杨木制浆造纸技术的发展
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尤为严重的是, 以草为原料的小厂废水几乎不加处理, 直接排放到江河湖海中, 给生态环 境造成了巨大的危害. 据不完全统计, 1992 年造纸工业的污水排放量占全国所有工业总排放 量的 18% , 而 CO D 排放量达到了工业总排放量的 59. 9% [ 4] , 严重影响了人民群众的身体健 康和工农业生产. 1994 年国务院环委会对工业污染特别严重的淮河流域进行检查并拟定了 治理方案, 分 1994 年、1995 年和 1997 年 3 期, 关、停、并、转 311 家污染严重的企业, 其中造 纸企业 130 家, 占限期治理总企业数的 41. 8% . 1996 年 6 月 30 日前, 全国有 999 家年产 5000t 以下的小型草浆厂在政府的限令下关机停产. 预计年产 1 万 t 以下的草浆厂在近两年内也将 会逐渐下马.
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1720
表 2 杨木 CT M P 和 BK P 特性比较 TA BL E 2 Quality char acteristics of CT M P and
BKP produced from poplar w oo d
性能指标
杨木 CT M P 杨木 BK P
游离度 CSF/ml 裂断长/ m 撕裂指数/ mN#m2#g- 1 耐破指数/ kPa#m2#g- 1 不透明度/ % 得率/ % 白度/ %
CT M P 具有下列优点: ¹ 长纤维含量高, 即使在高游离度下碎片含量也 很低; º 纤维柔 软, 紧度明显增加; » 在低和高的游离度下都有较高的撕裂度[ 9] ; ¼树脂含量低; ½ 漂白后可 达到较高的白度; ¾不仅适用于针叶材, 也适用于杨木等阔叶材.
杨木 CT MP 和白松的 T MP 比较, 如表 1[ 10] 所示. 杨木 CT MP 的碎片少, 抗张指数大, 单 位吨浆的能耗低. 由于原料纤维短, 受到碱液的处理, 撕裂度、白度和光散射系数略低于白松 T MP.
2 发展木材制浆造纸
木材具有纤维质量好, 蓄积量大, 生长集中, 采集、运输和贮存方便等许多优点, 为造纸 工业大型化、高速化和自动化提供了有利条件. 因此世界造纸原料逐渐由草类向木材过渡, 本世纪初就已经转变到以木材为主的原料结构上来. 目前木纤维在造纸原料中的比例为 94% ( 包括废纸) , 大致为: 木材 64. 4% , 废纸 30. 2% , 草及其它原料仅为 5. 4% . 我国造纸工业要 摆脱落后状态, 产品质量上档次、上水平, 提高经济效益和减少污染, 其根本途径就是发展林 业生产, 为造纸工业提供优良的纤维原料, 不断地扩大木材在造纸原料中的比例, 逐渐过渡 到以木材为主要原料的轨道上来. 最近中央领导指出: / 造纸工业必须走林纸结合、林浆结合 的路子, 今后建纸厂必须有能供应工厂需要的原料林基地, 作为第一车间0, / 林业要把木浆 造纸 建成 一个大 产业0 .
摘要 该文论述了我国造纸工业以草类 为主要原料, 导致了企业生产规模过小、产品质量 差和环 境污染严重等问题. 阔叶材化 学浆( CP) 、杨木 化学热 磨机 械浆 ( CT M P) 和 碱性 过氧 化物机 械浆 ( A PM P) 生产技术的发展, 使阔叶材取代草类 成为造纸原料发展我国的造纸工业成为可行. 关键词 木材制浆造纸, 杨木, 草类纤维 , 化学预热机械浆, 碱性过氧化物机械浆 中图分类号 T S721
350 5000 6. 5 2. 7
84 88~ 91 70~ 82
400 5300 7. 8 2. 8
74 45~ 50
90
1988 年 我国吉 林造 纸厂
表 3 杨木、蓝桉、云杉 CT M P 的性质特征
由于白松资 源紧缺, 将原白松 T MP 生产线改为以杨木为原
TA BL E 3 Quality characteristics of CT M P produced from poplar, eucalyptus and spruce w ood
第1期
吴定新等: 杨木制浆造纸技术的发展
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我国近几十年 已种植了大量的杨树和桉树速生丰产 林, 据统计[ 7] , 阔叶 材的蓄积量为 397 500. 78 万 m3. 如果利用我国优越的气候和地理条件, 大量地种植速生丰产林, 建设几个 几十万吨的大型阔叶材硫酸盐纸浆厂, 再建几个大型的阔叶材 BCT MP 和 APM P 纸浆厂, 替 代 1 万 t 以下的小纸浆厂, 我国纸浆紧缺的局势将会得到缓和, 造纸产品的质量、生产技术水 平、经济效益, 特别是环境问题将会得到很大改观.
辛克( J D Sinkey) 和卡特斯( M T Chat ers) 发现, 针叶木材中加 6% ~ 10% 的 Na2SO3 或 NaH SO3 进行预处理, 热磨机械浆( T MP) 的白度皆有显著改善. 阔叶材在用 T MP 方式磨浆前 也进行同样的化学处理, 也得到了非常好的效果[ 8] . T MP 是用预热处理的方法软化木素, 使磨 解变得容易, 长纤维数量增多, 但冷却后附着在纤维周围的木素重又固结, 使纤维变得硬挺. CM P 和 CT M P 用化学药剂进行温和的预处理, N aOH 和 N a2SO3 使纤维润胀和磺酸化吸水变 软, 处理后纤维仍长时间地保持柔软状态, 因此化学预处理是一种持久性的软化处理. CT M P 优良的性能被认为是这两种软化功能相加的结果.
3 发展阔叶速生丰产林是解决木材原料最有效的途径之一
由于长期的开发利用, 世界针叶材资源逐渐减少, 已不能满足纸和纸板生产日益增长的
需要, 因此随着造纸工业生产技术水平的提高, 制浆原料中阔叶材的比例不断地增大. 日本
1962 年阔叶材占 39% , 现在已提高到了 57% . 美国 1950 年阔叶材在制浆工业中的消耗量小 于 15% , 1986 年增加到 31% [ 5] . 亚洲一些阔叶材资源丰富的国家, 正在大力发展阔叶材制浆 造纸, 如印度尼西亚, 在 5 年中已种植了 50 万 hm2 的阔叶材纸浆林, 在 10~ 15 年内将再种 植 200 万 hm2, 每年可提供 6 000 万 m3的木材纤维原料, 可生产 800 万 t 硫酸盐木浆. 几个年 产几十万吨的纸浆厂开工后, 本世纪末将能生产 300~ 350 万 t 的漂白阔叶硫酸盐木浆[ 6] .
杨木等阔叶材可生产化学浆和机械浆. 化学浆仍是阔叶材的主要浆种. 阔叶材化学浆可 用硫酸盐法和亚硫酸盐法生产, 与针叶材浆一样主要是硫酸盐法. 1988 年加拿大纸浆协会的 调查表明, 17 个纸浆主要出口国化学浆总输出量为 1 870 万 t , 其中阔叶浆为 615 万 t , 占销售 总量的 33% . 西蒙斯预测, 到 2000 年约 84% 的商品浆为硫酸盐浆, 阔叶木浆和针叶木浆各占 一半, 若以商品木浆总销售量计, 阔叶木浆为 32% ~ 42% [ 6] . 阔叶材硫酸盐浆产量上升的速度 大于针叶材硫酸盐浆. 这反映了针叶材资源日益紧张, 充分利用阔叶材已成为增加硫酸盐木浆 产量的重要途径. 这也为我国发展杨木和桉木等阔叶材制浆造纸提供了方向. 4. 2 杨木化学热磨机械浆和碱性过氧化物机械浆的发展
本文就我国造纸工业以草浆为主进行造纸所带来的问题、杨木造纸生产技术的发展和杨 木等阔叶材替代草类作为造纸原料的可行性进行研究和论述.
1 草类原料为主的造纸工业已不适应国民经济发展需要
我国木材资源不足, 长期以来造纸原料以草类为主. 草类质地柔软、容易加工, 造纸设备简 单、投资少、上马快, 因此在我国纸张供应紧张、需求日益增长形势下, 草浆造纸发展很快. 据 1990 年统计[ 2] 我国有造纸厂 5 360 家, 其中绝大部分是以草类为原料的纸厂, 纸和纸板的产 量占全国总产量的 65% 以上, 为我国造纸产量名列世界第 3 位起到了主要作用. 但草类原料
1996-06- 14 收稿
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北京林业大学学报
第 19 卷
生长分散, 收集困难, 运输和贮存不便, 限制了企业的生产规模. 在 5 360 家造纸厂中年产 1 万 t 以上的纸厂仅 243 家, 其余绝大部分是以草类为原料年产 1 万 t 以下的小型造纸厂, 占全 国造纸厂总数的 95% . 纸厂规模太小, 难以采用大型先进的技术设备, 生产技术落后, 经济 效益差.
随着世界经济的发展和人类生活水平的不断提高, 纸和纸板的需求量日益增长, 而制浆造 纸工业主要的纤维原料木材资源却在逐年减少. 如何解决造纸工业木材原料供应问题以及提 高木材的利用率, 是当今世界林业以及造纸工业发展的重要研究课题. 目前世界造纸以木材 为主要原料, 木纤维原料在造纸原料中的比例占到了 94% . 由于木材资源不足, 我国造纸工 业原料以草类为主, 在 1992 年木浆比重仅占 12. 5% [ 1] . 不合理的原料结构导致了我国造纸工 业的落后状态. 因此不断地扩大木材原料比例, 发展木材制浆造纸, 建立造纸木材原料基地和 上规模的木材制浆造纸厂, 是解决我国造纸工业技术落后和环境污染严重的最根本的途径. 大 量地培育和种植杨木等阔叶林以及发展以阔叶材为原料的制浆造纸技术, 是快速解决我国造 纸木材原料不足和满足纸张不断增长需求最有效的方法.
此外草类原料纤维短, 杂细胞多, 纸浆强度低, 大量地使用草类原料, 使我国纸和纸板 的质量和品种受到限制, 满足不了我国科学技术、工农业生产高速发展和人民生活水平不断 提高对纸张质量的需求. 为发展胶印新闻纸、胶印书刊纸、强韧包装纸、高档卷烟纸、信息用 纸、高档食品用包装纸等, 我国每年不得不从国外大量进口木浆及其纸制品. 1993 年进口纸 浆、纸、纸板和废纸总值为 16 亿美元[ 3] , 1994 年增加到 25 亿美元.
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北京林业大学学报
第 19 卷
表 1 T M P 与 CT M P 的质量特性比较 T ABL E 1 T he comparison of T M P and
CT M P quality characterist ics
性能指标
白松 TM P 杨木 CT MP
游离度 CSF/ ml
110
100
近几十年以杨木等阔叶材为原料生产高得率浆的技术发展很快. 阔叶材除杨木以外, 密度 大, 质 硬, 一般 不 适合 于 制造 高 得率 浆, 特 别是 机 械浆. 80 年 代 兴起 了 化 学热 磨 机 械浆 ( CT M P) , 90 年代又出现了新浆种 碱性过氧化物机械浆( APM P) . 阔叶材, 特别是杨木和 桉木, 经过化学预处理后机械浆的强度性质得到显著的改进, 能使用阔叶材高得率浆配抄的 纸张品种越来越多, 而且已能用 100% 的杨木高得浆制造新闻纸以及配抄高档的纸张. 4. 2. 1 杨木化学热磨机械浆
抗张指数/ N#m#g- 1
27. 8
31. 6
撕裂指数/ m N#m2#g- 1
11. 6
7. 16
长纤维含量/+ 30 目%
29. 1
6. 08
细小纤维含量/ - 200 目%
24. 83
20. 45
白度/ % ISO
58. 0
52. 5
光散射系数/ m 2#kg- 1
55. 1
50. 6
能耗/ kW#h- 1
4 杨木制浆造纸技术的发展
杨树分布于欧亚大陆、北美及北非等北半球国家和地区, 是我国的乡土树种和北方地区的 主要树种. 它生长迅速, 材色浅, 密度和针叶材相似, 孔隙多, 比重和硬度小, 对药液的吸收和机 械磨浆极为有利, 在北欧、北美和我国东北被广泛地用作阔叶材化学浆和高得率浆的原料. 4. 1 杨木等阔叶材化学浆的发展
第 19 卷 第 1 期 1997 年 1 月
综合评述
北京林业大学学报 JOU RN AL OF BEI JIN G F OREST RY U NI VERSIT Y
Vol. 19, N o. 1 Jan. , 1997
பைடு நூலகம்
杨木制浆造纸技术的发展
吴定新 姚春丽
( 北京林业大学森林工业学院, 100083, 北京; 第一作者 58 岁, 男, 副教授)
料的 CT MP 生 产 线. 用 杨 木
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表 2 杨木 CT M P 和 BK P 特性比较 TA BL E 2 Quality char acteristics of CT M P and
BKP produced from poplar w oo d
性能指标
杨木 CT M P 杨木 BK P
游离度 CSF/ml 裂断长/ m 撕裂指数/ mN#m2#g- 1 耐破指数/ kPa#m2#g- 1 不透明度/ % 得率/ % 白度/ %
CT M P 具有下列优点: ¹ 长纤维含量高, 即使在高游离度下碎片含量也 很低; º 纤维柔 软, 紧度明显增加; » 在低和高的游离度下都有较高的撕裂度[ 9] ; ¼树脂含量低; ½ 漂白后可 达到较高的白度; ¾不仅适用于针叶材, 也适用于杨木等阔叶材.
杨木 CT MP 和白松的 T MP 比较, 如表 1[ 10] 所示. 杨木 CT MP 的碎片少, 抗张指数大, 单 位吨浆的能耗低. 由于原料纤维短, 受到碱液的处理, 撕裂度、白度和光散射系数略低于白松 T MP.
2 发展木材制浆造纸
木材具有纤维质量好, 蓄积量大, 生长集中, 采集、运输和贮存方便等许多优点, 为造纸 工业大型化、高速化和自动化提供了有利条件. 因此世界造纸原料逐渐由草类向木材过渡, 本世纪初就已经转变到以木材为主的原料结构上来. 目前木纤维在造纸原料中的比例为 94% ( 包括废纸) , 大致为: 木材 64. 4% , 废纸 30. 2% , 草及其它原料仅为 5. 4% . 我国造纸工业要 摆脱落后状态, 产品质量上档次、上水平, 提高经济效益和减少污染, 其根本途径就是发展林 业生产, 为造纸工业提供优良的纤维原料, 不断地扩大木材在造纸原料中的比例, 逐渐过渡 到以木材为主要原料的轨道上来. 最近中央领导指出: / 造纸工业必须走林纸结合、林浆结合 的路子, 今后建纸厂必须有能供应工厂需要的原料林基地, 作为第一车间0, / 林业要把木浆 造纸 建成 一个大 产业0 .
摘要 该文论述了我国造纸工业以草类 为主要原料, 导致了企业生产规模过小、产品质量 差和环 境污染严重等问题. 阔叶材化 学浆( CP) 、杨木 化学热 磨机 械浆 ( CT M P) 和 碱性 过氧 化物机 械浆 ( A PM P) 生产技术的发展, 使阔叶材取代草类 成为造纸原料发展我国的造纸工业成为可行. 关键词 木材制浆造纸, 杨木, 草类纤维 , 化学预热机械浆, 碱性过氧化物机械浆 中图分类号 T S721
350 5000 6. 5 2. 7
84 88~ 91 70~ 82
400 5300 7. 8 2. 8
74 45~ 50
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1988 年 我国吉 林造 纸厂
表 3 杨木、蓝桉、云杉 CT M P 的性质特征
由于白松资 源紧缺, 将原白松 T MP 生产线改为以杨木为原
TA BL E 3 Quality characteristics of CT M P produced from poplar, eucalyptus and spruce w ood
第1期
吴定新等: 杨木制浆造纸技术的发展
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我国近几十年 已种植了大量的杨树和桉树速生丰产 林, 据统计[ 7] , 阔叶 材的蓄积量为 397 500. 78 万 m3. 如果利用我国优越的气候和地理条件, 大量地种植速生丰产林, 建设几个 几十万吨的大型阔叶材硫酸盐纸浆厂, 再建几个大型的阔叶材 BCT MP 和 APM P 纸浆厂, 替 代 1 万 t 以下的小纸浆厂, 我国纸浆紧缺的局势将会得到缓和, 造纸产品的质量、生产技术水 平、经济效益, 特别是环境问题将会得到很大改观.
辛克( J D Sinkey) 和卡特斯( M T Chat ers) 发现, 针叶木材中加 6% ~ 10% 的 Na2SO3 或 NaH SO3 进行预处理, 热磨机械浆( T MP) 的白度皆有显著改善. 阔叶材在用 T MP 方式磨浆前 也进行同样的化学处理, 也得到了非常好的效果[ 8] . T MP 是用预热处理的方法软化木素, 使磨 解变得容易, 长纤维数量增多, 但冷却后附着在纤维周围的木素重又固结, 使纤维变得硬挺. CM P 和 CT M P 用化学药剂进行温和的预处理, N aOH 和 N a2SO3 使纤维润胀和磺酸化吸水变 软, 处理后纤维仍长时间地保持柔软状态, 因此化学预处理是一种持久性的软化处理. CT M P 优良的性能被认为是这两种软化功能相加的结果.
3 发展阔叶速生丰产林是解决木材原料最有效的途径之一
由于长期的开发利用, 世界针叶材资源逐渐减少, 已不能满足纸和纸板生产日益增长的
需要, 因此随着造纸工业生产技术水平的提高, 制浆原料中阔叶材的比例不断地增大. 日本
1962 年阔叶材占 39% , 现在已提高到了 57% . 美国 1950 年阔叶材在制浆工业中的消耗量小 于 15% , 1986 年增加到 31% [ 5] . 亚洲一些阔叶材资源丰富的国家, 正在大力发展阔叶材制浆 造纸, 如印度尼西亚, 在 5 年中已种植了 50 万 hm2 的阔叶材纸浆林, 在 10~ 15 年内将再种 植 200 万 hm2, 每年可提供 6 000 万 m3的木材纤维原料, 可生产 800 万 t 硫酸盐木浆. 几个年 产几十万吨的纸浆厂开工后, 本世纪末将能生产 300~ 350 万 t 的漂白阔叶硫酸盐木浆[ 6] .
杨木等阔叶材可生产化学浆和机械浆. 化学浆仍是阔叶材的主要浆种. 阔叶材化学浆可 用硫酸盐法和亚硫酸盐法生产, 与针叶材浆一样主要是硫酸盐法. 1988 年加拿大纸浆协会的 调查表明, 17 个纸浆主要出口国化学浆总输出量为 1 870 万 t , 其中阔叶浆为 615 万 t , 占销售 总量的 33% . 西蒙斯预测, 到 2000 年约 84% 的商品浆为硫酸盐浆, 阔叶木浆和针叶木浆各占 一半, 若以商品木浆总销售量计, 阔叶木浆为 32% ~ 42% [ 6] . 阔叶材硫酸盐浆产量上升的速度 大于针叶材硫酸盐浆. 这反映了针叶材资源日益紧张, 充分利用阔叶材已成为增加硫酸盐木浆 产量的重要途径. 这也为我国发展杨木和桉木等阔叶材制浆造纸提供了方向. 4. 2 杨木化学热磨机械浆和碱性过氧化物机械浆的发展
本文就我国造纸工业以草浆为主进行造纸所带来的问题、杨木造纸生产技术的发展和杨 木等阔叶材替代草类作为造纸原料的可行性进行研究和论述.
1 草类原料为主的造纸工业已不适应国民经济发展需要
我国木材资源不足, 长期以来造纸原料以草类为主. 草类质地柔软、容易加工, 造纸设备简 单、投资少、上马快, 因此在我国纸张供应紧张、需求日益增长形势下, 草浆造纸发展很快. 据 1990 年统计[ 2] 我国有造纸厂 5 360 家, 其中绝大部分是以草类为原料的纸厂, 纸和纸板的产 量占全国总产量的 65% 以上, 为我国造纸产量名列世界第 3 位起到了主要作用. 但草类原料
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生长分散, 收集困难, 运输和贮存不便, 限制了企业的生产规模. 在 5 360 家造纸厂中年产 1 万 t 以上的纸厂仅 243 家, 其余绝大部分是以草类为原料年产 1 万 t 以下的小型造纸厂, 占全 国造纸厂总数的 95% . 纸厂规模太小, 难以采用大型先进的技术设备, 生产技术落后, 经济 效益差.
随着世界经济的发展和人类生活水平的不断提高, 纸和纸板的需求量日益增长, 而制浆造 纸工业主要的纤维原料木材资源却在逐年减少. 如何解决造纸工业木材原料供应问题以及提 高木材的利用率, 是当今世界林业以及造纸工业发展的重要研究课题. 目前世界造纸以木材 为主要原料, 木纤维原料在造纸原料中的比例占到了 94% . 由于木材资源不足, 我国造纸工 业原料以草类为主, 在 1992 年木浆比重仅占 12. 5% [ 1] . 不合理的原料结构导致了我国造纸工 业的落后状态. 因此不断地扩大木材原料比例, 发展木材制浆造纸, 建立造纸木材原料基地和 上规模的木材制浆造纸厂, 是解决我国造纸工业技术落后和环境污染严重的最根本的途径. 大 量地培育和种植杨木等阔叶林以及发展以阔叶材为原料的制浆造纸技术, 是快速解决我国造 纸木材原料不足和满足纸张不断增长需求最有效的方法.
此外草类原料纤维短, 杂细胞多, 纸浆强度低, 大量地使用草类原料, 使我国纸和纸板 的质量和品种受到限制, 满足不了我国科学技术、工农业生产高速发展和人民生活水平不断 提高对纸张质量的需求. 为发展胶印新闻纸、胶印书刊纸、强韧包装纸、高档卷烟纸、信息用 纸、高档食品用包装纸等, 我国每年不得不从国外大量进口木浆及其纸制品. 1993 年进口纸 浆、纸、纸板和废纸总值为 16 亿美元[ 3] , 1994 年增加到 25 亿美元.
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第 19 卷
表 1 T M P 与 CT M P 的质量特性比较 T ABL E 1 T he comparison of T M P and
CT M P quality characterist ics
性能指标
白松 TM P 杨木 CT MP
游离度 CSF/ ml
110
100
近几十年以杨木等阔叶材为原料生产高得率浆的技术发展很快. 阔叶材除杨木以外, 密度 大, 质 硬, 一般 不 适合 于 制造 高 得率 浆, 特 别是 机 械浆. 80 年 代 兴起 了 化 学热 磨 机 械浆 ( CT M P) , 90 年代又出现了新浆种 碱性过氧化物机械浆( APM P) . 阔叶材, 特别是杨木和 桉木, 经过化学预处理后机械浆的强度性质得到显著的改进, 能使用阔叶材高得率浆配抄的 纸张品种越来越多, 而且已能用 100% 的杨木高得浆制造新闻纸以及配抄高档的纸张. 4. 2. 1 杨木化学热磨机械浆
抗张指数/ N#m#g- 1
27. 8
31. 6
撕裂指数/ m N#m2#g- 1
11. 6
7. 16
长纤维含量/+ 30 目%
29. 1
6. 08
细小纤维含量/ - 200 目%
24. 83
20. 45
白度/ % ISO
58. 0
52. 5
光散射系数/ m 2#kg- 1
55. 1
50. 6
能耗/ kW#h- 1
4 杨木制浆造纸技术的发展
杨树分布于欧亚大陆、北美及北非等北半球国家和地区, 是我国的乡土树种和北方地区的 主要树种. 它生长迅速, 材色浅, 密度和针叶材相似, 孔隙多, 比重和硬度小, 对药液的吸收和机 械磨浆极为有利, 在北欧、北美和我国东北被广泛地用作阔叶材化学浆和高得率浆的原料. 4. 1 杨木等阔叶材化学浆的发展
第 19 卷 第 1 期 1997 年 1 月
综合评述
北京林业大学学报 JOU RN AL OF BEI JIN G F OREST RY U NI VERSIT Y
Vol. 19, N o. 1 Jan. , 1997
பைடு நூலகம்
杨木制浆造纸技术的发展
吴定新 姚春丽
( 北京林业大学森林工业学院, 100083, 北京; 第一作者 58 岁, 男, 副教授)
料的 CT MP 生 产 线. 用 杨 木