竹子纖維原料的蒸煮特性分析及其改進

劉一山

（四川工商職業技術學院 輕工工程實驗室，四川 都江堰 611837）

我國是世界上竹子資源最豐富的國家，竹子的品種有500多種，栽培面積、蓄積及年產量居世界之冠。據統計，目前全國竹林面積達420萬hm2，占世界四分之一，竹材年砍伐量約900萬t[1]。隨著人們對竹子制漿造紙性能的深入認識和大量的生產實踐，竹子已經成為我國制漿造紙的一種重要纖維原料，竹漿的產量越來越大[2-3]。目前，竹子主要用于生產化學漿，通常采用硫酸鹽法進行蒸煮。隨著竹漿企業規模的擴大，新型、高產能的竹漿蒸煮設備不斷投入生產，如大型立式蒸鍋、塔式連續蒸煮系統等，但在生產上卻出現了一些問題，如漿料很難一次噴放干凈、卡伯值波動性大、漿渣率高等[4-5]。這是因為這些新設備最初的設計更多地參考了木片蒸煮參數，而竹材的結構、性質與木材相比有很大的差異。

本文在對竹子結構和性質分析的基礎上，提出“加強竹片滲透、提高蒸煮效果”的設想，并將一種蒸煮滲透劑在生產上進行了中試，希能給竹子的蒸煮生產提供參考。

1 竹子的蒸煮特性

1.1 竹子的結構及性質

在植物分類學上竹子屬禾本目（Graminales）禾本科（Gramineae ）竹亞科（Bambusoideae）[6]。因而，不同于針葉木和闊葉木的化學組成，竹子中木素的含量相對較少[7-8]；另外，竹子木素的結構中含有較多的紫丁香基單元，其中5%～10%的香豆酸和少量阿魏酸以酯的形式與其他木素單元鏈接[9]。這樣結構的木素在化學蒸煮中容易被降解而溶出，所以，竹子蒸煮時較針葉木容易成漿。但是，竹子的組織結構非常緊密，且表面覆蓋著富含硅和蠟質的堅硬薄層，纖維細胞腔內有膠狀物質的沉積及侵填體的聚積[10]。這樣的結構，使蒸煮液進入竹材內部的難度加大，滲透困難，延長了滲透時間。從上面的分析來看，竹子的蒸煮特性表現出兩面性：一方面木素的脫除容易，另一方面蒸煮液的滲透困難。

1.2 竹子的蒸煮特點

在實際生產上，竹片蒸煮工藝的特點表現為“長升溫、短保溫”，即竹片蒸煮過程中的升溫緩慢、時間長，而到達最高溫度后保溫的時間較短。這是因為蒸煮藥液往竹片內部的滲透比較困難，需要較長的時間才能使藥液充分有效地進入竹片內部，有些企業采用二次升溫或低溫（120 ℃）保溫的蒸煮技術，都是為了促進藥液的滲透；而竹材中的木素較少且易降解，一旦藥液充分滲透與木素接觸，就可很快地完成脫木素的反應，不需要很長的時間就可將木素脫除使竹片蒸解成紙漿。

1.3 竹漿蒸煮出現的問題

經過調查，很多竹漿企業蒸煮上普遍存在著諸如這樣的問題：

（1）噴放困難。保溫結束后漿料很難一次噴放干凈，需要多次噴放才能將鍋內漿料噴放完。這樣會浪費時間，降低蒸煮設備的產能，還會增加蒸汽的消耗。

（2）漿渣率高。蒸煮后的粗漿料經過篩選，篩出較多的漿渣、細漿的收獲率低，還會堵塞篩漿機、甚至損壞篩鼓，使紙漿的生產成本增加，還會影響生產正常進行。

（3）硬度波動大。主要出現在連續蒸煮系統漿料的卡伯值常常波動，嚴重的時候相差甚至超過10個單位。紙漿硬度的波動給漂白工段產生很大的影響，并降低了產品質量。

（4）結垢嚴重。結垢不僅出現在堿回收系統，在蒸煮器的藥液加熱循環系統、洗選漂設備和漿料管道等處也產生垢層，對生產造成不利影響。

竹漿生產出現這些問題的主要原因是竹片的均勻性差。現在竹漿廠普遍收購的原料為混合竹片，及由不同竹種、不同竹齡、長短厚度不一的竹片組成。不同竹種和竹齡的竹片，木素的含量、組成都有差異，在蒸煮過程中與蒸煮液反應的情況不同，再加上竹片的長度、厚度差異，蒸煮的化學反應不能均勻進行，蒸煮效果隨著竹片的變化而變化。易煮的竹片被過煮，使纖維受到嚴重的損傷；而難煮的竹片未成漿，粗渣量大而細漿的收獲率低。因而在生產上常常出現噴放困難、漿渣率高及硬度波動大的問題。

2 改進竹漿蒸煮的措施

資料介紹[11]，滲透劑能夠提高蒸煮的均勻性，增加紙漿得率、白度和成紙強度，降低紙漿硬度、用堿量和粗渣率，縮短蒸煮時間、提高設備產量，并使制漿系統的結垢大大減弱。為此，進行了添加滲透劑的蒸煮試驗。

PPT 401滲透劑的性質如表1所示。

表1 PPT401蒸煮滲透劑的性質

PPT 401滲透劑是一種表面活性劑，具有增強物質傳遞動力學的能力。在蒸煮初期，能夠提高纖維原料的滲透性、加快蒸煮液滲透；在蒸煮中期，可防止降解木素的縮合和沉積；在蒸煮的后期，能夠減少纖維細胞壁有機物沉積淤塞通道，改善溶解木素從纖維內部傳遞出來的條件，有利于木素的脫除。PPT 401是一種新型的蒸煮助劑，可以增加蒸煮液滲透效率和防止過蒸煮以提高產品得率和均勻性。在蒸煮最初的15 min內，PPT 401滲透劑能夠使料片吸收蒸煮液的量增加30%，并可很快地使蒸煮液與料片內部的木素接觸進而發生化學反應。從PPT 401滲透劑的性質介紹及應用的效果，并結合竹漿蒸煮的特性，這種蒸煮助劑也能夠提高竹片的蒸煮效果，解決竹漿生產出現的問題。出于這樣的目的，在鍋內某造紙企業的蒸煮車間進行了應用PPT 401滲透劑試驗。

某廠以收購的混合竹片為原料，以110 m3立式蒸煮鍋為設備，采用硫酸鹽法進行蒸煮，蒸煮的主要工藝條件如表2所示。為了不影響企業的正常生產，在蒸煮條件保持不變的情況下，將滲透劑添加到蒸煮液中送入鍋內，進行了添加滲透劑的蒸煮試驗，蒸煮結果如表3所示。

表2 蒸煮的工藝條件

從表2的蒸煮結果可以看出PPT 401滲透劑能夠明顯地改善竹片的蒸煮。在其他蒸煮條件不變的情況下添加滲透劑，能夠提高紙漿得率和白度、降低紙漿硬度，并提高了殘堿含量。另外，在紙漿的洗滌、篩選、漂白系統中，泡沫減少、濾水加快，漂白漿的白度也有明顯提高；在抄紙車間，從試驗班次所制紙漿的成紙性能來看，產品的挺度、抗張強度等指標也有一定的增加。

表3 蒸煮滲透劑的性質

3 結束語

竹子是一種非木材纖維原料，木素含量相對較低、易脫出；但是，竹子結構致密、表面覆蓋著富含硅和蠟質的堅硬薄層，蒸煮液的滲透困難，從而給生產帶來較多的問題。生產試驗發現，蒸煮滲透劑的使用，可加快蒸煮液進入竹片內部的速度，提高蒸 煮的均勻性，改善蒸煮效果，提高紙漿得率和質量。

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[3]崔敏,殷亞方,姜笑梅,等.竹材制漿造紙技術研究與應用現狀[J].竹子研究匯刊，2010，29(1)：1-6.

[4]陳龍.四種新竹材制漿造紙研究報告[J].天津造紙,2010(3)：12-15.

[5]佚名.提高竹漿的得率[J].造紙技術通訊,1971(1)：61-62.

[6]易同培.四川竹類植物志[M].北京：中國林業出版社,1997.

[7]楊淑惠.植物纖維化學[M].3版.北京：中國輕工業出版社,2001.

[8]陳云,劉一山,王修朋.混合竹材制備溶解漿的工藝試驗[J].紙和造紙,2011,30(12)：8-16.

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[10]王昌命,王錦,王文久,等.云南主要竹材材性與制漿造紙性能分析[J].中國造紙,2008,27(8)：10-13.

[11]賀靜,郭旭斌,陳艷娟,等.蒸煮滲透劑在麥草化學漿中的應用[J].造紙化學品,2011,23(4)：31-33.