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陈希荣:新型造纸技术及其发展趋势详论

时间:2009-09-21 10:45:56来源:科印网作者:陈希荣

  一、开发新型造纸技术和包装材料的背景
  2002年亚洲纸及纸板总产量己达1亿吨以上,但因为人口众多(约20亿),故人均耗纸量仅为41.8公斤,其中日本为242公斤,中国33公斤,印度5.6公斤。纸、板纸消费有年增长率达到3.1%,特别是亚洲和南美增长更为迅速,一方面纸浆的需求呈现低迷态势,另一方面,再生纸在世界范围内广泛得以利用。从品种来看,印刷用纸和包装用纸、板纸在纸类消费中占的比例较高。
  目前,我国纸及纸板的生产量和消费量均居世界第2位,仅次于美国,在世界造纸工业竞争格局中已具有相当的影响力。随着世界经济的发展,纸产品消费的增长,今后全球纸业的发展将面临资源约束、环境压力等问题,我国造纸工业也面临着很多的问题。
  我国已是世界上纸及纸板生产大国和消费大国。2007年全国纸和纸板生产企业约有3500家,全国纸和纸板生产量7350万吨,消费量7290万吨,人均年消费量为55千克。2000~2007年生产量年均增长13.39%,消费量年均增长10.72%.均高于同期中国国民经济GDP年均增长率。到2010年我国纸和纸板产能规划提高到9000万吨。
  从全国范围看,纸及板产量前九个省山东、浙江、广东、河南、江苏、河北、福建、湖南和四川;纸及板产量合计达3402万吨,占全国纸及板总产量的83%。2003年,我国东部地区12个省(区)市,纸及纸板产量占全国纸板产量比例的72.5%,中部地区9个省(区)比例为21.8%,西部地区9个省(区)市比例5.7%,从全国各省纸及纸板产量完成情况和造纸区布局变化看,生产集中度己越来越高。作为我国三大造纸工业生产的主要基地。造纸工业已经成为地处我国三大造纸工业集群--珠江三角洲集群、长江三角洲集群和环渤海集群的广东、浙江、江苏、山东等省的支柱产业,造纸主业高速发展,产能急剧膨胀。对此,一些专家不无担心;产能不断增加,必然导致集群内有限的水、原料等资源的强烈竞争。这一点应该引起行业的足够重视。因为种种迹象表明--资源紧缺为产业集群添堵,资源危机迫近造纸产业集群。
  在产业集群对我国造纸工业规模化、现代化发展起到重要作用的同时,一个不容忽视的现象浮出水面,即形成资源紧缺的不利局面。资源危机紧迫造纸产业集群.近年来,由于纸业增长迅猛,而麦草原料资源有限,这使得2003年山东省内的麦草价格几乎翻了一番,令企业叫苦的是,麦草质量差、水分高、而且杂质多,山东的许多企业不得不到江苏、安徽、河南、河北邻近省份大量购买麦草,甚至到东北购进芦苇,从而加大了成本,影响了行业经济效益。我国森林面积仅占世界的3.9%,森林蓄积量不足世界总蓄积量的3%,森林覆盖率为13.92%,人均森林面积和人均蓄积量都低于世界平均水平,分别排列在世界的120位和121位,森林覆盖率排在142位.我国每年进口大量的木材及其制品,以满足市场需要.但靠进口林产品来解决我国需求总量不足不是长久之策,一是国家经济实力还不强大,难以每年拿出上百亿外汇来进口林产品;二是国际木材市场变幻莫测,依赖进口将使我国处于极为被动的局面.
  其次,由于部分树种自身容易遭受病虫害的侵袭,作为包装材料要受到加工条件和工艺的限制,在进口贸易中成本过高.再次,大量采伐木材无疑对环境造成不利影响,同时植树造林及其成林速度远不能满足市场对木材的需求.因此,必须尽早开发利用其它绿色材料来替代造纸原料及木质包装材料。值得注意的是中国大陆发展之情况,其林纸一体化政策正落实推动,将增加森林覆盖率,目前仅为16%(欧洲为36%),并供制浆原料,其非木材(竹、草类)2007年产量为1300吨,是世界之冠。该方面之造纸技术也领先全球。
  目前我国造纸新产品开发随着国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高,市场对高档纸种的需求日益旺盛,近年来开发的新纸种如彩印新闻纸、轻量涂布纸(LWC)、超级亚光纸(SC)、轻型胶印纸、美术铜版纸、彩色喷墨打印纸、涂布白卡纸、涂布牛皮卡纸、各种防伪纸等等。现在全国生产的纸种已发展到600~700种,基本上满足了社会的需要。

  二、造纸新技术
  (一)香蕉树造纸法
  日本国家化工实验室已发明了一种用甘蔗渣和香蕉制纸浆的方法,可取代用木浆造纸的方法,是一种造高强度纸的技术。造纸法是先将树木和其他制纸原料放在硫化钠和氢氧化纳内煮,然后放在漂白剂内漂白,产生一股很强的气味和大量漂白废料。新造纸法不必经过漂白这一关,而且又可用循环工序处理废料,防止污染。这种造纸法生产成本低,最适合小规模造纸厂采用。
  该技术的关键在于,将香蕉纤维处理成象棉维那样光滑。具体方法为:剥下的香蕉皮,用制蔗糖用的压榨机使其脱水,然后将其发酵。将一般生产棉、麻等纤维生产用的开松机进行一定的改造,就可用于香蕉纤维的纺织。这样制成的香蕉布手感如麻,可以用于制作食品的包装袋。
  (二)醋菌纤维造纸法
  用醋菌纤维作造纸原料,因其极高的纤维素纯度免去了一般植物纤维质素的制浆过程。日本在造纸业中将醋菌纤维素加入纸浆,可提高纸张强度和耐用性,并解决了废纸回收再利用后纸纤维强度下降的问题,加菌纤维用于普通纸浆中可造出高品质特殊用纸,例如Ajjnomoto公司与三菱公司合作开发用于制造货币的特级纸,印刷质量好、抗水、强度高。加有菌纤维的高级书写纸吸墨均匀性、附着力好。菌胶纤维机械匀浆后与各种相互不亲和的有机、无机粉末和纤维材料混合制造不同形状及用途的膜片、无纺布和纸张,十分牢固,充分利用了纳米级超细纤维对物体极强的缠绕组合能力和拉伸强度。在制造过滤吸附有毒气体的碳纤维板时,加入醋菌纤维素,可提高碳纤维的吸附容量,减少纸中填料泄漏。
  (三)取代木材的新型材料
  1.以秸杆为主要材料,结合高分子化工原料如PP、PVC等其他辅助材料,用现代工业设备加工成各类产品。产品与传统原材料相比,具有高防水、防火、防蛀、防酸、表面耐擦、无化学反应、无放射性、易清洗、抗老化、不易碎、重量轻、强度高、环保适应性极佳等特点。工艺采用结皮低发泡、交联或纳米等技术。除了产品图案色彩可用本身特有的特点从成品中一次成型外,还可采用后加工的表面式、内置式涂装。因原材料本身的物理性能不易氧化,故涂装的色彩不褪色、耐老化、色泽均一、不脱落、色彩丰富、丽质清新、可满足不同品位消费层的心理需求。
  2.草+塑胶=木。美国肯萨斯州一家工厂,用小麦杆、塑胶碎粒、旧报纸和少许木材,制成一种新木料,目前已代替木材,开始用来制造电线杆,将来还会用来制造铁路枕木、甲板、栏杆和门窗。有了这种生物合成木料,便可减少砍伐树木的数量,也可降低成本。这种木材还有一个好处,不会像普遍木材般弯曲或裂开,而且由于加入了不同颜色的塑胶,因此可以用不同油漆。这种木材也可像普通木材般切开,做成不同形状。植物纤维与塑胶的不同比例,可制成不同种类的木材。若使用多些纤维少些塑胶,便可制成较轻的品种,而且柔软度也较大,承受力比某些木材还要大50%至90%,使用寿命也长些,而且不会由于紫外光照射而变质;若要制造防水或室外用途的强力木材,则要多用些塑胶少用些纤维。
  (四)纳米结构表面纸
  华中师范大学纳米科技研究院开发一种新型超疏水、自洁净的纳米结构表面纸(新型防水纳米纸),采用纳米分散技术将有机母液分割成微米尺度的“小岛”,无机纳米颗粒均匀分散在“小岛”中,形成了超疏水的类荷叶结构。据有关方面介绍,这种纳米纸是在普通纸的表面制备了一层纳米结构的薄膜,除了具有普通至的功能外,还具有超疏水、自洁净、防潮、耐老化、光纤柔和、吸水性低、降低伸缩率、提高印刷表面强度等优异性能,该产品利用了超疏纳米结构涂层技术,提高了纸张疏水性和表面强度,而且工艺简单,成本低廉,易于产业化。在纸产品的应用属国内首创,且其增加成本仅为普通纸成本的10%左右,因此,具有广阔的市场前景。

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