4种锦鸡儿灌木材微观构造、纤维形态和化学成份的分析研究

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第1期 内蒙古林学院学报(自然科学版) Vol.20 No.11998年3月 JOURNALOFINNERMONGOLIAFORESTRYCOLLEGE Mar.1998

4种锦鸡儿灌木材微观构造、纤维形态和

化学成份的分析研究

郭爱龙 张海升 高晓霞 冯利群

(内蒙古林学院林产工业系,呼和浩特,010019)

摘要 通过对内蒙古西部地区4种常见锦鸡儿灌木进行微观构造、纤维形态和化学成份的研究,取得了组织比量,纤维形态和化学成份的基本数据。研究结果表明:柠条锦鸡儿,中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿是制造纤维板和刨花板的优质原料,也可用作造纸。藏锦鸡儿可用作刨花板的原料。关键词 锦鸡儿灌木;纤维形态;显微构造;化学成份中图资料分类号 S781

锦鸡儿(Caragana)属豆科灌木,耐干旱、耐贫瘠、抗严寒、耐酷热,适应性强,分布面积广,

是西北、华北和东北地区水土保持、防风固沙、小型旱作农田防护的重要灌木树种,平茬所得枝

条,也可用作饲料、燃料、肥料等。现内蒙古境内有锦鸡儿属植物12种,5个变种。其中小叶锦鸡儿(Caraganamicrophyllalam)、中间锦鸡儿(Caraganaintermedia)、柠条锦鸡儿(Caragana

karshinshiiKom)、藏锦鸡儿(Caragnatibetica)等各自形成不同类型的锦鸡儿灌丛。

锦鸡儿灌木适应人工种植,生长3~4年后可平茬,平茬后高生长加快,有复壮作用,是“三

北”防护林在沙漠地区的主要速生树种。充分利用平茬后的锦鸡儿灌木,开发人造板和造纸等,不仅可以调动当地农牧民种植、管护、平茬、复壮沙生灌木的积极性,而且可以缓解我国西北地

区木材供需矛盾。

本文对我国西北地区最常见的四种锦鸡儿灌木的微观特征、纤维形态和化学成份进行比较研究,从理论上探讨对制造人造板和造纸的影响。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料试材均取自内蒙西部地区,试材条件见表1。

1.2 试件制作参照木材试件制作方法,分别从采集的四种试材中,各挑选通直,无缺陷,发育

良好的4株,去皮后,从根、中、梢部各锯下3块厚为3cm的小圆盘,切成1.5×1.5×3cm3的木块,分两组制作显微切片和纤维形态分析试样;另各取3株带皮试材,风干后带皮切成小薄

片,充分混合,然后置于粉碎机中磨成细末,过40目筛后置于广口瓶供化学成份分析使用。

收稿日期:1997-11-24表1 试材条件

试 材采集地树龄林分立地条件

小叶锦鸡儿伊盟乌审旗图克乡5年5年沙质荒漠草原,平均气温6.9℃,平均降水量322.5mm

中间锦鸡儿呼市清水河县4年4年栗钙土型沙地,年气温5.6~6.4℃,平均降水量346.5mm

柠条锦鸡儿伊盟达拉特旗展旦召林场5年5年平缓固定沙地,平均气温6.1℃,平均降水量317.1mm

藏锦鸡儿乌盟四子王旗6年4年荒漠化草原,平均气温5.8℃,平均降水量321.5mm

1.3 试验方法

1.3.1 显微构造 参照木材显微构造研究方法,制成标准三切面切片,用光学显微镜观察。1.3.2 纤维形态 采用舒尔兹法,用番红染色,加少量甘油固定制成临时切片,在装有螺旋测

微仪的显微镜下测量,共测定100根完整的木纤维,测定其长度,宽度和长宽比等。

1.3.3 化学成份 按照工业造纸国家标准测试方法GB2677进行。

2 试验结果与讨论

2.1 4种锦鸡儿灌木材的微观构造

4种锦鸡儿灌木材均为阔叶散孔材,主要由导管、木纤维、木射线薄壁细胞及轴向薄壁组

织组成。对试材不同部位的三切面进行显微观测,经计算得出每种薄木材的微观特征(详见表2)。

木材组织比量与木材性质、用途关系密切,经测定确定出4种灌木材的组织比量见表3。

木材中木纤维是制浆、纤维板生产中最主要和最有用的组织成份,在机械制浆和化学制浆过程中,其它成份如导管,木射线细胞,轴向薄壁组织等细胞易破坏或随水流失,因而木材中的木纤

维所占比例及形态的好坏对制浆和纤维板的质量,原料利用率,纤维得率有很大影响。表3反

映出木纤维含量依次是:柠条锦鸡儿65.5%、中间锦鸡儿63.6%,小叶锦鸡儿60.4%,藏锦鸡儿55.80%,木材中木纤维所占比例在30%以下时,纤维板生产中木材利用率太低,不适合生

产纤维板;木纤维含量在65%以上时,木材利用率高,适合生产纤维板,以上4种灌木均大于

30%,而接近65%,可做为纤维板的原料。2.2 4种灌木材的纤维形态分析

对4种灌木材不同部位的纤维形态进行了测定和统计计算,最终确定出全部位的纤维形

态、观测计算结果见表4。2.2.1 纤维长度 从表4可知,各材种之间纤维长度存在差异,平均纤维长度依次为柠条锦

鸡儿>中间锦鸡儿>小叶锦鸡儿>藏锦鸡儿。其中纤维长度最小为304μm,出现在藏锦儿的

心材中,最大值为810μm,出现在柠条锦鸡儿的中部边材中。3种灌木材平均纤维长度均大于5μ,可认为能生产出合格的纤维板〔〕。藏锦鸡儿可作为刨花板用材。

 纤维宽度 木纤维宽度指纤维弦向直径。结果表明种灌木材的纤维宽度较接近,所测样品的纤维宽度最大值为6μ,最小值为μ。种灌木材纤维宽度平均值由大至小14内蒙古林学院学报1998年

00m2

2.2.241.8m7.1m4排列序为:柠条锦鸡儿13.1μm,中间锦鸡儿12.5μm,小叶锦鸡儿10.4μm,藏锦鸡儿10.1

μm。

表2 4种灌木材的微观构造特征

树种小叶锦鸡儿中间锦鸡儿柠条锦鸡儿藏锦鸡儿

导 管管孔排列类型每平方毫米管孔数(个)散孔8-21散孔10-19散孔12-23散孔9-26

壁厚(mm)1.44~3.42平均2.421.25~2.80平均2.101.35~2.70平均2.000.75~2.15平均1.45

管孔一般直径(μm)32-5852-8041-6824-47

穿孔板的穿孔单穿孔单穿孔复穿孔单穿孔

纹孔排列互列互列密集梯状排列较密集互列

螺纹加厚有螺纹加厚有螺纹加厚有螺纹加厚有螺纹加厚

内含物有侵填体有侵填体侵填体丰富有侵填体

长度(μm)54-11048-18095-13538-27

木纤维类别纤维状管胞胶质状管胞偶见韧性纤维纤维状管胞韧性纤维,纤维状管胞纤维状管胞

壁厚(μm)1.6-2.61.1-2.01.2-1.91.4-2.3

一般直径(μm)4.8-11.25.0-13.410.8-14.94.2-15.4

一般长度(μm)327-621379-649540-740280-544

木射线每毫米条数2-42-62-62-3

类别同型同型同型同型

宽度(细胞列数)2-6多列2-5多列3-5多列1-7单多聚合

一般高度(细胞个数)13-294-3610-275-19

其它树胶发达树胶发达树胶发达,有侵填体有侵填体

木薄壁组织分布状况离管型----

傍管型环管状环管状环管状环管状

表3 4种灌木材的组织比量(%)

全部位导管木纤维木射线细胞薄壁细胞

小叶锦鸡儿28.660.49.71.3

中间锦鸡儿31.063.63.51.9

柠条锦鸡儿56553

藏锦鸡儿3553515第1期郭爱龙等 4种锦鸡儿灌木材微观构造、纤维形态和化学成份的分析研究

29...81.2

0.4.811.2.表4 4种灌木材纤维形态测定结果

名称测定次数范围长度μm平均值X均方差±σ范围宽度μm平均值X均方差±σ长宽比壁厚μm壁腔比腔径比

小叶锦鸡儿100320~6205151.97.2~13.410.40.71491.80.300.75中间锦鸡儿100380~6505402.410.8~13.512.50.6843.21.70.290.81柠条锦鸡儿100405~8106001.67.0~16.813.10.47451.40.270.78藏锦鸡儿100304~5404762.17.1~12.410.10.91471.90.390.91

2.2.3 纤维的长宽比 纤维的长宽比为纤维长度总平均值与纤维宽度总平均值之比。长宽比大,纤维之间有很好的结合能力,利于提高纤维板和纸的强度,按造纸原料要求,长宽比应大于

33〔3〕,方能很好交织,观测结果表明,4种灌木材长宽比不尽相同,各材种不同部分的长宽比也

有差异,最大值为小叶锦鸡儿49,最小为中间锦鸡儿43.2,平均值均符合造纸原料要求。2.2.4 纤维壁厚及纤维壁腔比 纤维壁厚是木材重量和强度的物理基础,关系到成纸的强

度,细胞壁薄而腔大的纤维,有柔软性,外力作用时易溃陷、变形、压扁、增大纤维的表面积,提高结合力,进而增大了纸张的耐破度和耐折度,在热压成板时有助于纤维之间的结合。表4可

知,4种灌木材的壁腔比依次为柠条锦鸡儿0.2,中间锦鸡儿0.29,小叶锦鸡儿0.30,藏锦鸡儿

为0.32,根据造纸原料要求,壁腔比<1为很好的造纸原料,4种灌木均满足要求。2.2.5 纤维柔性系数 纤维胞腔直径与其直径的比值,称纤维的腔径比,又称纤维柔性系数,

是表明纤维柔性强度的指标。4种灌木材的柔性系数分别为柠条锦鸡儿0.78、中间锦鸡儿0.

61、小叶锦鸡儿0.57、藏锦鸡儿0.41,其中柠条锦鸡儿满足造纸原料要求的纤维柔性系数>0.75。等于国产109种针叶材的纤维柔性系数的平均值(0.78)〔4〕,中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿高于红松(0.46),柳桉(0.45),接近湿地松(0.60)和马尾松(0.60)等造纸原料〔5〕,均可开发造纸和

纤维板生产,藏锦鸡儿较低,但可用于刨花板原料。

2.3 4种灌木材的化学成份分析,化学成份主要由纤维素、半纤维素,木素组成,其中纤维素以微纤丝形式存在,形成细胞壁的骨架,而半纤维素和木素起填充作用,使纤维彼此联结起来。

4种灌木材的化学成份测试结果见表5。表5 4种灌木材的化学成份测定结果(%)

树种数值指标灰分冷水抽出物热水抽出物1%NaOH抽出物苯乙醇抽出物纤维素(1)半纤维素木素

小叶锦鸡儿3.1010.4412.7023.766.1768.4025.9124.41中间锦鸡儿2.9711.2414.0132.116.2072.7122.8119.72柠条锦鸡儿2.589.4111.5028.77.973.7421.2218.37藏锦鸡儿2.7111.509.5024.314.1260.7427.1224.16

(1)亚氯酸钠综纤维素4种灌木中,综纤维素含量最高的为柠条锦鸡儿73.74%,依次分别为中间锦鸡儿72.

%,小叶锦鸡儿6%,藏锦鸡儿6%,前三种综纤维素含量较高,可为制浆和生产人造板的优质原料。

种灌木的灰分含量普遍较高,均大于乔木(一般为%),在灰分中SO占6%以上,多16内蒙古林学院学报1998年

718.40.74

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