唐曉莉，馬靈飛

（浙江農(nóng)林大學(xué) 工程學(xué)院，浙江 臨安311300）

大麻Cannabis sativa屬大麻科Cannabaeeae，俗名漢麻、寒麻、線麻、花麻等，英文名hemp，其品種有150個(gè)左右，主要分布在亞洲和歐洲。中國(guó)主產(chǎn)區(qū)為黑龍江、吉林、遼寧、河北、山西、山東及安徽等省。2005年，世界大麻的栽培面積約為5.2萬(wàn)hm2，產(chǎn)量約為6.7萬(wàn)t；其中中國(guó)約為1.0萬(wàn)hm2，2.6萬(wàn)t［1］。近些年來(lái)，由于脫膠紡紗工藝的重大突破和低毒雌雄同株大麻新品種培育推廣，使人們開(kāi)始重新認(rèn)識(shí)和肯定大麻纖維及種子的工業(yè)用途。世界各國(guó)紛紛修訂農(nóng)業(yè)政策，廢除大麻種植禁令，恢復(fù)大麻生產(chǎn)。中國(guó)大麻種植面積也在大幅度提高，根據(jù)國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃，到2020年，全國(guó)大麻種植面積將達(dá)到67.0萬(wàn)hm2。近年來(lái)，人們對(duì)森林剩余物資源以及農(nóng)作物剩余物資源等生物材料資源的綜合高效利用分析研究越來(lái)越重視［2－3］。大麻全稈由韌皮部、稈芯部、髓部等組成，其中大麻的韌皮部占全稈質(zhì)量的20%左右，由于可直接用于紡織加工，附加值較高，而大麻稈芯占全稈質(zhì)量的70%～80%［4］，因此，研究大麻稈芯的物理性能和化學(xué)組分，對(duì)大麻的綜合利用具有積極的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用大麻稈芯從山東肥城購(gòu)得。將180 cm長(zhǎng)度的大麻稈芯分成上部、中部、下部3個(gè)部位，從下至上60 cm處為下部，60～120 cm為中部，120～180 cm為上部。

由于大麻稈芯為空心材料，參考GB/T 1928－2009木材物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)方法總則，從大麻稈芯上取樣，尺寸為5 mm（寬）×20 mm（高）×t mm（稈芯壁厚），上部、中部、下部各取30個(gè)，從30株不同大麻稈芯上共取下90個(gè)作為大麻稈芯壁試樣。另外，保持大麻稈芯空心形狀取樣，長(zhǎng)度為10 mm，上部、中部、下部各取30個(gè)，從30株不同大麻稈芯上共取下90個(gè)作為大麻稈芯試樣。以上試樣分別用于尺寸、密度、干縮率和吸水率的測(cè)定。

大麻稈芯的化學(xué)組分測(cè)定包括綜纖維素、酸不溶木素、（冷水、熱水、10 g·kg－1%氫氧化鈉、苯醇）抽出物、水分和灰分等指標(biāo)。取不同的10株大麻稈芯，分為上、中、下3個(gè)部分，即各部分為10個(gè)樣品，在植物粉碎機(jī)中粉碎混合，篩取40～60目的大麻稈芯粉（約500 g）為試樣，分袋存儲(chǔ)備用。

1.2 試驗(yàn)方法

參考《GB/T 1933－2009 木材密度測(cè)定方法》《GB/T 1932－2009 木材干縮性測(cè)定方法》和《GB/T 1934.1－2009木材吸水性測(cè)定方法》對(duì)大麻稈芯的上部、中部和下部進(jìn)行密度、干縮率和吸水率的測(cè)定。

綜纖維素依據(jù) 《GB/T 2677.10－1995造紙?jiān)暇C纖維素含量測(cè)定》，酸不溶木素依據(jù) 《GB/T 2677.8－1994造紙?jiān)纤岵蝗苣舅睾康臏y(cè)定》，冷水、熱水抽出物依據(jù) 《GB/T 2677.4－1993造紙?jiān)纤槌鑫锖康臏y(cè)定》，苯醇抽出物依據(jù)《GB/T 2677.6－1994造紙?jiān)嫌袡C(jī)溶劑抽出物含量的測(cè)定》，10 g·kg－1氫氧化鈉抽出物依據(jù)《GB/T 2677.5－1993造紙?jiān)?%氫氧化鈉抽出物含量的測(cè)定》，灰分依據(jù)《GB/T 2677.3－1993造紙?jiān)匣曳值臏y(cè)定》，水分依據(jù)《GB/T 2677.2－1993造紙?jiān)纤值臏y(cè)定》進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 尺寸

大麻稈芯端面形狀可近似為方形中空。從表1可見(jiàn)，大麻稈芯的外寬為8.33 mm，內(nèi)寬為4.26 mm，雙壁厚為4.07 mm。稈壁率［5］用來(lái)表示毛竹竹壁相對(duì)厚度，這里稈壁率=雙壁厚/外寬×100%，用來(lái)表示大麻稈芯壁相對(duì)厚度，大麻稈芯的桿壁率隨高度增加而變小，平均稈壁率為46.74%，具有較大的空腔。

表1 大麻稈芯尺寸數(shù)據(jù)Table 1 Dimension data of hemp core

2.2 密度

從表2可見(jiàn)，大麻稈芯壁的密度和稈芯整體的密度均為下部最小，中部次之，上部最大，即隨高度增加密度增大。但前者上下差異較大，后者差異相對(duì)較小。大麻稈芯壁的氣干密度為0.240 g·cm－3，稈芯整體密度為0.193 g·cm－3，大麻稈芯整體密度較大麻稈芯壁的密度小，因此能保持大麻稈芯的空心狀態(tài)，是更理想的低密度人造板原料。參考木材物理性質(zhì)五級(jí)分級(jí)法［6］，大麻稈芯氣干密度比木材的小級(jí)更小。

2.3 干縮率

干縮性是木材所含水分在纖維飽和點(diǎn)以下時(shí)，其尺寸或體積隨含水率降低而縮小的性質(zhì)，也是衡量木材優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。根據(jù)體積干縮率5級(jí)分級(jí)法［6］，由表3和表4大麻稈芯體積氣干干縮率為7.29%～13.25%，屬于中小級(jí)，說(shuō)明大麻稈芯的尺寸穩(wěn)定性較好。大麻稈芯干縮的各向異性主要是由大麻稈芯的構(gòu)造特點(diǎn)造成的，干縮率大小為縱向＜徑向＜弦向，與木材干縮的各向異性特點(diǎn)相似，且大麻稈芯的干縮性變異性較大，特別是保持空心狀態(tài)時(shí)的干縮性變異性更大。

表2 大麻稈芯和稈芯壁的密度Table 2 Density of hemp core and core wall

表3 大麻稈芯壁的干縮率Table 3 Shrinkage ratio of hemp core wall

表4 大麻稈芯的干縮率Table 4 Shrinkage ratio of hemp core

2.4 吸水率

大麻稈芯的吸水率與防腐、防蟲(chóng)藥劑的浸注，制漿造紙工業(yè)的蒸煮和油漆、膠合、著色等都具有密切的關(guān)系。大麻稈芯是多孔性材料，其微觀構(gòu)造和理化性能與木材很相似，因此大麻稈芯同樣具有吸水率。

圖1是不同部位大麻稈芯壁的吸水率，大麻稈芯壁吸水率在開(kāi)始的6 h可達(dá)243.82%，24 h吸水率達(dá)317.94%，40 d后可達(dá)563.46%，是稈子本身質(zhì)量的5.6倍。

圖2是不同部位大麻稈芯的吸水率，大麻稈芯吸水率在開(kāi)始的6 h可達(dá)220.79%，24 h吸水率達(dá)299.91%，40 d后可達(dá)530.79%，將近稈芯質(zhì)量的5.3倍。

從圖1和圖2可以看出，大麻稈芯壁和稈芯的吸水率都為上部最大，中部次之，下部最小，即隨高度增加吸水率增大。將全干的大麻稈芯放入水中，開(kāi)始吸水速度很快，到12 d后，吸水速率減慢，逐漸趨于平緩。

2.5 化學(xué)組分

大麻全稈由韌皮部、稈芯部和髓部3個(gè)部分組成，其中大麻的韌皮部占全稈質(zhì)量的20%左右，由于可直接用于紡織加工，附加值較高，而大麻稈芯占全桿質(zhì)量的70%～80%，它的纖維素少，木質(zhì)素等雜質(zhì)多，如何提高大麻稈芯的附加值是極有價(jià)值的研究。

圖1 稈芯壁吸水率與時(shí)間的關(guān)系Figure 1 Relationship between time and hemp core wall

圖2 整稈芯吸水率與時(shí)間的關(guān)系Figure 2 Relationship between time and hemp core

纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低對(duì)制漿得率的多少起決定性的作用，它是衡量造紙性能的一個(gè)重要指標(biāo)。一般認(rèn)為植物纖維原料的纖維應(yīng)在400.0 g·kg－1以上［7］。國(guó)內(nèi)外關(guān)于大麻稈芯化學(xué)性能的研究，主要是比較大麻韌皮纖維和木質(zhì)芯部纖維之間化學(xué)組分的差異以及對(duì)制漿性能的影響。筆者著重研究大麻稈芯不同部位化學(xué)組分的變化，結(jié)果見(jiàn)表5。從表5可見(jiàn)，大麻稈芯的不同部位化學(xué)組分變化規(guī)律不顯著，各化學(xué)組分與其他文獻(xiàn)研究結(jié)果相近。

表5 大麻稈芯化學(xué)組分Table 5 Chemical composition of hemp core different parts

3 結(jié)論

大麻稈芯端面形狀近似為方形中空，尺寸數(shù)據(jù)為：外寬8.33 mm，內(nèi)寬4.26 mm，雙壁厚4.07 mm，稈壁率46.74%，稈壁率隨高度的增加而減小；大麻稈芯壁的密度較稈芯整體密度大，且均為下部最小，中部次之，上部最大，即隨高度增加，密度增大。大麻稈芯干縮的各向異性主要是由大麻稈芯的構(gòu)造特點(diǎn)造成的。大麻稈芯壁干縮率比大麻稈芯的大，干縮率大小為縱向＜徑向＜弦向，與木材干縮的各向異性特點(diǎn)相似。大麻稈芯壁的吸水率到12 d后趨于穩(wěn)定，40 d后的平均值可達(dá)563.46%，大麻稈芯整體的吸水率規(guī)律也與稈芯壁一致，40 d后的平均值可接近530.79%，吸水率較木材大。

大麻稈芯的綜纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 799.1 g·kg－1，木素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 191.6 g·kg－1，灰分為 14.8 g·kg－1；抽出物包括熱水抽提、冷水抽提物、苯醇抽提物和10 g·kg－1氫氧化鈉抽提物質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為56.6，42.6，57.2 和 308.1 g·kg－1。

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