CN115334873A - 木屑及其用途 - Google Patents

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CN115334873A CN202180024778.4A CN202180024778A CN115334873A CN 115334873 A CN115334873 A CN 115334873A CN 202180024778 A CN202180024778 A CN 202180024778A CN 115334873 A CN115334873 A CN 115334873A
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宫内谦史郎
岩田英治
林和典
根岸直希
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    • A01G2/00—Vegetative propagation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27L—REMOVING BARK OR VESTIGES OF BRANCHES; SPLITTING WOOD; MANUFACTURE OF VENEER, WOODEN STICKS, WOOD SHAVINGS, WOOD FIBRES OR WOOD POWDER
    • B27L11/00—Manufacture of wood shavings, chips, powder, or the like; Tools therefor
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明的目的在于提供可用于纸浆等各种用途的木屑。即，本发明提供来源于桉属植物的木屑、使用该木屑制备的纸浆、纸以及它们的制备方法，所述木屑的容重为635kg/m3以上，卡巴值为18时的纸浆收率为48%以上且60%以下，纤维长度为0.50mm以上且1.10mm以下。桉属植物优选为粗皮桉与褐桉的杂交种或尾叶桉与大桉的杂交种，还优选树龄为2年以上。

Description

木屑及其用途
技术领域
本发明涉及木屑及其用途。
背景技术
为了防止全球变暖和构建可持续发展的社会，重要的是抑制温室气体的排放，促进CO2的吸收、固定，以及促进作为循环型资源的生物质的利用。对于抑制温室气体的排放，向非化石燃料的燃料转换和节能的推进是有效的，而从碳中和的观点出发，认为生物质燃料今后重要性会增加。另外，大规模的商业造林作为吸收、固定CO2和增产生物质资源的方法是有效的。在实施商业造林的情况下，必须降低成本，因此，增加从每单位面积所获得的生物质的生产量成为课题。另外，在对生物质进行加工而制成纸浆、纸的情况下，为了提高生产率而要求品质(收率、纤维长度等)。通过商业造林获得的木屑由木屑船运输。木屑船的装载容积有限，要求可在相同容积下装载更大量的木屑(可削减运输成本)的高容重木屑。另外，高容重木屑在工厂中的纸浆生产时操作性也良好，有助于生产率的提高。
在专利文献1中记载了在造林后8到9年采伐的桉属植物(实生)中容重最大的为620~640kg/m3，其克隆化个体中容重最大的为580kg/m3。
专利文献2中记载，若将容重为450kg/m3以上的来源于桉属的机械纸浆用于印刷用涂布纸的生产，则可维持原纸的膨松构造，可制备低密度的印刷用涂布纸。
非专利文献1中记载了粗皮桉(Eucalyptus pellita)和粗皮桉与褐桉(Eucalyptus brassiana)的种间杂交种在热带地区的桉树造林中显示出优异的生长性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-236328号公报，
专利文献2：日本特开2010-106421号公报。
非专利文献
非专利文献1：栗延 晋、Budi Laksono，“印度尼西亚粗皮桉的育种”(2011)海外的森林与林业，No.82，44-48。
发明内容
发明所要解决的课题
但是，现有技术都着眼于树木的生长性、纸的膨松性等单一的指标，而没有着眼于作为木屑的多个指标的组合。
本发明的目的在于提供可用于纸浆等各种用途的木屑。
解决课题的手段
本发明提供以下内容。
[1] 来源于桉属植物的木屑，其中，
容重为635kg/m3以上，
卡伯值为18时的纸浆收率为48%以上且60%以下，
纤维长度为0.50mm以上且1.10mm以下。
[2] 根据[1]所述的木屑，其发热量为19.0MJ/kg以上。
[3] 根据[1]或[2]所述的木屑，其中，桉属植物为粗皮桉与褐桉的杂交种，或尾叶桉与大桉的杂交种。
[4] 根据[1]~[3]中任一项所述的木屑，其中，桉属植物的树龄为2年以上。
[5] 根据[1]~[4]中任一项所述的木屑，其用于燃料。
[6] 木屑混合材料，其中，含有根据[1]~[5]中任一项所述的木屑和其它的木屑。
[7] 纸浆，其由根据[1]~[5]中任一项所述的木屑和根据[6]所述的混合材料中的至少任一种制备。
[8] 根据[7]所述的纸浆，其为牛皮纸浆。
[9] 纸，其由含有根据[7]或[8]所述的纸浆的纸浆原料制备。
[10] 纸浆的制备方法，其包括：
由桉属植物的树木制备根据[1]~[5]中任一项所述的木屑的工序，和
将所述木屑制浆的工序。
[11] 纸浆的制备方法，其包括：
由桉属植物的树木制备根据[1]~[5]中任一项所述的木屑的工序，
将所述木屑与其它的木屑混合而得到混合材料的工序，和
将混合材料制浆的工序。
[12] 根据[10]或[11]所述的制备方法，其中，纸浆为牛皮纸浆。
[13] 纸的制备方法，其包括：
由含有通过[10]~[12]中任一项所述的方法得到的纸浆的纸原料形成片材的工序。
发明的效果
通过使用本发明的木屑作为纸浆原料，可以高收益生产优质的纸浆。由于本发明的木屑可由容重大、CO2固定量大的木材生产，所以通过用大规模商业造林大量生产本发明的木屑，可在培育作为其材料的树木的过程中有效地固定空气中的二氧化碳。因此，本发明的木屑作为缓和地球环境变化的对策、抑制全球变暖的对策，可对实现可持续发展的社会做出贡献。此外，通过使本发明的木屑的容重、纸浆收率和纤维长度为规定的范围，每单位体积的燃烧热高，作为能量的利用效率也优异，可期待作为燃料的价值。
具体实施方式
[木屑]
本发明的木屑具有规定的容重、纸浆收率、纤维长度。
(容重)
木屑的容重为635kg/m3以上，优选为超过640kg/m3，更优选为645kg/m3以上，进一步优选为650kg/m3以上。由于容重满足上述数值的木屑可由二氧化碳固定量更大的木材生产，所以大量生产这种木屑的结果是可增加二氧化碳固定量，作为缓和地球环境变化的对策、抑制全球变暖的对策，可对实现可持续发展的社会做出贡献。容重的上限通常为800kg/m3以下，优选为750kg/m3以下，更优选为730kg/m3以下，进一步优选为720kg/m3以下。容重是重量与体积的比率。容重的测定可通过以下方法(JAPAN TAPPI No.3：2000)进行，即，将木屑投入到装有水的量筒中，读取其增加的刻度而确认体积的增加后，使木屑干燥，测定绝对干燥的重量并进行计算；后文的实施例的测定方法也是相同的。
(纸浆收率)
木屑的纸浆收率为48%以上，优选为49%以上，进一步优选为52%以上。因此，可提高由木屑生产纸浆的量，可抄造大量的纸。纸浆收率的上限为60%以下，优选为59%以下，更优选为58%以下，进一步优选为57%以下。纸浆收率是获得牛皮纸浆之际卡伯值(Kappanumber)为18时的纸浆收率的估算值。纸浆的卡伯值是依据TAPPI试验法T236hm-85计算的值。纸浆收率的测定通过如下得到：根据在木屑中混合药品(碱和硫化合物)在高压、高温的条件下蒸煮而得到的纸浆量和供试的木屑量计算；后文的实施例的测定方法也是相同的。
(发热量(热值))
木屑的发热量优选为19.0MJ/kg以上，更优选为19.5MJ/kg以上。由此，在将木屑直接用于燃料用途，或加工成颗粒后用作燃料时，可得到大量的燃烧能量。发热量的上限没有特别限定，通常为30MJ/kg以下。在本说明书中，发热量是指高位发热量。发热量可依据日本工业标准(JIS Z 7302-2 废弃物固体化燃料-第2部：发热量试验方法)进行测定。桉树由于生长快，所以木屑的收获量也大，因此也适合于燃料用木屑。另外，在采伐后，也可通过从树桩萌芽更新来再造林，因此可持续造林是可能的。
(单位容积的发热量)
木屑的单位容积的发热量优选为12000MJ/m3以上，更优选为12500MJ/m3以上，进一步优选为13000MJ/m3以上。上限没有特别限定，通常为24000MJ/m3以下。单位容积的发热量越高，能够蓄积在一定容积中的热量越多，运输、蓄积效率越高。单位容积的发热量可通过发热量与容重的积来计算。
(纤维长度)
木屑的纤维长度为1.10mm以下，优选为1.05mm以下，更优选为1.00mm以下。由此，由从木屑得到的纸浆制备的纸的质地良好，可提高印刷时的着墨性，可抑制印刷不均的产生，因此可期待用作印刷适应性良好的印刷用纸(例如新闻用纸)。另外，也可抑制涂布不均的产生，因此也可期待用作涂布纸。通过使桉属植物长时间生长，可得到容重为635kg/m3以上的木屑，但由于长时间生长，纤维长度有时会比1.10mm高，印刷适应性有降低的倾向。纤维长度的下限为0.50mm以上，优选为0.55mm以上，更优选为0.60mm以上，进一步优选为0.65mm以上。纤维长度可依据JIS P 8226：2011“纸浆-采用光学自动分析法的纤维长度测定方法”，使用纤维测试仪(Lorentzen & Wettre公司制)，作为长度加权平均纤维长度进行测定。
(树木)
木屑来源于木本植物。木本植物通常为山林树木，例如可列举出桉树、金合欢树、白桦、山毛榉等阔叶树，红松、杉树、柏树等针叶树，优选为阔叶树，更优选为金合欢(Acacia)属植物和桉(Eucalyptus)属植物，进一步优选为桉属植物。桉属植物可有效地获得以高收率生产纸浆的木屑，由此可使纸浆生产和纸的制备高效化。作为桉属植物，例如可列举出粗皮桉、褐桉、尾叶桉×大桉、粗皮桉×褐桉、尾叶桉(Eucalyptus urophylla)、大桉(Eucalyptus grandis)、斑皮桉(Eucalyptus maculata)、细叶桉(Eucalyptus tereticornis)、赤桉(Eucalyptus camaldulensis)、野桉(Eucalyptus rudis)、树胶桉(Eucalyptus resinifera)、小果灰桉(Eucalyptus propinqua)、红铁木桉(Eucalyptus sideroxylon)、葡萄桉(Eucalyptus botryoides)、多枝桉(Eucalyptus viminalis)、柳叶桉(Eucalyptus saligna)、卵叶桉(Eucalyptus ovata)、蓝桉(Eucalyptus globulus)、亮果桉(Eucalyptus nitens)、柳叶桉(Eucalyptus saligna)、甜叶桉(Eucalyptus cladocalyx)、选自它们中的2种以上树种的杂交种。其中，可选择适合于造林地环境的植物(例如在热带造林的情况下，是可能适应热带的树种)，优选粗皮桉、褐桉、尾叶桉、褐桉与粗皮桉的杂交种、尾叶桉与大桉的杂交种、选自它们中的2种以上树种的杂交种，更优选粗皮桉×褐桉、尾叶桉×大桉。粗皮桉、褐桉的容重、纸浆收率并不总是特别好，但由它们的杂交种可出乎意料地得到高收率的木屑。其理由可以认为是，由于种间杂交而继承了双亲本的优异特性，或表达杂种优势，得到具有比双亲本品系优异的性状的个体。
木屑的来源植物通常是由克隆苗和实生苗培育的造林木。树龄没有特别限定，只要是可得到木屑的树龄即可(通常为2年以上)，优选为5年以上。上限从品质层面出发没有特别限定，但从经济性的观点出发越短越好。在桉属植物的情况下，虽然也取决于造林地区，但通常为15年以下，优选为10年以下。
木屑可以是来源于单一植物的木屑，也可以是来源于树龄不同的植物的2种以上木屑的组合。
[木屑的制备方法]
木屑可依据常规方法由其来源植物(例如桉属植物)制备。例如，可在采伐植物后，从木材部分(干和枝)除去树皮，并破碎而得到木屑。
[木屑的尺寸、用途]
木屑的尺寸只要根据其用途来确定即可，没有特别限定。作为木屑的用途，例如可列举出纸浆用(例如造纸纸浆用)、燃料用(例如白色颗粒用、黑色颗粒用)、木质板材用(例如定向刨花板用(OSB)、碎料板用、中密度纤维板用(MDF))、铺路用、农业用(例如堆肥用、菌床用)，优选为纸浆用。
[木屑混合材料]
上述木屑可组合2种以上使用，也可进一步与上述木屑以外的其它的木屑组合使用。作为其它的木屑，可列举出容重、纸浆收率和纤维长度中的至少任一个不同的木屑。与其它的木屑组合时的配合比率可根据用途适当确定。木屑混合材料的尺寸和用途的实例与木屑同样。木屑混合材料的制备方法只要包括将构成混合材料的木屑混合而得到混合材料的工序即可，没有特别限定。混合只要通过常规方法进行即可。
[纸浆]
上述木屑和混合材料可用作纸浆的原料。制备纸浆的条件或方法只要包括将上述木屑或混合材料制浆的工序即可，没有特别限定。作为制浆的方法，例如可列举出牛皮纸浆法(kraft process，硫酸盐法)、亚硫酸盐法、烧碱法、多硫化物法等进行蒸煮的化学方法(化学纸浆)，使用精磨机、研磨机等设备的机械方法(机械纸浆)，用化学药品进行前处理后利用机械力进行制浆的方法(半化学纸浆)等造纸业界通常使用的制浆法，但不限定于此。此外也可进行漂白、打浆等处理。得到的纸浆可以是未漂白(漂白前)纸浆、漂白(漂白后)纸浆、打浆纸浆、未打浆纸浆中的任一种。作为化学纸浆，例如可列举出亚硫酸纸浆、牛皮纸浆，优选牛皮纸浆。
[纸]
由纸浆制备纸只要通过常规方法进行即可，例如可列举出包括由纸浆形成片材的工序的制备方法。片材的形成例如只要按照日本工业标准(JIS) P 8122“纸浆-试验用手抄纸的调制方法”(1989年版)即可，可列举出用抄纸机将纸浆成型为片状的方法。在将纸浆成型为片状时，可向纸浆中添加通常用于造纸用途的添加剂。作为该添加剂，可示例出纸力增强剂、膨松剂、颜料、收率提高剂、滤水性提高剂、浆内施胶剂(松香系施胶剂、硫酸铝等)、pH调节剂、消泡剂、树脂控制剂、黏垢控制剂。该添加剂的使用量没有特别限定，只要是不损害本发明的效果的范围即可。在片材成型时，可使用纸浆以外的纸原料，例如可列举出人造丝纤维、薄膜等其它的材料。纸原料可以是将由上述桉属植物得到的纸浆与其它的材料一起预先成型为片材、薄膜、卷等形状而得到的。纸原料可含有以其它的植物为原料的纸浆，但优选并不含有。
作为抄纸机，例如可列举出长网式抄纸机、圆网式抄纸机、夹网成型机、混合成型机、多层抄纸机、组合有选自它们中的2种以上抄造机的抄纸方式的公知抄造机。抄造机的压榨线压力、在后段进行压光处理时的压光线压力都只要在不妨碍操作性和得到的增塑纤维素的性能的范围内设定即可。
纸可用于各种用途，由于质地良好，可提高印刷时的着墨性而可抑制印刷不均的产生，所以印刷适应性良好，因此可用作印刷用纸。另外，由于也可抑制涂布不均的产生，所以可用作涂布纸。
实施例
实施例1
制作包括可适应热带、亚热带地区的树种、杂交种的桉属植物约20万个体的苗(实生苗)，在巴西的造林地实施栽植试验。实生苗(栽种时苗的树龄：扦插后第100天)在播种后约100天在具有洒水设备的温室中进行生根处理(约3周，高湿度(约100%)、遮光)，经过驯化室(遮光度、湿度逐渐降低)、野外田地，在雨季(12月末~6月)栽植在造林地(栽植密度：1666棵/公顷)。栽培约4年后，根据木材体积、树形进行选拔，缩小范围至约200个个体。然后，砍倒所选拔的个体，从萌芽枝通过插条进行克隆苗的增殖。将该克隆苗移植到沙培棚架上，使枝伸长作为母树，通过将该枝插条来进行克隆苗的增殖。然后，使用克隆苗，实施第2次的栽植试验(1个品系30棵)。栽培4年后，确认作为克隆体的木材体积、树形、均匀性，缩小范围至40个克隆体。然后，使用沙培棚架的母树，进行大规模的插条增殖，用克隆苗进行第3次的大规模栽植试验(1个品系500棵)。栽培4年后，评价大面积下作为克隆体的木材体积、树形、均匀性、病害适应性，缩小范围至10个克隆体。然后，进行依据TAPPI JAPAN的制浆适应性试验，选拔几个克隆体。将本工序重复5年，从总计100万个个体中实施选拔。在以下条件下测定所选拔的克隆体的木屑的容重、纸浆收率和纤维长度(表2)。
(容重) 依据J TAPPI NO.3：2000“木屑-容重试验方法”进行测定。
(纸浆收率)
在表1所示的条件下，使用旋转式多蒸煮器(multidigester)进行蒸煮试验，测定纸浆收率。
[表1]
表1 蒸煮试验的条件
蒸煮方法 KP
硫化度(%) 25
液比(L/kg) 2.5
最高温度(℃) 160
保持时间(min) 110
H因子 830
(纤维长度)
依据JIS P 8226：2011“纸浆-采用光学自动分析法的纤维长度测定方法”，使用纤维测试仪(Lorentzen & Wettre公司制)，作为长度加权平均纤维长度进行测定
[表2]
表2
容重 kg/m<sup>3</sup> 纸浆收率 % 纤维长度 mm 树龄 年 树种
克隆体A 712 53.8 0.95 7 粗皮桉×褐桉
克隆体B 657 48.8 0.82 5.5 尾叶桉×大桉
克隆体C 650 55.4 0.76 2.5 尾叶桉×大桉
克隆体D 636 56.1 0.85 5.1 褐桉×粗皮桉
克隆体E 682 49.7 0.85 9.8 尾叶桉×大桉
例如，虽然测定条件与本申请实施例略有不同，但在现有技术中，关于桉属植物木材的测定值有以下记载。在Miranda等人 (2012)“Incorporation of bark and tops ineucalyptus globulus wood pulping”Bioresources 3(7): 4350-4361中，记载了树龄为18年的蓝桉的容重为594±43kg/m3以下，纸浆收率为55.8%以下，纤维长度为0.98±0.09mm以上。另外，在Duarte Neiva等人 (2015)“Chemical composition and kraft pulpingpotential of 12 eucalypt species”Industrial Crops and products 66中，记载了树龄为6年的大桉的容重为503kg/m3，纸浆收率为45.6%，纤维长度为0.759mm，在Ben Du Toit等人 (2001)“The effects of remedial fertilizer treatments on growth and pulpproperties of Eucalyptus grandis stands established on infertile soils of theZululand coastal plain”The Southern African Forestry Journal, 192, 1, 9-18中，记载了树龄为8年的大桉的容重为448kg/m3以上，纸浆收率为52.3%以下，纤维长度为0.720mm以上。另外，本发明人的调查发现，树龄为4年的褐桉的容重为580kg/m3，纸浆收率为48.0%，纤维长度为0.80mm。相对于此，克隆体A~E的容重和纸浆收率都高，纤维长度都短(表2)。
(发热量)
依据日本工业标准(JIS Z 7302-2 废弃物固体化燃料 第2部：发热量试验方法)，使用燃烧式自动弹式热量计CA-4AJ测定系统(岛津制作所制)测定发热量。
(单位容积的发热量)
通过发热量与发热量的积来计算。
[表3]
表3
容重 kg/m<sup>3</sup> 高位发热量 MJ/kg 单位容积的高位发热量 MJ/m<sup>3</sup>
克隆体A 712 19.98 14,228
克隆体B 657 19.85 13,038
克隆体C 650 19.85 12,899
克隆体D 636 19.97 12,701
克隆体E 682 19.85 13,534
虽然测定条件与本实施例略有不同，但在现有技术中，关于桉属植物木材的容重、发热量的测定值有以下记载。在Pereira等人“Quality of Wood and Charcoal fromEucalyptus Clones for Ironmaster Use”International Journal of ForestryResearch Volume 2012, Article ID 523025中，记载了大桉的高位发热量为19.05MJ/kg，单位容积的发热量为11049MJ/m3等。在Senelwa和Sims “Fuel characteristics of shortrotation forest biomass”Biomass and Bioenergy 第17卷，第2期，1999年8月，第127-140页中，记载了亮果桉的容重为417kg/m3，高位发热量为20.2MJ/kg，柳叶桉的容重为470kg/m3，高位发热量为19.8MJ/kg。在Munalula和Meincken“An evaluation of SouthAfrican fuelwood with regards to calorific value and enviromental impact”Biomass and Bioenergy 第33卷，第3期，2009年3月，第415-420页中，记载了甜叶桉的容重为745kg/m3，高位发热量为18.87MJ/kg，容重为597。相对于此，克隆体A~E的容重都高，并且高位发热量都高(表3)。

Claims (13)

1.来源于桉属植物的木屑，其中，
容重为635kg/m3以上，
卡伯值为18时的纸浆收率为48%以上且60%以下，
纤维长度为0.50mm以上且1.10mm以下。
2.根据权利要求1所述的木屑，其发热量为19.0MJ/kg以上。
3.根据权利要求1或2所述的木屑，其中，桉属植物为粗皮桉与褐桉的杂交种，或尾叶桉与大桉的杂交种。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的木屑，其中，桉属植物的树龄为2年以上。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的木屑，其用于燃料。
6.木屑混合材料，其中，含有根据权利要求1~5中任一项所述的木屑和其它的木屑。
7.纸浆，其由根据权利要求1~5中任一项所述的木屑和根据权利要求6所述的混合材料中的至少任一种制备。
8.根据权利要求7所述的纸浆，其为牛皮纸浆。
9.纸，其由含有根据权利要求7或8所述的纸浆的纸浆原料制备。
10.纸浆的制备方法，其包括：
由桉属植物的树木制备根据权利要求1~5中任一项所述的木屑的工序，和
将所述木屑制浆的工序。
11.纸浆的制备方法，其包括：
由桉属植物的树木制备根据权利要求1~5中任一项所述的木屑的工序，和
将所述木屑与其它的木屑混合而得到混合材料的工序，和
将混合材料制浆的工序。
12.根据权利要求10或11所述的制备方法，其中，纸浆为牛皮纸浆。
13.纸的制备方法，其包括：
由含有通过权利要求10~12中任一项所述的方法得到的纸浆的纸原料形成片材的工序。
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