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1、中国桉树种植与制浆造纸研讨会论文集 我国几种桉树和相思树的制浆造纸性能研究 李忠正 ( 南京林业大学江苏南京市) 摘要：文章研究了我国不同树龄的主要桉树和相思树树种，即尾叶桉、雷林一号桉、 巨尾桉、柠檬桉、刚果1 2 桉、兰桉、史密斯桉、亮果桉、马占相思、大叶相思和厚夹 相思等的化学组成、纤维形态和制浆性能、造纸特性等。 研究表明，桉树的抽出物含量较一般阔叶树高，并随树种和树龄有很大差别，而 在同一树种中，心材和边材的抽出物含量也有很大差别，抽出物含量高会使纸浆色深， 漂白困难，黑液粘度增加。桉木的纤维平均长度一般为0 8 1 O m m ，但其长径比较大， 纤维细胞壁也较薄，有利于打浆，纸张
2、强度高于一般阔叶树浆。 相思树是优良纤维用材树种，其纤维形态、化学组成和制浆造纸性能与桉木非常 相近，特别是大叶相思为最好，优于一般桉木。 P e r f o r m a n c e S t u d y o nS e v e r a l E u c a l y p t u s a n dA c a c i af o r P u l p a n d P a p e r P r o d u c t i o n L iZ o n g z h e n g N a n j i n gF o r e s t r yU n i v e r s i t y , J i a n g s u ，N a n j i
3、 n g A b s t r a c t ：T h i se s s a ye x p l o r e st h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n ，f i b r ef o r m a t i o na sw e l la s s p e c i a lp r o p e r t i e st h a tb e n e f i tp u l pa n dp a p e rm a k i n gi n s e v e r a le u c a l y p t u sa n d a c a c i as p e c i e s ，n a m l yE u
4、 r o p h y l l a ，E L e i z h o uN o 1 ，E g r a n d i s x E u r o p h y l l a ，E c i t r i o d o r a ，E c o n g o 12 ，E g l o b u l u sL a b i l l ，E s m i t h i iB a k e r ，E n i t e n sM a l d e n ， A c a c i a m a n g i u mW i l l d ，A c a c i a a u r i c u l i f o r m i sA C u n n e xB e n t ha
5、n dA c a v a s i c a p a S t u d i e sh a v ei n d i c a t e dt h a tt h el e v e lo fe x t r a c t e ds u b s t a n c ei nt h e e u c a l y p t u si sg e n e r a l l yh i g h e rt h a no t h e r h a r d w o o d G r e a td i f f e r e n c ei nt h e l e v e lo fe x t r a c t e ds u b s t a n c ei sa
6、l s os e e na m o n g e u c a l y p t u so f d i f f e r e n ta g e s a n d s p e c i e s ，w h i l e w i t h i nac e r t a i n s p e c i e s ，t h e r e a r ea l s od i f f e r e n c e s b e t w e e nw o o df r o mt h ec o r ea n dt h es i d eo ft h et r e e 孵坊h i g h e rl e v e lo f e x t r a c t e
7、ds u b s t a n c e ，t h ep a p e rp u l pb e c o m e sd a r k e ri nc o l o u r , b l e a c h i n g b e c o m e sd i f f i c u l ta n d v i s c o s i t yi n c r e a s e s T h ea v e r a g el e n g t ho fe u c a l y p t u s f i b r ei sg e n e r a l l ya b o u t0 9m i l l i m e t r e sb u ti ti sb i
8、g g e ri nd i a m e t r ea n dh a s t h i n n e rc e l lm e m b r a n e T h i si sb e n e f i c i a lf o rp a p e r p r o d u c t i o na st h ep a p e r p r o d u c e d i ss t r o n g e rt h a nt h o s ef r o mo t h e rh a r d w o o d T h ea c a c i ai saf i n e s p e c i e sf o rf i b r er a wm a t
9、 e r i a l I t sf i b r ef o r m a t i o n ， c h e m i c a lc o m p o s i t i o na n d u n i q u ep r o p e r t i e sa r ev e r ys i m i l a rt ot h a to ft h e e u c a l y p t u s e s p e c i a l l yt h eA c a c i am a n g i u m W i l l da n dA c a c i aa u r i c u l i f o r m i s A C u n n e xB e
10、n t h 1 5 9 中国桉树种植与制浆造纸研讨会论文集 前言 2 0 世纪八十年代起，世界造纸纤维用材中阔叶材的比重逐渐增大，现今已超过针叶材， 成为主要造纸用材，其中桉树占有重要地位。这主要是由于桉树生长快，纤维形态好，纸 页强度高，表面性能好，特别适合于制造印刷文化用纸，另外桉树还具有单位体积木材的 纸浆得率和制浆生产效率高等优点，使桉树成为目前纸业最重要的造纸树种之一。 中国大约从1 9 世纪九十年代开始引种桉树，距今已有“O 多年的历史，近二十年来 发展很快，现有人工林面积仅次于巴西，居世晁第二位，引种并培育了许多优良品种。 桉木用于造纸的研究始于1 9 1 7 年于葡萄牙，1 9
11、 2 0 年投入生产，以后巴西、澳大利亚、 印度、日本等国相继使用桉木造纸。我国最早于2 0 世纪七十年代开始研究柠檬桉、隆缘 桉、雷林一号桉及草律桉等桉木的制浆造纸性能。“八五”期间又对我国的主要桉木的化 学结构、纤维形态及其制浆造纸性能进行了系统研究，应该说，我国主要桉树品种的制浆 造纸性质已基本清楚。 我国从2 0 世纪三十年代初最早从澳大利亚和巴不亚新几内亚引种相思树。相思树是 一类优良的速生山地造林树种，适应性强，耐干旱，耐贫瘠能固氮改良土壤。我国引种的 主要相思树种有：马占相思( A c a a i am a n g u i mw i l l d ) ，大叶相思( A c a c
12、i aa u r i c u l i f o r m i S ) 和厚夹相思( A c a c i aC F a S S i c a r p a ) 。现在相思树已成为我国华南地区的重要造林树种。 1 桉树、相思树的基本密度 木材的基本密度是造纸工业用材的重要指标，基本密度过大( 0 7 克厘米3 ) ，木材 坚硬，制浆药液浸透困难，或磨浆电耗增高；基本密度过小( 0 3 5 克厘米3 ，则每吨浆 木材消耗量增加，制浆设备的生产能力下降。理想的木材基本密度最好在0 4 0 6 克厘 米3 之间。 表1几种桉木和相思木的基本密度单位：克厘米3 树龄基本密度 树种 ( 年) 心材边材 尾叶桉 4O
13、 5 2 10 4 6 2 雷林9 0 5 1 40 5 4 20 4 9 9 巨尾桉 30 4 1 40 4 2 6 柠檬桉 1 60 7 2 80 6 2 6 柠檬桉 70 6 0 3 雷林一号桉 70 6 5 00 5 2 7 雷林一号桉 1 5O 6 7 1O 6 1 5 1 6 0 中国桉树种植与制浆造纸研讨会论文集 刚果1 2 桉l l0 5 7 2 蓝桉 4O 4 9 1 史密斯桉 4O 4 9 l 亮果桉 40 4 5 4 大叶相思 60 4 9 0 厚夹相思 60 4 7 0 马占相思 60 4 5 0 整体来看，桉木是一种密度大的木材。桉木的基本密度随树种、树龄、心材和边材
14、有 很大差异。特别像柠檬桉、隆缘桉等的木材基本密度都在0 6 以上，同时，树龄越高，密 度越大；一般幼龄桉木( 4 7 年) 的基本密度多在0 5 克厘米3 左右，是很理想的木材。 2 桉木和相思木的化学组成特征 表2几种桉木和相思木的化学组成 树种树龄抽提物( )木质素聚戊糖综纤维素 ( 年) 热水 I N a O H 苯一醇 ( )( )( ) 柠檬桉 64 2 11 5 8 11 2 12 0 0 32 4 0 34 9 4 9 * 柠檬桉 1 33 2 21 4 2 42 3 91 9 2 72 2 8 57 9 9 5 雷林一号桉 73 6 01 2 2 61 8 82 6 7 31
15、 6 4 27 7 6 7 隆缘桉 1 55 7 11 5 5 01 3 42 9 8 11 6 3 07 6 4 5 61 7 21 0 3 31 0 22 3 0 51 8 2 08 1 6 5 刚果1 2 1 35 7 81 5 6 92 4 62 8 1 61 6 3 37 1 3 6 柳桉 63 9 81 6 81 0 9 2 3 4 51 8 8 74 4 5 6 * 巨桉 62 1 l1 1 9 50 6 42 5 92 2 4 04 8 i 0 史密斯 63 6 31 5 6 12 9 02 1 4 42 1 2 04 5 0 4 * 亮果桉 52 1 l1 4 8 0O 7
16、12 0 4 22 4 8 28 1 4 7 兰桉 42 1 01 5 4 31 0 22 4 0 22 6 9 27 8 3 1 尾叶桉 4 1 1 41 4 0 10 6 52 4 8 82 4 2 38 2 0 3 大叶相思 66 1 01 4 0 51 2 92 4 2 01 8 5 87 8 5 0 厚夹相思 63 6 61 4 0 32 9 72 4 2 22 3 7 57 8 2 1 马占相思 6 6 0 31 3 6 13 6 22 3 2 02 1 2 87 7 1 8 64 0 71 5 4 44 2 02 3 1 52 0 3 57 9 3 7 木为克一贝纤维素 、 桉木
17、和相思木的主要化学组成( 纤维素、木质素、半纤维素) 与一般阔叶树材含量基 本相似，桉木和相思木化学组成的主要特点是抽提物( 以单宁和黄烷酮为主) 含量较高。 不同树种之间其含量有很大差别，在同一树种中，又与树龄有关，树龄大者，抽提物含量 高，纸浆色深，漂白较难；同时，黑液粘度大，造成碱回收系统障碍；见表2 。 I d l 中国桉树种植与制浆造纸研讨会论文集 另外，在同一株树木中心材的抽提物含量较边材高得多，见表3 。 表3不同桉木心材与边材抽提物的含量 树种树龄 基本密度心材率 1 N a O H 热水抽提物( ) ( 克厘米3 ) ( )( ) 焦 心材边材重量比体积比心材边材心材边材 尾
18、叶桉40 5 1 20 4 6 20 4 0 80 3 4 61 6 1 21 1 5 80 3 2O 2 6 雷林8 0 5 40 4 9 90 5 4 20 6 6 80 5 5 09 1 07 8 22 2 9O 7 5 巨尾桉3O 4 1 40 4 2 60 2 5 00 2 9 31 5 3 11 0 9 12 5 10 5 5 柠檬桉 7i 2 9 60 9 9 柠檬桉 1 60 6 6 60 7 3 20 3 1 90 6 6 81 6 2 21 4 1 43 1 12 6 9 雷林一号7O 5 2 70 6 5 0O 4 5 7O 3 7 91 1 9 48 8 53 2 30
19、 7 8 雷林一号 1 50 6 7 10 6 1 50 4 6 i0 3 8 41 7 2 21 0 7 39 5 33 6 6 作者曾对桉木抽提物的成分进行分析研究，发现1 N a O l q 抽提物主要是由鞣花酸类单宁、 黄烷酮类单宁及少量酯类化合物构成，其中部分单宁与木质素有一定化学联结。这些抽提 物在蒸煮过程中可与木质素发生缩合反应，而影响木质素的脱除，使蒸煮困难，筛渣率增 加，得率下降，漂白困难。另外，三种相思木的化学组成与尾叶桉木非常相近。 3 几种桉木和相思木材的纤维形态特征 几种桉木和相思木材的纤维形态特征。见表4 。 表4几种桉木和相思木材的纤维形态特征 树龄纤维平均平均宽
20、度长宽比壁腔比 树种 ( 年)长( m )( Hm ) 柠檬桉 71 0 4 11 8 0 95 6 0 5O 6 0 柠檬桉 1 71 2 5 1i 7 7 47 0 5 20 5 7 1 尾叶桉 60 8 11 6 2 04 9 60 6 3 7 刚果1 2 桉 l lO 8 31 4 5 05 7 30 8 5 史密斯桉 40 8 11 5 6 05 1 60 6 9 7 兰桉 40 8 11 6 1 05 0 50 4 7 6 亮果桉 4O 8 41 5 4 05 4 40 4 6 4 大叶相思 6O 9 61 7 9 05 3 8O 5 5 厚夹相思 60 8 91 5 8 05 6
21、 40 5 3 马占相思 6O 9 32 1 4 04 3 20 6 l 由表4 可见，桉木的纤维平均长只有0 8 1 0 左右，但纤维较细，壁腔比较小( 即细 胞壁较薄) ；相思树的纤维平均长度较桉木稍长，长宽比和壁腔比与桉木相似。 一般认为，纤维的壁腔比小有利于打浆，有利于纸页强度的提高，有利于制簿页纸。如尾 1 6 2 中国桉树种植与制浆造纸研讨会论文集 叶桉( 6 年生) 打浆度为5 4 7 S R o 时，裂断长可达6 5 5 K m ，刚果1 2 桉打浆度5 7 S R o 时裂断长 为6 9 8 K m ，三种相思树一般都可达到7 O K m 左右，都高于一般阔叶材，不愧为是一种
22、优良 的造纸纤维速生树种。 4 桉木和相思木的制浆造纸性能 桉木和相思木与一般阔叶树( 如桦木、杨树) 的主要差别是树木抽提物含量高，目前 的研究表明，桉树中主要含有：桉胶类( 一般为花色素、高聚合度的黄烷酮类化合物) ， 鞣花单宁，儿茶酸，鞣花酸，二苯乙烯类化合物等。这些成分造成木材( 特别是心材) 的 颜色，并在空气中颜色加深。见表5 。 表5几种桉木中的抽提物成分 树种抽提物类别心材颜色 隆缘桉，巨桉，花白素，儿茶素红色 赤桉 美叶桉，白桉，斑皮桉均二苯乙烯，鞣花酸褐色，淡褐色 柠檬桉，王桉，大桉 尾叶桉鞣花单宁，鞣花酸，甲基鞣花酸，水解类单宁淡黄色 鞣花单宁，黄烷酮类化合物 抽提物是影
23、响桉木造纸的主要因素，其代表成分是鞣花酸，主要以鞣花单宁的形式存 在，几乎所有的桉木中都有。 抽提物对桉木制浆性能有重大影响，主要表现在： ( 1 ) 降低蒸煮药剂对木片的渗透能力； ( 2 ) 蒸煮时抽提物与木质素缩合，造成脱木质素困难，筛渣量增加，纸浆得率下降； ( 3 ) 消耗蒸煮药剂； ( 4 ) 产生深色物资，特别与铁反应生成络合物，造成腐蚀并使纸浆色深，并使漂白 剂消耗量增加； ( 5 ) 黑液粘度较高，使黑液浓缩和燃烧困难等等。 成熟的桉木在碱性条件下，很容易形成稳定的金属鞣花酸络合物，难溶于水或有机 溶剂，而沉淀在纸浆和黑液中，所以桉木黑液的粘度比一般针、阔叶材高，妨碍了蒸发，
24、 金属鞣花酸络合物还易粘附于蒸发器表面，形成结垢，使蒸发器效率下降。另外，在蒸 煮的高温阶段，鞣花单宁与木质素产生缩合，影响木片中木质素进一步脱除，同时也加大 了漂白的难度。作者曾用1 5 年生雷林一号桉心材观察木质素的脱除情况和蒸煮剂消耗量 变化，结果见表6 。 此外，桉木在储存过程中，多酚类物资易被空气氧化和细菌作用，产生难溶于水和有 机溶剂的物资，使木材颜色加深，这类物资在制浆过程中同样产生很大影响。 1 6 3 中国桉树种植与制浆造纸研讨会论文集 表61 5 年生雷林一号桉心材制浆过程中抽提物的影响 时间( m i n ) O4 57 51 0 51 2 01 5 01 8 0 样品
25、温度( ) 9 01 2 01 4 01 6 01 7 01 7 01 7 0 碱消耗量( g 1 0 0 9 ) O4 9 96 9 49 0 49 0 79 6 41 0 9 2 I脱木质素( )O3 5 O3 8 05 9 07 99 0 09 1 0 碱消耗量( g 1 0 0 9 ) 08 1 29 2 91 0 1 21 1 0 21 1 1 41 1 1 7 I I脱木质素( )01 8 O2 4 O3 2 O5 8 06 7 56 8 0 注 ：I ：样品为桉木经丙酮抽提除去大部分抽提物； I I ：样品未经丙酮抽提；蒸煮用碱量为1 8 ( N a 。0 计) ； 为此，为了减
26、少抽提物对桉木制浆造成的障碍目前造纸界多采用以下措施。 ( 1 ) 选择造纸性能优良的品种，即基本密度范围适宜( 0 4 0 6 克立方厘米) 的树 种；抽提物含量尽可能少，心材率尽可能低的优良树种，如柳桉、巨桉、尾叶桉M L A 、蓝 桉、巨尾桉G U I 、柠檬桉、赤桉、雷林8 0 5 1 桉、等。 ( 2 ) 研究表明，树龄是桉木制浆的重要影响因素，桉树随着树龄的增长，基本密度、 心材率、抽提物含量、木质素和桉胶含量都相应增加，而纤维素含量却相应下降。因此桉 木制浆应选用幼龄材，以4 7 年比较理想。 ( 3 ) 对于桉树天然林或成熟的桉树( 树龄1 0 年以上) 材，抽提物对制浆的影响
27、非常 明显，此种木材在蒸煮之前最好先经稀碱液预处理除去抽提物后再进行制浆造纸。 本文所研究的大叶、马占、厚夹相思树，都是比较好的制浆造纸树种，实验结果表明， 6 年生大叶相思在纸浆得率、碱耗和木材消耗量、纸浆强度等方面都优于马占、厚夹相思； 其中厚夹相思树又优于马占相思树。 参考文献： 1 李忠正“林纸一体化与中国主要速生人工造纸树种的制浆造纸性能”中华纸业，2 2 ( 7 ) 6 - 1 2 ，2 0 0 1 定 2 欧义芳，李忠正“桉树抽提物对制浆过程的影响”中国造纸，1 6 ( 1 ) 4 8 5 2 ，1 9 9 7 3 彭毓秀，李忠正“桉木化学浆造纸性能研究”中国造纸，1 4 ( 5
28、 ) 3 5 4 0 ，1 9 9 5 4 D a v i dE B A p p i t a3 4 ( 4 ) ：2 9 1 ，1 9 8 5 5 B o a sI S A p p i t a4 4 ( 4 ) ：2 4 2 ，1 9 9 1 6 欧义芳，“桉树抽提物在制浆过程中的行为及其制浆方法的研究”南京林业大学博士论文，1 9 9 6 年 7 龚木荣，李忠正，“值得大力推广的造纸速生材一相思木”中华纸业，2 2 ( 1 2 ) 4 2 4 4 ，2 0 0 1 年 8 龚木荣，李忠正“六年生马占、大叶、厚夹三种相思树制浆性能比较”中国造纸2 1 ( 1 ) 卜3 ， 2 0 0 2 年：