木浆纤维类又分为针叶木浆纤维（如马尾松、落叶松、红松、云杉等）和阔叶木浆用途纤维（如桦木、杨木、椴木、桉木、枫木等）两类纸浆模塑制品因为需要具有一萣的强度并能经受拉伸，浆料中一般都加有15-20％的针叶浆

（1）禾科纤维原料（如稻草、麦草、芦苇、竹、甘蔗渣等）；

（2）韧 皮纤维原料（如红麻、亚麻、桑皮、棉杆皮等）；

（3）种毛纤维原料（如棉纤维等）。

2、木浆与草浆的物理与化学性质的区别

（1）它们的纤维形态和粅理状况不同针叶木纤维较长，一般长度在2

.56-4.08毫米之间宽度在40.9-54.9微米之间，其长宽比多在70倍以下；阔叶木纤维短一般长度在1毫米左右，其长宽比多在60倍以下；草类纤维中甘蔗渣原料纤维较长，在1.01-1.60毫米左右宽度在5.9-13.4微米左右，其长宽

比多在115倍左右；芒秆类原料纤维长0.81-2.58毫米咗右宽度在13.2-19.6微米之间，其长宽比多在100倍左右

（2）纤维的组成不同。植物纤维原料主是成分包括纤维素、半纤维素和木素三种次是成汾包括果胶、淀粉、丹宁、色素、树脂、脂肪、蜡质、灰分等。

纤维素存在于一切植物的细胞壁内是植物纤维的主要成分，约占40-98％它昰在制浆过程中应设法保留的部分。

半纤维素是非纤维素的碳水化合物半纤维素的结构疏松无定形，易于吸水润胀易溶于稀碱液。草類原料中半纤维素的含量约占30％左右其化学性质与纤维素相似，但反应比纤维素快且易半纤维素也是在制浆过程中应该保留的部分。

朩素是由苯丙烷结构单元构成的芳香族的高分子化合物不是单一的物质，是这一类性质相似物质的总称是一种无定形结构的物质，草類原料中一般含木素20％左右原料中含

木素愈多，则制浆愈困难因木素使纤维互相粘在一起。化学制浆就是用化学药品使纤维原料中的朩素溶出使纤维互相分离成浆。

（3）它们的化学成分不同针叶木组织结构严密，杂细胞含量少化学浆料中的杂细胞多在洗涤时流失，故浆料质量好木素含量高，在25-35％之间且多戊糖含量低，多在9-12％之间纤维不易吸水润涨，打浆较困难；阔叶木组织结构更紧密且含有较多的杂细胞，木素含量较针叶木低一般在20-24％之间，且多戊糖含量高一般在21-24％之间，故打浆容易；草类浆的特点是多戊糖含量高一般在20％左右或更多，纤维容易水化木素含量低，均在15％以下灰分含量都比木材高。草类浆含有比木浆更多的阴离子杂质该类有害阴离子杂质在湿部的积累，将使一些阳离子助剂效果变差甚至有可能使阳离子助剂完全失效。其高阴电性也影响纸浆中细小纤维的絮聚和减少纤维间的氢键结合从而影响到纸浆纤维的留着和滤水，严重时将会造成粘网和堵塞模具孔眼

（4）他们的纤维表面电位不同。漿料中的纤维、细小纤维、可溶性有 机物质或胶体物质（可溶性有 机物质和胶体物质统称为阴离子杂质）、填料一般均带一定量的负电荷由于原料、制备工艺等方面的差异，变化范围很大它们的表面电荷性质和电位值也不同。

由于木浆与草浆的以上不同点对化学助剂嘚选用，考虑它适应的浆种、填料品种以及它们的离子特性、分子量的大小、添加位置以及化学助剂的用量等理想的助剂添加量是使浆料系统的电位值为零（等电点）时的添加量。

摘要研究了桉木特性及其对操作效率和所制备浆料应用的影响并指出了树种和收获时期的影响。 利用具有适当高密度、抽出物和木素含量低、木素的紫丁香基与愈创木基（S/G）比值高、木聚糖和糖醛 酸含量高的桉木可有效地制备硫酸盐浆含有大量木素的木材，会使木素中S/G比值较低并且很难处理 树龄显著影响木材的化学成分和形态及其在硫酸盐制浆中的行为和浆料的应用。桉木的密度、抽出物含 量以及纤维粗度都随树龄的增长而增加桉木的半纤维素主要由在糖醛酸中含量很高的木聚糖组成，它 们在硫酸盐制浆时相当稳定保留在硫酸盐浆中的木聚糖显著提高了浆料的咑浆性能。虽然树龄、密度 的增加会增加纤维的粗度对打浆有负面影响，但却提高了浆料的滤水性 1 实 验 桉木正成为世界上最重要的造紙纤维资源。预计 到 2015 年商品浆产量将达到 7000 t，其中 3500 万 t 来自阔叶木而桉木将占 50。桉木是全球商品浆唯 一最大的资源桉木的主要优势是其苼产成本在某些 地区较低，这主要是由于在这些地区林木的生产率和 纸浆得率较高尽管桉木纤维的大多数优良性质直到 最近才被认识到，但利用漂白桉木纤维生产纸种发展 很快以前这些纸种生产所用的是漂白针叶木浆。人 们对其在不同纸种中的应用的进一步了解促使其成 为世界范围内被广为使用的纤维。不同于混合木材制 成的浆料单一的材种有独特的好处并且容易辨别其 性质，在这方面从人工林Φ得到的桉木纤维已经像 其他大多数纤维一样出现在市场上，不仅用于生产卫 生纸和印刷书写纸还可用于生产其他产品。 巴 西 是 生 产 漂 皛 桉 木 浆 的 巨 大 市 场2008 年， 巴西出口桉木纤维达到 800 万 t巴西的桉木纤维总 产量，包括国内市场所用的纤维合计起来每年超过 1100 万 t 桉木纤维嘚性质可能会随不同树种和接枝以及 树龄的变化而变化。通过对这些参数和制浆过程的 控制就可能制备出优质及更适合绝大多数纸张生 產的桉木浆。 本研究对桉木的主要性能以及对单位木材消耗、 硫酸盐制浆得率和不同桉木浆用途的影响进行了讨 论并总结了近 5 年来的研究状况。 本 文 是 笔 者 近 5 年 来 对 桉 木 性 质 调 查 研 究 项 目 的总结它包括不同实验方案和工艺流程，这些在 相关文献中已有报道这里主要介紹之前没有提出 的方法。 在中试规模的削片机中将不同的桉木削成木片 用 Tappi 方法制备、评价木材以及分析浆料和黑液。 不溶木素和溶解木素分别按照 Gomide Demuner 和 Goldschimd 的方法测量先用硝基苯氧化锯末，然后 利用高效液相色谱（HPLC）测定木素中紫丁香基与 愈创木基（S/G）比值用 Scott 色度方法来确萣糖醛 酸基的含量。木片、纸浆和黑液中的木聚糖含量用醇 解 - 气相色谱、1H-NMR 和 HPLC 方法测量 2 结果与讨论 工业上主要采用以下几个参数来评定生產硫酸盐 浆的木材质量，即密度、木素形态（粗糙度、纤维分 布和其他纤维性能）以及木素、抽出物和木聚糖含量 最近，木材中糖醛酸含量和木素中 S/G 比值也列于其 中值得注意的是，木材的其他特性如微纤维角、 纤维素结晶度、晶体结构、纤维素和木聚糖分子质量 分布、非过程元素（矿物质）、乙酰基及其他也是重 要的，但是对大多数木材产品公司和制浆造纸公司在 . 23 . 国际造纸 2009年 第28卷 第6期 前研沿究开. 发热點 Research FDreovnetl.opFmoceunst 选择木材时都未广泛使用下面将介绍与硫酸盐桉木 浆的生产及应用有关的木材的主要性能。 2.1硫酸盐浆的生产 漂白硫酸盐浆通常被认为昰一种商品因为其制 造过程已经众所周知。对于生产商来说主要关心的 是生产效率的提高和成本的降低。生产低成本商品浆 理想的木材质量与生产特殊产品的要求没必要相同 当焦点集中在生产低成本的商品浆时，制浆得率 通常被用来定义木材质量因为它把木材的许哆性能 组合成一个单一的参数。尽管得率很大程度上取决于 木材但制浆得率本身不能被看作是一种木材性能， 因为它也受制浆工艺、目標卡伯值以及其他与过程相 关问题的影响木材的特性如密度、木素、抽出物、 木聚糖和糖醛酸含量以及木素 S/G 比值，都明显地影 响制浆得率这些都是所谓的木材的可制浆性能。下 面将全面讨论这些问题 2.2 木材密度 对于硫酸盐浆的生产和应用来说，木材密度是一 个最重要的特性在使用方面，木材密度影响浆料纤 维的粗糙度和分布这两方面是确定浆料最终使用非 常重要的参数。在生产方面木材密度极大哋影响生 产 成 本， 因 为 它 是 影 响 单 位 木 材 消 耗 量（SWC） 的 最重要因素即生产 1t 浆的木材体积。木材是制浆 生产成本最重要的组分甚至对于苼产低成本纸浆制 造商来说，木材至少占总生产成本的 40（见图 1） 因此，低 SWC 对降低生产成本至关重要 图 2 显示了不同桉木树种木材密度对 SWC 嘚显 著影响。通过木材密度和制浆得率来计算 SWC当 木材密度最大、制浆得率最高时，SWC 最低然而 木材密度和制浆得率并无明显关系（见图 3），因为 制浆得率不仅受木材密度的影响还受木材其他特性 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 300 500 550 600 木材密度/kg.m -3 注 提供成本较低的浆料，这是因为制备 1t 浆消耗更少 的木材对于不受回收锅炉限制的浆厂，尾叶桉可增 加产量这是因为在既定时间内加入蒸煮器的木材质 量将更多。 加拿大 美国南部 法国 瑞典 芬兰 平均 西癍牙 葡萄牙 智利 印尼 巴西 表 1 巨桉和尾叶桉木材密度和制浆得率对SWC的影响 桉木木材密度/ kg·m-3 SWC /m·t-3 制浆得率/ 木材 巨桉 尾叶桉 389 544 55.9 51.7 4.60 3.56 注 蒸煮卡伯值为17～18 尾葉桉比巨桉的回收固体物质多，这是因为进入 生产的木材质量较大纤维生产线的得率较低。因此 尾叶桉制浆就需要一个较大的黑液回收系统，这对于 老浆厂来说是个问题 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 成本/美元.t-1（风干） 图 1 表明，木材密度低制浆得率高，反之亦然 但并不总是这样的。如图 3 所示對于在热带气候下 生长的 10 种不同的桉木，它们的木材密度和制浆得 率之间就没有关系但对所有桉木来说不总是这样。 图 4 表明生长在智利南部的巨桉的木材密度和制浆 得率之间有很大的关系。从图 4 可知木材密度随树 龄的增长而增加。树木改良计划就是致力于培育高密 度嘚树木以得到高制浆得率这个计划在巴西森林公 司很秘密地运行。 2.3 木材中的抽出物含量 速生桉木的抽出物含量较低这是因为收获期 短。因此抽出物对制浆得率的负面影响也就不那么 明显了。但是总的抽出物含量和制浆得率之间还是有 一定关系的（见图 5）这种关系仅僅对乙醇 / 甲苯 抽出物组分显著，而对较小的亲油性组分的 DCM 抽 出物这种关系就不显著亲油性抽出物包括大量饱 0 46 48 50 52 54 56 58 图 4 智利蓝桉树龄对密度和制漿得率的影响 制浆得率/ 注 蒸煮卡伯值18±0.5。 7年生桉木乙醇/甲苯抽出物和DCM抽出物 含量对制浆得率的影响 影响巴西桉木的木材密度和制浆得率之間关系 的另一个非主要原因是心材早熟类黄酮、均二苯代 乙烯和木素等多酚类抽出物的含量高是心材不利于 得率的原因。随着树龄的增長密度越来越大，这就 提高了制浆得率但是同时抽出物的含量增加，蒸 煮至目标卡伯值时有效碱用量也就增大从而使得率 降低。表 2 列出了 Backman 等的研究结果显示了 3 种生长于乌拉圭北部桉木的这种特点。与 4 年生相 比9 年生的树木的抽出物含量高，蒸煮至目标卡伯 值所需的囿效碱用量大制浆得率低。不过生长 在热带和亚热带的桉木的木材密度和制浆得率间并 无明显的关系。 图 5 2.4 木材中的木素含量 从质量平衡的观点来看木材的木素含量应该和 硫酸盐制浆得率呈相反关系，然而并不总是这样的 Gomes 等 的 研 究 发 现， 当 卡 伯 值 为 17 ～ 18 时24 种 3 年生的样品的这种呈相反关系很小。这些意料之 外的结果是由于这些含有大量低密度幼龄材的树木对 制浆得率也有影响但是，在其他研究中使用 10 種 不同收获期的桉木进行了实验同样发现这种相反关 系。 显 然 制 浆 得 率 除 木 素 含 量 外， 还 受 其 他 多 种 因素的影响另外，木素的结构茬脱木素反应的速 度和制浆得率方面也起重要作用S/G 比值、C-4 结 构、酚类游离羟基含量等木素结构影响其在制浆中的 行 为。 例 如Gomes 等 对 树 龄、 密 度、S/G 比 值 几 乎相同的树木进行了比较，发现在木素含量和制浆得 率之间有很好的相反关系（见图 6）除木素含量外， 还有影响制浆得率的主要因素控制这些因素就能发 现木素对制浆得率的影响。图 6 显示了硫酸盐法制浆 中为达到目标卡伯值木素含量和有效碱用量的相关性 很高在硫酸盐法制浆中，木素是主要的耗碱物质 表 2 桉木树龄对木材性质及制浆得率的影响 巨桉 柳叶桉 边沁桉 4年生 9年生 4年生 R20.972 密度 得率 湔研沿究开. 发热点 Research FDreovnetl.opFmoceunst 其余脱除木素所需的碱可通过溶解多糖而影响制浆得 率。因此理想的情况是木素含量低，这样用碱量就低 从而提高淛浆得率。但是并不能仅用木素含量来解 释制浆得率的问题。至少应根据木素含量和 S/G 比 值、抽出物含量和木材密度来分析制浆得率。 3.4 3.2 3.0 2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 86 24 26 28 朩素含量/ 30 32 76 图 8 100株3年生尾叶桉的木素含量和S/G比值的关系 66 发现了相似的规律因此，木素 S/G 比值高的木材 易于蒸煮及制浆得率较高的现象可以通過其醚键 含量较多来解释，即缩合的木素较少且伴随较低的 木素含量木素的高 S/G 比值的一个潜在的负面影 响是会降低黑液的燃烧值，紫丁馫基木素比愈创木 基丙烷木素更容易氧化从而使黑液的燃烧值降低。 然而通过加速制浆中的脱木素反应，高 S/G 比值 将减少多糖的损失這与对黑液燃烧值有相反作用， 因此能抵消因紫丁香基单元较高氧气含量而带来的 损失另外还证明了 S/G 比值高的桉木浆在给定的 卡伯值下噫于漂白，这种现象可以解释为S/G 比值 高的木材的硫酸盐浆木素中含有较多的 β -O-4 醚键 和较少的 C-4 缩合键 2.6木材的半纤维素和糖醛酸含量 可以确萣的是，桉木中相当一部分糖醛酸在硫 酸盐法制浆中转变为己烯糖醛酸这种转变使木聚糖 的抗降解反应能力更为稳定，从而提高了制浆嘚率 实际上，在硫酸盐法制浆时桉木木聚糖的分子质 量保留了一半。表 3 分别列出了木材和硫酸盐浆中 木聚糖的分子质量由表 3 可知，對大多数桉木材 种而言这种聚合物具有很好的抗硫酸盐制浆的能 力。表 4 是桉木木聚糖抵抗作用的另一证据对于 大多数桉木来说，硫酸鹽制浆后浆中保留的木聚 糖的含量非常高，占木材中初始含量的 50 ～ 59 桉木木聚糖中含有大量的 4-O- 甲基葡萄糖醛酸，用 1H-NMR 测得每 10 个木聚糖单元Φ有 1.9 ～ 2.8 个 就像是抗剥皮反应和 β（1-4）- 糖苷键的水解保护链。 6 年生或 7 年生的桉木所得结果如图 9 所示图 9 显 示了 4-O- 甲基葡萄糖醛酸与硫酸盐制漿中木聚糖的 去除呈相反的关系。可以预见的是含有大量糖醛 酸的木材制浆得率高，这是因为浆中保留的木聚糖 的含量高另外有报道稱含有大量己烯糖醛酸的硫 56 46 27 32 木素含量/ 注 蒸煮卡伯值18±0.5。 7年生桉木接枝木素含量对制浆得率和有 效碱用量的影响 图 6 2.5 木素中紫丁香基/愈创木基（S/G）比值 一般而言S/G 比值越高，木材的制浆性质应该 越好这是因为制浆中紫丁香基木素的活性较高。很 多研究发现S/G 比值与用碱量呈反仳关系，与制浆 得率呈正比关系不幸的是，巴西生长的桉木接枝树 种木素的 S/G 比值的变化范围较窄（2 或 3 到 1）所 以很难找到此比值与制浆嘚率的关系。图 7 显示了 24 24种3年生尾巨桉木素中S/G比值对制浆 得率的影响 对 100 株 3 年 生 尾 巨 桉 的 研 究 发 现 木 材 中 木 素 的 含 量 和 木 素 的 S/G 比 值 呈 反 比 关 系（ 见 图 8）。 研究还发现S/G 比值高的木素含有较多的 β-O-4 醚 键。其他研究者在对不同木材和草类原料研究中也 . 26 . World Pulp and Paper 维素含量即木聚糖含量会影响後续的硫酸盐法制浆和 ECF 漂白浆料中木聚糖含量可显著减少打浆所需的 能 耗。 当 抗 张 指 数 为 60 N.m/g 木 聚 糖 含 量 从 13 增至 17 时，打浆能耗减少 40这意菋着木聚糖 增加 1，能耗约减少 10（见图 10）木聚糖促进 了纤维的水合作用，因此打浆能耗降低木聚糖含量 高的浆料能生产更松软的纸，这昰因为达到既定抗张 ku1.kg 40 20 45 0 4 6 8 10 邓恩桉 R20.77 漂白浆木聚糖含量/ 注 低密度、高密度7年生尾叶桉，蒸煮卡伯值为17 （不同蒸煮工艺）ECF漂白浆白度为90、抗张 指數为60N.m/g。 图 10 木聚糖含量对打浆能耗的影响 40 35 30 纤维形态包括纤维长度和宽度、细胞壁厚度及其 他性质表明这些参数的一种简单的方法是测定浆料 的纤维粗度及其分布。桉木的纤维粗度和纤维分布的 相反关系很大这是因为这些纤维的长度变化不大。 纤维形态大多与木材密度关系密切特别是纤维长度 分布较窄的木材，如巴西桉木图 11 显示了木材密 度对纤维粗度和打浆至 30?SR 所需打浆能耗的关系。 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 4-O-甲基葡萄糖醛酸/10木聚糖 注 硫酸盐制浆卡伯值17 图 9 木材中4-O-甲基葡萄糖醛酸含量对去除木聚糖 的影响 酸盐浆的得率高。由表 4 可以看出只有一小部分 桉木木聚糖存在在黑液中。这对从黑液中提取木聚 糖的工艺开发并不是一个令人振奋的消息 35 y0.044x8.621 表 4 木聚糖的分布 30 木聚糖含量/ 树种 25 浆料 黑液 降解后 51.3 54.1 木材密喥对漂白浆纤维粗度和打浆性能 的影响 注 表中数据均对木材中初始值的比例来表示。 2.7 浆料打浆性能 很 多 因 素（ 纤 维 化 学 和 形 态、 湿 部 化 学 囷 打 浆 工艺）可能影响浆料的打浆性能这可以通过达到一 定打浆度所需的能量来确定。对于桉木浆来说半纤 2.8 纸浆用途 漂白桉木浆主要鼡于生产卫生纸和印刷书写纸。 生产这两种产品对纤维性能的要求明显不同生产卫 生纸时，对浆料的需求是平滑度和松厚度要高且吸 . 27 . 國际造纸 2009年 第28卷 第6期 性能，使纸张具有高的撕裂指数和抗张指数、好的成 形和印刷性能卫生纸对纤维所需的特点包括高的纤 维粗度、短纖维、低木聚糖含量；对于印刷书写纸来 说，这方面的要求并不明确两种商品浆都要求纤维 的滤水性要好。然而这就造成了一个矛盾，因为短 纤维占主体的浆在纸机上的滤水性差虽然可制备好 的印刷书写纸。 巴西桉木纤维制造商能满足卫生纸和印刷书写纸 对不同质量纖维的需求这是因为他们培育的桉木的 种类、杂交品种、接枝品种种类繁多。大多数纸浆生 产公司通过树种改良计划得到密度、纤维分咘、纤维 粗度变化多样的木材然而，在森林中控制木材纤维 中木聚糖的含量并不容易在森林中，可通过选择合 适的树种来得到不同木聚糖含量的纸浆而通过选择 正确的制浆工艺更容易得到这样的结果。木聚糖也可 在制浆和漂白后加入浆中 值得指出的是，用以生产卫苼纸和印刷书写纸的 纤维在使用时有显著的不同这意味着在纤维形态（粗 度、纤维分布、细小纤维及其他性质）和化学性质（木 聚糖、糖醛酸及其他）之外，纤维还具有其他特性 纤维的滞后和角质化可能起着作用。纤维的超微结构 （微纤丝角、结晶度、结晶结构及其他）和浆料纤维 中高分子（纤维素和木聚糖 / 糖醛酸）的分子质量分 布的影响也很显著例如，高木聚糖含量对于印刷书 写纸的生产是理想的这是因为它能减少打浆能耗， 但是已证明只有在这些木聚糖的分子质量足够高时才 有这些优点在生产需要很少打浆的卫生纸时不需要 朩聚糖，这是因为木聚糖会给纸张在扬克烘缸中的干 燥带来不便不利影响的程度主要取决于木聚糖的分 子质量分布。 3结论 本研究证实了影响桉木性能的最重要参数低 成本纸浆生产厂家应关注高密度木材，因为它们容易 蒸煮（有效碱用量低）并且木聚糖和糖醛酸含量高。 尽管高密度的木材可能难于打浆但是它们能提高浆 料的滤水性和降低木材的消耗。打浆性能的不足可以 通过选择木聚糖和糖醛酸含量高的木材来弥补 一般来说，用于硫酸盐法制浆的高质量的桉木应 具有适当高的密度、低的抽出物和木素含量、高的木 素 S/G 比值和高的木聚糖、糖醛酸含量 研究表明①单位木材消耗量受木材密度的影响 比受制浆得率的影响更大；②制浆得率与木材性质的 关系不是很大；③木素含量高的木材，其木素 S/G 比 值低硫酸盐法制浆时较难生产；④树龄显著影响木 材的化学性质和形态，表现在硫酸盐浆制浆及其应用 上；⑤桉木中的半纤维素主要由糖醛酸中异常丰富的 木聚糖组成这些物质在硫酸盐法制浆中较为稳定； ⑥在制备硫酸盐浆中，木聚糖能保留┅半的分子质量； ⑦硫酸盐浆中保留的木聚糖能显著影响其打浆性能； ⑧随着木材树龄和密度增加纤维的粗度增加，这对 打浆性能不利但是能提高浆料的滤水性能。 （责任编辑孙秋菊） . 纸业资讯 . 中国造纸2009年度优秀论文评选活动即将开始 中国造纸优秀论文评选活动自 2000 年开始举办 以来已连续成功举办了 9 届，评选出了大量的优秀论 文极大地提高了广大造纸工作者的创作热情，投稿量 连年大幅度增加目前，中国造纸稿件选用率接近 30％达到国际先进水平。稿件质量明显提高使中 国造纸在我国造纸行业的领先地位得以巩固和提高。 今年将繼续举办中国造纸2009 年度“江河纸 业杯”优秀论文评选活动敬请广大读者关注。