日本落叶松制浆造纸特性的研究
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摘要
日本落叶松(Larix kaempferi)自19世纪末引入我国以来一直倍受林业研究者的关注和重视。如今其生长迅速、适应范围广、病虫害少、可无性繁殖和造林成活率高等特点已被广泛认识。经过近40年的遗传改良研究，日本落叶松已成为长江流域亚高山地区及北方地区造林的重要树种，同时又发挥着巨大的生态效益。在我国辽宁、吉林、黑龙江等地区，日本落叶松的造林面积已达20多万公顷。引种到我国南方及西南亚高山地区也表现出了迅速发展的势头。目前我国落叶松每年的造林面积达3万公顷以上。
本论文在国家“十五”科技攻关项目子课题“落叶松良种选育和高效栽培技术”的资助下，全面研究了日本落叶松的原料特性和制浆造纸性能，具有较高的实际应用价值和理论意义。
本论文的第一部分研究了日本落叶松的化学组成和纤维特性，对不同树龄(12、15和23年生)、同一棵树的不同部位的化学组成、糖类组成和纤维形态等的差异进行了全面分析，结果发现：不同树龄日本落叶松的化学组成存在一定的差异；随着树龄的增大，总碳水化合物含量逐渐降低；冷水抽出物、热水抽出物和1％NaOH抽出物的含量增加；灰分含量逐渐降低；聚糖组成中葡萄糖和木糖含量降低，半乳糖含量增加；纤维素结晶度指数有所减小。从化学组成与纤维特性分析来看，12年生和15年生日本落叶松较20年以上树龄的日本落叶松对制浆造纸更为有利。与本土落叶松相比，日本落叶松的水抽出物与1％NaOH抽出物含量较低，聚糖中葡萄糖含量较多和半乳糖含量较少，从化学组成来说，日本落叶松是一种优于本土落叶松的造纸原料。
本论文的第二部分研究了日本落叶松的制浆特性，在研究过程中采用了两种制浆方法：KP法和AS－AQ法。通过日本落叶松硫酸盐法蒸煮工艺参数的优化研究，确定最佳KP法蒸煮工艺条件为：用碱量21％(以Na_2O计)、硫化度25％、保温时间2.5h，最高温度170℃，液比1：4。在此优化条件下蒸煮可制得日本落叶松KP浆的卡伯值在23左右，粗浆得率在42～44之间。在相同的KP法制浆条件下，日本落叶松干部原料的制浆性能优于顶部和基部，所制得的纸浆的卡伯值较小，纸浆得率较高；日本落叶松单株之间的硫酸盐法制浆性能存在较小的差异。
通过对日本落叶松AS-AQ法的蒸煮工艺参数的优化研究，确定最佳AS-AQ法蒸煮工艺条件为：用碱量32％(以NaOH计)，亚硫化度0.7，保温时间6h，最高温度175℃，AQ用量0.15％，液比1：4。在此条件下蒸煮可制得日本落叶松AS-AQ浆的卡伯值在35左右，粗浆得率保持在47％以上。
随着树龄的增大，日本落叶松的KP法和AS-AQ法的蒸煮性能都呈现下降
天津科技大学悼士学位诊文一一—-—
趋势，蒸煮耗药量也随之增加。树龄较小的12年生日本落叶松的制浆性能优
于树龄较大的日本落叶松，23年生日本落叶松的制浆性能比较差。
本论文的第三部分对日本落叶松纸浆的漂白特性进行了系统的研究。以
日本落叶松KP浆和AS一AQ浆为原料，进行了含氯漂白、ECF和TCF多种漂序
的漂白研究。
在常规CEH三段漂白中，KP浆漂白的最佳有效氯用量为8%，Na0H用量
为2.5%，漂白纸浆的白度可达到71%150;在此条件下可以将AS一AQ浆漂到
73%150以上。在COEHD漂白中，KP浆漂白的最佳有效氯为9%，蛛段Na0H的
合理用量为2%，纸浆白度能够达到81%150;在此条件下AS--AQ浆的白度达
到了79%150。在D/CEIDtEZDZ和DE，DIEZDZ漂白中，当总有效氯用量为7.9%时，
两种漂白流程都能将KP浆漂到82%150的高白度，将AS一AQ浆漂到83%工S0
以上。
氧漂时，KP浆的最佳NaOH用量为2.5%，过氧化氢加强的氧漂效果更好，
可将KP浆漂到50%工50;单段过氧化氢漂白的最佳HZOZ用量为1 .5%;环保
型鳌合剂NAIDS的用量以0.4%为宜。采用过氧化氢加强氧漂再加两段过氧化
氢漂白的漂白流程(即你QP，PZ)，可以将KP浆和AS一AQ浆漂到76%150。
日本落叶松AS一AQ浆的聚合度，无论是漂白浆还是未漂浆，都在KP浆之
上。
日本落叶松纸浆物理性能的研究是本论文的第四部分。KP未漂浆的物理
性能接近国家B等针叶木硫酸盐未漂浆标准，漂白浆的强度达到了漂白硫酸
盐针叶木浆的国家A等标准;AS一AQ浆(包括未漂浆和漂白浆)的物理性能(除
白度外)达到了亚硫酸盐针叶木浆的国家A等标准。通过日本落叶松KP浆和
AS一AQ浆物理强度的比较发现，无论是未漂浆还是漂白浆，AS一AQ浆的抗张指
数、裂断长、耐折度和耐破指数都要好于KP浆，但是在撕裂指数上KP浆要
优于AS一AQ浆。
综上所述，日本落叶松是一种明显优于本土落叶松的造纸原料，具有很
大的应用潜力，应用前景非常乐观。
Larix Kaempferi is a kind of tree which the forest experts draw attention to since it was introduced into China at the end of 19 century. And now it's some
properties ,such as fast-growing, wide-adaptive, less plant diseases and insect pests, agamic, have been known widely. After inheritance modification about 40 years, it already became an important kind of trees in the Changjiang River valley and some north areas, with tremendous ecological benefit. There are more than 200,000 hectares L.K. plantation in Liaoning, Jilin and Heilongjiang provinces so on. It expressed fast-expanding trend when it was introduced into south china. At present, there are more than 30,000 hectares Larch planted in our country annually.
This paper is a subtask of national "fifteen" item which is named "the technology of breed selection and plantation of Larch" and have performed a systemic studies of the properties of material and papermaking of L.K., with high value of practicable application and theory.
The first section of this paper is to analyze the properties of chemical compositions and fiber shape of L.K., through systemic studies on its chemical compositions, saccharide compositions and fiber shape in different age (12,15 and 23 years) and in different vertical location within a stem. As a result, the chemical compositions of L.K. in different age have certain difference: With the growing of L.K. trees, the total carbohydrate decreases, water extractives including cold water extractives and hot water extractives increase, and !%NaOH extractives also increase; glucosan and xylan decrease, however, galactosan increases, crystallinity index reduces. Taking chemical compositions and fiber shape into account, 12-year and 15-year Larix kaempferi have some advantages over those older than 20 years in papermaking. As compared with native Larches, its water extractives, 1%NaOH extractives and galactosan are less, however, glucosan is more. So L.K. is better than native Larch in papermaking.
We have investigated the KP and AS-AQ pulping properties of L.K. in the second section of this paper. After investigating the influence of alkali charge , sulfidity and time at max. tempereture on L.K. kraft pulping, we find the optimal technical conditions of pulping are that alkali charge(to Na2O) is 21%, sulfidity is 25%, the max temperature is 170 C and time at max. temperature is 2.5h, liquor ratio is 1:4; Under this pulping condition, we can get a pulp with about 23 kappa number and 42%-44% yield of pulp. At the same time, in the three sections of L.K.
stem, the middle section is easier to cooking; The difference among individual plants in klaft pulping is very little.
After investigating the influence of the AS-AQ pulping parameters, we find the optimal technical conditions of AS-AQ pulping are that alkali charge(to NaOH) is 32%, ratio of sulfite is 0.7, the max temperature is 175 C, time at max. temperature is 6h, AQ charge is 0.15% and liquor ratio is 1:4; Under this pulping condition, we can get a pulp with about 35 kappa number and above 47% yield of pulp.
Furthermore, with the growing of L.K., the trees become harder to cooking, alkali consumption and kappa number of pulp increase; 12-years L.K. has some advantages over those older than 20 years in papermaking.
In the third section, we perform the study of the bleaching properties of the L.K. pulp with KP and AS-AQ pulp.
According to the experiment results, after the bleaching of CEH, L.K. kraft pulp can get 71%ISO, AS-AQ pulp can get 73%ISO; bleaching by the procedure of CDEHD, D/CE1D1E2D2 and DE1D1E2D2, the pulp can reach above 80%ISO; with the assist of H2O2 in oxygen bleaching, the pulp can get 50%ISO; after the subsequent bleaching with H2O2 , it can reach 76%ISO.
The degree of polymerization of AS-AQ pulp, either unbleached pulp or bleached pulp, is higher than that of KP pulp.
The fourth section of this paper is to analyze the physical properties of L.K. pulp. As a result, the physical properties of KP unbleached pulp are close to B grade national standard of unbleached s
本论文在国家“十五”科技攻关项目子课题“落叶松良种选育和高效栽培技术”的资助下，全面研究了日本落叶松的原料特性和制浆造纸性能，具有较高的实际应用价值和理论意义。
本论文的第一部分研究了日本落叶松的化学组成和纤维特性，对不同树龄(12、15和23年生)、同一棵树的不同部位的化学组成、糖类组成和纤维形态等的差异进行了全面分析，结果发现：不同树龄日本落叶松的化学组成存在一定的差异；随着树龄的增大，总碳水化合物含量逐渐降低；冷水抽出物、热水抽出物和1％NaOH抽出物的含量增加；灰分含量逐渐降低；聚糖组成中葡萄糖和木糖含量降低，半乳糖含量增加；纤维素结晶度指数有所减小。从化学组成与纤维特性分析来看，12年生和15年生日本落叶松较20年以上树龄的日本落叶松对制浆造纸更为有利。与本土落叶松相比，日本落叶松的水抽出物与1％NaOH抽出物含量较低，聚糖中葡萄糖含量较多和半乳糖含量较少，从化学组成来说，日本落叶松是一种优于本土落叶松的造纸原料。
本论文的第二部分研究了日本落叶松的制浆特性，在研究过程中采用了两种制浆方法：KP法和AS－AQ法。通过日本落叶松硫酸盐法蒸煮工艺参数的优化研究，确定最佳KP法蒸煮工艺条件为：用碱量21％(以Na_2O计)、硫化度25％、保温时间2.5h，最高温度170℃，液比1：4。在此优化条件下蒸煮可制得日本落叶松KP浆的卡伯值在23左右，粗浆得率在42～44之间。在相同的KP法制浆条件下，日本落叶松干部原料的制浆性能优于顶部和基部，所制得的纸浆的卡伯值较小，纸浆得率较高；日本落叶松单株之间的硫酸盐法制浆性能存在较小的差异。
通过对日本落叶松AS-AQ法的蒸煮工艺参数的优化研究，确定最佳AS-AQ法蒸煮工艺条件为：用碱量32％(以NaOH计)，亚硫化度0.7，保温时间6h，最高温度175℃，AQ用量0.15％，液比1：4。在此条件下蒸煮可制得日本落叶松AS-AQ浆的卡伯值在35左右，粗浆得率保持在47％以上。
随着树龄的增大，日本落叶松的KP法和AS-AQ法的蒸煮性能都呈现下降
天津科技大学悼士学位诊文一一—-—
趋势，蒸煮耗药量也随之增加。树龄较小的12年生日本落叶松的制浆性能优
于树龄较大的日本落叶松，23年生日本落叶松的制浆性能比较差。
本论文的第三部分对日本落叶松纸浆的漂白特性进行了系统的研究。以
日本落叶松KP浆和AS一AQ浆为原料，进行了含氯漂白、ECF和TCF多种漂序
的漂白研究。
在常规CEH三段漂白中，KP浆漂白的最佳有效氯用量为8%，Na0H用量
为2.5%，漂白纸浆的白度可达到71%150;在此条件下可以将AS一AQ浆漂到
73%150以上。在COEHD漂白中，KP浆漂白的最佳有效氯为9%，蛛段Na0H的
合理用量为2%，纸浆白度能够达到81%150;在此条件下AS--AQ浆的白度达
到了79%150。在D/CEIDtEZDZ和DE，DIEZDZ漂白中，当总有效氯用量为7.9%时，
两种漂白流程都能将KP浆漂到82%150的高白度，将AS一AQ浆漂到83%工S0
以上。
氧漂时，KP浆的最佳NaOH用量为2.5%，过氧化氢加强的氧漂效果更好，
可将KP浆漂到50%工50;单段过氧化氢漂白的最佳HZOZ用量为1 .5%;环保
型鳌合剂NAIDS的用量以0.4%为宜。采用过氧化氢加强氧漂再加两段过氧化
氢漂白的漂白流程(即你QP，PZ)，可以将KP浆和AS一AQ浆漂到76%150。
日本落叶松AS一AQ浆的聚合度，无论是漂白浆还是未漂浆，都在KP浆之
上。
日本落叶松纸浆物理性能的研究是本论文的第四部分。KP未漂浆的物理
性能接近国家B等针叶木硫酸盐未漂浆标准，漂白浆的强度达到了漂白硫酸
盐针叶木浆的国家A等标准;AS一AQ浆(包括未漂浆和漂白浆)的物理性能(除
白度外)达到了亚硫酸盐针叶木浆的国家A等标准。通过日本落叶松KP浆和
AS一AQ浆物理强度的比较发现，无论是未漂浆还是漂白浆，AS一AQ浆的抗张指
数、裂断长、耐折度和耐破指数都要好于KP浆，但是在撕裂指数上KP浆要
优于AS一AQ浆。
综上所述，日本落叶松是一种明显优于本土落叶松的造纸原料，具有很
大的应用潜力，应用前景非常乐观。
Larix Kaempferi is a kind of tree which the forest experts draw attention to since it was introduced into China at the end of 19 century. And now it's some
properties ,such as fast-growing, wide-adaptive, less plant diseases and insect pests, agamic, have been known widely. After inheritance modification about 40 years, it already became an important kind of trees in the Changjiang River valley and some north areas, with tremendous ecological benefit. There are more than 200,000 hectares L.K. plantation in Liaoning, Jilin and Heilongjiang provinces so on. It expressed fast-expanding trend when it was introduced into south china. At present, there are more than 30,000 hectares Larch planted in our country annually.
This paper is a subtask of national "fifteen" item which is named "the technology of breed selection and plantation of Larch" and have performed a systemic studies of the properties of material and papermaking of L.K., with high value of practicable application and theory.
The first section of this paper is to analyze the properties of chemical compositions and fiber shape of L.K., through systemic studies on its chemical compositions, saccharide compositions and fiber shape in different age (12,15 and 23 years) and in different vertical location within a stem. As a result, the chemical compositions of L.K. in different age have certain difference: With the growing of L.K. trees, the total carbohydrate decreases, water extractives including cold water extractives and hot water extractives increase, and !%NaOH extractives also increase; glucosan and xylan decrease, however, galactosan increases, crystallinity index reduces. Taking chemical compositions and fiber shape into account, 12-year and 15-year Larix kaempferi have some advantages over those older than 20 years in papermaking. As compared with native Larches, its water extractives, 1%NaOH extractives and galactosan are less, however, glucosan is more. So L.K. is better than native Larch in papermaking.
We have investigated the KP and AS-AQ pulping properties of L.K. in the second section of this paper. After investigating the influence of alkali charge , sulfidity and time at max. tempereture on L.K. kraft pulping, we find the optimal technical conditions of pulping are that alkali charge(to Na2O) is 21%, sulfidity is 25%, the max temperature is 170 C and time at max. temperature is 2.5h, liquor ratio is 1:4; Under this pulping condition, we can get a pulp with about 23 kappa number and 42%-44% yield of pulp. At the same time, in the three sections of L.K.
stem, the middle section is easier to cooking; The difference among individual plants in klaft pulping is very little.
After investigating the influence of the AS-AQ pulping parameters, we find the optimal technical conditions of AS-AQ pulping are that alkali charge(to NaOH) is 32%, ratio of sulfite is 0.7, the max temperature is 175 C, time at max. temperature is 6h, AQ charge is 0.15% and liquor ratio is 1:4; Under this pulping condition, we can get a pulp with about 35 kappa number and above 47% yield of pulp.
Furthermore, with the growing of L.K., the trees become harder to cooking, alkali consumption and kappa number of pulp increase; 12-years L.K. has some advantages over those older than 20 years in papermaking.
In the third section, we perform the study of the bleaching properties of the L.K. pulp with KP and AS-AQ pulp.
According to the experiment results, after the bleaching of CEH, L.K. kraft pulp can get 71%ISO, AS-AQ pulp can get 73%ISO; bleaching by the procedure of CDEHD, D/CE1D1E2D2 and DE1D1E2D2, the pulp can reach above 80%ISO; with the assist of H2O2 in oxygen bleaching, the pulp can get 50%ISO; after the subsequent bleaching with H2O2 , it can reach 76%ISO.
The degree of polymerization of AS-AQ pulp, either unbleached pulp or bleached pulp, is higher than that of KP pulp.
The fourth section of this paper is to analyze the physical properties of L.K. pulp. As a result, the physical properties of KP unbleached pulp are close to B grade national standard of unbleached s
引文
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