制浆造纸检验技术(第3版)/郭纬/高职高专制浆造纸技术教学指导分委员会规划教材

**章 植物纤维原料的分析与检验 植物纤维原料的元素组成较简单，主要是碳、氢、氧、氮等元素。由这些元素构成植物纤维原料的化学组成主要是纤维素、半纤维素和木素。此外尚含有少量的树脂、蜡、果胶、单宁、色素及灰分等。对植物纤维原料的化学组成进行分析，对纤维形态进行检验的目的，就是帮助我们合理选择利用纤维原料和制订正确的生产工艺条件。例如知道纤维素含量，可以预测制浆得率；知道木素含量，可以测算化学药品用量；半纤维素含量的大小可以影响纸的白?与透明度；灰分过高就不适合生产电气绝缘纸，并给碱回收带来困难等等。 什么时候需要对植物纤维原料进行分析？当更换不同种类原料、或同一种类原料但来自不同产地时，或即使同一产地的同种原料，其生长期可能不同，为稳定生产也必须进行植物纤维原料的分析与检验。适合造纸的原料较多，一般要求纤维素含量高，木素含量低，同时也要考虑产量丰富，收集、运输便利，不破坏生态环境，价格合理等因素。 一、试样的采取 造纸原料的化学成分，不仅因品种不同而异，即使同一品种也会因生长条件（气候、土壤等）、生长的年限以及试样采取的部位不同而有差异。表1-1是芦苇的化学成分分析的结果，说明造纸原料的化学成分虽是同一品种，但因产地不同及各部位的不同而有区别。 表1—1 芦苇的化学成分 苇 种 咸水大苇 淡水大苇 淡水毛苇 淡水大苇 产 地 盘山 江桥 东部 宝应 部 位 茎 鞘 茎 鞘 穗 节 膜 鞘 茎 灰 分（%） 热水抽出物（%） 1%氢氯化钠抽出物(1%) 乙醚抽出物（%） 多戊糖（%） 木素（%） 克贝纤维素（%） α一纤维素（%） 2.38 7.92 1.35 7.24 5.78 3.28 1.77 11.43 4.26 4.78 7.77 4.40 9.07 11.99 1.27 11.10 - 4.40 29.52 45.05 29.29 49.74 54.55 33.70 24.30 - 35.23 0.57 1.21 0.62 1.60 3.30 3.25 3.59 3.75 1.76 24.04 26.26 28.09 27.49 26.57 28.97 15.55 22.30 22.56 19.12* 15.58* 17.78* 14.98* 20.83* 23.92 4.55 27.42 15.79 60.08* 47.12* 62.59 46.90* 9.22* 59.08 52.10 43.26 51.53 41.91* 32.68* 45.88* 33.15* 26.67* - - 23.35 42.01 “*”系除去灰分后的数值。 在磨碎样品时，还应注意粉粒大小对测定结果的影响，特别是对抽出物及纤维素测定影响更大。 表1-2是同一种原料细度不同所测得结果。 表1-2 分 析 项 目 细度 40～60目 60～80目 热水抽出物（%） 1%氢氧化钠抽出物（%） 3.65 4.25 12.58 13.30 灰分（%） 乙醚抽出物（%） 苯醇抽出物（%） 木素（%） 纤维素（%） 0.54 0.52 0.20 0.34 1.15 2.15 31.32 31.15 56.23 55.18 从表1-2可看出，两种不同细度的试样，除木素含量近似外，其它项目皆有差别。此外粉粒细度还会影响到试样与化学试剂间的作用，过粗则由于试剂不能进入粉粒内部，引起作用不完全；过细则导致对组分破坏过甚，得不到正确结果，过细有时还会引起操作上的困难。例如，在用氯化法（克劳斯一贝文法）测定纤维素时，如试样过细就有可能造成氯化过度，部分纤维遭受破坏，从而造成过滤与洗涤的困难。 表1-3 是采用不同细度麦草试样进行分析所得的结果。 表1-3 分析项目 试样细度（目） 20～40 40～60 60～80 80～100 平均值 苯醇抽出物（%） 纤维素（%） 多戊糖（%） 木素（%） 3.56 3.76 4.17 4.44 3.97 43.28 42.56 42.92 43.36 43.11 25.66 25.91 25.78 26.00 25.54 19.17 15.86 17.42 16.80 15.06 从表1-3可看出非木材原料以采用40～60目细度为宜，因为结果较接近平均值。木材原料也大都采用40～60目细度（试样粉粒0.5～1.0mm）。 总之，要使分析结果准确可靠，应按照规定方法采取试样，并将其磨成一定细度以供分析用。 （一）木材原料试样的采取 采取同一产地、同一树种的原木3～4棵，标明原木的树种、树龄、产地、砍伐年月、外观品级。用剥皮刀将所取得的原木表皮全部剥尽。 在每颗原木梢部、腰部、底部，各锯2～3cm的原木，风干后，切成小薄片，充分混合，按四分法（参见第五章）取得均匀样品约500g，然后置入粉碎机中磨至全部能通过40目筛，过筛，截取能通过40筛但不能通过60目筛的部分细末，风干，贮于具有磨砂玻塞的广口瓶中，留供分析用，贴上标签。 （二） 非木材原料试样的采取 1．无髓的草类原料 取能代表预备进行蒸煮的原料如稻草、麦杆、芦苇等约500g ，记录其草种、产地、采集年月、贮存年月、品质情况及清洁程度等。用切草刀切去原料的根及穗部。 将已去根及穗的原料全部切碎。风干后，置入粉碎机中磨碎至成为能全部通过40目筛的细末。过筛，截取能通过40目筛，但不能通过60目筛的部分细末，贮于具有磨砂玻塞的广中瓶中，贴上标签。 2．有髓的草类原料 将已去根及穗的风干试样，送入粉碎机中，粉碎至通过40目筛，放入瓶中，振荡使分为皮及髓二层，然后将皮及髓分别称量，按比例取样。如混有铁屑，可用磁铁吸除。 二、水分、灰分的测定 （一） 水分的测定 植物纤维原料中都有含有水分，在测定纤维原料其它化学成分时，必须首先测定水分，然后才能计算出绝干试样中其它化学成分的相对含量。 测定方法是根据试样在105±3℃烘干至质量恒定所失去的质量而求得的。 测定方法 精确称取3～5g（称准至0．0001g）粉碎试样，于洁净的已烘干至质量恒定的扁形称量瓶中，置于烘箱，于105±3℃烘干4h 。将称量瓶移入干燥器中，冷却0.5h后称量。再移入烘箱，继续烘干1h，冷却称量。如此重复，直至质量恒定为止。 水分含量X(%), 按下式计算： 式中 m---扁形称量瓶质量, g m1---扁形称量瓶与试样在烘干前的质量，g m2---扁形称量瓶?试样在烘干后的质量，g 同样进行两份测定，取其算术平均值作为测定结果，两次计算值间误差不应超过 0.20％。 （二）灰分的测定 灰分是植物纤维原料中的有机物经完全燃烧后的残留物质，主要是硅、钾、钙、镁、硫、磷的盐类。一般木材中的灰分在０．２～１．０％左右，草类原料中灰分较高，一般在３％左右，稻草的灰分*高，有的高达１７％左右。一般的纸张对原料中灰分高低没有特殊要求，但生产电气绝缘纸时必须除去灰分才能达到质量要求。纸浆中硅酸盐含量过高时能使纸质发脆。黑液中如果含硅量高时，会影响碱回收，使蒸发器管壁上结硅酸盐垢，影响热传导并堵塞管道。绿液中含有硅酸盐则使苛化后的白液沉淀困难。 灰分测定方法是将试样燃烧和灼烧后，称其矿物性残渣的质量。灰分不能代表样品中真正的无机盐含量，而只是一个比较数值。灼烧灰分时温度要控制在５７５±２５°Ｃ。 灰分分析方法通常有：（1）碳酸灰法；（2）硫酸灰法；（3）添加法。 用直接灼烧的方法测定灰分称为碳酸灰法。用浓硫酸处理样品后再灼烧的方法称为硫酸灰法。碳酸灰法的灼烧温度过高会导致碳酸盐分解及熔融灰复盖碳质，硫酸灰法则可避免上述弊端。为防止灰分熔融成块，有时加入惰性不溶物质（如BaCO3、CaCO3、MgO）或能分解成此类物质的添加物[如Mg（Ac）2]作为松化剂，称之为添加剂灰分法，采用添加法应同时做一空白试验。 测定方法 精确称取2～3g（称准至0．0001g）粉碎试样于预先经灼烧至质量恒定的瓷坩埚中(同时另称取试样测定水份)，先在电炉或煤气灯上仔细燃烧使其炭化。然后将坩埚移入高温炉中，在不超过575±25℃的温度下，灼烧至灰渣中无黑色炭素并质量恒定为止。 （碳酸灰法）灰分含量X（％），按下式计算： 式中 m――灰渣质量，g m1――风干试样质量，g W――试样水分，％ 有些草类原料灰分含有较多二氧化硅，在灼烧时灰分易熔融成块状物，致使黑色炭素不易烧尽，此时应采取下列方法测定： 精确称取2～3g（称准至0．0001g）粉碎试样, 置入预先经灼烧至质量恒定的瓷坩埚中(同时另称取试样测定水分)。用吸移管吸取5ml乙酸镁乙醇溶液（溶解4.054gMg(Ac)2·4H20于50ml蒸馏水中，加入９５％化学纯乙醇稀释成1000ml）注入其中。用铂丝仔细搅和至样品全部被湿润，洗下铂丝上所沾着的样品，微火蒸干并炭化后，移入高温炉，在不超过575±25℃ 下灼烧至灰渣中无黑色炭素并质量恒定为止。 同时作一空白试验，吸取5ml乙酸镁乙醇溶液于另一已知质量的瓷坩埚中，微火蒸干，移入高温炉灼烧至质量恒定。 （添加法）灰分含量X(％) 按下式计算： 式中 m２——空白试验残渣质量，g m、m１、W ——与上同 附：灰分中二氧化硅测定方法 将上述灼烧完的灰分（需用白金坩埚灼烧）加入５ml氢氟酸及１～２滴浓硫酸，蒸发至干，再灼烧称其质量，损失的质量即为灰分内含二氧化硅之量。 灰分中的二氧化硅含量X(％)，按下式计算： 注：在测定灰分中的二氧化硅时，加入硫酸的目的是要使硅酸释出： 加入氢氟酸目的是使硅酸生成挥发性之氟化硅，再灼烧除去：