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杨木特性及其制浆造纸


三倍体毛白杨特性及其制浆造纸
三倍体毛白杨的优势、纤维特性及种植条件 倍三倍体毛白杨新品种是北京林业大学朱之悌院士(中国工程院)领导的 毛白杨研究中心,经过 15 年的科研攻关,成功培育的一种具有国际领先水 平的速生纸浆材优良树种。它的研究成功,解决了长期以来我国北方林业 尤其是工业用材林发展缺乏优良树种的难题,其生态效益、经济效益、社 会效益均优于其它树种,将大大加快

我国北方造林绿化的步伐,给林业发 展带来一次革命性变化,也将给造纸发展带来历史性机遇。因此三倍体毛 白杨良种生产栽培和综合利用技术被列为林业新技术革命、集中力量重点 推广或开发的 10 大类组装配套的首项适用技术。 1.1 三何谓三倍体毛白杨 三倍毛白杨是我国北方特有的乡土树种,但繁育周期长、生长速度慢,不 适应林业快速发展的需要。朱之悌教授及毛白杨研究中心的研究人员,采 用细胞染色体工程等高科技手段,对毛白杨的遣传基因进行优化改造,培 育成功一种全新的毛白杨新品种――三倍体毛白杨。它是在普通毛白杨的 细胞核中增加了 19 根加速生长发育的染色体,并用染色体部分替换的方 法,换走了原来相对劣质的染色体,使毛白杨的染色体从质量上和数量上 得到改良,染色体总数由原来的 38 根增至 57 根,因其染色体数为性细胞 染色体基数 19 根的 3 倍,故名三倍体毛白杨。初期编号为毛白杨杂种无性 系 B301、B302,直到 B308 等三倍体毛白杨系列。目前北林大已培育出适 应不同地区和不同用途需要的 30 多个优良的三倍体毛白杨无性系。其中 6 个已通过鉴定并应用于生产。 同时还研究出了一套与良种配套的良繁技 术――毛白杨多圃配套系列育苗技术,使繁殖系数 3 年从 1 株扩繁至 100 万株。良种加良法的研究成功,很好地解决了毛白杨生长慢、繁殖难的问 题,为加快毛白杨产业化快速度发展奠定了基础。 1.2 三三倍体毛白杨的速生、优质、抗病、高效优势 1.2.1 三速生 三倍三倍体毛白杨速生优势非常明显。一是育苗快,普通毛白杨育苗需要 2 年以上,而三倍体毛白杨当年育苗、当年出圃,年初 3 月插条,秋季树

苗可达 4m 高,育苗周期比普通毛白杨缩短 1 年。二是生长快,普通毛白杨 栽植后,蹲苗严重,前 4~5 年,长得很慢,而三倍体毛白杨没有蹲苗期, 当年可以长到 5m 高,胸径 4.5cm,3 年树高可达 9~10m,胸径达 9~12cm; 5 年成材,树高可达 14m 左右,胸径 15~20cm,是轮伐造纸的最佳时期, 生长量相当于 10 年以上的普通毛白杨。山西中南部是最宜生长区,每年胸 径能长 4cm。5 年生亩蓄积达 15~20m 。可以说 1 年成树,3 年成林,5 年 成材。据 1997 年 12 月中试,从山西曲沃苏村采伐的 4 年生三倍体毛白杨 行道树,挨株成行伐 9 株,材积 1.186m ,除去直径 10cm 以下的枝梢,树 干高 7~8m,胸径 16~18cm,平均株出材 0.132m3,9 株中出材在 0.14m3 以上的达 67%,最高的达 0.175m3。在水肥条件好的山西夏县,5 年生最粗胸 径达 27cm,高 18m,单株材积 0.35m3,其它品种杨树远不如其生长快。 1.2.2 三优质 三倍三倍体毛白杨材质好,不但没有因速生而降低品质,而且材性还有所 改善。木材白(自然白度达 53%),不空心,不黑心,纤维长(平均纤维长度 1.09mm),基本密度达 0.4g/cm ,纤维含量达 50%以上。具有优良的造纸性 能。见表 1、表 2。 表 1 三倍体毛白杨的化学成分 % 热水抽 1%NaOH 抽 苯―醇 木素 纤维素 出物 出物 抽出物 2.99 18.73 3.98 15.99 52.32 1.65 17.33 4.40 19.28 53.71
3 3 3

树种号 BL101 BL102

多戊糖 20.67 20.18

灰分 0.66 0.79

由表 2 可见,三倍体毛白杨纤维平均长度 1.09mm,这在众多 4 年生杨树树种中是少见的, 这也是三倍体毛白杨突出的特点,且三倍体毛白杨纤维长度分布又均匀,长宽比大,与其它 杨树相比,三倍体毛白杨条件最好,因此是优质的造纸原料。

表 2 三三倍体毛白杨等杨木纤维长度、宽度 样 品 BL102(96) 易雌(♀) 小黑杨 北京 605 杨 长度 mm 平均 最大 最小 一般 宽度 μm 平均 最大 最小 一般 长宽 比倍 40 42 35 35

1.09 1.72 0.51 0.57~ 26.56 47.88 15.96 21.28~31.92 0.97 1.44 0.49 0.99 22.87 38.25 12.75 17.85~28.05 22.9 33.0 12.4 16.5~28.9 23.0 45.4 8.26 16.5~28.9

0.80 1.24 0.35 0.60~ 0.81 1.34 0.37 1.03

1.2.3 三抗病 三倍三倍体毛白杨具有较强的抗逆性,对传统的叶锈病、褐斑病和煤烟病 基本免疫,对天牛等也有较强的抗性。 1.2.4 三高效 三倍据测算,1 株三倍体毛白杨幼苗成本为 1 元多,5 年生时材积为 0.1~ 0.2m ,按 400 元/m 计算,价值 40~80 元。如果农民栽种 1 亩三倍体毛白 杨(每亩 100 株计),5 年可生长木材 10~20m3,价值可达 4000~8000 元, 平均每年为 800~1600 元,比一般的经济林和种植业效益都高,是农民脱 贫致富的重要途径。山西曲沃等地区农民发展三倍体毛白杨育苗,已成为 致富大户,就是例证。 1.3 三三倍体毛白杨适宜栽值的条件 三三倍体毛白杨可以种植的区域很广,在降雨量 300~1000mm 的北方都可 种植。其中最适宜种植的地区是黄河中下游地区,面积达 100 多万 km2,黄 河中下游两岸及滩区,大面积的荒沟、滩地均可种植。为了适应不同地区 生长,品种比较试验、品种区化试验,北林大的研究者们,在积极进行中。 2 三三倍体毛白杨制浆及抄纸 2.1 三三倍体毛白杨制化学浆(BKP) 2.1.1 三北京林业大学和中国造纸研究所对三倍体毛白杨(BL102)化学浆 蒸煮进行试验,制浆方法为硫酸盐法,得出较为适宜的制浆工艺条件,用 碱量 20%(以 Na2O 计),硫化度 20%,保温时间为 1.5h,液比 1∶4,蒸煮最 高温度为 170℃,纸浆硬度为卡伯值 15。 表 3 手 BL102 手抄片的各项物理性能 检验项目 BL102 定量 g/m2 紧度 g/cm3 抗张力 kN/m 伸长率% 撕裂度 mN 耐折度次 耐破度 kPa 64.1 0.74 4.00 3.8 398.2 1366 246.16 易雌 59.0 0.76 4.01 4.3 364.8 1179 252.04 北京 605 杨 63.8 0.72 3.39 1.82 519.8 489 189.28 小黑杨 61.8 0.72 3.56 2.56 517.8 663 188.29
3 3

透气度 ml/min

16.0

17.2

82.5

84.7

2.1.2 三在瓦赖(Valley)打浆机中,将细浆打至打浆度为 40°SR,利用抄片机抄 纸,定量为 60g/m2 左右,各项物理指标如表 3。 从表 3 可见,BL102 与易雌手抄片的抗张力、耐折度、耐破度等物理强度均高于 北京 605 杨和小黑杨。因此三倍体毛白杨(BL102)制化学浆是有发展前途的。 2.1.3 从山西襄汾纸业集团 1997 年 6 月和 1999 年 1 月异地削片后曾在该 厂草浆生产系统进行三倍体毛白杨制化学浆生产试验,先后试验黑杨及三 倍体毛白杨各 100m3,分别进行烧碱―蒽醌法(NaOH―AQ 法)和碱性亚硫酸 钠蒽醌法蒸煮。两段次氯酸盐漂白,打浆后,在长网机上配抄胶印书刊纸 和胶版印刷纸,纸张质量很好。烧碱―蒽醌法蒸煮条件是:NaOH20%, AQ0.05%,液比 1∶2.8,蒸煮最高温度 165℃(0.6MPa),粗浆高锰酸钾值 14~16,粗浆收获率达 57%以上。 2.2 从三倍体毛白杨制磺化化学机械浆(SCMP) 从表天津轻院等曾采用北京林业大学培育的 4 年生三倍体毛白杨杂种无性 系(BL101、BL102A、BL102B、毛白杨×银灰杨)4 个系号进行磺化预处理、 磨浆漂白、打浆及抄片强度的制浆造纸性能研究,确定使用磺化化学机械 浆的方法,BL101、BL102A 都表现不错,易于磺化、易于漂白、得率高(达 90%),漂白浆的机械强度也较好,可以满足生产胶印书刊纸的要求和抄造 白度较高的新闻纸。 2.3 从三倍体毛白杨制碱性过氧化氢化学机械浆(APMP)抄轻量涂布纸 (LWC) 从表 1998 年 3 月, 襄汾纸业集团公司委托中国林业科学研究院林产化学工 业研究所在进口的安得里兹公司的 APMP 中试设备上进行三倍体毛白杨、 黑 杨制 APMP 中试研究,并进行轻量涂布纸配抄及纸张性能试验。对不同制浆 条件下的三倍体毛白杨、黑杨制 APMP 浆的性能和纸浆质量列于表 4、表 5。 表 4 表三倍体毛白杨 APMP 制浆性能 编 号 打浆度 °SR 18 S1 27 47 24 S2 40 56 32.5 S3 59 68

纸浆得率%

87.8

87.2

85.6

磨浆电耗 kWh/t 1090 1120 耐破指数 kPa?m2/g 撕裂指数 mN?m2/g 裂断长 km 伸长率% 0.88 1.05 3.27 3.25 2.24 2.59 1.0 1.2

1340 1080 1180 1340 1130 1290 1350 1.55 1.40 1.89 2.31 2.22 2.68 3.14 3.98 3.85 3.95 3.96 4.21 4.08 3.86 3.47 3.26 3.83 5.03 4.31 5.58 6.45 1.5 1.4 1.4 1.9 1.5 2.0 2.1

9.39 12.27 23.85 16.90 20.46 38.67 26.49 48.33 57.89 75.0 74.1 73.3 77.8 77.0 76.3 80.5 78.8 76.5 83.3 79.1 78.4 77.9 77.1 76.2 74.9 43.1 35.1 37.3 35.4 31.4 30.2 28.0 0.73 0.54 0.59 0.62 0.44 0.50 0.57

能量吸收 J/m2 84.3 83.4 白度%ISO 不透明度% 光散射系数 cm2/g 光吸收系数 cm2/g 41.5 44.0 0.74 0.61

从表表 5 黑黑杨 APMP 制浆性能 编 号 打浆度°SR 纸浆得率% 磨浆电耗 kWh/t 耐破指数 kPa?m2/g 撕裂指数 mN?m2/g 裂断长 km 伸长率% 34 41 88.1 H1 52 41 H2 52 87.6 58 46 H3 51 86.5 64.8

1170 1268 1390 1205 1320 1390 1181 1280 1470 1.00 1.11 1.30 1.53 1.56 1.82 2.22 2.32 2.60 2.59 2.60 2.65 2.98 3.03 3.05 3.40 3.43 3.19 2.86 2.88 3.43 3.60 3.85 4.42 4.86 5.26 5.67 1.2 1.2 1.2 1.3 1.3 1.5 1.5 2.0 2.1

13.96 15.38 17.69 19.19 21.66 27.04 30.23 41.25 34.34 71.9 70.5 69.8 72.0 71.2 70.7 74.6 73.9 72.8 88.0 87.7 87.4 72.0 71.2 70.7 81.0 80.6 79.8

能量吸收 J/m2 43.2 44.4 43.9 41.5 42.0 40.7 34.7 32.6 31.2 白度%ISO 0.89 0.93 1.01 0.87 0.88 1.05 0.70 0.82 0.91

不透明度% 光散射系数 cm2/g 光吸收系数 cm2/g 由表 4、表 5 可以看出,三倍体毛白杨、黑杨都是制 APMP 的适宜原料。纸 浆得率高、 强度好。 两种杨木都较易磨浆, 净磨浆能耗在 1000~1450kWh/t, 属于较低磨浆能耗材料。不同过氧化氢用量对两种杨木的制浆性能影响较 大,尤其是强度性能差别较大,黑杨要达到较高白度,过氧化氢用量较高。 从表为了比较两种杨木的 APMP 纸浆质量, 该所又用插值法列举了相同打浆 度下两种杨木的纸浆性能,结果列于表 6。 表 6 三倍体毛白杨、黑杨 APMP 纸浆性能比较 性能指标 磨浆电耗 kWh/t 耐破指数 kPa?m2/g 撕裂指数 mN?m2/g 裂断长 km 伸长率 % 能量收数 J/m2 白度%ISO 不透明度 % 光散射系数 cm2/g 光吸收系数 cm2/g 1132 1.13 3.36 1150 2.72 0.94 1.2 2.59 14.01 2.76 74.0 1.1 83.4 14.11 43.9 0.63 S1 H1 30°SR S2 H2 S3 H3 S1 H1 60°SR S2 H2 S3 H3


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