文献综述
引言
高山松是我国西南高山地区的特有针叶树种和主要森林建群种之一。我国高山松主要分布在四川东部的岷江流域，西藏中部雅鲁藏布江中下游谷地及云南西北部，青海南部。它的分布面广泛，生长适应性强，资源非常丰富，在海拔2200-3500m均可形成一定面积的森林群落，在阳坡则组成大面积的纯林。[1]目前人们对于高山松的研究主要在于它的生长、更新方面，除此之外，还有部分对于高山松松脂资源利用的研究。然而国内对于高山松的纤维形态、化学组成以及制浆造纸性能的研究尚少，为了开发利用西藏资源，发展西藏地区的经济，对高山松制浆性能的全面研究，将为今后的生产应用提供必要的依据。[2]
研究现状
2.1制浆造纸原料研究现状
用于造纸的植物纤维原料分为木材纤维原料、非木材纤维原料和半木材纤维原料三类，与非木材纤维原料和半木材纤维原料相比，木材纤维原料有着成纸品质好、环境污染程度小等优点，因此木材纤维原料已经成为现阶段最为主要的造纸原料。在发达国家，木浆占造纸原料的90%以上，[3]而在我国，造纸原料的主体是废纸浆，例如在2018年，我国全年共计消耗纸浆9387万吨，其中木浆占比约35%，废纸浆约58%，非木浆约7%。[4]并且由于国内的废纸回收体系并不完善，废纸浆整体质量不高，因此我国废纸浆主要依靠进口。
但近些年来，中美贸易战的持续升级，一方面加速了我国严格执行废纸进口限制政策，使得国内不断增加废纸浆的利用效率、提高木材利用率；另一方面国内木浆价格也随之升高，增加了纸产品的生产成本。在这种情况下，随着经济建设的发展和人民物质文化水平的不断提高，我国纸张的供需矛盾越来越突出。[5]
针对这种情况，进一步推进“林浆纸一体化”，开发更为适合造纸的木材，是加速解决我国现阶段造纸木材原料供应不足、满足纸张更方面增长要求和摆脱对进口优质木浆的依赖最为有效的方法。[5]因此，造纸行业对于适合造纸的木材进行了大量的研究。
截止到目前，我国学者对造纸原料进行过制浆造纸性能研究的品种主要有红椿、桐木、速生材海州常山以及日本落叶松等。其中，红椿树木形态高大，分布很广但很零星，属于渐危种。由于红椿材质优良，大径材用于制作家具，小径材木材密度较低主要当做杂木处理。在制浆造纸方面，15年树龄的红椿制浆性能最佳，18%用碱量时制浆效果最好[6]；桐木分布范围广，生长适应性强，耐寒、耐旱、耐盐碱、耐污染，具有生长迅速、抗性强、繁殖容易等优点，是城乡绿化、水土保持的重要树种。桐木作为制浆造纸原料时，其纤维素含量与桉木相当，木素含量比竹子和桉木的低，纤维长宽比大，易打浆，但是桐木的抽出物含量过高，纤维平均长度较小，会对其化学制浆性能产生一定影响[7]；海州常山适应性强、耐干旱瘠薄、萌蘖能力强，可在荒山、轻度盐碱地、沙地等条件下生长，同时其生长迅速、木质生物产量高，在作为制浆造纸原料时，山东泰安种源的海州常山制浆性能最好[3]；日本落叶松相较于其他木材，其生长速度更快，15年就可成材，成活率也更高，还具有很强的抗早期落叶病性，与我国本土落叶松相比，日本落叶松容易无性繁殖、开花结实早、适应范围更广。作为制浆造纸原料，日本落叶松纤维的聚戊糖含量较高，制浆得率较高，并有利于改善纸浆性能。且日本落叶松的冷、热水抽出物和1%NaOH抽出物含量均较低。这些均表明日本落叶松在制浆方面有其独特的优势。[5]
相较于国内造纸原料的紧缺，国外大部分的造纸厂培育和管理着属于工厂可开发的森林。但近十几年来，由于废纸需求量的增长和人们环保意识的增强，国外也开始寻求新的造纸原料，比如Robin AW Gardner等人在2018年就进行过研究，寻找南非夸祖鲁-纳塔尔暖温带中度干旱地区商业纸浆材生产的替代桉树[8]。这些研究均表明寻找更加适合制浆造纸的原材料势在必行。
2.2植物纤维组成与制浆性能关系
植物纤维原料的化学组成复杂，除了纤维素、半纤维素和木质素这三种构成了植物体骨架的主要成分（总质量的80%-90%）外，还含有单宁、果胶质、树脂、脂肪、蜡以及不可皂化物等少量成分。[9]纤维素是纸浆中的主要成分，它本身是白色，具有吸水润胀的特性，原料中纤维素含量越高，制浆得率越高，纸浆强度也越大，此外，纤维素还可以用作生产生物乙醇，国内外对此的研究很多，比如Nyoman J. Wistara等人就研究过贾邦木生产生物乙醇的潜力[10]；半纤维素在水中润胀性能好，有利于打浆，纸浆的半纤维素含量愈高，纸张的不透明度就愈低。化学木浆的半纤维素含量比化学草浆低，因而化学木浆的不透明度比化学草浆高，从造纸方面考虑，在制浆过程中应该保留半纤维素；木素对于纸张强度有不良影响，且木素容易氧化使纸张返黄，原料中木素含量越高，制浆就越困难，因此，木素是制浆和漂白过程中尽可能需要去除的成分；灰分对于制浆造纸也有不良的影响，主要表现在碱回收过程中；植物纤维原料中的树脂、脂肪、蜡对制浆很有影响，它们均能与乙醚、苯乙醇苯醇混合液等有机溶剂所抽提。抽出物含量高，在碱法蒸煮中可产生皂化物，在酸性蒸煮中妨碍药液渗透。[11] 因此，对于这些成分的测定，是研究纤维原料制浆性能的关键性指标。
2.3纤维原料测定方法现状
纤维原料分析主要是纤维形态分析和成分分析，纤维形态分析除了可以采用普通光学显微镜测定外，还可以采用国际先进的FS-300型卡亚尼分析仪测定。[12]纤维原料的成分分析主要是测定克拉桑木质素、酸溶木质素以及总木质素等。[13][14]
传统的分析方法过程繁杂、时间长，随着科技的发展，仪器分析技术在植物纤维原料分析中已得到十分广泛的应用，并且还在深入发展着。可以简单概括为：紫外-可见光谱法(UV)与红外光谱法(IR)在木素、半纤维素和纤维素的定性与定量方面的分析(红外着重于结构分析)；质谱(MS)、核磁共振(NMR)、X-衍射能谱(EDXA)在木素和糖类结构方面的分析；气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)用于碳水化合物各单糖组分的分离鉴定、木素降解产物及树脂组分分析等；凝胶渗透色谱用于测定木素和纤维素的分子量及分布；扫描电子显微镜(SEM)和透视电子显微镜(TSM)用于显微超微结构研究，半纤维素在显微细胞壁中的分布研究；扫描电镜-X-射线能谱(TEM-EDXA)用于测定木素、硅和硫等在植物纤维细胞各形态区中的分析；电导分析(EC)中的非水电导滴定法测定木素中酚羟基、羧基、羰基和磺酸基等功能基含量等。[15]
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