竹資源制備溶解漿及生產工藝優化研究

作者簡介：林思球，高級工程師；主要從事制漿造紙、溶解漿的生產工藝技術及研究工作。

關鍵詞：毛竹；溶解漿；聚合度；反應性能； ∝ -纖維素中圖分類號：TS743 文獻標識碼：A DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2025.08.015

Study on the Preparation of Dissolving Pulp from Bamboo Resources and Optimization of Production Proces

LIN Siqiu （Fujian Qingshan Paper Industry Co.， Ltd.，Sanming，Fujian Province，365500） （E-mail：332307550@qq.com）

Abstract：Thissudymployedthepre-hdrolysisraft（HK）processtopreparedissolvingpulpfrommosobamboo.ItanalyzedtecelationmecansetwnthgfpleaiDoftovinpulpnditsprfoaceicatorssellasfid andactivatortreatmentonteseperformanceindicators.ThersultsshowedthatduringtheHKcooking-bleachingprocess，eofthe bambo disolving pulpshouldbecontroled atapproximately463.AtthisDP，theobtained pulpexhibitedanashcontentof 0. 12% ，an α -cellulose content of 91. 3% ，and a pentosan content of 3.29 % ，withreactivity filtration timesof178s（9 mL CS ¹² ）and98s（11mLCS ² ） Furthermore，replacingtheP（peroxide）bleachingstagewithnA（acid）treatmentstagereducedthashcontentofthebambodsolving pulp product to 0.07% ，increased the α -cellulose content to 92. 6% ，and decreased the pentosan content to 2. 62% ，leading to a significant improvementinproductqualitydicators.Onthisbasis，theaditioofanactivatorreatmentstagefurtherehancdtereacvityofthe bamboo dissolving pulp.

Key words：moso bamboo;dissolving pulp;degree of polymerization； reactivity ; α -cellulose

溶解漿作為一種典型的高純度纖維素產品，可用于黏膠纖維和Lyocell纖維等再生纖維素、纖維素酯和纖維素醚等纖維素衍生物以及納米纖維素等纖維素基材產品的生產[1-3]。隨著纖維素改性及后加工等技術的日臻成熟，以溶解漿為代表的高純度纖維素原料將被賦予更大的利用空間和使用價值。溶解漿對 α 纖維素含量和白度均要求較高。纖維素占比 90% 以上，含有少量半纖維素（一般 2%～8% ），另有微量的殘余木質素、苯-醇抽出物和無機鹽等[4-5]。溶解漿的纖維素聚合度和相對分子質量降低，會增加纖維素的反應性能；但過低會降低產品的機械強度。聚合度過高會導致黏膠原液過濾困難。此外，溶解槳的反應性能好，可以降低黏膠纖維生產中 CS₂ 的消耗，減少有毒物質的排放；而反應性能差，黏膠纖維的過濾性能較差，可紡性也較差。

生產溶解漿傳統原料一般采用針葉木及棉短絨，隨著針葉木及棉短絨資源的日益緊張及價格的攀升，竹材等非木材原料也逐步應用于溶解漿的制備。福建省竹資源豐富、竹產業發達，尤其又以三明、南平、龍巖竹資源最為豐富。總體上，閩北地區（南平、三明）竹類資源以毛竹為主，占比 90% 以上，可為竹溶解漿的制備創造有利條件。竹材的生長周期短于木材，一般2～3年就可以砍伐，是一種高效且可持續利用的植物纖維來源。竹材制作而成的溶解漿在制造人造纖維和紙質產品中有著重要的應用，經處理后的竹纖維被稱為“能呼吸的纖維”或“纖維皇后”，具備抗菌防霉特性、吸收與釋放水分能力、異味吸附性能以及柔韌度和舒適感[]。

制備溶解漿常用的蒸煮方法有預水解硫酸鹽法和酸性亞硫酸鹽法[。酸性亞硫酸鹽法是在同一個制漿工段中一起去除半纖維素和木質素，該方法會嚴重破壞纖維初生壁。預水解硫酸鹽法首先是在預水解階段選擇性去除半纖維素，而木質素主要是通過后續的蒸煮工段去除。在半纖維素去除的過程中，酸性亞硫酸鹽法會隨機發生碳水化合物鏈上糖苷鍵的斷裂，而預水解硫酸鹽法制漿則發生逐步剝離反應2]。整體而言，酸性亞硫酸鹽法纖維素純度及反應性能均高于預水解硫酸鹽法制漿，但酸性亞硫酸鹽法制漿產生的紅液處理困難，不利于規模化生產，故目前溶解漿的生產工藝均主要采用預水解硫酸鹽法蒸煮。

在蒸煮后，制備的紙漿通常需要進行漂白處理。常用的漂白方法有氧脫木質素（O）二氧化氯漂白（D）、堿處理（E）、次氯酸鹽漂白（H）和過氧化氫漂白（P）等。在氧脫木質素過程中，木質素逐漸被脫除，漿料卡伯值、黏度、聚合度均降低，為后續漂白創造條件[13]。漂白工序進一步脫除殘留木質素，提高白度。常用漂白流程有D-ED-P、O-D-E-P、O-D-E-D-P等[4]。竹溶解漿的預水解-蒸煮和漂白過程對于制備溶解漿的性能具有重要影響。因此，本研究通過分析不同聚合度溶解漿與反應性能的關系，得到生產中相對合適的聚合度控制值；通過對溶解漿酸處理及活化劑處理實驗，確定酸及活化劑處理對溶解漿反應性能的影響；從而優化生產工藝，提升竹資源制備溶解漿的品質。

1實驗

1. 1 實驗原料

毛竹來自福建省，竹齡2～3年，含水量在 8% （10% ，化學組分含量見表1。

1. 2 實驗試劑及儀器

實驗主要化學試劑如表2所示，實驗主要儀器及設備如表3所示。

1.3 實驗方法

溶解漿取自福建某紙廠竹溶解漿工藝漂白工段P段，選取聚合度從高至低6個槳樣，將其編號為 1^#～6^# 溶解漿，竹溶解漿生產工序及工藝生產條件如表4所示。

反應性能測定：在不銹鋼管的下端設有1個螺絲帽及2個橡皮墊圈，松開螺帽，在2個橡皮墊圈之間放入10000孔 /cm² 的不銹鋼網（有效過濾直徑28mm ），擰緊螺帽，用粘膠加滿不銹鋼管。用250mL 量筒收集過濾后的粘膠，測定收集量從 25～ 50mL （以下簡稱A區段）及 125～150mL （以下簡稱B區段）所通過時間的秒數，用2次測定時間之差（以文簡稱B-A區段）表示粘膠過濾的阻滯度，即黏膠纖維用漿粕的反應性能，準確至 0.1s 。

酸處理：將濃硫酸配制為質量分數 5% 的稀硫酸溶液，將溶解漿 pH 值調至5.5，加入乙二胺四乙酸二鈉（EDTA）螯合劑，于 60^°C 水浴缸中恒溫水浴 60～ 90min 。

活化劑處理：均勻攪拌藥液，配制為質量分數10%～20% 的活化劑溶液，噴入漿粕中，加入量控制在 0.06%～0.20% （相對于 α -纖維素）。

1.4溶解漿性能檢測

紙漿聚合度、特性黏度測定按照FZ/T50010.3-2011；反應性能測定參照FZ/T50010.13-2011； α -纖維素含量測定參照FZ/T50010.4-2011；灰分、鐵、樹脂、多戊糖含量測定參照FZ/T50010.5-1998、FZ/T50010.6-1998、FZ/T50010.11-1998、FZ/T50010.12-1998測定；白度測定參照FZ/T50010.7-1998。

2 結果與討論

2.1聚合度對竹溶解漿性能指標的影響

聚合度是評價溶解漿質量的一個重要指標。聚合度低，纖維素容易與化學藥品反應，反應性能增加，但聚合度過低，竹溶解漿的機械強度降低；而聚合度過高，黏膠原液過濾困難，所以溶解漿的聚合度需達到合適的范圍。通過對 1^*～6^* 溶解槳進行性能指標檢測，檢測結果如表5所示。由表5可知，隨著聚合度降低，即纖維素分子鏈被切斷，溶解漿纖維素的特性黏度也呈現降低的趨勢。纖維素分子聚合度的降低，表明纖維素的長分子鏈變為短分子鏈，如果分子鏈過低，則會導致溶解漿 α -纖維素含量的降低。此外，溶解漿聚合度的降低，表明其蒸煮漂白處理強度提升，因此溶解槳的灰分、鐵以及多戊糖含量也呈現降低的趨勢。

表1毛竹化學組分含量

Table1 Chemical components of moso bamboo

%

表2主要化學試劑

Table2Mainchemical reagents

表6為竹溶解漿的反應性能。從表5和表6可以分析聚合度與反應性能的關聯程度。其他指標相近的情況下，隨著聚合度的減少，反應性能呈現增加的趨勢。在 CS₂ 為 9mL 時，聚合度為577的1溶解漿，其A區段量筒收集 20mL 后溶解漿不通過；聚合度降低至 3^# 漿樣的508時，溶解漿A區段的通過時間為 178s ，B區段量筒收集 108mL 后不通過，當 CS₂ 為 11mL 時，溶解漿A區段的通過時間為 98s ；聚合度降低至 5^* 溶解漿的463，其A、B區段均能通過。通過B-A區段的時間分別為3840s （9mLCS₂） ）和2345s （11mLCS₂） 。整體而言，隨著溶解漿聚合度的降低，其通過時間越短，因此反應性能呈現增加的趨勢。雖然 6^* 溶解漿的通過時間更短，時間僅為 42s ，但過低的聚合度會影響竹溶解漿得率和機械強度，提高生產成本，綜合考慮下，竹溶解漿的聚合度控制在463左右為宜。

Table3 Main experimental instrumentsand equipments

表3主要儀器及設備

表4竹溶解漿生產工序及工藝條件

Table 4 Production process and technological conditions of bamboo dissolving pulp

表5竹溶解漿的性能指標Table 5Performance of bamboo dissolving pulp

Table6 Reactivityof bamboo dissolving pulp表6竹溶解漿的反應性能

2.2酸處理對竹溶解漿性能指標的影響

預水解硫酸鹽法制備溶解漿的殘余半纖維素對堿的穩定性較好，因此可以進一步采用酸處理，去除抗堿性的半纖維素，提高溶解漿的 α -纖維素含量。模擬生產線的實際生產時間，研究酸處理對竹溶解漿性能的影響，實驗結果如表7所示。酸處理可以進一步溶出纖維中的半纖維素，因此溶解漿的多戊糖含量降低， α -纖維素呈現增加效果。將上述研究中性能較好的 5^* 溶解漿作為酸處理的原始樣品，進行5次酸處理平行實驗，取其平均值作為實驗結果。由表7可知，5^* 溶解漿初始多戊糖和 α -纖維素含量分別為 3.29% 和91.3% ，酸處理后多戊糖和 α -纖維素含量分別為2.62% 和 92.6% 。此外，酸處理對金屬離子的去除也有較好的效果，酸處理后溶解漿的灰分含量明顯降低，從原始樣品的 0.12% 下降至處理后的 0.07% 。在酸性條件下，纖維素分子可能會發生降解反應，因此處理后溶解漿的特性黏度和聚合度呈現下降的效果，分別從 344.4mL/g 和463降低至 328.1mL/g 和 439 。由此得出，酸處理（A段）相較于原始生產工序（P段）能夠明顯改善竹溶解漿的灰分及金屬離子含量，可在實際生產中將P段替換為A段，將pH值控制在5.5±0.5 。

表7酸處理對竹溶解漿性能的影響

Table7 Effects of acid treatment on properties of bamboo dissolving pulj

2.3活化劑對竹溶解漿性能指標的影響

活化劑是植物中提取出的有機油脂高分子乳化劑，可以降低溶解漿靜摩擦系數，提高溶解漿纖維素在堿化和磺化過程中的反應性能和過濾性能。在堿性漂白和噴淋到漿板等處理條件下，活化劑能夠滲透到纖維內部，潤脹溶解漿纖維，減少纖維成團，使纖維柔軟、膨脹、蓬松、部分分散，增加纖維 S₂ 層的暴露程度，進而能夠增加纖維的比表面積，改善纖維的反應性能，提高磺化反應程度，改善黏膠纖維的過濾性能。活化劑有利于 CS₂ 的滲透反應，從而提高漿粕的反應性能。為顯著觀察活化劑處理對竹溶解漿性能指標的影響，選取在 9mL 和 11mL 的 CS₂ 用量條件下均未通過的 2^* 溶解漿作為實驗對象，表8為活化劑對溶解漿反應性能的影響。由表8可知，添加活化劑有助于溶解漿反應性能的提高，且反應性能隨著活化劑用量的增加呈上升趨勢； 1kg 活化劑用量處理的竹溶解漿在 11mL 的 CS₂ 用量條件下順利通過，且過濾時間變為 1323s ，2和 3kg 活化劑用量的竹溶解漿的過濾時間分別降低至1017和 345s 。此外，在 9mL 的 CS₂ 用量條件下，竹溶解漿的過濾時間也從未添加活化劑的不通過變為 2kg 活化劑用量的3817s和 3kg 活化劑用量的 1088s 。總體上看，隨著活化劑用量的增加，溶解漿的反應性能呈現提高的趨勢。綜合考慮反應性能及生產成本，活化劑的用量以 1～2kg/t 絕干漿為宜。

表8活化劑對溶解漿反應性能的影響

Table8 Effects of activatorson the reactionperformance of dissolving slurry

2.4工藝優化效果

根據上述對于聚合度指標、酸處理、活化劑處理研究中的最優結果，對福建某紙廠實際生產毛竹溶解漿工藝進行優化，將漂白P段改為A段，并控制其溶解漿聚合度為463，工藝優化后，竹溶解漿灰分含量由 0.12% 降低至 0.07% ，鐵含量由 13mg/kg 降低為8mg/kg ， α -纖維素含量由 91.3% 增加至 92.6% ，產品質量指標顯著提升；在此基礎上，增加活化劑處理工序能夠進一步提高竹溶解漿的反應性能。

3結論

本研究以預水解硫酸鹽法制備毛竹溶解漿，分析了竹溶解漿聚合度與其性能指標的關聯機制，以及酸和活化劑處理對竹溶解漿性能指標的影響，獲得溶解漿制備工藝優化條件。3.1在預水解硫酸鹽蒸煮-漂白過程中，隨著溶解漿聚合度的降低，溶解漿纖維素的分子鏈變短，其特性黏度、半纖維素、 α -纖維素和灰分含量呈降低趨勢，但是反應性能呈增加趨勢。在聚合度為463時，溶解漿的特性黏度為 344.4mL/g ，灰分、 α -纖維素和多戊糖的含量分別為 0.12% 、 91.3% 和 3.29% ，反應性能為3840s（9mLCS₂） ）和2345s （11mLCS₂） ）的過濾值。3.2酸處理可以去除金屬離子，處理后溶解漿的灰分含量下降至處理后的 0.07% 。多戊糖含量降低至2.62% ， α -纖維素增加至 92.6% 。采用活化劑處理可進一步提升毛竹溶解漿的反應性能。3.3通過上述研究，實際生產中將 0-D₀ -Eop ?D_? -P工序改為 0?D₀?Eop?D₁?A 、控制竹溶解漿為合適聚合度、補充活化劑處理工序，可有效提高竹溶解漿的反應性能、 α -纖維素含量，降低灰分、多戊糖含量，提升竹溶解漿的產品質量。

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