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張達(dá)俊,高級工程師,廣西柳江造紙廠總工程師,中國造紙學(xué)會堿法草漿專業(yè)委員會常委,廣西造紙學(xué)會副理事長。享受國家有特殊貢獻(xiàn)專家津貼獎勵。提鍵要:廣西的氣候和自然條件特別適合于竹子的生長。利用竹子生長快、周期短、可再生和一次造林、年年受益等特點(diǎn)，發(fā)展竹漿造紙，可彌補(bǔ)我國木漿不足。本文綜述了廣西竹材的纖維特性、化學(xué)成分、蒸煮技術(shù)、漂白工藝等。關(guān)鍵詞:竹子；種植；品種；纖維特性；化學(xué)成分；蒸煮；漂白1廣廣西的氣候和自然條件西廣西廣西地處北回歸線、北緯25°以南，屬南亞熱帶和熱帶北緣季風(fēng)氣候區(qū)，緯度低、日照時(shí)間長、氣溫高、熱量豐富、雨量充沛、雨熱同季、夏長冬短，年平均氣溫17.9～22.6℃，≥10℃的活動積溫5657.7～8159.1℃，降雨量1300～2800mm。年平均無霜期在320d以上，非常適合于竹子的生長，尤其是叢生竹林。竹子屬單子葉禾本科多年生植物，常見自生成林于亞熱帶地區(qū)。長江流域至黃河流域?yàn)樯⑸駞^(qū)。北回歸線附近的云南、廣西、四川、福建、廣東等地區(qū)為叢生竹區(qū)。我國是世界竹類資源最為豐富、竹類栽培和加工利用最為悠久的國家，竹林面積達(dá)700萬公頃，約占世界竹林面積的1/3，用材竹林總蓄積量約9700萬噸。 廣西竹子一旦造林成功，在幾十年內(nèi)可年年擇伐，永續(xù)利用，青山常在；竹子形態(tài)端直挺拔，莖稈秀麗，枝葉婆娑，四季常綠；地下根系發(fā)達(dá)，相互交織，在山坡、臺地、河堤、江灘、湖岸有很好的固結(jié)土壤和防止水土流失的作用。廣西現(xiàn)有竹林面積4.7萬多公頃(70多萬畝)，竹材總蓄積量470多萬噸，每年可供造紙用竹材 100萬噸以上。實(shí)際造紙用竹不到資源可供量的10%?！?廣廣西用于制漿造紙的竹材品種廣西廣西柳江造紙廠近二十幾年來大量用于制漿造紙的竹材是2年生或3年生的原竹。品種多為黃 竹、丹竹、苦竹、篙竹、金竹、吊絲竹、箭竹、毛竹尾、云香竹、茨竹等。廣西上述竹材大部分為野生，有一部分為人工栽培。合理的栽培管理應(yīng)該是：竹林的栽植→科學(xué) 管理→撫砍結(jié)合→豐產(chǎn)成林→連續(xù)生產(chǎn)。竹子在生長過程中，由于管理不同，每畝產(chǎn)量相差很大。人工種植的竹林每畝約60株，每年施化肥10～20kg，可產(chǎn)竹子600～2300kg。這些竹材一般高為6m以上，收割后將竹子砍成約3m長，打成捆以便搬運(yùn)。這時(shí)竹子含水分大約在40%以上。容積比重一般在550～731kg/m3，自然堆積密度為214～299kg/m3。廣西竹材的砍伐和儲存工作有季節(jié)性，一般從先年的10月至第2年的5月，伐齡為2～3年。不要砍伐半年以下的未成熟竹，這對于竹林的再生和防止竹材的霉?fàn)€變質(zhì)都極為重要。廣西竹材的堆放期及引起蛀蟲對制漿造紙工廠的影響往往容易被人們忽視。我們從實(shí)踐中得知：竹子在堆放的頭兩個(gè)月中，損失抽提物含量約50%；在堆放12個(gè)月之后，抽提物的損失達(dá)75%。堆放第1個(gè)月后，漿的強(qiáng)度有所減少，裂斷長下降約8%，耐破因子下降30%，撕裂因子下降23%，耐折度下降50%。從堆放的第1個(gè)月后直至第7個(gè)月，漿的強(qiáng)度水平幾乎不變。堆放期超過7個(gè)月之后，撕裂因子和耐折度大大地下降。在堆放12個(gè)月以后，撕裂因子從176下降到110,耐折度從696次下降至67次。當(dāng)竹材開始腐爛時(shí)，撕裂因子和耐折度受到嚴(yán)重?fù)p失，分別下降到67和11次。 這就提醒我們?nèi)绾稳タ刂瀑|(zhì)量系統(tǒng)和盡可能地減少竹子在采集、運(yùn)輸和堆存期間的損失。　3廣廣西竹材的纖維特性及化學(xué)成分竹類原料的纖維形態(tài)在各種、屬之間差別不太大。竹類原料的細(xì)胞主要有6種：①纖維細(xì)胞 ；②薄壁細(xì)胞；③石細(xì)胞；④導(dǎo)管；⑤表皮細(xì)胞；⑥網(wǎng)壁細(xì)胞。最有用的纖維細(xì)胞約占細(xì)胞總橫切面的60%～70%，稍低于木材而高于一般草類。在顯微鏡下觀察，纖維形態(tài)呈圓柱管狀，壁厚腔小，細(xì)長，兩頭近似紡棰狀。平均長度一般為1.5～2.0mm，纖維寬度一般為15μm左右，接近于闊葉木纖維，為針葉木纖維的1/2或1/3。而廣西的竹材纖維寬度大部分小于15μm。因此，纖維長寬比都介于132～150之間(如表1)。這說明竹材給制漿造紙帶來良好的先決條件。表1廣廣西竹材、馬尾松、檸檬桉、芒稈纖維形態(tài)比較原料名稱纖維長度 mm纖維寬度 μm長寬比雜細(xì)胞含量 %(面積法)平均最大最小一般平均最大最小一般黃竹丹竹苦竹篙竹金竹吊絲竹 箭竹毛竹尾 云香竹 馬尾松 檸檬桉 鐵芒1.891.721.771.741.641.881.771.481.393.610.9410.84.744.314.063.313.954.593.593.143.166.331.102.790.53 0.70 0.55 0.57 0.53 0.44 0.51 0.44 0.64 0.92 0.6 0.210.94～2.48　　　　　　　　2.23～5.06　11.0 11.611.411.312.5 12.7 13.6 11.2 14.350.015.013.719.223.5 27.8 21.4 25.6 23.5 23.5 19.2 23.5 105.4 15.9 42.64.3 2.1 2.14.34.3 2.1 4.3 4.3 4.3 19.613.4 6.48.3～19.0　　　　　　　　36.3～65.7 13.4～18　171.8148.1155.3154.0126.6144.6130.1132.697.772.064.078.931.735.928.524.029.825.011.823.227.0　　22.5廣西竹類纖維中有一種形態(tài)很扁的纖維，是純纖維質(zhì)，為竹類纖維所特有。表2廣廣西竹材、馬尾松、檸檬桉、芒稈纖維化學(xué)成分比較原料名稱水分%灰分%苯-醇抽出物 %纖維素%木素%聚戊糖 %1%NaOH抽出物 %黃竹丹竹苦竹篙竹金竹吊絲竹箭竹毛竹尾云香竹馬尾松檸檬桉鐵芒10.309.85 9.96 10.25 11.35 9.72 9.78 9.94 7.66 9.4510.10 11.401.82 1.24 1.84 2.54 1.19 1.55 1.95 0.61 1.53 0.25 0.29 2.083.12 2.96 1.64 3.66 1.643.04 1.68 1.43 2.76 0.59 1.63 2.8347.12 47.40 51.55 49.20 46.52 49.85 49.81 46.46 45.35 62.10 46.70 39.5521.85 23.49 25.82 22.05 26.23 24.46 26.29 27.86 22.70 27.26 19.45 19.5720.66 20.57 19.28 19.23 20.79 17.47 20.23 23.39 21.31 10.52 22.87 24.2627.75 27.4924.76 29.85 25.34 26.73 22.33 23.63　12.33 14.46 37.73從表2中可以看出，上述竹材的纖維素含量均在46%～51%，變化不大，且介于針葉木和闊葉木之間；木素含量在21%～27%，略低于針葉木；聚戊糖含量在17%～23%，十分接近闊葉木和草類原料，比針葉木的12%左右約高1倍；1%NaOH抽出物22%～29%，較木材高1倍左右，但都低于其它草類原料;苯-醇抽出物均低于一般草類原料；灰分含量1.2%～2.54%，較木材(0.4%～0.6%)高3倍左右，但比草類原料低，僅為稻草灰分含量的1/7～1/10。竹材的灰分主要集中在皮部和節(jié)部，竹材節(jié)部灰分為2.09%，皮部高達(dá)27.64%，基本組織部為1.27%，而纖維束部只有0.7%。在皮部的灰分中，SiO2含量占97.7%。這給“竹子制漿”提供了非常有價(jià)值的參考資料?！? 竹竹漿的蒸煮技術(shù)廣西竹漿的特性在很大程度上依賴于制漿工藝。竹子在蒸煮時(shí)，化學(xué)藥品的滲透速度低于木材，主要原因之一是竹子莖稈外圍(表皮上)有一層脂肪蠟妨礙藥液對外層纖維的迅速滲透。 而眾所周知，外層纖維正是莖稈中最好的纖維。另外另外竹子的結(jié)構(gòu)緊密，導(dǎo)管中儲有空氣，使蒸煮液不易滲透。因此，竹子制漿在蒸煮時(shí)不論是兩級升溫或者是直線升溫，都必須有足夠的低溫滲透時(shí)間。在間歇蒸煮中，多采用排氣造成壓差，將毛細(xì)管中的空氣逐出，在低溫階段使藥液滲透均勻迅速。廣西竹片蒸煮的另一個(gè)特點(diǎn)是竹稈或竹橫斷面堿液滲透的速度和深度（即通過里外表皮面積的濃度）與木片一樣較之于縱向滲透快而且深。主要原因是竹稈的外表或表皮的脂肪蠟易于為熱堿所皂化。竹材存在的膠質(zhì)和樹脂物質(zhì)較木材少。當(dāng)竹稈或竹片受到堿處理時(shí)，蠟質(zhì)層被溶解，使竹稈表面形成多孔或呈現(xiàn)裂痕，而且易于被堿液所滲透。這一理論告訴我們，竹材蒸煮即使在溫和的條件，反應(yīng)物接觸率極大增加的情況下，能產(chǎn)生剝皮反應(yīng)和脫木素反應(yīng)。廣西我們在進(jìn)行竹子硫酸鹽法制漿的大生產(chǎn)之前，對廣西竹材進(jìn)行了硫酸鹽法蒸煮小試驗(yàn)。我們發(fā)現(xiàn)在相同的用堿量(15%NaOH)條件下，從竹漿的KMnO4值可以看出：黃竹、丹竹硬度低，較易蒸煮，云香竹最低；篙竹、吊絲竹、苦竹和毛竹較難蒸煮，尤其是篙竹、吊絲竹和毛竹的渣子率高達(dá)18%～20%；金竹和箭竹居中。廣西在相同的硬度(KMnO4值15)下對這幾種竹子進(jìn)行比較可以看出，黃竹、金竹、丹竹、云香竹用堿量最低，苦竹、吊絲竹用堿量較高。廣西從生產(chǎn)實(shí)踐中我們知道，降低蒸煮最高溫度，能減少碳水化合物的降解和強(qiáng)度損失，并改善漿的可漂性。所有擬從漂白過程中使漂漿降低一個(gè)卡伯值，都伴隨產(chǎn)生2.3kg的COD。為此，未來漿廠的焦點(diǎn)將是如何提高制漿得率，這可以通過改善蒸煮工藝，調(diào)整蒸煮和氧脫木素后的卡伯值來實(shí)現(xiàn)。廣西竹片蒸煮工藝技術(shù)(間歇式立鍋)：廣西原料 雜竹(苦竹、篙竹、吊絲竹、箭竹、黃竹)廣西原料水分 25%～35%廣西竹片長度 20～30mm廣西裝鍋量 200～210kg/m3廣西用堿量 15%～16%(以NaOH對絕干竹片計(jì))廣西硫化度 15%～19%廣西蒸煮液比 1∶3.5廣西最高溫度 160℃廣西總時(shí)間 245min(含升溫、排汽、保溫、噴放)廣西粗漿硬度 15(KMnO4值)廣西粗渣率 ≤2%　　5 竹竹漿的漂白廣西竹子的纖維形態(tài)不同于木材，木材纖維具有紋孔，在漂白中漂液可以從紋孔滲入以溶解木素 ；竹漿纖維的紋孔很少而且小，在漂白過程中漂液必須自纖維錐形末端滲入。同時(shí)，未漂竹漿存在著大量的半纖維素，半纖維素在漂白條件下膨脹,使漂液滲透更加困難。未漂竹漿的木素中存在約25%的縮合木素不易溶解。所以，竹漿在不損傷纖維強(qiáng)度的情況下漂白到90% (ISO)的白度是困難的。廣西化學(xué)竹漿的漂白有它的“異質(zhì)性”。漿中存在半纖維素除易于精磨打漿外，并對漿的強(qiáng)度性質(zhì)具有有利的影響。在漂白漿中希望有少量木素存在，因?yàn)樗鼙Ｗo(hù)纖維素，防止化學(xué)降解，對漿的強(qiáng)度有著間接有益的作用。但是在纖維壁中，木素越少，強(qiáng)度就越高。竹漿纖維壁薄，使得纖維比較柔韌和堅(jiān)實(shí)。廣西柳江造紙廠第二化漿車間具備了二氧化氯制備和漂白生產(chǎn)系統(tǒng)，而且裝備了在線白度自動控制儀。漂白采用(C+D)-E/O-H-D的流程，漂漿白度可達(dá)86%(ISO)。廣西采用二氧化氯漂白后，發(fā)現(xiàn)竹漿的白度、粘度和物理強(qiáng)度各項(xiàng)指標(biāo)都比常規(guī)的CEH三段漂白有很大的提高，返黃率較小，灰分含量低，相應(yīng)地使得抄紙車間施膠用的松香和明礬量降低。特別是粘度有很大的增加，主要是漂白反應(yīng)產(chǎn)生在二氧化氯和木素之間，木素大分子氧化降解而使木素溶解于水。二氧化氯與飽和脂肪族化合物，如醇、羧酸等反應(yīng)很緩慢。二氧化氯本身不氧化醛和酮，然而反應(yīng)過程中所生成的亞氯酸鹽，在pH值4.5以下時(shí)將醛基氧化成羧基。廣西強(qiáng)度性質(zhì)特別是耐折度和撕裂因子有著顯著地增加，耐破強(qiáng)度和裂斷長也明顯地增加。二氧化 氯漂白給予漿較高的撕裂因子，是因?yàn)樵谶@種漂白中纖維結(jié)構(gòu)成分受到保護(hù)的程度，要大于對碳水化合物含量有降解作用的次氯酸鹽漂白。耐折度明顯增加是起因于漿的聚合度大大地增加，如同在增加粘度方面所反映的情況一樣。廣西柳江造紙廠20多年生產(chǎn)實(shí)踐證明，竹材原料無論是采用連續(xù)蒸煮或間歇式立鍋蒸煮都能獲得理想的化學(xué)漿。未漂漿經(jīng)氧脫木素后再用二氧化氯漂白，可獲得高白度、高強(qiáng)度的竹漿。在高速抄紙機(jī)上生產(chǎn)膠版印刷紙、高檔文化用紙、新聞紙等品種時(shí)，竹漿能賦予紙張很多特點(diǎn)，如挺度好，撕裂度好，表面平滑度好，勻度好，有很好的填料保留率,易于施膠，打漿僅需輕刀叩解，節(jié)約能源。特別在高速紙機(jī)抄造中，濾水性能好，濕強(qiáng)度好，這給高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)創(chuàng)造了優(yōu)越的條件。漂白工藝技術(shù)：廣西(1)C+D段:漂前細(xì)漿KMnO4值10,氯氣用量1.5%(對絕干漿),二氧化氯用量0.6%(對絕干漿),漂漿濃度3%,漂白溫度50℃,漂白時(shí)間40min。廣西（2）E段：用堿量2%(NaOH)，漿濃10%，反應(yīng)溫度50℃，反應(yīng)時(shí)間120min。廣西（3）H段(次氯酸鈣)：漂液用量1.0%(有效氯)，漂漿濃度8%～10%，漂白溫度37℃，漂白時(shí)間180min。廣西（4）D段：二氧化氯用量0.8%(對絕干漿)，漂白漿濃10%，漂白溫度70℃，漂白時(shí)間180min，漂白漿pH值3.8，漂后漿白度86%(ISO)，漂白漿粘度686.5mPa·s，裂斷長3500m，撕裂指數(shù)1.92mN·m2/g。　　6 結(jié)束語生態(tài)生態(tài)環(huán)境建設(shè)是國家實(shí)施西部大開發(fā)的根本切入點(diǎn)。竹子以其獨(dú)特的生物學(xué)、生態(tài)學(xué)及多用途等特點(diǎn)，已成為中國國土綠化、改善生態(tài)環(huán)境的重要植物種群。生態(tài)利用竹子生長快、周期短、可再生和一次造林、年年受益等特點(diǎn)，培育優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)竹林，充分發(fā)揮我國竹子制漿造紙核心技術(shù)和南方得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢，以制漿造紙企業(yè)為龍頭帶動農(nóng)民增收致富，以發(fā)展竹漿產(chǎn)業(yè),促進(jìn)西部地區(qū)農(nóng)林產(chǎn)業(yè)化，作為企業(yè)重要發(fā)展目標(biāo)。立足中國實(shí)際，竹木并舉，著力彌補(bǔ)國內(nèi)木漿供給不足，走林、漿、紙一體化的道路，實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，為推動現(xiàn)代造紙工業(yè)的快速發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。