摘要
本研究以工业大麻韧皮纤维为原料，首先对大麻韧皮纤维的化学组分及纤维形态进行分析，结果表明，工业大麻韧皮纤维具有很高的硝酸-乙醇纤维素含量，达70.6%，木素含量则比较低，只有9.6%；其纤维平均长度为20.47 mm，纤维平均宽度为22.50 μm，长宽比高达909.78，是优质的造纸原料。采用烧碱-蒽醌法（NaOH-AQ）、硫酸盐法（KP）以及碱性亚钠-蒽醌法（AS-AQ）3种不同的制浆方法制备大麻韧皮浆，对比研究了其在制浆性能、打浆特性和纸张物理性能方面的区别。结果表明，与大麻韧皮商品浆相比，AS-AQ制浆在制浆得率、纸浆白度、特性黏度和纸张物理强度性能方面均比NaOH-AQ法和KP法制浆有明显优势，因此，AS-AQ法是大麻韧皮纤维理想的制浆方法。
大麻为大麻科大麻属一年生草本植物，俗称汉麻、线麻和火
我国木材纤维原料短缺，而大麻资源丰
本研究以工业大麻韧皮纤维为原料，对比研究了NaOH-AQ、KP及碱性亚钠-蒽醌法（AS-AQ）3种不同的制浆方法制备大麻韧皮浆在制浆性能、打浆特性和纸张物理性能等方面的区别，并与大麻韧皮商品浆做对比，为大麻韧皮纤维制浆造纸的工业化生产提供理论依据。
本实验所用大麻韧皮纤维原料和大麻韧皮商品浆均来自黑龙江省某厂；所有化学试剂均采用分析纯，具体见
| 药品名称 | 生产厂商 |
|---|---|
| 氢氧化钠（NaOH） | 广州化学试剂厂 |
| 蒽醌（AQ） | 上海麦克林生化科技有限公司 |
| 硫化钠（Na2S） | 天津大茂化学试剂有限公司 |
| 亚硫酸钠（Na2SO3） | 上海润捷化学试剂有限公司 |
| 醋酸（CH3COOH） | 江苏强盛功能化学股份有限公司 |
| 过氧化氢（H2O2） | 广州化学试剂厂 |
| 苯（C6H6） | 广州化学试剂厂 |
| 乙醇（C2H6O） | 国药集团化学试剂有限公司 |
| 亚氯酸钠（NaClO2） | 上海麦克林生化科技有限公司 |
| 盐酸（HCl） | 广州化学试剂厂 |
仪器设备名称、产地与型号具体情况如
| 名称 | 产地 | 型号 |
|---|---|---|
| 水平式旋转蒸煮器 | 日本 | KRK-2611 |
| 浆料平板筛分仪 | 德国 | S401700001 |
| 全自动切断机 | 深圳华源鼎自动化设备有限公司 | |
| 黏度测量仪 | 北京恒诚誉科技有限公司 | DP-02N |
| PFI磨浆机 | 挪威 | Mark V1 |
| 打浆度仪 | 德国 | PTI-115275 |
| 凯赛法快速纸页成型器 | 奥地利 | RK3AKWT |
| 纤维分析仪 | 芬兰 | FS500 |
| 双夹头耐折度仪 | 德国 | S13505.000 |
| 抗张强度仪 | 瑞典 | CE062 |
| 撕裂度仪 | 瑞典 | 009 |
| 耐破度仪 | 瑞典 | CE180 |
| 研究级正置显微镜 | 日本 | OLYMPUS BX51 |
| 扫描电子显微镜（SEM） | 日本Hitachi | SU5000 |
据相关文献报
大麻韧皮纤维原料经人工切成长度20~30 mm的小段，平衡水分后供蒸煮使用。同时，选择有代表性的小段经植物粉碎机粉碎后，取40~60目的物料进行化学成分分
分别称取3份500 g绝干的大麻韧皮纤维原料，然后用水浸泡4 h后备用。分别采用NaOH-AQ法、KP法及AS-AQ法对大麻韧皮纤维原料进行制浆蒸煮；蒸煮在水平式旋转蒸煮器中进行。制浆工艺条件参照文献[
| 制浆方法 | 绝干装锅量/g | 用碱量（以NaOH计）/% | 硫化度（以NaOH计）/% | 亚钠度（以NaOH计）/% | AQ用量/% | 最高温度/℃ | 升温时间/h | 保温时间/h | 液比 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| NaOH-AQ | 500 | 15.5 | 0.1 | 155 | 1.5 | 3.5 | 1∶6 | ||
| KP | 500 | 16.0 | 17.6 | 155 | 1.5 | 3.5 | 1∶6 | ||
| AS-AQ | 500 | 11.5 | 82.6 | 0.1 | 160 | 1.5 | 4 | 1∶6 |
注 亚钠度指亚硫酸钠用量占总用碱量的百分比。
蒸煮完成后，分离浆料和黑液，测定黑液pH值和残碱。将制得的浆料洗净，按照GB/T 462—2008测定浆料水分和得率；按照GB/T 1546—2018测定浆料卡伯值；按照GB/T 1548—2016测定浆料黏度、聚合度；按照GB/T 7974—2013测定浆料白度。
将上述蒸煮所制备的3种浆料用全自动纤维切断机将纤维切短，随后用PFI磨浆机将切短后的3种浆料及商品大麻浆按照QB/T 1463—2010进行打浆，浆浓为10%，线压力为3.33 N/mm。测定初始打浆度，且每打1000 转后测定打浆度，直至打浆度为63 °SR。取打浆度为28、38、47、58、63 °SR的浆料于密封袋中保存备用。采用纤维分析仪测定4种浆料在不同打浆度下纤维长度、宽度、细小纤维含量等参数。最后用SEM观察4种浆料纤维的表面微观形貌。
大麻韧皮纤维的形态见
图1 大麻韧皮纤维的光学显微镜图
Fig. 1 Microscopic photos of hemp bast fibers
| 综纤维素 | 硝酸-乙醇纤维素 | 酸不溶木素 | 酸溶木素 | 苯-醇抽出物 | 灰分 |
|---|---|---|---|---|---|
| 80.8 | 70.6 | 6.84 | 2.78 | 2.56 | 3.09 |
| 平均长度/mm | 平均宽度/μm | 长宽比 | 壁厚/μm | 腔径/μm | 壁腔比 |
|---|---|---|---|---|---|
| 20.47 | 22.50 | 909.78 | 4.80 | 11.20 | 0.86 |
由
对纤维形态的观察和测定，是用以评价纤维原料在制浆造纸性能优劣的关键因素之一，也是确定工艺条件的重要依据之
| 制浆方法 | 残碱/g∙ | 黑液pH值 | 卡伯值 | 特性黏度/mL∙ | 聚合度 | 得率/% | 白度/% |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| NaOH-AQ | 7.9 | 12.86 | 4.2 | 984.8 | 1478 | 61.8 | 38.3 |
| KP | 6.6 | 12.61 | 7.3 | 966.2 | 1447 | 62.2 | 33.7 |
| AS-AQ | 8.31 | 9.7 | 1195.3 | 1830 | 71.1 | 40.2 | |
| 商品浆 | 24.4 | 559.1 | 790 | 42.4 |
从实际生产经济效益的角度比较，AS-AQ法制浆得率比NaOH-AQ法和KP法的制浆得率高、蒸煮化学药品成本低、未漂浆的白度高、纸浆的可漂性高、具有较好的经济效益。从制浆废液回收方式看，麻类原料制浆厂的规模一般均较小，加上大麻韧皮纤维木素含量低，制浆后废液的热值较低，所以很少通过碱回收的方式来处理制浆废液，而是通过生化处理废液，由于AS-AQ法制浆得率比较高，对应的制浆废液污染负荷较低，也比较适合采用生化处理制浆废
图2 打浆转数与打浆度的关系
Fig. 2 Relationship between beating revolutions and beating degree
图3 不同打浆度下4种浆料的纤维形态
Fig. 3 Fiber morphology of four kinds pulp after beating
图4 不同打浆度下4种浆料纤维的SEM图（×1000）
Fig. 4 SEM images of four kinds pulp fibers after beating (×1000)
图5 不同打浆度下4种纸张的物理性能
Fig. 5 Physical properties of four kinds papers after beating
本研究对工业大麻韧皮纤维的化学组分及纤维形态进行分析，并以工业大麻韧皮纤维为原料，研究对比了烧碱-蒽醌法（NaOH-AQ）、硫酸盐法（KP）及碱性亚钠-蒽醌法（AS-AQ）3 种制浆方法制备的大麻韧皮浆在制浆性能、打浆性能和纸张物理性能等方面的变化，并与大麻韧皮商品浆做对比。
3.1 工业大麻韧皮纤维具有很高的硝酸-乙醇纤维素含量，达70.6%，木素含量则比较低，只有9.62%；其纤维平均长度为20.47 mm，纤维平均宽度为22.50 μm，长宽比高达909.78，是优质的造纸原料。
3.2 不同制浆方法制备大麻浆的结果表明，AS-AQ法的制浆得率、浆料特性黏度和白度最高。
3.3 在打浆前期，AS-AQ浆最容易打浆，其次是NaOH-AQ浆、KP浆。在打浆过程中，AS-AQ浆的纤维吸水润胀、细纤维化效果好。
3.4 在相同打浆度下，AS-AQ浆纸张的抗张指数、耐折度、撕裂指数和耐破指数均为最好，KP浆次之，NaOH-AQ浆最差。
3.5 对比3种不同制浆方法的制浆得率、浆料特性黏度、未漂浆白度以及打浆性能和成纸性能，大麻韧皮纤维比较适合采用AS-AQ法制浆。
参 考 文 献
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