槟榔壳原料及制浆性能研究

邓 通 刘 义 黄显南 林伟民

(1.广西大学轻工与食品工程学院，广西南宁，530004； 2.广西清洁化制浆造纸与污染控制重点实验室，广西南宁，530004； 3.广西东糖投资有限公司，广西南宁，530021)

·槟榔壳制浆·

槟榔壳原料及制浆性能研究

邓 通1，2刘 义1，2黄显南1，2林伟民3，*

(1.广西大学轻工与食品工程学院，广西南宁，530004； 2.广西清洁化制浆造纸与污染控制重点实验室，广西南宁，530004； 3.广西东糖投资有限公司，广西南宁，530021)

分析了槟榔壳原料的化学组成、制浆性能、槟榔壳纸浆的纤维形态、漂白及其纸张的物理性能，为槟榔壳纤维资源的合理利用提供技术数据。结果表明，槟榔壳原料木素含量较高(Klason木素含量为30.05%)、纸浆纤维较短(数均长度0.38～0.43 mm，长均长度0.52～0.58 mm，质均长度0.65～0.71 mm)、卡伯值较高(33.8～73.3)、ClO2漂白浆白度为21.7%～31.4%，白度提高不大，因此槟榔壳原料不适合生产漂白浆。而槟榔壳纸浆所抄纸张的抗张指数、撕裂指数、耐破指数、环压指数均高于用废纸浆所生产的A级瓦楞原纸的物理性能，由此认为槟榔壳纸浆适合生产瓦楞原纸等包装用纸。

槟榔壳；化学组成；制浆性能；纤维形态

槟榔(学名：ArecacatechuL.)为棕榈科属常绿乔木，别名槟榔子、橄榄子，茎直立，一般高可达10 m多，有明显的环状叶痕，雌雄同株，花序分枝多，子房长圆形，果实长圆形或卵球形，花果期为3～4 个月。槟榔是一种重要的中药材，也是咀嚼嗜佳品，广泛分布在我国云南、广西、海南、台湾以及马来西亚等东南亚国家。在我国造纸工业不断发展，对纸和纸板的需求量越来越大，所以开发出新的适合于制浆造纸用的原料显得尤为重要[1]。目前，槟榔世界年产量高达129.6万t，数量巨大，槟榔加工的附属产物槟榔壳每年高达38.88万t，如果能将其充分利用，将会有效地部分缓解我国制浆造纸原料需求的压力。

因此，本研究分析了槟榔壳的化学组分、烧碱法制浆性能及其纸浆的纤维形态、漂白和纸张的物理性能，为槟榔壳纤维资源的合理利用提供技术数据。

1 实 验

1.1实验原料

槟榔，产地为马来西亚，选取其中部分具有代表性的试样切成丝状，平衡水分备用。

1.2实验方法[2- 4]

1.2.1化学组分分析

切成丝后的槟榔壳，用粉碎机磨碎、过筛，截取通过40目而不能通过60目的粉末，储存于具有磨砂的广口瓶中，备分析使用。

分别按照国家标准GB/T 2677.5、GB/T 2677.9、GB/T 2677.6、GB/T 2677.8测定1%NaOH抽出物、聚戊糖、苯-醇抽出物、Klason木素；纤维素的测定采用硝酸-乙醇纤维素法。

1.2.2制浆

采用烧碱法制浆，在6×1 L电热油浴小罐中进行蒸煮。蒸煮工艺参数：装锅量80 g绝干原料，用碱量14%、16%、18%(以Na2O计)，液比1∶6，蒸煮条件为第一段升温60 min至100℃，第二段升温90 min至150℃，第三段升温30 min至160℃，不保温。

1.2.3纤维形态分析测定

用烧碱法制成的浆料，经筛浆机筛选得到细浆。采用Kajani FS-300纤维分析仪测定试样纤维的数均长度、长均长度、质均长度、数均细小纤维率和长均细小纤维率。

1.2.4ClO2漂白

取蒸煮时用碱量为16%的槟榔壳浆与药液混合均匀，倒入高密度聚乙烯塑料袋中，密封后放入恒温水浴中反应[5]。ClO2漂白条件为：20 g绝干浆料，浆浓8%，有效氯用量分别为2%、4%、6%、8%，反应温度70℃，时间60 min，pH值3～4。用碱量为16%的槟榔壳未漂浆的白度为19.3%。

1.2.5打浆和纸张性能检测

采用PFI磨对槟榔壳浆打浆，打浆浓度为10%，打浆间隙为0.2 mm[6]。打浆后用气动肖伯尔打浆度仪测定槟榔壳浆的打浆度。采用凯撒快速抄片器将槟榔壳浆抄成定量为100 g/m2的纸样，压榨、烘干[7]。按照相关国家标准测定纸样紧度、抗张指数、撕裂指数、耐破指数、环压指数等物理性能指标。另取广西某工厂用废纸浆所生产的A级瓦楞原纸与槟榔壳浆所抄纸张进行物理性能对比。

2 结果与讨论

2.1槟榔壳化学组分分析[8-9]

原料的化学组分是评价一种原料制浆质量好坏的重要依据。表1所列为槟榔壳化学组分分析结果。

表1 槟榔壳化学组分分析 %

2.1.11%NaOH抽出物

1%NaOH抽出物含量的大小，在一定程度上可以说明原料受到光、热、氧化或细菌等作用而变质或腐朽的程度。1%NaOH抽出物越高，说明原料腐朽得越严重。也可以在一定程度上预见该原料在碱法制浆中制浆得率的情况。1%NaOH抽出物越多，碱法制浆的得率越低。由表1可知，槟榔壳1%NaOH抽出物含量为15.53%，抽出物含量相对较低，变质腐朽程度轻，耗碱量少。

2.1.2聚戊糖

半纤维素是造纸植物纤维原料的主要组分之一，其含量高低对提高制浆得率、改善打浆和成纸性能有重要影响，在制浆工艺中，应当尽可能多的保留半纤维素。不同种类的植物纤维原料半纤维素的含量和结构有很大不同，一般来说，非木材原料的半纤维素以聚戊糖为主，因此测定聚戊糖对于表征槟榔壳半纤维素含量具有实际意义。由表1可知，槟榔壳聚戊糖含量为21.14%，与其他纤维原料相比，槟榔壳的聚戊糖含量适中，符合非木材原料聚戊糖分布范围。

2.1.3苯-醇抽出物

有机溶剂抽出物是造纸原料中的少量组分，主要成分为脂肪、脂肪酸、树脂、树脂酸、蜡及酚类化合物等，它的存在影响着用碱量、蒸煮时间以及成纸的颜色。由表1可知，槟榔壳苯-醇抽出物含量为2.85%，对制浆造纸不会产生严重影响。

2.1.4Klason木素

木素也是造纸植物纤维原料中的主要化学组分之一，它是由苯丙烷结构单元构成的高分子化合物。制浆的目的就是为了脱出制浆原料中的木素，使得原料中的纤维素分离出来。如果原料中含有木素越少，则所需消耗化学药品就少，同时也有利于后序工艺的漂白。由表1可知，Klason木素含量为30.05%，木素含量相对较高，需要更多化学药品脱出木素，对蒸煮工艺、漂白等提出更高要求。

2.1.5硝酸-乙醇纤维素

纤维素含量是衡量一种原料是否具有制浆造纸价值的重要指标。它是植物纤维原料的主要成分之一，也是纸浆的主要化学组分。制浆过程中，纤维素要尽量保持使之不受破坏。测定纤维素含量可以推测原料的使用价值和纸浆得率。由表1可知，硝酸-乙醇纤维素含量为46.45%，其含量在非木材纤维原料的分布范围之内。

2.2制浆性能分析[10]

制浆性能的研究可以反映蒸煮情况。表2所列为槟榔壳制浆性能分析结果。

表2 槟榔壳制浆性能的比较

由表2可知，随着用碱量的增大，细浆得率和粗渣率逐渐降低。其原因是用碱量的增大，木素和半纤维素降解强度大，因此细浆得率、粗渣率与用碱量成负相关关系。用碱量为18%时，细浆得率最低为43.9%，粗渣率最低为3.3%；残碱含量随着用碱量增大逐渐升高。其原因是用碱量增大，会导致溶液里未参与化学反应那部分碱的量也增大，故在黑液中的残碱量也增大，成正相关关系。用碱量为18%时，残碱含量最高为4.96 g/L；卡伯值随着用碱量增大而减小，用碱量为18%时最小，为33.8。但总体上看，卡伯值都普遍偏高[11]。黏度和纤维素聚合度均随着用碱量的增大而下降。其原因是用碱量的增大会加强对纤维素降解破坏的程度，因此用碱量增多，黏度和纤维素聚合度下降。用碱量为18%时，黏度为460.6 mL/g，纤维素聚合度为638。

表5 打浆和纸张物理性能分析

2.3纤维形态分析

纤维形态直接影响造纸工艺与浆纸性能。表3所列为槟榔壳纤维形态分析结果。

由表3可知，随着用碱量的增多，纤维的数均长度、长均长度、质均长度逐渐下降。但总体来说，槟榔壳的纤维长度均较短，用碱量为14%时，数均长度、长均长度、质均长度也只达到0.43 mm、0.58 mm、0.71 mm；数均细小纤维率、长均细小纤维率随着用碱量增多而上升。用碱量为18%时，数均细小纤维率和长均细小纤维率分别达到23.59%、6.41%。

表3 槟榔壳纤维形态

注 长均长度为所有纤维的长度之和除以纤维总根数；长均细小纤维率为按长均长度计算时，细小纤维所占比例。

2.4ClO2漂白分析

纸浆漂白可以进一步脱出木素和其他杂物，提高纸浆的白度。表4所列为槟榔壳浆ClO2漂白分析结果。

表4 槟榔壳ClO2漂白

由表4可知，随着ClO2用量的增加，槟榔壳漂后浆有白度逐渐升高、得率逐渐减小、卡伯值逐渐下降的趋势。ClO2用量为8%时，白度为31.4%，得率为81.7%，此时卡伯值下降较明显，为32.7。但总体漂白效果并不显著，在ClO2用量很大的情况下，白度不高，得率较低，卡伯值较高。因此，槟榔壳浆漂白难度大，其具体漂白工艺，有待进一步深入研究。

2.5打浆和纸张物理性能分析

对纸浆进行打浆和纸张物理性能的测定，可以了解槟榔壳浆是否满足哪一类纸的基本要求。表5所列为槟榔壳浆和A级瓦楞原纸浆打浆和纸张物理性能的分析结果。

由表5可知，在打浆度和A级瓦楞原纸浆相同的情况下，槟榔壳纸浆所抄成的纸张参数为：紧度0.47 g/cm3，抗张指数30.4 N·m/g，撕裂指数0.83 mN·m2/g，耐破指数2.11 kPa·m2/g，环压指数4.54 N·m/g[12]。槟榔壳浆所抄成的纸张除紧度低于A级瓦楞原纸浆的纸张外，其抗张指数、撕裂指数、耐破指数、环压指数均比A级瓦楞原纸张物理性能高。

3 结 论

3.1从槟榔壳原料组分来看，硝酸-乙醇纤维素含量较高，为46.45%，聚戊糖含量和多数阔叶木材相当，为21.14%，但Klason木素含量太高，为30.05%，相比其他原料，槟榔壳对后续脱除木素工艺要求较高。

3.2槟榔壳的烧碱法制浆性能结果表明，其细浆得率、粗渣率、残碱量、黏度和纤维素聚合度分布合理，但卡伯值总体偏高，达到33.8～73.3；用ClO2漂后浆白度为21.7%～31.4%，白度提高不大，由此看出槟榔壳浆漂白较难，其具体漂白工艺有待进一步深入研究。

3.3从纤维形态分析来看，槟榔壳数均长度为0.38～0.43 mm，长均长度为0.52～0.58 mm，质均长度为0.65～0.71 mm，纤维的长度较短，对纸张强度造成一定影响。

从总体上说，由于槟榔壳原料中的木素相对于其他原料来说含量较高，纤维长度较短，蒸煮卡伯值大，对漂白要求高，因此槟榔壳不适合生产漂白浆。但槟榔壳浆所抄纸张的抗张指数、撕裂指数、耐破指数和环压指数均高于用废纸浆所生产A级瓦楞原纸物理性能，由此认为槟榔壳纸浆适合生产瓦楞原纸等包装用纸。

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(责任编辑：常 青)

RawMaterialAnalysisandPulpingPropertiesStudyofAreca-nut

DENG Tong1,2LIU Yi1,2HUANG Xian-nan1,2LIN Wei-min3,*

(1.CollegeofLightIndustrialandFoodEngineering,GuangxiUniversity,Nanning,GuangxiZhuangAutonomousRegion, 530004; 2.GuangxiKeyLabofCleanPulp&PapermakingandPollutionControl,Nanning,GuangxiZhuangAutonomousRegion, 530004; 3.GuangxiEastSugarLimitedCompany,Nanning,GuangxiZhuangAutonomousRegion, 530021)

The chemical composition and pulping properties of areca-nut, the fiber morphology and bleaching of areca-nut pulp and the physical properties of the paper sheets were analyzed and studied in order to provided technical data for the rational use of areca-nut as fiber resource. The results showed that areca-nut contained higher acid insoluble lignin(30.05%), the fiber length of areca-nut pulp was shorter.The difficulty of bleaching was due to high levels of acid insoluble lignin.The physical properties of the paper made of the areca-nut pulp were higher than the Grade A corrugating medium of national standard. Areca-nut was not suitable for producing bleached pulp and it could be used as part of the furnish for producing packaging paper such as corrugating medium．

areca-nut;chemical composition;pulping property; fiber morphology

邓 通先生，在读硕士研究生；主要研究方向：造纸化学品。

TS724

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.09.008

2017- 05- 03(修改稿)

*通信作者：林伟民，硕士，工程师；主要从事制浆造纸工艺技术的开发与研究工作。

(*E-mail: 595988138@qq.com)