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目前世界*技术造纸丛书22卷中的第九卷，讲述化学制浆中纤维化学和技术。是一本难得的将造纸工艺与造纸装备紧密结合的专著，原芬兰作者是纸料制备与湿部的研发人员，是的这本著作成为我国造纸行业难得的科技参考书。
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| 內容簡介： |
本书是芬兰造纸工程师协会组织编写的20本造纸书中的一本。本书系统介绍化学法制浆的原理、技术、工艺设备等，全书共分6章。第１章原料，详细讨论原料的形态与化学特性以及备料工艺和设备等；第２章制浆，重点介绍化学法制浆的主要方法、其过程化学和工程原理、制浆工艺与设备、以及蒸煮技术的新发展等；第３章纸浆的洗涤、筛选与净化，主要介绍洗涤、筛选与净化的原理、设备（包括各种新型设备）和工艺以及生产系统；第３章漂白，包括漂白发展史、漂白化学与工程原理、漂白程序设计和漂白工艺，主要是与现代漂白新技术相关的内容；第５章纸浆干燥原理和应用，包括脱水和干燥原理、纸浆干燥工艺和单元操作等；第６章制浆生产线，主要介绍了制浆生产线的设计和现代化生产线。
本书特点：①内容新，包括了当代化学法制浆的所有实用新技术；②实用性强；③系统全面，叙述较详细，特别是蒸煮和漂白这两个化学法制浆的主要工段，介绍得很详细。
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| 關於作者： |
1982年本科毕业于华南理工大学造纸专业； 1985年硕士研究生毕业于天津科技大学造纸专业。自1985年4月起在天津科技大学任教，从事制浆造纸专业的教学和科研工作，期间： 1994.10-1996.3 赴德国进修
1999.11-2001.1 在青岛海王纸业集团进行工程实践
2002.11-2004.6 在美国造纸科学技术研究所从事科研工作（科研学者）
2004.7 回国。
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| 目錄：
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第1章
原料
1.1 木材和非木材纤维资源
1.1.1 北方森林
1.1.2 人工林
1.1.3 非木材资源
1.2 木材化学、形态学和超微结构
1.2.1 木材的宏观结构
1.2.2 树木生长
1.2.3 细胞类型
1.2.4 应力木
1.2.5 化学成分及分布
1.2.6 木材成分化学
1.2.7 非木材化学，形态学和超微结构
1.2.8 分析方法
1.3 木材的备料
1.3.1 木材原料的检测
1.3.2 厂区木材贮存管理和贮存时间
1.3.3
除冰、锯木和送至剥皮
1.3.4 剥皮
1.3.5 树皮和废木屑燃料（hog fuel）的处理
1.3.6 削片
1.3.7 木片的筛选
1.3.8 木片的贮存和运输
1.3.9 水处理
1.3.10 木材备料系统
参考文献
第2章
制浆
2.1化学法制浆的发展史
2.1.1亚硫酸盐法制浆
2.1.2硫酸盐法制浆
2.1.3蒸煮器系统的发展
2.2 制浆化学
2.2.1 化学法制浆工艺和参数
2.2.2 化学制浆的反应原理
2.2.3硫酸盐法制浆的优点和缺点
2.2.4 亚硫酸盐法制浆的优点和缺点
2.2.5硫酸盐法制浆
2.2.6亚硫酸盐法制浆
2.2.7木材预水解和水热处理化学
2.2.8
有机溶剂制浆方法
2.2.9中性亚硫酸盐半化学法（NSSC）制浆的化学和工艺
2.3 制浆的化学工程原理
2.3.1制浆前的处理工艺
2.3.2 传质和反应动力学
2.3.3 木片的压缩系数及液体流动阻力
2.3.4 制浆过程的工艺参数
2.4 制浆工艺
2.4.1 传统制浆工艺
2.4.2 置换间歇蒸煮的基本原理和设备
2.4.3 置换间歇蒸煮的工程原理
2.4.4 置换间歇蒸煮的操作
2.4.5 间歇蒸煮技术的最新发展
2.4.6 置换间歇蒸煮的优缺点
2.4.7 连续蒸煮总则和蒸煮设备
2.4.8连续蒸煮系统及其操作
2.4.9 现代化的连续蒸煮工艺
2.4.10 连续蒸煮技术的发展
2.4.11 连续蒸煮的优点和缺点
参考文献
第3章
纸浆的洗涤、筛选和净化
3.1 洗涤原理
3.1.1多孔介质中的流动
3.1.2纸浆洗涤过程中的传质
3.1.3 洗涤效率
3.1.4 不同洗涤系统的效率
3.2 洗浆工艺
3.2.1 常压扩散洗涤器
3.2.2 压力扩散洗涤器
3.2.3 带式洗浆机
3.2.4 真空洗浆机
3.2.5 压力洗浆机
3.2.6 压榨洗浆机
3.2.7 挤浆机
3.3 洗涤系统
3.4 筛选
3.4.1 典型的杂质
3.4.2筛选原理
3.4.3 筛选机理
3.4.4 数字特征
3.4.5 筛选设备和操作条件
3.4.6 系统举例
3.4.7 筛选操作
3.5 净化原理
3.6筛选和净化技术
3.6.1 除节和洗涤
3.6.2 精筛
3.6.3 旋翼技术
3.6.4 筛板
3.6.5 粗渣洗涤
3.6.6 轻杂质的去除
3.6.7 浓缩机
3.6.8 除渣器
3.6.9 漂白浆后净化设备
3.7 筛选系统
3.7.1 本色浆筛选系统举例
3.7.2 后筛选
参考文献
第4章
漂白
4.1 漂白发展史
4.2. 漂白化学
4.2.1氯化段的化学反应
4.2.2 二氧化氯漂白段的反应
4.2.3 氧脱木素段的反应
4.2.4过氧化氢漂白段的反应
4.2.5 碱抽提段的反应
4.2.6 臭氧漂白段的反应
4.2.7 过氧乙酸漂白段的反应
4.2.8 聚木糖酶处理过程中的反应
4.2.9 漂白过程中抽出物的反应
4.3漂白的化学工程原理
4.3.1 漂白过程中的传质和反应动力学
4.3.2纤维悬浮液的流变性
4.3.3漂白过程中的单元操作
4.4 漂白技术
4.4.1的漂白化学品的制备和处理
4.4.2 漂白流程的设计
4.4.3 氧脱木素段：O和OO
4.4.4 氯化段：C
4.4.5 二氧化氯段：D和高温Dhot
4.4.6 抽提段：E、（EO）和（EOP）
4.4.7 过氧化氢漂白段：P、（PO）和（OP）
4.4.8 臭氧段：Z、（ZD）、（DZ）和Ze
4.4.9 热酸处理段：A
4.4.10 过氧乙酸漂白
4.4.11 多化学品漂白段
4.4.12 酶漂白
4.5 漂白结束语
参考文献
第5章
纸浆干燥的原理及应用
5.1 引言
5.1.1 干燥方法
5.1.2干燥对浆质量的影响
5.1.3 机械脱水
5.1.4 加热脱水
5.1.5 浆板干燥设备的总体发展趋势
5.2 纸浆干燥过程及其单元操作
5.2.1 浆板生产线
5.2.2 浆板生产设备
5.2.3 浆板机中的重要装置
5.2.4 浆板干燥部
5.2.5 纸浆闪急干燥
5.3 浆板分切和打包
5.3.1 分切
5.4 特例
5.4.1 湿抄浆机
5.4.2 特种浆溶解浆的干燥
5.5 注释
参考文献
第6章制浆生产线
6.1背景
6.1.1蒸煮、氧脱木素和漂白之间的分界
6.1.2蒸煮
6.1.3氧脱木素
6.1.4漂白
6.1.5漂白程序的发展历程
6.2影响制浆生产线设计的因素
6.2.1环境状况
6.2.2浆厂规模
6.2.3生物质精炼方面
6.3现代制浆生产线
6.3.1针叶木硫酸盐浆厂
6.3.2阔叶木硫酸盐浆厂
6.3.3亚硫酸盐浆厂
6.3.4非木材浆厂
6.4过程控制
6.5能量消耗和生产
6.6制浆生产线技术趋势
6.7未来的趋势
参考文献
单位换算
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| 內容試閱：
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化学法制浆是制浆造纸厂重要的生产过程之一。本书系统、全面、详细地介绍了化学制浆的原理、技术和设备，包括备料、蒸煮、纸浆的洗涤、筛选与净化、漂白、浆板的抄造和新的纸浆生产线。既有传统工艺，又有新技术以及未来的发展趋势；生产技术及其设备介绍得很详细，是一本非常实用的专业书。正像原著作者所述，这本书如同带领读者在制浆厂里参观，逐步告诉读者，为什么（科研）和如何（生产技术）通过化学制浆，由原料而得到纸浆纤维。
第1章主要论述了植物纤维原料的化学特性、形态学和超微结构以及制浆前木材和非木材原料的加工处理。第2章的主题是化学法制浆，本章介绍主要的制浆方法，重点在于制浆化学和化学工程，例如，化学反应、反应动力学以及控制的工艺参数。在本章的制浆工艺部分读者还会看到现代化浆厂最先进的装备。第3章的重点在于纸浆的洗涤、筛选与净化，突出了其操作原理的重要性以及与浆厂设备相对应的先进工艺。洗涤筛选之后，纸浆便可进行漂白。漂白是第4章的主题，是纸浆生产的关键部分。在这一章读者将学习关于漂白化学品的制备和处理、不同的漂白方法，其重点在木素、碳水化合物和木材抽出物的化学反应以及漂白的化学工程原理。本章的漂白工艺部分给出了有关设备和工艺参数的资料，以便于读者进行设计和完成实验室或生产规模的实验。第5章主要介绍纸浆干燥原理以及现代化的工厂所使用的浆板抄造工艺和设备。第6章侧重于新制浆生产线的设计，并提供有关现代化制浆生产线的资料。最后，对浆厂未来的趋势、非木材制浆以及生物质精炼进行了讨论。
本书适用于制浆造纸及相关行业从事生产、工程设计、科研以及管理等工作的工程技术人员和专业人士，也可作为院校相关专业的教师、研究生、本科生以及职业培训的教学参考书。
本书第1章1.1至1.2.7节由杨秋林翻译；1.2.8至1.3.10节由宋友悦和张晓蒙翻译、刘秋娟修改。第2章由刘秋娟翻译。第3章3.2至3.3节由肖贵华翻译、刘秋娟修改，其余部分由刘秋娟翻译。第4章4.4至4.5节由温建宇翻译、刘秋娟修改，其余部分由刘秋娟翻译。第5章由付时雨翻译。第6章由刘秋娟翻译。范述捷、屈永波和何亮等研究生参与了部分图表的绘制和参考文献的编辑工作，还有一些研究生和本科生结合课程学习翻译了少量内容。
衷心感谢所有对本书的翻译给予帮助的人们，包括我的同学、学生、同事以及亲朋好友。
由于作者水平所限，加上时间较紧，书中难免存在错误和不当之处，恳请读者和同行专家批评指正，以便今后对本书进行修改和完善。
作者
2015年6月
第1章 原 料
1.1 木材和非木材纤维资源
植物纤维是所有高等植物中最主要的结构要素。植物纤维由纤维素微纤丝构成，通常这些微纤丝内嵌于非纤维素多糖（半纤维素和果胶）和木素基质中。纤维素是自然界中最丰富的生物聚合物，存在于绿色植物和某些藻类的细胞壁中。微生物纤维素是由不同种类的细菌产生和分泌的（如醋酸杆菌、根瘤菌、假单胞菌等）。木材和棉花主要用于生产商用纤维素产品和纸浆。全球仅有约7%的原生纤维素浆是由非木材原料生产的（秸秆占46%，蔗渣占14%，以及竹子占6%）[1, 2]。中国是世界上最大的非木材纸浆生产国，而在欧洲、美国和加拿大，造纸工业几乎全部采用木浆生产。受全球森林资源减少和木材短缺的影响，寻求可持续的发展方案成为必然。
用于工业用途的圆木大约仅占全球圆木产量的二分之一。2006年，全球木材的产量为35.4亿m3，其中大约18.7亿m3为薪柴（fuelwood）消耗，剩下的16.7亿m3为工业木材消耗 [3]。图1-1为全球圆木的产量和消耗量。
图1-1 2006年世界圆木产量[3]
2006年，全球造纸工业共消耗工业圆木5.2亿m3。此外，锯材工业中大约产生了2.5亿m3圆木当量（RWE）的木屑残渣。另有7.5亿m3的回用废纸用作纸和纸板的生产原料。
在化学浆工业中，根据圆木材种和制浆工艺的不同，生产一吨纸浆要消耗3.7-5.6 m3的圆木。
在规划投资新的制浆厂时，最重要的问题就是可靠的原料供应。即使在最有利的条件下种植最优良的速生材种，也需要7500-8000万公顷的森林面积或4倍于芬兰现在的森林面积才能满足全球对工业圆木的需求。然而，事实上在长时间内很难保证木材原料的可靠供应。
世界森林资源正在逐渐减少。根据联合国粮农组织（FAQ）报告，在2000年到2005年间每年大约有730万公顷（净值）的林地消失[4]。与先前的五年相比，2006年森林覆盖率的降低趋势有所减缓，但在2007年再次增加。森林覆盖率降低的主要原因是非洲和拉丁美洲对薪柴（firewood）需求的增加以及畜牧业的发展。颇具矛盾的是，在欧洲等森林工业发达的富庶地区，森林覆盖率却是一直增加的。在拉丁美洲，相比该洲的其它地区，关闭造纸厂的地区森林覆盖率已经增加。
通过对当前和未来的原料供需平衡分析发现，明确原料供应的复杂状况是非常重要的。未来全球纤维供需平衡的发展将会与区域生产潜力和林地供应问题紧密的缠绕在一起。林地供应会与政治和经济决策紧密联系，并受区域政策和生物能源行业发展的影响。
全球主要有五个纤维供应区域，无论是较大的供应变化，还是可能不连续或过量的纤维供应，都会对全球产生重大影响。这五个区域包括：
-北美：生产原生木浆，供给和需求再生纤维纸浆；
-拉丁美洲：发展速生阔叶木人工林，供给阔叶木商品浆；
-中国：非木材制浆，进口再生纤维纸浆，生产和进口原生木浆；
-俄罗斯：原生木浆生产，特别是针叶木浆；
-东南亚：发展和供给阔叶木商品浆。
下面概述了两类主要工业森林的形势：北方针叶木为主的森林和人工林。
1.1.1 北方森林
北方森林构成了最大的陆地生物群落，在加拿大、俄罗斯和北欧国家，有些森林覆盖面积可达到10亿公顷（图1-2）。芬兰、瑞典、加拿大和俄罗斯是众所周知的森林工业国家。本章简要介绍了这些国家的整体森林资源以及目前木材原料的消耗情况。
加拿大的森林面积占世界森林面积的6%，其木材产量占世界木材总产量的7%。加拿大是世界上第二大木材生产国，其产量仅次于美国[4]。
然而，加拿大西部的森林目前正受到山松甲虫的侵袭，迄今为止还没有出现任何缓和的迹象。根据不列颠哥伦比亚（BC）当局的最新官方消息，虫害破坏的森林面积约为135万公顷。超过5亿m3的北方森林已被破坏，而且在虫害结束之前预计每年有0.8亿m3的森林被破坏。据官方估算，到2013年不列颠哥伦比亚省80%的可售成年松树将会死亡 [5]。
作为结果，木材的产量将会增加，事实上在中短期内已经增加，但从长远来看，需要修改森林年度采伐限额（ACC）以减少木材产量。这已经在加拿大东部的部分地区实施。美国的科罗拉多也有松甲虫侵害森林的报道。因此，在虫害被控制之前，未来加拿大和美国西部一些州的针叶木供应仍然存在不确定性。
图1-2 北方森林面积 [1, 2] [211]
俄罗斯巨大的针叶木森林资源无疑成为该国制浆工业引人注目的原料基地。俄罗斯的森林覆盖面积约为全球森林覆盖面积的22%，几乎是加拿大或美国森林覆盖面积的三倍。然而，目前这些针叶木森林并没有得到充分的利用，其年产量大约仅为1.8亿m3，占世界总产量的5%，因此对于增加木材供应仍有相当大的潜力。到2015年，随着国内需求和国外贸易的增加，特别是与中国贸易的增加，俄罗斯增加两到三个针叶木浆厂才可能满足市场的需求。
然而，要利用这些森林资源，需要在基础设施和林地上进行相当大的投资。尽管每年有2-3亿m3的纤维资源未被利用，但这些森林大部分远离已有基础设施的地区，或是由难以利用的落叶和针叶材种构成。最主要的投入是维护现有的基础设施，并增加森林采伐限额。此外，永久冻土层的消融对于道路的维护和施工增加了许多额外的困难。
由于过去不合理的森林采伐和人类活动，俄罗斯森林已经遭到了破坏。成年、优质针叶材种的比例已经减少，而低品质材种的比例已经增加。
1.1.2 人工林
人工林主要是通过种植或播种引进本土的材种而建立的森林。根据FAO报道，2005年全球人工林的总面积是1.4亿公顷，略低于世界森林总面积的4%。防护人工林的覆盖面积达到3000万公顷[4, 6]。
速生人工林，如年均增长量等于或高于12 m3公顷的人工林，其全球种植面积约有2400万公顷，其中40%是种植在拉丁美洲3。松树和桉树是最主要的种植材种，几乎占所有速生材种的80%。由于速生人工林的生长周期快、产量高，其在森林工业中起到的作用远比在森林面积中所占的比例重要。
采用人工林来满足人类对工业圆木的需求是一种必然趋势。如前所述，在最优条件下大约8000万公顷管理得当的商业人工林就能满足全球对工业纤维的需求。在拉丁美洲、非洲和亚洲的热带和亚热带区域，人工林有最好的种植潜力。
拉丁美洲拥有世界上最大的商业人工林种植面积。目前在拉丁美洲和加勒比海地区拥有约1300万公顷的人工林，其中大多是工业人工林[6]。该区域内的大多数森林工业依赖商业人工林来满足纤维素供应，目前拉丁美洲已成为短纤维纸浆的主要供应基地。巴西、智利和阿根廷是最主要的供应国家。芬欧汇川集团（UPM）在佛莱本托斯建立了年产量为100万吨的制浆厂，使得乌拉圭也成为主要的供应国家之一。巴西的人工林种植面积大约占拉丁美洲人工林种植面积的一半，其主要种植品种为桉树（占63%），松树大约占36%。该区域内几乎所有的人工林都是私人拥有，而且收获的圆木主要用于木炭和造纸工业。
智利的人工林种植面积大约占拉丁美洲人工林种植面积的20%。受智利的地理位置影响，该国的人工林主要以桉树为主（占69%），松树大约占24%。该国绝大部分的人工林圆木被加工成木片并出口。
阿根廷的人工林种植面积占拉丁美洲人工林种植面积的10%以上。其中松树占59%，桉树占27%，其它材种占16%。与其它拉丁美洲国家的人工林主要用于制浆工业不同，阿根廷的大多数人工林用于生产锯材。
乌拉圭的人工林种植面积大约占拉丁美洲人工林种植面积的5-7%，其中桉木占72%，松木占27%。乌拉圭所有的人工林均为私人拥有。
中国拥有世界上最大的人工林种植面积，大约为4300万公顷，包括人工防护林和商业人工林。在遭受1988年的洪灾之后，中国开始采取强有力的措施保护原始森林并增加森林覆盖率。目前为止，中国的森林覆盖率已由原来的10%-13%增加到18%，其目标是到21世纪中叶增加到26%。中国其余的一些地方由于山地过多或沙漠化严重限制了森林生长，或土壤过于肥沃更适合用于农业生产。大约20%的中国人工林可以考虑商用，而且目前这一比例正在增加。
中国的造纸工业一方面需要平衡木材、非木材和再生纤维原料，另一方面也要平衡国内的和进口的纤维制品。中国计划在国内建立世界规模的制浆厂已经引起了广泛的关注，尽管用于计划中的新增产能对国内木材的供应和成本之间存在不确定性影响。在中国南方，阔叶木制浆厂的发展将在一定程度上加速中国人工林的发展，但是部分新增的制浆产能可能要依赖进口木材。
在中国，是否适合建立新的非木材制浆厂完全取决于替代原料的可靠供应、与进口纸浆相比新的非木材制浆生产线的成本竞争力、除硅技术的发展、以及当地的环境因素。在意识到部分预期增长的纸浆产量可以采用非木材纤维原料来满足后，近来中国开始大力发展建立中等规模的非木材制浆生产线。当进口的再生纤维开始影响到二次纤维的供应时，这会为中国造纸工业提供更多的选择自由。
由于金融危机，19世纪90年代后期东南亚制浆工业停止了快速增长，大多数亚洲公司的财务实力严重受损 [7]。市场的复苏也没有将该区域的投资活力提升到金融危机前的水平，但是很多以前宣布的工程项目仍然保留在日程上，可能未来会再考虑。即使这是短暂的喘息时间，该区域的制浆工业也出现了快速的发展，以至于速生人工林提供的木材仅满足了三分之一的工业木材需求。天然林地继续保持平衡。近期在速生阔叶木人工林上的投资将会对未来东南亚制浆工业的发展产生重要影响。
以欧洲和北美为代表的传统森林工业国家，人工林在森林工业中起到重要的作用，但是很少考虑将人工林用于制浆工业，而是用于更好的森林实践活动中。大多新建的人工林是用于生物能源生产。
非洲是具有良好生物潜力的新增人工林种植区。目前很多非洲国家正在通过森林工业和生物能源工业对潜在的人工林种植区进行评估。
1.1.3 非木材资源
通过对气候变化以及转变到无二氧化碳排放生产（CO2
neutral production）的前景进行广泛而公开的辩论，给当前寻找造纸纤维的可替代资源带来了启发。寻求可持续的原料资源和转化技术有助于增加生物燃料和绿色化学品的产量[8-10]。为了寻找用于造纸的可替代原料资源，已经进行了一些广泛的调查 [11-15]。木质纤维素资源，如能源作物形式的木质纤维素资源，期待在燃料和能源市场变得更有竞争力。
通常植物纤维具有广泛多样的用途。对于非木材纤维最重要的转化技术是将纤维纺织成制作衣服、麻布和网子的织物。目前为止，最重要的纺织纤维作物是棉花。其它用于纺织生产并具有商业前景的纤维作物有亚麻、大麻、苎麻和黄麻（表1-1）。
根据用途不同，商业上重要的植物纤维可以分成以下几类：纺织纤维（棉花和软纤维，如苎麻、黄麻、以及大麻等）；用于制作绳索的绳索纤维（硬纤维如剑麻、椰壳纤维、蕉麻、大麻、灰叶剑麻等）；刷子和垫子纤维；填充和装饰材料（椰壳纤维、木棉）；造纸纤维（秸秆和竹子）；枝编工艺材料（拉菲草、竹子、芦苇）。它们的商业价值取决于它们的长度、细度、强度和硬度。纤维细胞嵌入到周围组织中会强烈的影响萃取的难易程度，从而决定纤维的商业价值和质量特性 [16, 17]。
表1-1 一些工业植物纤维的植物学说明
常用名 拉丁学名 科 纤维类型 细胞类型
亚麻 Linum usitatissimum 亚麻科（双子叶植物纲） 韧皮纤维 初生韧皮部
苎麻 Boehmeria nivea 荨麻科（双子叶植物纲） 韧皮纤维 初生和次生韧皮部
大麻 Cannabis sativa L 大麻科（双子叶植物纲） 韧皮纤维 初生和次生韧皮部
黄麻 Corchorus capsularis 椴树科（双子叶植物纲） 韧皮纤维 初生和次生韧皮部
洋麻 Hibiscus cannabinus 锦葵科（双子叶植物纲） 韧皮纤维 初生和次生韧皮部
剑麻 Agave sisalana 龙舌兰科（单子叶植物纲） 叶纤维 与维管束关联
马尼拉麻 Musa textiles芭蕉科（单子叶植物纲） 茎纤维 与维管束关联
椰子 Cocos nucifera 棕榈科（单子叶植物纲） 果壳纤维 中果皮层
棕榈叶纤维 Raphia Vinifera 棕榈科（单子叶植物纲） 叶纤维 与叶基组织关联的复杂混合物（拉菲草和纤维榈）
棉花 Gossipium hirsutum G.barbadense 锦葵科（双子叶植物纲） 种子纤维 毛状物-表皮凸起（种子）
木棉 Ceiba pentandra 木棉科（双子叶植物纲） 果实纤维 毛状物-表皮凸起（种荚）
很多其它作物在当地用来制作绳索，用于捆绑东西、织网和编席（表1-2）。较粗糙的纤维可能用于制作刷子和编织品（席子），或用来盖屋顶。通常这些作物没有很高的经济价值，也不会进行更多的处理或加工来作为商品出售。
原则上纸张可以由任何植物纤维原料制作，包括很多一年生植物以及农作物或农业废弃物，如棉花（棉籽绒）、大麻和亚麻、谷物秸秆、竹子、或蔗渣。大多数非木材纤维制浆出现在亚洲国家（中国、印度、伊朗和巴基斯坦），这些国家木材资源缺乏，而且对纸制品需求量高。
用于造纸的非木材原料可以分成明显的两类 [18]。一类是为了生产特种纸产品专门种植的作物，具有很高的市场价值。如由蕉麻、大麻、亚麻和棉花的长纤维生产的纸浆来制作具有高强度的纸制品（保密纸、钞票纸）和卷烟纸。另一类是农业粮食生产中产生的废弃物。谷物秸秆（主要是小麦和水稻秸秆）和蔗渣是最重要的、目前仍在使用的此类原料[19]。
在过去的几十年，竹子在传统的造纸和箱板纸生产中基本上已经被淘汰，主要是由于对环境的影响以及产量规模相对较小。由于森林产品的短缺情况日益严峻以及木材价格的上涨，竹子和其它非木材原料在生产纸浆和高附加值产品上有很大的潜力，如用于溶解浆生产的再生纺织纤维或纤维素衍生物。
表1-2 全球一些不同用途的非木材纤维植物示例 [20-22]
种类 拉丁学名 所用部分 应用领域
黑麦 Secale cereale 茎 纸张
燕麦 Avena stativa 茎
大麦 Hordeum vulgare 茎
小麦 Triticum aestivum 茎
西班牙草 Stipa tenacissma 茎 纸张
茅草 Lygeum spartum 茎 绳索、纸张
沙拜 Eulaliopsis binate 茎 刷子
甘蔗 Saccharum officianarum 茎 纸张、刨花板
竹子 Phyllostachys heterocycla 茎 纸张、纺织、编织物
芦苇 Phragmites arundinaceae 茎 盖屋顶、编织物
芦竹 Arundo donax 茎 编织物
象草 Miscanthus sinensis 茎 盖屋顶
草芦 Phalaris arundinaceae茎 纸张
莎草 Cyperus elatus
Cyperus malaccensis
Cyperus procerus 茎 编织品、捆绑带
纸莎草 Cyperus papyrus 茎 纸张
香蒲 Typha domingensis
Typha orientalis 茎 编织物、盖屋顶
剑麻 Agava sisalana
Agava cantala 叶纤维
叶纤维 纸张
龙舌兰麻 Agave lecheguilla 叶纤维 刷子
狐尾龙舌兰（Jaumave） Agava funkiana 叶纤维 刷子
马尼拉麻 Musa textilis 叶鞘纤维 绳索、纸张
芭蕉 叶鞘、果实
椰棕 Cocos nucifera 果壳、果实 绳索、席子
扇叶树头榈 Borassus flabellifer 盖屋顶、编织物
西米 Metroxylon sagu 盖屋顶、绳索、编织物
聂帕榈 Nypa fruticans
Corypha utan
Eugeissona triste
叶子
叶纤维 盖屋顶
酒椰 叶纤维 盖屋顶、捆绑带、编织物
巴西棕 Bahia piassava
Attalea funifera 刷子、刷子毛、编织物
刷子
帕拉 Leopoldinia piassaba 刷子
刷子
矮棕榈 Sabal palmetto 刷子
阿朗 Arenga pi?ata 叶子、刺、糖 绳子、盖屋顶、刷子
露兜树 叶子 编织物、盖屋顶
托奎拉 Carludovica palmate
Enhalus acoroides
Alpinia chinensis 叶子
叶纤维 编织物（草帽）
捆绑带
水葫芦 Eichhornia crassipes 叶、茎 编织物
亚麻 Linum usitatissimum 韧皮纤维 纺织品、纸张
大麻 Cannabis sativa 韧皮纤维 绳索、纸张
黄麻 Corchorus capsularis
Corchorus olitorius 韧皮纤维
麻布、绳索
洋麻 Hibiscus cannabinus 韧皮纤维 麻袋、绳索、纸张
洛神葵 Hibiscus sabdariffa 韧皮纤维 麻袋、绳索、纸张
刚果黄麻 Urena lobata 韧皮纤维 绳索、纺织品
苎麻 Boehmeria nivea 韧皮纤维 纺织品、绳索
印度麻 Crotalaria juncea 绳索、织网、纸张
罗布麻 Apocynum venetum
Polugala gomesiana
Donax canniformis
Artocarpus elastica
茎、皮
韧皮部 松软物
绳索
绳索
构树 Brousonetia papyriferabast
Wikstroemia indica
树皮纤维 纸张
纸张、绳索
棉花 Gossypium arboretum 种子纤维 纺织品
木棉 Ceiba pentandra 果实纤维 填充物
用于造纸的纤维材料作物
尽管对一年生纤维作物和农业废弃物用于制浆进行了大量研究。欧洲的纸和纸板工业中很少以非木材纸浆作为原料。一些亚麻和大麻纤维可加工成特种纸。虽然一直在努力改善用于纸和纸板生产的秸秆纸浆，但依然没有成效，欧洲的最后一个秸秆制浆工厂也已经关闭[23, 24]。欧洲不同地区研究过的其它纤维作物包括黄秋葵，用于造纸和增强纤维以及营养丰富的豆荚；以及作为潜在纺织纤维的荨麻（Urtica dioica）。非木材纤维可以用来改善纸张的性能。与阔叶木或针叶木纤维相比，非木材纤维间可能具有截然不同的特性（表1-3和表1-4） [25]。
表1-3 不同原料中纤维的平均形态特性 [25]
原料 长度，mm 直径，m 长度直径比 细胞壁比例，%
云杉 3.5 36 100 33
白杨 1.0 21 50 40
大麻韧皮部 20 30 1000 50-80
亚麻韧皮部 28 21 1350 ＞90
大麻髓部 0.55 20 28 15-30
亚麻纤维束 0.35 20 18 20-30
表1-4 表1-3中的纤维原料的平均化学成分 [25]
原料 纤维素，% 半纤维素，% 果胶，% 木素，%
云杉 43 29 n.d.1 27
白杨 53 31 n.d. 16
大麻韧皮部 60-70 10-15 1-3 4
亚麻韧皮部 70-80 12-18 1-3 3
大麻髓部 34-40 20-25 2-4 20-25
亚麻纤维束 35-40 25-30 2-4 25-30
注：1- 未检测
在热带国家（巴西、古巴、印度、中国、东盟地区和南非），蔗渣作为蔗糖生产的残渣具有广泛的用途，其收获期是在每年的较凉爽时期。蔗渣可以用来生产所有类型的纸张（如涂布和未涂布的化学浆纸、瓦楞纸板、牛皮纸和箱板纸、新闻纸和生活用纸），也可以生产溶解浆。然而，蔗渣中较高的硅含量阻碍了制浆黑液中化学品的回收，使得小纸厂回收成本较高。黑液中的硅也会引起结垢。此外，蔗渣髓也会消耗蒸煮锅内大量的化学药品，并导致纸浆的滤水性和游离度降低，同时洗浆效率、纸机上的脱水和干燥也会受影响，这些都会对纸张强度和光学性能产生不利影响。相比之下，除髓会导致纤维损失。蔗渣也用作刨花板的替代物、以及燃料和电能、覆盖物、糠醛和木糖醇的生产。
在禾本科、竹亚科、竹族植物中，竹子是一类木质多年生常绿植物（某些温带品种除外）。竹子是全球生长速度最快的木质植物（woody plant）。竹子的快速生长与其独特的根状茎系统有关，但对当地的土壤和气候条件有高度的依赖性 [26]。从寒冷的高山到高温的热带地区，在不同的气候中都能发现竹子。在东亚和东南亚，竹子具有重要的经济和文化价值，广泛用于花园，并作为建筑材料和食物。根据Dransfield的统计，全球有60-75类、1250-1500种竹子，其中原产地在东南亚的占64%，生长在拉丁美洲的占33%，其余的品种生长在非洲和大洋洲。与拉丁美洲存在440种竹子相反，北美只有三种本地竹子 [27]。在中国，大约有40类超过500种竹子，其中28类和超过200种分布在云南省。
在很多热带和亚热带国家，特别是亚洲，竹子是一种重要的森林资源，其生长十分迅速。作为一种速生木质纤维素材料，竹子已经作为传统材料广泛用于房屋建设、家具生产和家居产品（如筷子、容器和手工艺品），主要是因为竹子具有很高的强度和表面硬度、易于加工，以及在当地拥有丰富的资源。
在中国，毛竹（Phyllostachys
pubescens）是最重要的竹子品种之一。中国拥有420万公顷的竹林[28, 29]。毛竹的覆盖面积超过270万公顷，大约占中国森林总面积的2%，毛竹也是用于竹材和竹笋生产的最主要的品种。自然而然地，毛竹对环境有着非常重要的作用。在18世纪毛竹被引入到日本、美国、澳大利亚和欧洲。
在中国，毛竹的天然产地大约在北纬2330-3220和东经10430-122之间，包括福建省、湖南省、浙江省、江西省、安徽省、湖北省、四川省、广东省、广西省、云南省、以及陕西省。毛竹生长在海拔较高的群山中，很少出现在孤山上。毛竹主要以纯毛竹林或混合林的形式生长在海拔10-1700 m之间的丘陵和山区，并零星的种植在平原和平地上。最适合毛竹生长的地区是海拔500-800米的低矮山区。毛竹在1736年被引入到日本，1880年被引入到欧洲，大约1890年被引入到美国。现在，毛竹在日本的覆盖面积超过50000公顷[30]。将来，中国和其它国家的毛竹林面积将会进一步扩大。
1998年，中国仍然生产了将近1700万吨非木材纸浆（FAQ统计），占中国纸浆总产量的84%，其中包括大约100万吨竹浆。在过去的十年间，中国的纸和纸板产量已经保持了最快的增长速度（10%），在1998年其产量约为2500万吨，到2005年翻了一翻还多。然而，在2005年非木材纸浆纤维大约仅占纤维总产量的25%。相对大的纸浆厂（年产能超过5万吨）的增加已经导致了木材用量的增加。在2007年，设计产能为750吨天的全漂白竹浆生产线已经在中国贵州投产。
为了增加非木材纤维纸浆的产量，需要对大宗原料的收集、运输和贮存等整个供应链进行升级。尽管报道称其制浆过程对化学品的需求和能源的消耗较传统的木材制浆低，但非木材纤维需要采用专业的清理机械（包括洗涤、除尘和除髓设备）。最经济的运输距离主要取决于原料的蓬松度。一个地区的原料供应量决定了制浆厂的产能。此外，小型制浆厂的污水处理和化学品回用成本相对较高。
竹子中的硅含量是影响制浆化学品高效回收的主要技术障碍。需要对原料除硅以提高竹浆厂的环保效能。硅沉积是化学品回收系统的蒸发器单元中十分严重的问题。如同矿物粘合剂建筑材料一样，应当开发更好的利用竹子纤维的方法。为了更高效的利用能源以及回收化学品和残渣（黑液、木素、石灰和二氧化硅），需要做更多的研究和开发工作。
为不同的市场生产不同等级的纸浆，以获得最大的附加值。磨碎或精磨的特等纤维可以用来生产建筑板材（水泥结合或胶粘的刨花板），或选择用来做纤维强化的聚合物复合材料。未漂硫酸盐浆适合生产挂面纸板和纸袋，但是用于印刷和书写时需要对纸浆进行漂白。高纯度的竹浆纤维可以转化成纺织纤维。
特种纸，如卷烟纸、茶袋纸和钞票纸，是由棉花、亚麻和大麻等长纤维组成的非木材纸浆生产的。用作邮票和钞票的保密纸通常要有水印。现代钞票纸和保密纸的生产涉及到很多复杂的印刷技术和纸页成型技术以防止被伪造。由纸和箱纸板制作的结构性产品也已用到隔断墙和其它临时性的建筑中。两层纸板间的蜂窝状结构可提供较高的机械强度和刚度。在轻型结构设计中发现硬纸管可以提供价格低廉且强壮的骨架。
小麦（Triticum spp.）是来自中东新月沃地的耕种草本作物。2007年，小麦的全球产量为6.07亿吨，是继玉米（7.84亿吨）和大米（6.51亿吨）之后第三种最常见的谷物 [31]。2007年，中国是全球十大小麦生产国之一（表1-5）。在中国大米和小麦的种植面积达到13亿公顷，主要分布在江苏、安徽、湖北、山东、河南、湖北和四川等省份 [32]。农作物种植不可避免地会产生大量的秸秆废弃物。每年大约产生20亿吨的水稻秸秆和10亿吨的小麦秸秆废弃物，每年包括蔗渣在内的秸秆总产量接近70亿吨[33]。
表1-5 2007年全球十大小麦生产国 [34]
国家 产量，百万吨 国家 产量，百万吨
欧洲 124.7 加拿大 25.2
中国 104.0 巴基斯坦 21.7
印度 69.3 土耳其 17.5
美国 49.3 阿根廷 15.2
俄罗斯 4.9 伊朗 14.8
尽管造纸企业，特别是华南地区的造纸企业早就长期利用芦苇、小麦秸秆、水稻秸秆和竹子来生产纸和纸板，中国政府极力推荐农作物秸秆返田以作为增加土壤肥力和有机碳含量的措施[35, 36]。将作物秸秆均匀撒到表土层的常规做法为耕地提供了易于利用的碳源，能够显著提高稻田里CH4的排放，并略微降低N2O的排放[37-41]。在维持土壤生产力的同时又缓解了CH4和N2O的排放，这种做法也许是可行的。通过对新鲜的作物秸秆进行合适的管理可以达到这些目标。
1.2 木材化学、形态学和超微结构
树木具有较大的尺寸和年龄，并且其主干和树枝具有独特的僵硬木质结构，它们是植物界，亦即植物王国的巨人。为了充分利用这些进化发展的自然奇迹，需要明确木材的构造与成分背后的形态、解剖结构和化学组成。木材结构与化学组成的基本知识能够帮助我们选择合适的材种用于特定的用途。
树是多年生的种子植物（Spermatophytae），可以分为针叶木（裸子植物）和阔叶木（被子植物或双子叶被子植物）两大类。由于球果中含有裸露的种子，英文中softwood也被称为Coniferous
woods，而阔叶树在花的内部产生隐蔽的种子。然而，这些常规的名字并没有表示硬度，因为针叶木和阔叶木的平均比重区间有相当大的重叠；一些针叶木很坚硬，而一些阔叶木则相对较软。另一种分类是根据大多数针叶树种保留了针状或鳞片状叶子，与之相反大多数阔叶树每年都要落叶。因此，主要的商业针叶树和阔叶树通常被称为常青树（如它们保留新叶片数年之久）和落叶树（每年秋末生长季结束时它们通常脱落宽大的或刀状的叶子）。然而，很多生长在热带条件下的阔叶木树种不但常青且不落叶。
树的最主要结构部分是干、梢、枝、根、皮和叶（叶片和针叶）。在这些部分中，尽管都可以作为原料用于可再生自然资源的加工转化，通常只有剥皮的树干材（stemwood）适合用于制浆。根据木材的解剖、物理和化学特性，通常情况下木材不是均一的材料，并且是可降解的，如真菌、微生物和热解。木材是由不同种类和数量的专门细胞组成的，这些细胞执行机械支撑、水分输送（大约活树重量的一半由水组成）和新陈代谢等必要职能。对于大多针叶木和阔叶木材种，其解剖结构是独特的，如不同树木的材种之间，其木质细胞的类型、比例以及排列均存在差异。
木材细胞具有化学多样性，是构成结构成分的聚合物基体：多糖，如纤维素和半纤维素、以及木素。这些高分子物质并不是均匀地分布在木材细胞壁中，在树的不同部位它们的相对含量是不同的。非结构成分，如抽出物和无机物，仅占很小的比例，大多由低分子量的化合物构成，主要沉积在细胞壁外部。此外，微量的含氮化合物，如蛋白质和生物碱，存在于木材的细胞壁中。
从热带到严寒地区，无论是针叶木还是阔叶木都广泛分布在地球上。与已知的阔叶木材种（约3500种）相比，已知的针叶木材种（约1000种）相对较少。然而，由于热带森林的大量开采，目前正在利用的商业材种仅占这些材种的很小部分。在北美，大约有1200种天然材种，其中100种是重要的商业材种。在欧洲，天然材种和重要商业材种的大致数量分别是100种和20种。
本节简要论述木材的结构和化学组成，重点介绍它们在制浆造纸工业的化学浆生产中的应用。同时对树皮也做了简要介绍，因为即使最高效的剥皮也会残留一些树皮，它们连同木材一起进入制浆过程。关于本部分的详细资料请参考文献，如入选教材和手册的适当部分（如结构和化学组成的资料[42-81]）。部分下面的章节1.2.1-2.6和1.2.8是以本丛书旧版第三卷为基础，《森林产品化学》（Per
Stenius主编），由Raimo Aln、Bjarne Holmbom和Per Stenius编写。
1.2.1 木材的宏观结构
当观察木材的宏观结构或形态时，很明显针叶木和阔叶木之间、不同材种之间、以及同一棵树的不同木材组织之间存在不同。木材是由梭形的细胞构成，这些细胞主要延树干的纵向定向分布。细胞之间通过孔洞联系，即纹孔，纹孔能传导树内的水分和养分。在针叶木中，细胞在形式上主要是纤维状的，因此称之为纤维（管胞）。在阔叶木中，有各种各样的特定细胞类型，如纤维、导管（微孔）、薄壁细胞。成年的树中，无论是针叶木还是阔叶木细胞绝大部分是中空的死细胞，因此形成的组织主要由细胞壁和孔洞组成，其中后者是管腔或细胞的中空内部（图1-3）。关于木材细胞将在本章后面的部分进行详细的说明。
图1-3 阔叶木和针叶木组织中沿树干纵向排列的梭形死细胞 [49]
图1-4为树干的横切面，显示了木材（木质部）和树皮的宏观结构。除了显示的特征，一些针叶木也有垂直的和水平的树脂道。木材细胞结构的特征只有通过在不同的方向观察其结构才能明确，因此，除了横切面图之外，在很多情况下同时研究径向和切向平面更能说明问题（图1-5）。
图1-4 成年松木树干的横切面，分别为（a）髓部，（b）心材，（c）边材，（d）内皮或韧皮部，（e）外皮或软木，（f）形成层，（g）次级射线，（h）初生射线，以及生长轮或年轮 [46]
图1-5 切断树干后呈现的横向、径向和切向平面 [52]
通常树皮的重量约等于树木总重的10%-15 %，树皮由两层组成：内皮（韧皮部）和外皮（软木或落皮层），内皮是具有活细胞的窄层，而外皮由死细胞构成，曾经是内皮的一部分。外皮的功能是保护树木不受机械损伤、微生物侵害、以及温度和湿度变化的影响。每一种树木材种的外皮解剖结构都是独特的。
形成层是由活细胞组成的组织薄层，在树皮和木质部之间，是细胞分裂和树木径向生长的地方。形成层每年都会在木质部产生新层，称之为生长轮或年轮（年增量），这样整个树干、树枝和树根按同心的生长轮排列。韧皮部细胞的分裂速度不如木质部细胞频繁，这样会使树木含有更多的木材而不是树皮。树的年龄可以根据树干的生长轮总数计算出来。树的生长速度与季节有关。生长轮的浅色部分为春材（早材），具有薄壁细胞和大的管腔（针叶木）或导管（阔叶木），在生长季开始时出现，以保证高效的水分输送系统。深颜色部分为夏材（晚材），含有提供机械强度的厚壁细胞，在生长季结束时出现。由于这种颜色变化是由早材和晚材细胞结构上的变化引起的，在大多数情况下生长轮是很容易辨认的。与早材相比，这些解剖结构上的差异反映出晚材的密度更高，这也导致早材和晚材纤维在造纸性能上存在差别。在温带地区，通常木材的生长始于春季并持续到夏季晚期。这意味着在每年的寒冷月份形成层是不活跃的。然而，如果连续生长，就会缺少规则的生长轮（特别是一直生长的热带木材）。在这种情况下，交替的阴雨季节也会导致生长轮的形成，尽管这些生长轮很难辨认。
早材和晚材间的边界是变化的。正如在落叶松中的边界可能非常明显，而白桦、白杨、山毛榉和桤木中几乎不存在边界。针叶木主要由管胞构成，尽管一些针叶木材种的晚材区域非常狭窄，但很容易从早材中区分出来。生长轮的宽度变化很大，这取决于树的材种和生长条件。如在北欧国家苏格兰松（Pinus sylvestris）的生长轮宽度变化在0.1-10
mm之间。同样的原因，晚材所占比例的变化可能非常大，通常北欧国家中针叶木晚材的比例为15%-40
%；这些国家北部地区的晚材比例相对于南部的部分地区更高。然而，在阔叶木中，早材和晚材的交替区域有些不同，主要是因为存在运输水分和养分的特殊导管或微孔。在一些阔叶木中，如栎树、岑树和榆树，大的导管集中在生长轮的开始部分，而小的导管则出现在晚材中。此类木材被称为环孔阔叶木。另一方面，在散孔阔叶木中，如白桦、白杨、山毛榉、枫树、桉树和白杨，导管的尺寸是一致的，在整个生长轮中的分布也是均匀的。结果这种更均匀的结构导致在散孔阔叶木中很难发现单个的生长轮。在某些阔叶木中，如桤木，横穿整个生长轮的微孔直径是逐渐减小的，或绝大部分位于早材中的导管具有不一致的微孔直径。这些木材通常被称为半散孔或半环孔阔叶木。
外部，成熟木质部的浅颜色部分被称为边材。它提供结构支撑，起到养分贮存器的作用，同时从根部输送水分到树叶中。尽管大多数边材细胞是死细胞，但仍然还存在部分活细胞（仅薄壁细胞）。因此边材是有生理活性的。木质部的内部通常由深颜色、无生理活性的心材组成，心材可能具有独特的气味，同时比边材具有较低的水分含量和较高的密度。心材由死细胞构成，不再参与任何水分或养分的运输，通常只有支撑作用。出现深颜色是因为细胞壁和细胞腔内会分泌树脂有机物、氧化的酚类和色素。此外，在很多材种中，部分这些化合物对腐化微生物具有毒性，实质上增加了心材的抗腐性能。然而，这些沉积物连同闭塞纹孔一起，使得在化学制浆过程中心材内的药液渗透比边材更困难。心材的形成从一定的树龄开始，这取决于材种（南方松树通常为15-20年），以及由于树木生长日益增大的树干比例。某些材种几乎完全由心材组成，只有非常狭窄的边材，而其它一些材种拥有少量的心材。一些阔叶木中，如白橡树，在心材的形成过程中导管内也会形成所谓的填充体，极大地降低了木材与液体之间的渗透性，为此，白橡树成为生产优质葡萄酒桶材料的代表。
木质部在水平方向存在木射线，木射线从外部的树皮一直延伸到髓心（初生木射线）或某些生长轮（次生木射线），而且在很多情况下这些木射线是肉眼可见的。它们呈现出不同宽度的浅色直线，其含量主要取决于树的材种。位于中央的髓部是可见的，在树干和树枝的中间如同深色的条纹。它表示在生长的第一年间软组织的形成。
1.2.2 树木生长
在活着的树冠（功能叶和芽、叶子）内，通过光合作用会生产各种养分，为树提供能量并供其生长。光合作用涉及到若干复杂的反应过程，主要是在叶绿素和光存在下由二氧化碳和水生成各种碳水化合物，（同化物，主要化合物是D-葡萄糖）。然而，光合作用并不能直接产生木材。相反，树的生长是利用光合作用产物，是生长点和导管形成层内细胞的分裂。分裂完成后，每一个细胞经历一系列发展阶段，包括细胞增大、细胞壁增厚、木质化和死亡。树的生长总是连续的，尽管后来会变得缓慢。木质部向上提供大量的传导水分和溶解矿物质，而通过韧皮部向下输送由叶子产生的光合作用产物和激素。木质部和韧皮部也有控制贮存容量的功能。真正的贮存主要出现在薄壁细胞内。
木材的形成是整个树木生长的整体方面，不仅包括树干、树枝和树根的直径增大，也包括这些主要部分的延长。这些可见的或微观的生长是特殊细胞区域-分生组织活动的结果。组成分生组织的细胞是未分化的，并在整个生命期具有分裂和产生新细胞（子细胞）的能力。每个细胞完成分裂之后，一个细胞（最初的）保留分生组织，而另一个细胞最终分化成一个成熟的细胞。
生长的树木包含两类分生组织：顶端或终端分生组织和侧面分生组织。顶端分生组织（生长点）即位于所有树干和树枝尖端的顶芽内部，和所有树根的尖端区域，其中根部的分生组织通常受到另一细胞区域-根冠的保护。这种纵向生长（主要生长）发生在生长初期。侧面分生组织（导管形成层）负责所有木材组织的形成。这种径向生长由形成层开始，形成层由单层的内含原生质的薄壁活细胞（最初的）构成。形成层区由数排细胞构成，这些细胞均具有分裂能力。在分裂时，初始细胞产生一个新的初始细胞和一个木质部母细胞，它们依次成长为两个子细胞；子细胞均具有进一步分裂的能力。更多的形成层细胞是向着木质部生长而不是向着韧皮部。因此，树中总是含有较多的木材而不是树皮。这种生长增加了树干、树枝和树根的直径，称为二次生长。
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