术装备，国内专业设备制造厂应尽量参与部分部件的协作承制，以降低建 设成本及逐步提高自身的设计制造水平。此外，国内的设备设计制造部门要 重视对进【_ l 先进设备的消化吸收，对其关键部分的不足之处要有所改进创新。 先进的技术装备，要有高素质的技术、管理与操作人员爿能充分发挥其 作用，冈此企业对人才的选拔和培训应受到特别重视 博1 。 1 3 2 6 高得率浆的科研现状阱、2 3 】 中国造纸学会机械浆新闻纸专业委员会是中幽高得率浆的最高学术团 体。轻工业部北京造纸工业科学研究所于1 9 8 4 年引进瑞典s u n d s 公司 c d 一3 0 0 型木片化机浆试验设备。至此，中囤造纸工业生产、科研、教学单位 开始开展实用性高得率浆的研究，取得了一系列成果。研究的树种从开始的 杨木c m p ，扩大到落叶松、马尾松、桦木与桉木等；制浆方式有c t m p 与 c m p 等，速生丰产小黑杨c t m p 新闻纸生产试验和意大利杨c m p 及配抄凸 版纸的试验列人中国“七血”科技攻关课题已经完成。 大多数研究主要是探索利用速生材生产新闻纸浆。在保证强度、白度等 质量要求的条件下，优选制浆工艺条件。主要发展方向为c t m p ，生产试验 用速生阔、针叶材浆代替优质大径针叶材g p 或化学浆配抄新闻纸的可能性及 配比。部分项目是研究生产印刷及包装纸板用浆。 中国从事高得率浆研究的单位有轻工业部北京造纸研究所、中国林科院 林产化学工业研究所、华南理工大学、大连轻工业学院、西北轻i r 业学院、 吉林造纸厂、石砚造纸厂、岳阳造纸厂、宜宾造纸。等，进行了大量的高得 率浆的研究，并取得了很大的成绩，在十几年内，开拓了中国高得率浆新的 生产与研究领域。 山东轻t 业学院顾十学位论文 目前，中国造纸与林业部门的研究人员，在国家产业政策及国家科委领 导下，根据中国地理、气候、土壤等特点，结合造纸工业要求，研究利用人 t 林生产高得率浆，开发不同树种的