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管理，新產品和新技術的研發工作。

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量和消費量分別達12196萬和13165萬t。但由于森林資源不足，國內紙漿產能不能滿足造紙生產需求，紙漿大量依賴進口。2023年，中國進口木漿總量達2684萬t，占國內木漿總用量的 54.4% 。隨著造紙行業結構調整與集中度的提升，中國制漿造紙企業已普遍認識到提高企業自身制漿能力，構建漿紙平衡的生產模式是增強企業核心競爭力的重要途徑。近年來，國內掀起新建紙漿項目的熱潮，推動國產紙漿生產能力快速提高。2020一2023年，中國木漿的產量已從1490萬t增加到2247萬t，年均增長率達 12.7% 。隨著國內木漿產能的增加，制漿造紙行業對木材資源，特別是制漿性能優良的木材資源需求不斷增長。在此背景下，利用林業育種技術，定向培育、篩選制漿性能優良的高產優勢樹種，對于推動中國造紙工業‘林漿紙一體化”可持續發展模式意義重大。

濕地松是一種原產于美國的樹種，耐水濕、抗鹽堿，在沿海地區和濕地環境中表現優異，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很有發展前途的造林樹種2。濕地松曾是短周期紙漿林定向培育主要樹種之一3]，用于制備化學機械漿[46化學漿-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良的濕地松品系作為紙漿材重點發展樹種提供參考。

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科學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線的工業品，其中氫氧化鈉1 ΔNaOH ，質量分數 32% 離子膜堿）、固體硫化鈉（ ΔNa₂S ，質量分數 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 ，質量分數 27.5% ）、二氧化氯（ ClO₂ ，質量濃度 10g/L ），取自湖南駿泰新材料科技有限公司。

1.1.2 實驗設備

實驗設備名稱、產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），經剝皮機剝皮和削片機削片處理，加工成木片，風干后備用，得到表1中原料 1^*～4^* 。

1.3 原料密度及化學組分的測定

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蒸煮鍋內，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、纖維質量。

1.5 氧脫木質素

在專用的氧脫反應釜中，對蒸煮后的紙漿采用兩段氧脫木質素工藝進行處理。氧脫木質素段工藝條件為：漿濃 10% ，用堿量 0.025% ，氧氣壓力 0.6MPa 第1段氧脫木質素溫度 88^°C ，反應時間 20min ；第2段氧脫木質素溫度 98^°C ，反應時間 60min 。將氧脫木質素后的漿料洗凈，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個不同的磨漿轉數進行磨槳。磨漿后的漿料，分別檢測其打漿度、纖維形態，抄片并測定其性能。

2 結果與討論

2.1不同品系/樹齡的濕地松原料的理化性質

檢測不同品系/樹齡濕地松原料的理化性質，結果見表5。通過分析表5數據，可以發現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 0.511g/cm³ ，較8年樹齡（ Φ_1^*） 時高出 15.9% 。根據木材密度大小，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成分也有明顯差異，主要體現在纖維素含量和酸不溶木質素含量2個指標上。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，得到的槳料性質見表6。從表6可以看出，當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量

2.3.1 紙漿纖維質量

不同品系/樹齡濕地松在經硫酸鹽法制漿蒸煮后得到的本色漿白度及纖維形態數據見表7。從表7可知，經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，當磨漿機轉數超過

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量

Table7Qualityof naturalkraft pulp ofdifferent strains/tree-ageof wetland pine

7000r 時，漿料打漿性能開始出現差異，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、耐破指數見圖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，當打漿度高于 20^°SR 后，抄片的裂斷長隨著打漿度繼續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，抄片撕裂指數開始由升轉降。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差異很小。

綜上所述，從打漿性能、纖維質量、裂斷長、撕裂指數等多維度綜合分析，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素處理，氧脫木質素效率差異很小，均在 64%～66% 之間，但紙漿白度在氧脫木質素及各段漂白處理過程中，呈現出不同的變化趨勢。

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*）的硫酸鹽漿在經氧脫木質素處理后，白度要比20年樹齡（ 2^#） 時高5.6個百分點。但繼續經過 D₀ 處理后，白度卻比20年樹齡時低4.3個百分點，而在經過 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較好的漂白性能，在經過四段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磨漿轉數的增加，不同品系/樹齡濕地松硫酸鹽漂白漿的打槳度呈現出不同的變化趨勢，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PFI磨漿轉數同為 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磨漿轉數超過 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、耐破指數見圖5。從圖5可以看出，濕地松硫酸鹽漂白漿抄片的裂斷長、撕裂指數和耐破指數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現，漂白漿抄片的強度更低，在撕裂度上表現最為明顯。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位于10.5～16.0mN?m²/g 之間，而漂白槳抄片的撕裂指數位于 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對比

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

3結論

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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（責任編輯：楊苗秀）