三個廣西速生鄉土闊葉樹種制漿造紙性能研究

中圖分類號：TS72 文獻標識碼：A DOI： 10.11980/j.issn.0254-508X.2025.04.014

作者簡介：，博士，工程師；主要從事制漿技術與生物質轉化利用等方面的研究。

Pulping and Papermaking Properties of Three Fast-growing Native Broad-leaved Tree Species in Guangxi

[Zhil HU La2YING Guangdong1XU Huilan2 WU Dongshan2 CHEN Hu2YAN Peidong2 WANG Yue1HE Shuilin1CHEN Xingjuan1YANG Zhangqi2*

（1.GuangxiSunPaperIndustryCo.Ld.，BeihaiGuangxiZhuangAutonomousRegion3617；.GuangxiKeyLabofSuperiormber

TreesResourceCuliioKeyLabfiolFstyndGssaddmnstraonCulioofstongmbntl South China，Guangxi Forestry Research Institute，Nanning，Guangxi Zhuang Autonomous Region，） （ E-mail： yangzhangqi@163.com）

Abstract：Woodsicsityberohologiesndpulpingandpeakingpropertisof5t15arsoldMlaiaosesis odoratissima，and Castanopsis fissa as wellas a control of 7-year-old Eucalyptus grandis .urophyllawere investigated，to comprehensivelyevaluatetheapplicabilityoftheseramaterialsforthepulpingandpapermaking.Theresultsshowedthatundertheevaluationofphsical propertiesofteapeacoingtooodnateitegrativeassssmtehod，osfeeetrespeies（O.59＼～9.9）waller thathatfteontrolofucaltus（1.25），andalloftemweresuperiramaterialsfortepulpingndpapermaking.Comparedith diferentreespecies，thefberlength（1.53＼～1.7Omm）fMytilarialosensisaslarger，uttheoverallstrengthindicesofepaper showed no significant advantages. The wood basic density ）of the Albizia odoratissima，residual alkali content（10.0＼～ 1 3 . 8 g / L ）and Kappa value（18. O＼～21.4） of pulp from it were higher. The viscosity （ 1 0 6 6～1 2 3 7 m L / g ） of pulp from Castanopsis fissa was higher，andteoverallstregthidsofteaperwereupeior.Afomparisonamonggroupsithdiferetrages，eplping andpapermaking propertiesof 5-year-old and 12-year-old Mytilaria laosensis，6-year-oldAlbiziaodoratissima，and6to13yearsoldCastanopsis fissa werebetter，while the overall indicesstrengthof papers of13-year-old Mytilaria laosensis，1O-year-old Albizia odoratissima， and15-year-oldCastanopsisfissawerelower，indicatingthatthethree species of fast-growing broad-leaved treeswere suitable for cultivating 《中國造紙》2025年第44卷第4期

制漿與造紙

short-rotation pulp forests.Key words：Mytilaria laosensis； Albizia odoratissima； Castanopsis fissa; tree age;；pulping and papermaking

我國是世界上最大的紙及紙板生產國和消費國，2023年，我國紙及紙板的生產量和消費量分別為12965萬和13165萬t，生產量約占全球總量的 制漿造紙行業是典型的資源密集型產業，林漿紙一體化是促進行業低碳化、可持續發展的重要途徑之一，而原料的持續穩定供應是實現產業高質量發展的重要前提2。我國的再生紙漿已基本實現自給自足，但品質較高的木漿對外依存度高，2023年進口木漿占比達 ，紙漿林原料缺口大。廣西地區林地資源豐富、水熱條件優越，具有約占全國林地總面積 5 % 的林地，木材產量占全國 4 0 % 以上，因此，廣西地區紙漿林的開發利用是實現我國漿紙原料本土化的關鍵舉措之一。目前，桉樹是廣西木槳生產的主要來源，但在可持續發展要求下，桉樹人工林木材的產量短期內難以繼續擴大，且制漿造紙行業還將長期面臨人造板行業的原料競爭[3-4]。因此，制漿造紙用新原料樹種的開發利用已勢在必行。

米老排（Mytilaria laosensis）、黑格（Albiziaodo-ratissima）和大葉櫟（Castanopsisfissa）是廣西適生范圍廣、生長速度快的主要鄉土闊葉樹種。米老排具有干形直、材質優和抗性強等特性5；黑格屬于固氮樹種，與其共生的根瘤菌具有固氮功能，能起到改良土壤的作用；大葉櫟具有樹干通直、萌芽力強和適應性強等特點，木材品質優良，樹皮和殼斗可提取栲膠，是廣西優先開發的鄉土樹種之一。早在20世紀90年代展開的研究表明，6＼～24年生米老排是優良的制漿造紙原料58]。同時，相關木材性質分析表明，23年生米老排的纖維長度、長寬比和壁腔比分別為 、78.68和 ，黑格側枝的纖維長度、壁腔比和柔性系數分別為 、0.75和 33年生大葉櫟的纖維長度為 ，表明這3個樹種的木材纖維品質均處于較好和優良等級區間內。現有研究已初步證實，米老排、黑格和大葉櫟是較優的制漿造紙原料，但受限于造林規模、林分蓄積量等因素，尚未實現其規模化應用。近年來，速生鄉土樹種在遺傳多樣性分析、子代遺傳評價及選擇等方面均取得較大進步[12-14]，選育的4年生黑格優良家系的平均胸徑和樹高分別達 1 1 . 4 7 c m 和 ，為優質紙漿林培育奠定了良好基礎，但尚缺少現有原料制漿造紙適用性的系統研究。

因此，本研究選取5＼～15年生的米老排、黑格和大葉櫟人工林為研究對象，以尾巨桉（Eucalyptusgrandis × E .urophylla）為對照，通過對比分析不同林齡樣木的木材密度、纖維形態、制漿特性及造紙性能，綜合評價不同原料的制漿造紙適用性，為3個速生闊葉樹種在造紙領域的應用提供重要依據。

1實驗

1. 1 實驗原料與試劑

來老排、黑格和大葉櫟樣木，分別取自廣西國有派陽山林場、廣西國有雅長林場、橫州市鎮龍林場的人工林林分。每個樹種選取4＼～5個不同林齡的樣木參與實驗，每個林齡選取1＼～3株樣木。作為對照的尾巨桉為7年生，取自廣西國有派陽山林場。樣木基本信息見表1。

氫氧化鈉、硫化鈉、鹽酸、硫酸、高錳酸鉀、碘化鉀、氯化鋇，均由國藥集團化學試劑有限公司提供；硫代硫酸鈉，由天津奧普升化工有限公司提供。以上試劑均為分析純。

1.2實驗儀器與設備

纖維分析儀（MORFINeo，法國），實驗蒸煮器（TD1-15，容積 1 5 L ，咸陽通達輕工設備有限公司），抗張強度測定儀（Lamp;W066，瑞典），耐破度測定儀（BSM-1600，中建材智能自動化研究院有限公司），紙張撕裂度儀（DCP-SLY1000，四川長江造紙儀器有限責任公司），耐折度測定儀（TiniusOlsenMIT#1VS，美國）。

1.3 實驗方法

1.3.1 原料的采集與處理

在林地將樣木伐倒后，全部截成長度為 1 . 3 m 的木段，選取近稍部1＼～2個木段去皮、切片，用于纖維形態測定及制漿造紙實驗。在最頂端的木段大頭處截取厚度約 5～1 0 c m 的圓盤用于測定木材基本密度。

1.3.2 木材基本密度測定

依據GB/T1927.5—2021《無疵小試樣木材物理力學性質試驗方法第5部分：密度測定》將圓盤加工成 2 0 m m×2 0 m m×2 0 m m 的木塊，測定木材基本密度。

1.3.3 纖維形態測定

選取具有代表性的木片試樣，沿縱向切成火柴棍大小的木條，利用雙氧水/冰醋酸離析法制得木材纖維懸浮液，用纖維分析儀測定纖維長度、寬度和粗度。

1.3.4 蒸煮實驗

采用硫酸鹽法制漿，蒸煮工藝參照本公司現用生產工藝，結合多次蒸煮實驗，最終確定蒸煮條件為液比 1 ： 3 . 5 、硫化度 2 8 % 。纖維分析表明，米老排的纖維長度較大（ ），因此選用較高的用堿量（以N a O H 計，下同， 2 2 % ），而其余樹種用堿量為 2 1 % 。將各組試樣的木片與蒸煮液均勻混合，裝入電熱回轉式蒸煮器中，先將溫度升至 $1 2 0 ＼ { ^ ＼circ } ＼mathrm { C }$ ，進行小放氣，排出蒸煮器內的空氣，消除假壓，之后繼續升溫至 ，保溫時間 1 8 0 m i n 。

反應結束后，將漿料充分洗滌，采用平板篩分儀（篩縫寬度 0 . 1 5 m m ）篩選去除未煮開的纖維束類雜質，測定篩后的木漿得率，即為細漿得率。獲得的細漿經平衡水分后，分別按照GB/T1546—2018《紙漿卡伯值的測定》和GB/T1548—2016《紙漿銅乙二胺（CED）溶液中特性粘度值的測定》，測定木漿的卡伯值和黏度。

1.3.5打漿抄片及紙張物理強度測定

按照GB/T29287—2012《紙漿實驗室打漿PFI磨法》對篩后木漿進行打漿實驗，打槳至游離度為4 0 0±1 0 ）mL后，用TAPPI抄片器抄片，紙張定量為 。紙張的撕裂指數、耐破指數、抗張指數和耐折度等物理強度指標，按照文獻[15]中的方法進行測定。

采用坐標綜合評定法計算物理強度指標的綜合得分值 [1，計算步驟如下。

1）將觀測值列成原始數據矩陣，以 表示。

2）將每列中的數據與該列數據中的最大值作商，即 ，得出相應矩陣數據的相對值，該結果稱為“矩陣坐標 ）”。

3）第 i 個數據點到標準點距離 按式（1）計算，按照相同的重要程度，設定撕裂指數、耐破指數、抗張指數和耐折度的權重系數 （ K ） 分別為25、25、25和25。

4）按照式（2）計算矩陣中各數據點到標準點間距離的和 。

2 結果與討論

2.1木材基本密度和纖維形態

不同林齡樣木的木材基本密度和纖維形態如表2所示，圖1為3個鄉土闊葉樹種的纖維形態分布情況。綜合考慮制漿能耗和設備生產能力，制漿造紙企業一般選擇木材基本密度 的樹種作為較優原料7。由表2可知，除CF-8的基本密度略低于0.35外，各試樣的基本密度均在 范圍內，表明5＼～15年生的3個速生闊葉樹種均適于制漿造紙。黑格的木材基本密度為 ，高于米老排 ）和大葉櫟（ 0 . 3 4 2 ～ ），作為紙漿林培育時在木材干物質量生產上具有明顯優勢。與桉木相比，AO-10、AO-12、AO-15及CF-15的木材基本密度高出 1 . 2 % ～ 1 2 . 7 % ，而其余樣木基本密度低 7 . 3 % ～ 3 4 . 2 % 。隨著林齡增加，木材基本密度整體呈上升趨勢，與黑木相思、火炬松等其他樹種的研究結果相一致[18-19]

纖維形態是決定紙張物理強度的重要指標[20-21]。由表2可知，3個闊葉樹種的纖維長度為 0 . 8 2 ～ 1 . 7 0 m m ，均超過桉木（ ）；長寬比為 3 8 . 0 ～ 65.1，均滿足造紙原料纖維長寬比大于35的基本要求。因此，從纖維基本形態考慮，3個樹種均適于制漿造紙。

此外，由表2和圖1還可知，3個樹種相比，米老排的纖維平均長度（ 1 . 5 9 m m， ）分別較黑格和大葉櫟高6 9 . 1 % 和 7 1 . 0 % ，纖維長度分布較為集中，纖維平均粗度（ 2 5 . 5 7 m g / 1 0 0 m ）分別是黑格和大葉櫟的2.9和2.0倍，纖維明顯較長、較粗；黑格纖維的平均寬度（ 1 6 . 8 μ m ）分別比米老排和大葉櫟低 4 9 . 1 % 和 2 4 . 0 %

與桉木接近，纖維形態更為細小。

對于3個速生鄉土闊葉樹種而言，纖維形態隨林齡的變化在不同樹種間存在差異。隨著林齡的增大，米老排和黑格纖維的長寬比呈降低趨勢，而纖維粗度則呈上升趨勢；米老排的纖維寬度呈上升趨勢；大葉櫟的纖維長度和長寬比均呈上升趨勢；其余指標呈波動式變化，且變化幅度相對較小。此外，不同林齡樣木的纖維長度和寬度的分布狀況整體上無明顯差異。

2.2 制漿特性

不同林齡樣木所制備木漿的基本性能如表3所示。由表3可知，各組樣木的細漿得率為 4 0 . 7 % ～ 5 4 . 2 % ，均超過 4 0 % ，3個闊葉樹種屬于細漿得率較高的制漿原料，其中黑格木漿和大葉櫟木漿的平均細漿得率分別為 4 8 . 6 % 和 4 7 . 1 % ，與對照樣桉木漿（ 4 7 . 5 % ）接近；米老排木漿的細漿得率略低，平均值為 4 3 . 6 % 。黑格木漿的殘堿量（ 1 0 . 0～1 3 . 8 g / L ）和卡伯值（18.0＼～21.4）均較高，其平均值分別比其他2個樹種及桉木高出 3 3 . 6 % ～ 1 0 8 . 6 % 和 5 . 9 % ～ 1 9 . 6 % ，表明黑格木材蒸煮比較困難，木質素不易被脫除[22]。大葉櫟木漿的黏度（ 1 0 6 6～1 2 3 7 m L / g） 較高，黑格木漿的黏度（ 8 9 2～9 8 7 m L / g ）較低，而米老排木漿的黏度（ 9 4 7～1 0 9 3 m L / g ）與桉木漿接近。

由表3還可知，隨著林齡的增加，米老排木槳和大葉櫟木漿的細漿得率整體呈現先上升后下降趨勢，均在8年生時達到最大值 4 5 . 3 % 和 4 9 . 0 % ，該變化趨勢與落葉松木漿的相關研究結果一致[22]，在一定程度上反映了制漿原料的纖維含量。AO-6的細漿得率1 5 4 . 2 % ）遠高于其余3組黑格試樣，這主要是因為其木材基本密度較其余試樣低了 1 7 . 4 % ～ 2 4 . 6 % （表2），從而導致成槳效率更高。米老排、黑格和大葉櫟木漿的最小卡伯值對應林齡分別為5、6和11年，此時木槳中殘余木質素較少，表明生長早期形成的木材，其脫木質素程度較高，蒸煮效率較高[2]

2.3 紙張性能

不同林齡闊葉木漿所制備紙張的物理性能如圖2所示。由圖2可知，盡管米老排纖維長度遠大于黑格和大葉櫟（表2），但其紙張的整體強度指標未表現出明顯的優勢，表明除了纖維長度外，纖維結合力、纖維本身的強度和纖維在紙張中的排列也會影響紙張整體強度[23-24]。不同林齡米老排所制紙張的撕裂指數整體上與桉木所制紙張接近，變化規律不明顯，ML-13所制紙張撕裂指數最大（ 。隨著林齡的增加，米老排所制紙張的耐破指數、抗張指數和耐折度變化基本一致，整體呈下降趨勢，5年生米老排所制紙張的強度指標數值最高，其耐破指數、抗張指數、耐折度分別為 、 和2108次，而13年生米老排所制紙張的強度指標數值最低。綜合比較，以5年生米老排為原料所制紙張的整體強度指標較好。

由圖2可知，對于大葉櫟而言，11＼～15年生大葉櫟所制紙張的平均撕裂指數（ 較6＼～8年生大葉櫟所制紙張高 2 0 . 9 % ，主要是由于6＼～8年生木材的纖維明顯較短（表2），而纖維長度是影響紙張撕裂度的重要因素之一[25]。大葉櫟所制紙張的耐破指數、抗張指數和耐折度的變化趨勢基本一致，表現為6＼～13年生大葉櫟所制紙張的強度指標接近，耐破指數、抗張指數、耐折度平均值分別為 、 和1780次，而15年生大葉

Fig.2Physicalproperties ofthepaperfromMytilaria laosensis，Albiziaodoratissima，and Castanopsisfissofdiffrentages櫟所制紙張的強度指標較前者分別低 2 2 . 5 % 、 1 8 . 9 % 和 7 6 . 5 % 。綜合各項指標，11和13年生大葉櫟所制紙張的整體物理強度較優。

由圖2還可知，不同林齡黑格相比，6年生黑格所制紙張的撕裂指數、抗張指數和耐折度均最高，分別為 、 和1556次，耐破指數0 ）也較高，僅略小于12年生黑格所制紙張（ 。6年生黑格所制紙張具有較優的物理強度，這與其較大的纖維長度和長寬比（表2）相符。10年生黑格所制紙張的耐破指數、抗張指數和耐折度均最小，分別較最大值低 1 7 . 6 % 、1 0 . 3 % 和 7 2 . 2 % 。12年生黑格所制紙張的撕裂指數最小，比最大值低 2 4 . 9 % 。隨著林齡的增加，黑格所制紙張的撕裂度、抗張強度和耐折度均呈下降趨勢，而耐破指數變化較小。綜合考慮各項強度指標，以6年生黑格為原料所制紙張的強度優勢較為明顯。

基于坐標綜合評定法獲得的紙張物理強度綜合得分 如圖3所示。研究表明，綜合得分值越小，表明綜合物理強度越高。由圖3可知，各組試樣的綜合得分值（0.59＼～19.91）均小于桉木（21.25），表明3個速生闊葉樹種均可作為造紙行業的新原料。不同林齡的試樣相比，ML-5、ML-12、AO-6、CF-6、CF-8、CF-11和CF-13的綜合得分值明顯較低，紙張物理強度較優；ML-13、AO-10和CF-15的綜合得分值較高，紙張物理強度較低，與上述分析中的結論基本一致。綜上所述，以3個闊葉樹種生長早期形成的木材為制漿造紙原料，制備的紙張物理強度較優，表明其適于培育短輪伐期紙漿林。

3結論

本研究以5＼～15年生米老排、黑格和大葉櫟為研究對象，7年生尾巨桉為對照，通過對比分析不同樹種和林齡樣木的木材密度、纖維形態、制漿特性及造紙性能，綜合評價不同原料的制漿造紙適用性。3.13個速生闊葉樹種的木材基本密度為 0 . 3 4 2 ～ ，纖維長度為 0 . 8 2～1 . 7 0 m m ，纖維長寬比為38.0＼～65.1，細漿得率為 4 0 . 7 % ～ 5 4 . 2 % ，基于坐標綜合評定法獲得的紙張物理強度得分值（ 0 . 5 9 ～ 19.91）小于桉木（21.25），均為較優的制漿造紙原料。3.2不同樹種相比，米老排的纖維長度（ 1 . 5 3 ～ ）較大，但米老排所制紙張整體強度指標未表現出明顯優勢；黑格的木材基本密度（0.442＼～ ）較大，殘堿量（ ）和卡伯值（18.0＼～21.4）較高；大葉櫟的木漿黏度（ 1 0 6 6 ～ 1 2 3 7 m L/ g ）較高，大葉櫟所制紙張整體強度較優。3.3不同林齡樣木相比，5年生和12年生米老排、6年生黑格以及6＼～13年生大葉櫟的制漿造紙性能較優，而13年生米老排、10年生黑格以及15年生大葉櫟所制紙張整體強度較低，表明3個速生闊葉樹種適于培育短輪伐期紙漿林。

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（責任編輯：魏琳珊）