摘 要：文章针对工业大麻与红麻进行了硫酸盐法制浆性能研究，试验结果表明，红麻浆的纤维远比大麻浆纤维长，宽度稍宽，细小纤维含量偏高；工业大麻浆和红麻浆，裂断长和撕裂指数都很高，工业大麻浆的裂断长要略高于红麻，撕裂指数明显低于红麻浆；红麻浆的松厚度明显高于工业大麻浆。
关键词：工业大麻；红麻；浆料得率；纤维形态；物理性能
大麻为桑科的一年生草本植物，别名汉麻、火麻、线麻等，是一种古老的韧皮纤维植物，在我国云南、广西、河南、甘肃、辽宁等省以及欧洲、南美、非洲等国的大部分地区均有种植。工业大麻是指四氢大麻酚（THC）含量低于0.3%的大麻。大麻主要分为纤维用大麻和籽、纤两用大麻（油用）两大类。在云南800～1700m海拔高度的部分地区生长成熟的工业大麻（纤、籽两用品种），通常植株高1.5～3.5m，甚至还有超过4m的；茎秆直径在10～35mm，也有超过40mm的，如图1所示。每亩大麻茎秆产量650～850kg，可收获麻籽40～75kg。大麻植株随着生长发育成熟后茎秆逐渐木质化，并形成中部空心，茎秆的韧皮部分约占20%～30%，秆芯部分约占70%～80%；韧皮部的纤维素含量高、纤维长、木素含量低。秆芯部的纤维素含量、纤维长度、木素含量均与阔叶木相近。工业大麻的应用至少包括纺织、造纸、食品、包装、医药、日化等领域，是经典的生产材料[1]。
图1 工业大麻
红麻，别名洋麻、槿麻、葵麻、安得利麻等，如图2所示，属槿葵科草本一年生草本韧皮纤维作物。我国除青海、西藏等省外各地都有种植，其种植面积和总产量居世界之首。我国南方的红麻多引种于印度，质量较好；北方红麻的耐寒及抗病虫害能力较强。
图2 红麻
红麻产量大，生产周期短，每亩地年产约1～1.5t，当年播种当年收获。在亚热带地区生长期约12～150d，能开花结籽；在温寒带地区只开花不结籽，生长周期140～180d，可在麦收后种植。该植物抗碱性、耐寒性强，病虫害少，在土层含碱量0.25%以下的地区仍能正常生长。红麻茎直立，高3～5m，粗1.5～4.0cm，呈绿、紫、红或浅红色。我国是红麻的传统种植大国，麻袋、麻绳是红麻的传统用途。红麻的嫩叶、嫩稍含有大量的蛋白质是良好的饲料，种子含油量20%左右，可食用或做肥料。近年来随着造纸原料短缺，很多人将红麻视作一种很有潜力的造纸原料，在栽培技术、制浆造纸工艺和经济效益方面多有研究，红麻秆、红麻皮、红麻全秆制浆造纸均可找到相关文献[2]。
工业大麻皮秆分离前后外观如图3所示。
图3 工业大麻皮秆分离前后外观示意图
此次制浆试验用原料为工业大麻全秆和红麻全秆，备样后如图4所示。
图4 制浆试验原料外观示意图
工业大麻和红麻的化学组成如表1所示。
由表1可知，红麻全秆和工业大麻秆芯与马尾松、尾叶桉相比，纤维素含量接近，木素含量稍低，抽提物含量高，灰分含量高。红麻和工业大麻韧皮的纤维素含量高，尤其是工业大麻纤维素含量很高，达67.1%，木素含量低。
表1 工业大麻和红麻的化学组成
工业大麻和红麻秆芯、韧皮纤维形态如表2所示。
表2 工业大麻和红麻秆芯、韧皮纤维形态
由表2可知，工业大麻的韧皮纤维很长，达14mm，木质部纤维较短；红麻韧皮纤维较长，木质部纤维较短，比工业大麻木质部纤维稍长。
5 工业大麻与红麻制浆性能试验及结果
5.1 试验方法
工业大麻与红麻装入密封的塑料袋中平衡水分后，测定其水分含量，蒸煮在电热旋转蒸煮锅中进行，将蒸煮所得的浆料置于布袋中，用清水冲洗干净，再用纤维束含量分析仪（筛缝0.15mm）筛渣，筛后良浆置于布袋中脱水、分散，平衡水分后，按国标要求，测定浆料的干度和物理性能等[3]。
5.2 试验工艺条件
工业大麻1#、红麻1#：蒸煮用碱量20.0%，硫化度23.0%，液比为1∶4。
工业大麻2#、红麻2#：蒸煮用碱量22.0%，硫化度23.0%，液比为1∶4。
升温曲线：空转20min，70min内升温到168℃，高温保温50min后放锅，蒸煮全程120min，不包括空转药液循环时间。
5.3 试验结果
5.3.1 制浆性能
工业大麻和红麻的制浆性能如表3所示。
表3 工业大麻和红麻的制浆性能
由表3可知，当蒸煮用碱量为20%时，工业大麻1#的粗浆得率是49.52%，细浆得率34.55%，而红麻1#的粗浆得率为46.67%，细浆得率39.26%，工业大麻粗浆得率高2.85%，细浆得率低4.71%；当蒸煮用碱量为22%时，工业大麻2#的粗浆得率是47.36%，细浆得率37.20%，而红麻2#的粗浆得率为43.86%，细浆得率41.39%，工业大麻粗浆得率高3.5%，细浆得率低4.19%；残碱方面，工业大麻的残碱明显低红麻。至于卡伯值，二者相差不大，工业大麻略高于红麻。
工业大麻和红麻粗浆得率与沿海松片、越南桉木片相当，但因筛渣多，细浆得率较低。工业大麻制浆筛渣率高于红麻浆，但大麻渣浆均为很好的麻类长纤维，应该可以找到再利用的方法；而红麻秆渣浆相对较少，渣浆挺硬，也可用于生产箱板纸类产品。
5.3.2 浆料纤维形态
经试验室筛选后的工业大麻和红麻的浆料纤维形态如表4所示。
表4 浆料纤维形态
由表4可知，红麻浆的纤维远比大麻浆纤维长，宽度稍宽，细小纤维含量偏高。红麻浆1#纤维比红麻2#浆纤维长，说明蒸煮工业对其纤维长度有一定的影响；工业大麻1#浆纤维长度稍比工业大麻2#浆纤维长。工业大麻浆细小纤维含量很低，说明其杂细胞含量少，红麻浆细小纤维含量也不高。工业大麻和红麻的浆料纤维形态如图5、图6所示。
图5 工业大麻全秆制浆筛后纤维形态
图6 红麻全秆筛后浆料纤维形态
5.3.3 浆料色相和物理性能
浆料色相和物理性能如表5所示。由表5可知，工业大麻浆和红麻浆的裂断长和撕裂指数都很高，工业大麻浆的裂断长要略高于红麻，撕裂指数明显低于红麻浆；红麻浆的松厚度明显高于工业大麻浆；工业大麻浆的白度比红麻浆要高，最高白度为工业大麻浆2#（27.1%）。
表5 浆料色相和物理性能
注：L、a、b 为光学性能检测项目。
6 结论
（1）每1000kg红麻全秆约可产粗浆467kg，细浆393kg，粗渣浆74kg，经工艺优化，细浆量有望提高，粗渣浆减少。其粗渣经处理后可用于抄造箱板纸、瓦楞纸。麻秆上的韧皮纤维长，可用于纺织、绳索制品原料。若先剥下麻秆上的韧皮纤维后制浆，其综合经济效益更佳。
（2）每1000kg工业大麻全秆约可产粗浆495kg，细浆346kg，粗渣浆149kg，经工艺优化，细浆量有望提高，粗渣浆减少。其粗渣为麻类纤维，可另作用途。工业大麻秸秆上的韧皮纤维很长，柔韧性很好，木素含量低，是很好的天然纤维之一，是较好的造纸、纺织、绳索制品原料。若先剥下麻秆上的韧皮纤维后制浆，其综合经济效益更佳。
（3）工业大麻和红麻的全秆化学浆，制浆化学品消耗与化木浆蒸煮接近，因细浆得率较低，制浆化学品成本比化木浆高。浆料物理强度好，杂细胞含量低。红麻浆挺硬，松厚度好。由于红麻和工业大麻，尤其是工业大麻，其茎木质部韧皮纤维很长，韧性很好，浆料中的韧皮长纤维将缠绕在搅拌轴和送浆泵叶轮上，或在筛选时堵塞筛孔，造成设备故障，影响运行性能。
（4）经筛选后的工业大麻未漂浆（绝大部分韧皮纤维已进入渣浆中）纤维长度平均值为0.65mm，纤维宽度平均值为24.3μm，细小纤维含量为2.38%，与阔叶木浆接近。
（5）经筛选后的红麻全秆未漂浆纤维长度平均值为1.51mm，纤维宽度平均值为25.6μm，细小纤维含量为5.48%，纤维长度介于阔叶木化学浆和针叶木化学浆之间，细小纤维含量稍多。
[1]申惠莹，雷以超，陈灵晨.大麻韧皮纤维不同制浆方法纸浆性能的研究[J].中国造纸，2023，42（7）：49-56，93.
[2]艾婕，张丽馨，黄宇涛，等.纳米纤维素对纸张性能的影响及在造纸领域的应用[J].造纸装备及材料，2022，51（12）：1-3.
[3]苗国华.大麻杆芯碱预抽提及后续硫酸盐法蒸煮与氧碱半液化过程行为和机理研究[D].昆明：昆明理工大学，2022.
文章摘自：邓凤伟，刘永丰.工业大麻与红麻的制浆性能研究[J]. 造纸装备及材料.2024,231(06):1-3+8.
