細(xì)菌纖維素在造紙行業(yè)中的研究與應(yīng)用進(jìn)展

劉玉智，李景超，陳立宗，江 婷，陳 輝，郝 翠，程 燕，孫蕓蕓

(1.齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院)，山東省分析測試中心，山東 濟(jì)南 250014；2.山東藍(lán)城分析測試有限公司，山東 濟(jì)南 250102)

1 細(xì)菌纖維素性質(zhì)簡介

細(xì)菌纖維素是一種用微生物發(fā)酵的納米顆粒生物聚合物。主要包含以下特性：(1)具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，細(xì)菌纖維素由纖維直徑約0.01μm至0.1μm的纖維組成，纖維強(qiáng)度高，抗拉效果好[1]。(2)內(nèi)部有許多疏松的孔洞，使其具有高吸水性、高保水性及液體和氣體的高效滲透性[2]。(3)不含木素、半纖維素等其他物質(zhì)，全部由纖維素組成[3]。(4)生長周期短，遠(yuǎn)小于木材生長周期。(5)重復(fù)利用性好，自然條件下，細(xì)菌纖維素可以降解為葡萄糖，環(huán)境友好性質(zhì)優(yōu)越[4]。

2 細(xì)菌纖維素在改善紙張物理性能方面的應(yīng)用

在造紙工業(yè)中，細(xì)菌纖維素可以提高紙張的強(qiáng)度、耐折度、撕裂度等物理性能。將細(xì)菌纖維素引入紙漿中可以使得高級(jí)書寫紙的吸墨均勻性、附著性明顯提高。除此之外，細(xì)菌纖維素在提高特種紙強(qiáng)度方面也具有積極作用。

2005年，修慧娟等[5]發(fā)現(xiàn)將40°SR的針葉木漿中加入3%的已被高速勻漿處理的細(xì)菌纖維素時(shí)，抄造出的紙張物理性能較好，其紙張的耐折度上升為原來的2.98倍；耐破度，撕裂度都有較大幅度的提高。對于脫墨廢紙漿來說，在其中加入2%的細(xì)菌纖維素時(shí)，紙張各項(xiàng)物理性能均有提升。

2018年，周丹丹等[6]利用醋酸酐得到乙?；募?xì)菌纖維素，再將乙?；募?xì)菌纖維素作為表面施膠劑，與淀粉按一定比例配制后對紙張進(jìn)行施膠，可以使施膠后的紙張強(qiáng)度性能有較大幅度的增強(qiáng)。在施膠劑中加入少量乙?；募?xì)菌纖維素，可使施膠劑粘度減小、施膠的效果增強(qiáng)。

2010年，羅先毅、夏新興課題組[7]發(fā)現(xiàn)細(xì)菌纖維素以3%的含量添加至紙漿時(shí)，抄造出的紙張白度降低3.58%，油墨吸收值降低1.38%，紙張的光澤度、表面強(qiáng)度、平滑度、表面效率均有所提高。

3 細(xì)菌纖維素在特種紙制備中的應(yīng)用

2018年，徐紅霞等[8]利用細(xì)菌纖維素可塑性高、抗撕能力強(qiáng)、可降解性好、通透性好等性質(zhì)，設(shè)計(jì)出一種可降解食品包裝紙。該可降解型食品包裝紙具有強(qiáng)度性能優(yōu)異，抗水性能好，并且可在自然條件下降解，減少對環(huán)境的污染等優(yōu)點(diǎn)。該可降解型食品包裝紙主要由紙質(zhì)基層、細(xì)菌纖維素膜、防腐劑層、黏膠層組成。

2016年，王曉迪、趙傳山等[9]對細(xì)菌纖維素進(jìn)行了染色，將其加入到水性涂料中對紙張進(jìn)行涂布加工。該方法改良的紙張具有防偽性能高、強(qiáng)度好和防水性能好的特點(diǎn)。

2015年，宋冰等[10]發(fā)現(xiàn)分散均勻的細(xì)菌纖維素，可以在不同紙漿抄造出的紙質(zhì)基膜上形成一層質(zhì)密的細(xì)菌纖維素層，進(jìn)而得到細(xì)菌纖維素紙質(zhì)復(fù)合微濾膜。該復(fù)合膜對活性干酵母分散液有良好的過濾分離效果，同時(shí)，該復(fù)合膜具有強(qiáng)度高、耐高溫、耐堿的優(yōu)勢。

2010年，劉忠等[11]在針葉木漂白硫酸鹽漿中加入細(xì)菌纖維素進(jìn)行抄紙，抄造出的紙張抗張指數(shù)和靜態(tài)彈性模量有明顯的提高，動(dòng)態(tài)彈性模量和動(dòng)態(tài)比彈性率也有所提高。當(dāng)細(xì)菌纖維素添加量為8%時(shí)可以良好改善紙質(zhì)振膜的聲學(xué)特性。

4 細(xì)菌纖維素在造紙廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用

2017年，孫映宏等[12]成功制備了細(xì)菌纖維素三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)物，并將其用作了絮凝材料，該種細(xì)菌纖維素絮凝材料具有優(yōu)異的廢水處理作用，濁度去除率可達(dá)94.6%。

5 細(xì)菌纖維素在老化紙張修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用

細(xì)菌纖維素具有對于液體和氣體的高效滲透性、高吸水性、高保水性等特點(diǎn)，進(jìn)而使其具有一定的老化紙張修復(fù)功能。

2015年，張志惠等[13]將細(xì)菌纖維素均勻分散后涂在紙張表面，用玻璃棒將其輥涂均勻，之后使多余的水分完全揮發(fā)。實(shí)驗(yàn)證明細(xì)菌纖維素具有修復(fù)紙張、增加紙張物理強(qiáng)度的作用。

2017年，段大程等[14]將細(xì)菌纖維素和殼聚糖以不同濃度配比混合后噴涂在紙張上，發(fā)現(xiàn)當(dāng)1%細(xì)菌纖維素和1%殼聚糖配伍時(shí)，干燥后紙張的抗張強(qiáng)度和撕裂度提高明顯，并且對紙張的平滑度和白度無明顯影響。該方法不僅可能應(yīng)用于老舊紙張的修復(fù)方向，亦為紙質(zhì)文物的保護(hù)提供一種新的方向。

6 結(jié)束語

作為一種新型的生物質(zhì)材料，細(xì)菌纖維素在增強(qiáng)紙張物理性能、制備特種紙、處理造紙廢水、修復(fù)老化紙張等諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用和廣闊的發(fā)展前景。鑒于當(dāng)前科學(xué)技術(shù)和工業(yè)條件的限制，細(xì)菌纖維素因產(chǎn)量低和制造成本高的弊端，目前仍難以大批量生產(chǎn)。因此，提高細(xì)菌纖維素的生產(chǎn)效率，降低細(xì)菌纖維素的生產(chǎn)成本將成為下一步細(xì)菌纖維素研究的另一重要方向。