竹子做為造紙纖維原料應(yīng)用的前景

2004年中國(guó)的紙業(yè)生產(chǎn)量和消費(fèi)量分別約占世界總量的10%和14%，僅次于美國(guó)，連續(xù)多年列世界第二。而且無(wú)論生產(chǎn)量還是消費(fèi)量，年增長(zhǎng)速度均超過(guò)兩位數(shù)^[1]。這些和我國(guó)的國(guó)民生活水平的提高是分不開的，而且隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，中國(guó)對(duì)紙和紙板的需求量還會(huì)日益增加。

纖維原料是造紙工業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著紙和紙板需求總量的逐年上漲，進(jìn)口量的逐年增加，使我們不能不為我國(guó)造紙纖維原料的短缺而擔(dān)憂。

2002年中國(guó)環(huán)境學(xué)學(xué)會(huì)、中國(guó)造紙協(xié)會(huì)在北京聯(lián)合召開了“竹漿產(chǎn)業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)”研討會(huì)，以清華大學(xué)環(huán)境工程系井文涌教授為代表的一大批著名的專家學(xué)者參與會(huì)議。專家們呼吁，調(diào)整我國(guó)紙業(yè)原料結(jié)構(gòu)已迫在眉睫，大力發(fā)展竹漿，以取代木漿是解決我國(guó)紙業(yè)供需矛盾的有效途徑，也是比較現(xiàn)實(shí)的方法，以彌補(bǔ)我國(guó)目前中高檔紙漿的巨大缺口，還可保護(hù)生態(tài)，增加農(nóng)民收入。

專家們大力看好竹漿的發(fā)展前景主要是有以下幾個(gè)原因：

一、我國(guó)是世界上竹類資源最豐富的國(guó)家，有500多種，栽培面積、蓄積及年產(chǎn)量居世界之冠。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)竹林面積達(dá)420萬(wàn)公頃之多，占世界四分之一，竹林年砍伐量約900萬(wàn)噸。而且近幾年在政府發(fā)展竹漿造紙的號(hào)召下，又有新的品種涌現(xiàn)出來(lái)，例如粉單竹，四川的撐綠竹等。

二、竹材成材期短，一次栽種能連續(xù)多年使用，這也是竹類資源相對(duì)于木材類的明顯優(yōu)勢(shì)。

三、從成本上看，中竹紙業(yè)集團(tuán)曾經(jīng)把竹漿與品質(zhì)相當(dāng)?shù)乃赡竞丸衲颈容^發(fā)現(xiàn)，竹漿單位成本低于木漿。

四、竹漿的性能介于針葉木與闊葉木之間，明顯優(yōu)于草類漿，可以替代闊葉木漿并減少針葉木漿用量，用于制造各種紙張包括多種中高檔紙品；

竹子制漿生產(chǎn)工藝成熟可靠，且大部分設(shè)備可以采用國(guó)產(chǎn)品；

污染治理工藝技術(shù)成熟，“三廢”可以達(dá)到國(guó)家有關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。

可見竹漿造紙是切實(shí)可行的，我們可以有效利用中西部的豐富資源，與國(guó)家退耕還林政策相結(jié)合。建設(shè)竹子原料基地，既解決了農(nóng)民退耕之后真正能“退下來(lái)，穩(wěn)得住”，又保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，有力地推動(dòng)了西部大開發(fā)。竹漿在我國(guó)制漿造紙纖維原料結(jié)構(gòu)中的比例也是呈現(xiàn)年增長(zhǎng)趨勢(shì)，從1990年的1.6%到2002年的3.4％，竹漿造紙、竹漿模塑的前景是十分可喜的。

發(fā)展竹子高得率漿的優(yōu)勢(shì)以及研究現(xiàn)狀

同樣由于造紙工業(yè)所面臨的資源短缺問(wèn)題越來(lái)越突出，高得率制漿逐漸成為國(guó)內(nèi)外造紙工作者研究的熱門方向。圍繞這一研究方向，自20世紀(jì)70年代至今，高得率制漿方法取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。高得率漿既包括傳統(tǒng)的磨石磨木漿(SGWP)、化學(xué)磨木漿(CGWP)、壓力磨木漿(PGW)、木片磨木漿(RMP)，又包括近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的各種化學(xué)機(jī)械漿(CMP)、熱磨機(jī)械漿(TMP)、化學(xué)熱磨機(jī)械漿(CTMP)以及堿性過(guò)氧化氫機(jī)械漿(APMP或APP)和生物機(jī)械漿(Bio-MP)等^[2]。

竹子高得率化機(jī)漿和竹子化學(xué)漿相比較，具有投資低、紙漿得率高、化學(xué)藥品消耗少、污染負(fù)荷低、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。而且保留了大量木素，具有化學(xué)漿所沒有的某些特性，如高的松厚度，優(yōu)良的印刷性能，可以用于生產(chǎn)牛皮紙，高強(qiáng)瓦楞紙、箱紙板、工業(yè)包裝制品，經(jīng)漂白后可以配抄新聞紙、膠印書刊紙及紙漿模塑餐具等。綜合以上有點(diǎn)，竹子高得率漿的利用將具有廣闊的市場(chǎng)前景，可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

然而目前國(guó)內(nèi)對(duì)竹子制漿的研究主要是硫酸鹽法制漿^[3,4,5]，而且對(duì)竹子硫酸鹽法制漿技術(shù)以及漂白技術(shù)的研究已經(jīng)十分成熟，也已經(jīng)進(jìn)行了大規(guī)模的生產(chǎn)，但是對(duì)于竹子高得率漿的研究還是比較少見，可見竹子高得率漿的研究空間和發(fā)展空間較大。

近幾年研究者們?cè)?jīng)做過(guò)竹子CTMP、SCMP、APMP等化機(jī)漿的研究，在竹子化機(jī)漿研究方面取得了一些可喜的成果。例如華南理工大學(xué)制漿造紙工程實(shí)驗(yàn)室陳禮輝、詹懷宇等做的毛竹蒸汽爆破法高得率漿的研究^[6]，研究表明選用合適的工藝條件，可以制得得率80％以上，裂斷長(zhǎng)大于3300m的毛竹爆破漿，但是采用用量4％H2O2的單段過(guò)氧化氫漂白，毛竹爆破漿漂白后白度也只能達(dá)到61％（ISO）；

還有廣西大學(xué)造紙科研組完成的2003年度國(guó)家科技部下達(dá)的國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目——“高配比竹子化機(jī)漿生產(chǎn)低定量膠印新聞紙紙的研究與開發(fā)”（編號(hào)：2003BA325C），研究開發(fā)清潔化生產(chǎn)高品質(zhì)竹子化學(xué)機(jī)械漿的新技術(shù)，并利用高配比竹子化學(xué)機(jī)械漿配抄低定量膠印新聞紙。經(jīng)過(guò)2年多的攻關(guān)，項(xiàng)目已取得重大成功，完全實(shí)現(xiàn)課題任務(wù)書的要求，采用CTMP和PRC-APMP的方法生產(chǎn)竹子化機(jī)漿：得率≥80％；

漂白竹子化學(xué)機(jī)械漿白度為55-62％（ISO），采用40％的竹子化機(jī)漿配抄生產(chǎn)的低定量膠印新聞紙完全達(dá)到GB/T1910-1999優(yōu)等品的指標(biāo)（新聞紙的白度≥55％）。然而，研發(fā)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)無(wú)論如何改變漂白藥品和工藝，高得率竹子化機(jī)漿難以漂至65％（ISO）以上的高白度，且白度很不穩(wěn)定，易返黃，制約了高得率竹子化機(jī)漿的應(yīng)用范圍。

遇到的問(wèn)題以及解決措施

可見難漂白、易返黃是發(fā)展竹子高得率漿的最大技術(shù)難題，今后制漿造紙工作者應(yīng)該抓住重點(diǎn)，攻關(guān)突破，爭(zhēng)取早日解決竹子高得率漿難漂白、易返黃的技術(shù)瓶頸問(wèn)題。筆者認(rèn)為要解決竹子高得率漿的難漂白易返黃問(wèn)題要從以下幾個(gè)大的方面著手：

1．制漿方法。高得率制漿方法繁多，不同制漿方法制得的紙漿白度穩(wěn)定性存在差異。例如，采用亞硫酸鈉預(yù)處理的化學(xué)熱磨機(jī)械漿CTMP比TMP具有較高的返色值，紙漿磺化度越高，返色值越大^[7]。Gellerstedt^[8]等也發(fā)現(xiàn)，在給定的光吸收系數(shù)下，化學(xué)機(jī)械漿(得率80％～95％)比純粹機(jī)械法制漿返色程度更大?？赡苁且?yàn)榛瘜W(xué)機(jī)械漿木質(zhì)素中的酚羥基含量高于機(jī)械漿所致，酚羥基在外界環(huán)境作用下容易被氧化生成鄰醌等發(fā)色結(jié)構(gòu)。所以選擇適當(dāng)?shù)闹茲{工藝是提高竹子高得率漿白度及2.漂白方法。目前用于高得率漿漂白的主要漂劑是過(guò)氧化氫和連二亞硫酸鈉。國(guó)內(nèi)外有些研究人員正在開發(fā)和尋求新型的高得率漿漂白劑和漂白助劑，希望在保持高得率的特性下，獲得高白度紙漿，并且具有較低的返色值。BarbaraJ.Wr^[9]等人在過(guò)氧化氫漂白棉稈CTMP過(guò)程中添加含硫化合物作為助劑，研究了多種含硫化合物作為漂白助劑和漿料白度穩(wěn)定劑的效果。研究結(jié)果證實(shí)，許多含硫化合物能夠抑制紙漿返黃，提高和穩(wěn)定高得率紙漿的白度。所以尋找合適的漂劑和漂白工藝也是提高竹子高得率漿白度和減小返黃值的出路。

3.竹子本身的生物結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分。國(guó)內(nèi)夏新興等人曾對(duì)白夾竹及其磺化化機(jī)漿MWL的結(jié)構(gòu)與發(fā)色基團(tuán)的特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)竹料木素是GSH型木素，經(jīng)化學(xué)機(jī)械處理后木素的分子量大大降低，對(duì)香豆酸酯的含量下降，醌式結(jié)構(gòu)是木素中最主要的發(fā)色基團(tuán)，成漿后醌式結(jié)構(gòu)有很大的增加^[10]。印度中央制漿造紙研究所Roy，T.K.的研究表明：竹子化機(jī)漿擁有比其他纖維資源更好的纖維特性，其缺點(diǎn)是可漂性差；

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：氧化性漂白產(chǎn)生過(guò)剩的二次羰基能加深其顏色，而還原性漂白幾乎不能減少醌型和羰基結(jié)構(gòu)^[11]。竹子高得率漿難漂白易返黃的根本原因是與竹子的生物結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分分不開的，但是針對(duì)竹子原料木素結(jié)構(gòu)和非木素成分探討其難漂性和白度不穩(wěn)定性的研究在國(guó)內(nèi)外還很少。既然木素是影響漿的白度和返黃的主要因素，那么竹子木素的結(jié)構(gòu)及其屬性，以及竹子木素中羰基和醌基等發(fā)色基團(tuán)的含量；

竹子表皮致密的蠟質(zhì)層對(duì)化學(xué)藥品滲入阻礙作用以及表皮色素的影響；

竹子含有較多的少量組分，這些少量組分是否會(huì)對(duì)白度及其穩(wěn)定性有所影響。以上都是竹子本身可能給竹子高得率漿白度及其穩(wěn)定性帶來(lái)影響的因素，除了制漿漂白方法之外，我們也應(yīng)該關(guān)注一下這些竹子本身原因。

只要解決了竹子高得率漿難漂白易返黃的技術(shù)難題，尋找合適的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)竹子高得率漿，還是十分符合我國(guó)的現(xiàn)實(shí)情況，也積極相應(yīng)了國(guó)家提出的合理開發(fā)利用非木材纖維資源的口號(hào)，所以竹子高得率制漿在中國(guó)的發(fā)展前景是良好的。

結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)竹子纖維資源豐富，發(fā)展竹子高得率制漿非常符合我國(guó)纖維資源嚴(yán)重短缺的國(guó)情。竹子高得率漿擁有一些竹子化學(xué)漿所不具有的優(yōu)點(diǎn)，但是竹子高得率漿難漂白易返黃的技術(shù)難題還有待解決，希望造紙工作者積極尋找合適的制漿工藝和技術(shù)，積極研究竹子的生物結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分，解決好竹子高得率漿難漂白易返黃的技術(shù)難題，為竹子纖維的利用創(chuàng)造更好的前提條件。

本文來(lái)源：包裝部落2018