紙化融合 貢獻(xiàn)價(jià)值

編者按 造紙工業(yè)已經(jīng)取得了飛速的發(fā)展，尤其是在中國(guó)未來(lái)的市場(chǎng)潛力巨大，但造紙工業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)化學(xué)工業(yè)，在2019中國(guó)國(guó)際造紙創(chuàng)新發(fā)展論壇上，中科院寧波材料所博導(dǎo)、研究員，浙江鑫甬生物化工股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱浙江鑫甬）總工程師方省眾從化學(xué)工業(yè)的角度，圍繞造紙行業(yè)背景、浙江鑫甬產(chǎn)品產(chǎn)能、浙江鑫甬價(jià)值貢獻(xiàn)等方面，做了關(guān)于造紙化學(xué)品的精彩報(bào)告。

1 背景介紹

《美國(guó)森工產(chǎn)業(yè)2020路線圖》中的六大產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略包括：持續(xù)減少制漿造紙企業(yè)的碳排放和能源消耗;進(jìn)一步削減產(chǎn)業(yè)的新鮮水用量50%;增加高質(zhì)量的植物纖維和低價(jià)的生物質(zhì)供應(yīng)量;提高高質(zhì)量纖維和低價(jià)生物質(zhì)產(chǎn)品的價(jià)值;研發(fā)新的產(chǎn)品和拓展產(chǎn)品的特性;改善木材和纖維產(chǎn)品的循環(huán)回用?！睹绹?guó)森工產(chǎn)業(yè)2020路線圖》明確指出節(jié)能減排的目標(biāo)為：產(chǎn)業(yè)取水量進(jìn)一步減少50%;生產(chǎn)過(guò)程能耗減少25%;溫室氣體（GHG）排放減少25%。依據(jù)《美國(guó)森工產(chǎn)業(yè)2020路線圖》發(fā)展戰(zhàn)略，未來(lái)造紙業(yè)的可持續(xù)發(fā)展主要是指廢紙回收利用與使用水量減少（循環(huán)化）相結(jié)合。其中廢紙回用帶來(lái)的問(wèn)題主要包括：造紙?jiān)w維的減少、纖維間強(qiáng)度的降低以及細(xì)小纖維、陰離子垃圾集聚及電導(dǎo)率升高等。為了解決廢紙回用帶來(lái)的問(wèn)題，很有必要發(fā)展高效的造紙助劑，尤其為了提高紙張強(qiáng)度，開(kāi)發(fā)造紙用干強(qiáng)劑，浙江鑫甬在造紙干強(qiáng)劑方面就進(jìn)行了比較大的布局，包括技術(shù)的創(chuàng)新。

造紙干強(qiáng)劑最初是由改性淀粉等天然高分子用于紙張?jiān)鰪?qiáng)，但是淀粉纖維之間的結(jié)合力比較小，2000年后，以日本科學(xué)家田中浩雄、土歧宏俊、中島正人及鈴木洋為代表的科學(xué)家們，發(fā)明了化學(xué)干強(qiáng)劑，推進(jìn)了聚丙烯酰胺（PAM）型干強(qiáng)劑的發(fā)展，造紙中陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的具體增強(qiáng)原理見(jiàn)圖1。與傳統(tǒng)的改性淀粉相比，聚丙烯酰胺能與帶負(fù)電荷的纖維基填料發(fā)生不可逆吸附，使紙張強(qiáng)度增加，具有用量少，使用效果好，可以在較廣泛的pH值范圍內(nèi)使用等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)紙張強(qiáng)度、填料留著和濾水都有很好的改善，能夠進(jìn)一步滿足造紙生產(chǎn)實(shí)際的需要而且改善淀粉增強(qiáng)后的廢水問(wèn)題。浙江鑫甬主要生產(chǎn)干強(qiáng)劑、助留劑、AKD，本報(bào)告主要分析了浙江鑫甬生產(chǎn)的干強(qiáng)劑。

2 產(chǎn)品發(fā)展

傳統(tǒng)的干強(qiáng)劑一般都是丙烯酰胺（Acrylamide，簡(jiǎn)稱AM），AM的結(jié)構(gòu)圖及3D結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。AM從分子構(gòu)造上看，可以認(rèn)為是帶烯烴羧基的羥基被氨基所取代，或者也可以認(rèn)為是胺類中的氫被帶聚合雙鍵的烯烴羧基所取代，是一個(gè)具備雙官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)分子，因?yàn)锳M存在易自由基打開(kāi)的碳碳雙鍵，使得AM作為水溶性聚合單體自聚或者與其他功能單體共聚用于制備各種功能性高分子材料，尤其以聚丙烯酰胺為主，聚丙烯酰胺是一種線型的水溶性聚合物，在石油開(kāi)采、水處理、紡織印染、造紙、選礦、洗煤、醫(yī)藥、制糖、養(yǎng)殖、建材、農(nóng)業(yè)等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用，有“百業(yè)助劑”“萬(wàn)能產(chǎn)品之稱”。AM的具體應(yīng)用范圍、性能見(jiàn)表1。

紙張干強(qiáng)劑是一種用以增進(jìn)纖維之間的結(jié)合，以提高紙張物理強(qiáng)度（挺度、抗張強(qiáng)度、環(huán)壓強(qiáng)度、耐破度等）而不影響濕強(qiáng)度的精細(xì)化學(xué)品。在造紙過(guò)程添加干強(qiáng)劑，可以避免提高打漿度引起的紙張緊度升高，濕變形增大，不透明度、吸收性、透氣度乃至撕裂度下降等問(wèn)題。干強(qiáng)劑、AKD和助留劑在造紙中的工藝流程見(jiàn)圖3。

隨著干強(qiáng)劑技術(shù)的發(fā)展，聚丙烯酰胺中傳統(tǒng)的陽(yáng)離子單體DMC/DM升級(jí)為新型的陽(yáng)離子單體DPC，單體的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，其進(jìn)一步優(yōu)化了干強(qiáng)劑的功能和特點(diǎn)，具體發(fā)展趨勢(shì)見(jiàn)圖4。傳統(tǒng)的陽(yáng)離子單體DMC/DM是酯類單體，易水解，使用工況環(huán)境受限，在溫度大于35℃環(huán)境下，陽(yáng)離子單體DMC/DM很容易發(fā)生降解而失去活性。而浙江鑫甬所建設(shè)生產(chǎn)的新型陽(yáng)離子單體DPC為酰胺類單體，其鍵合更為穩(wěn)定，不容易發(fā)生降解，表現(xiàn)為優(yōu)異的耐溫及耐剪切性能，避免了提高打漿度引起的紙張緊度升高問(wèn)題。新型陽(yáng)離子單體DPC擁有更長(zhǎng)的陽(yáng)離子支鏈，其疏水性更強(qiáng)，能更好的絮凝、凝聚和促進(jìn)固液分離，表現(xiàn)為與纖維的鍵合結(jié)合能力增強(qiáng)，改善其強(qiáng)度性能，濾水性能。這也是浙江鑫甬研發(fā)的新產(chǎn)品。

3 浙江鑫甬的貢獻(xiàn)價(jià)值

浙江鑫甬生物化工股份有限公司成立于2004年，公司位于國(guó)家級(jí)石化開(kāi)發(fā)區(qū)——寧波石化經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，廠區(qū)占地總面積33000m，注冊(cè)資金7328萬(wàn)元，是全國(guó)功能高分子行業(yè)委員會(huì)理事長(zhǎng)單位。浙江鑫甬依托清華大學(xué)和中科院，致力于微生物法丙烯酰胺及聚丙烯酰胺系列產(chǎn)品的研究和開(kāi)發(fā)，成立了省級(jí)企業(yè)研發(fā)中心，浙江鑫甬研究開(kāi)發(fā)的基因工程分子定向進(jìn)化技術(shù)及高分子質(zhì)量速溶型聚丙烯酰胺系列產(chǎn)品已取得突破性進(jìn)展，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。浙江鑫甬目前建立了非常完善的質(zhì)量管理體系，通過(guò)了1509001：2008質(zhì)量管理體系認(rèn)證，ISO14001：2004環(huán)境管理體系認(rèn)證，產(chǎn)品覆蓋全國(guó)各地，并出口到歐美、東南亞、南美、非洲、中東等國(guó)家和地區(qū)。為了輻射中部、包括西部的一些市場(chǎng)，除了在寧波布局之外，2018年在湖北宜昌又布局了湖北鑫甬公司，占地面積86000m，這是公司發(fā)展的一個(gè)重要區(qū)域優(yōu)勢(shì)。另外在產(chǎn)業(yè)鏈方面，浙江鑫甬具有完整的產(chǎn)業(yè)鏈（見(jiàn)圖5），在未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中這很有可能是一項(xiàng)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。浙江鑫甬的主要產(chǎn)品及產(chǎn)能見(jiàn)表2，目前我國(guó)干強(qiáng)劑的市場(chǎng)總量大概每年四五十萬(wàn)噸，而浙江鑫甬的計(jì)劃產(chǎn)能為29萬(wàn)t/a，所以浙江鑫甬的布局還是比較前瞻的。

浙江鑫甬非常注重研發(fā)技術(shù)的創(chuàng)新，其技術(shù)研發(fā)流程圖見(jiàn)圖6，浙江鑫甬配有齊全的先進(jìn)研發(fā)測(cè)試設(shè)備，已與中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、北京大學(xué)建立了產(chǎn)學(xué)研合作。浙江鑫甬已申請(qǐng)技術(shù)專利20余項(xiàng)。