我国绿色造纸化学品开发应用现状与建议

姚献平，郑丽萍

（杭州市化工研究院，浙江杭州310014）

我国绿色造纸化学品开发应用现状与建议

姚献平，郑丽萍

（杭州市化工研究院，浙江杭州310014）

我国造纸工业“消耗高、污染大、效率低”的现象仍普遍存在，发展绿色造纸产业是我国迫切的选择。绿色造纸产业离不开绿色造纸化学品。该文介绍了我国在绿色造纸化学品开发及其应用方面取得的一些重要成果，并对今后我国绿色造纸化学品的发展提出了一些思考与建议。

绿色造纸化学品；造纸；开发应用；现状；分析；建议

绿色造纸化学品的含义在于造纸化学品制造与应用、源头和末端都实现绿色化。也就是说，造纸化学品的制造过程要符合绿色化学的原则，要采用绿色原料、绿色工艺，制造出绿色产品，不产生有害排放物；造纸化学品的应用过程有利于造纸过程做到清洁生产，使资源进一步节约，使能耗进一步降低，使废水排放量进一步下降，使废纸再生利用等，即促进造纸过程绿色化。发达国家正在积极推进绿色造纸，并已取得了很好的成效。

我国是一个造纸大国，但还不是一个造纸强国，和发达国家比较差距明显，粗放型的增长方式未根本改变，“消耗高、污染大、效率低”的现象还普遍存在。前几年由于一些小造纸厂对环境造成严重的污染，使人们一提起造纸就会联想起是一个污染严重的行业，绿色造纸对我国更为迫切。绿色造纸离不开绿色造纸化学品，近年来我国在绿色造纸化学品开发应用方面取得了许多可喜的成绩，本文将重点介绍我国在绿色造纸化学品开发及其应用方面取得的一些重要成果，并对今后我国绿色造纸化学品的发展提出了一些思考与建议。

1 我国在绿色造纸化学品开发及其应用方面取得的一些重要成果

1.1 非木材造纸专用化学品的开发与应用技术

这是一项针对我国造纸国情的绿色造纸化学品成果，项目由“非木材纤维专用增强剂”、“草浆造纸用助滤助留剂”和“新闻纸湿部专用化学品”等3个课题所组成，是国家“九五”重点科技攻关项目，由杭州市化工研究院、杭州纸友科技有限公司协同攻关完成。该成果获国家科技进步二等奖和中国石油与化学工业协会技术发明一等奖。

上述非木材造纸专用化学品的开发是基于我国的造纸国情：森林资源严重不足，森林人均蓄积量仅为世界人均水平的12.6%。2008年我国非木材纤维和再生纤维用量约占近78%，木材纤维比例仅占22%，是一个非木材纤维和再生纤维造纸大国。而世界造纸工业非木材纤维比例仅占7%，木材纤维比例占93%。2008年我国年产纸和纸板7 980万t，若全部采用木材造纸，年需木材约3.6亿m3。目前漂白木浆几乎100%依赖进口，2008年我国进口木浆、纸和纸制品、废纸共耗资166亿美元，居国家主要进口商品用汇的前列，并呈逐年上升趋势，可见采用非木材纤维和再生纤维造纸对保护我国森林资源意义十分重大。

由于非木材纤维和再生纤维短、强度低、滤水性差、含有大量杂化学物质，不仅严重影响纸机的抄造以及成纸的质量，还带来严重的“三废”污染。而且由于非木材或再生纤维存在大量杂化学物质的干扰，采用常规造纸化学品其效果甚微，造纸行业迫切需要专用化学品。

开发的上述非木材造纸专用化学品具有以下特点。

1.1.1 成果产品结构创新，并采用绿色的制造技术

产品以天然高分子（淀粉）为基本原料，通过分子设计，解决了应用过程中杂化学物质干扰的难题。产品具有多元结构，成功地在同一淀粉分子链中既接有阳离子取代基，又接有阴离子取代基，还接有其他功能性取代基。利用阴、阳离子间的相互协调作用及功能性基团的增效作用，使得产品能适用于杂质含量高、纤维质量差的非木材纤维及废纸纤维上使用。工艺采用的自动控制催化连续化粉体管道反应绿色清洁生产工艺，与传统技术相比，具有生产全过程无废水产生、反应效率高、质量稳定、生产成本低、投资少和节能等优点，实现了清洁化生产。

1.1.2 成果产品实现了绿色应用

成果产品用于非木材纤维造纸，以文化用纸为例，添加非木材纤维专用增强剂可提高纸张强度15%～25%，可节约木浆10%～35%；添加草浆助滤助留剂，可使打浆度下降20%～30%，能耗降低5%～15%，细小纤维与填料留着率提高10%～40%，白水浓度下降20%～30%。

以新闻纸湿部专用化学品为例，成果产品可以使再生新闻纸质量大大提高，生产成本降低，目前已被国内多家再生新闻纸厂所采用。

该成果产品不仅提高了造纸行业造纸质量，降低成本，节能减排，而且能明显节约木材纤维用量，保护森林资源，进而保护了生态环境。

1.2 高留着型表面施胶淀粉的开发与应用技术

高留着型表面施胶淀粉一方面能明显提高纸张质量，促进造纸产品转型升级，另一方面能明显降低造纸废水污染；且量大面广，市场需求迫切。该成果由杭州市化工研究院、杭州纸友科技有限公司以及化学工业（全国）造纸化学品工程技术中心协同攻关完成，2006年获中国石化协会科技进步一等奖。

所谓表面施胶，就是把施胶剂加到纸的表面，使纤维与纸体黏结，并在纸面上附着一层近乎连续的薄膜的方法。一般高档纸和纸板都必须要进行表面施胶，以增加纸页的表面强度、内结合强度等纸张物理强度指标。造纸工业最常用的表面施胶剂是改性淀粉，约占淀粉总用量的60%以上，多数为氧化淀粉等常规普通变性淀粉。普通变性淀粉与纤维亲合性差，当表面施胶过的纸回用时，其淀粉的留着率不到40%，即每吨纸若用60 kg氧化淀粉进行表面施胶，就有36 kg这种淀粉进入了白水系统，造成白水浓度升高，增加废水污染程度。同时，随着具有特殊表面性能数码用纸及其他高档办公用纸的快速发展，普通产品已难以适应，高留着型表面施胶淀粉正逐渐取代常规产品。

高留着型表面施胶淀粉具有以下特点。

1.2.1 成果产品采用绿色技术制造

成果产品以天然高分子淀粉为原料，采用多元分子结构，大大提高了对纸张纤维、填料包括阳性化学物质的亲合性能（见图1），并采用高效催化连续化粉体反应工艺，生产过程基本无“三废”，且效率高、成本低。

图1 新型高留着表面施胶淀粉对纤维填料及其他化学品的作用原理

1.2.2 成果产品应用绿色化

经应用试验证明，使用该产品用量只有常规产品的2/3，纸张表面强度仍大大高于常规产品，可以明显提高办公用纸的表面特性，使得办公用纸在喷墨以及后续印刷过程中获得了优异的印刷适性和运转性能，尤其适用于喷墨印刷纸；在数码技术高速发展的今天，市场前景十分广阔。更主要地是，该产品还可以提高纸机车速，提高纸机运行性能，减少干燥部蒸气消耗量；在纸张性能改善的同时可以提高填料用量，节约造纸成本；在损纸回用时，淀粉的留着率比常规产品高出1倍以上，白水浓度明显下降，可以减轻造纸废水污染。图2显示了采用高留着表面施胶淀粉时造纸白水中BOD的变化情况。由于其对环境友好的性能，已引起发达国家的高度重视，我国也把该项目列入高技术产业化项目。该产品目前已在国内外资企业UPM公司全球最先进的纸机上正常应用。

图2 采用高留着表面施胶淀粉（HCS-5）时白水中BOD的变化

1.3 中性造纸技术

中性抄纸技术是造纸新技术之一，其作用是使纸和纸板在中性条件下获得抗水性能。施胶剂主要有天然松香类施胶剂与合成类施胶剂2类。以前我国造纸施胶技术较为落后，大多采用传统的皂化松香施胶剂和用马来酸酐加成制得的强化松香施胶剂。传统的施胶技术需要大量的明矾作为松香胶的定着剂，造纸体系在酸性条件下进行，即所谓的酸性造纸。酸性造纸由于酸性高，不仅损害了造纸设备，而且抄造的纸强度低、保存期短，同时存在化学品用量大、成本高和环境污染大等缺点。中性或近中性施胶是现代造纸业发展起来的一项重要的造纸新技术，施胶pH从4.5～5.5发展到可以容纳碳酸钙作填料近中性施胶，主要采用有烷基烯酮二聚体（alkyl ketene dimer，AKD）和烯基琥珀酸酐（alkenyl succinic anhydride，ASA）合成类施胶剂。这2类施胶剂由于均含有活性基团，可以与纤维的羟基起反应而保留在纤维上，故也称反应性施胶剂。由于这类施胶剂可容纳较高的pH条件（pH=7.5～8.5），可以使用廉价的碳酸钙作填料，提高纸张的强度、白度，改善抄造性能，减轻环境污染而受到造纸行业的欢迎。发达国家80%以上的高档纸已实现中、碱性抄造。

我国从1989年开始引进中性抄纸化学品及技术，目前已国产化并在高档纸中迅速普及，如铜版纸几乎80%已采用中性施胶剂（主要为AKD）抄造。主要的AKD生产厂家有苏州天马、山东龙口及镇江化工研究所等。杭州市化工研究院纸友科技有限公司开发了与AKD及ASA配套的专用变性淀粉HR系列产品。国际上，中性抄纸技术均应用于高档木材纤维纸，而我国大量采用草类纤维造纸，由于草类纤维短，杂质多，留着率低，无法达到木材纤维中性造纸的效果。我国目前已成功解决了非木浆中性抄纸的技术难题，已有上千万吨纸采用了该项技术。造纸应用证明：中性造纸技术与传统的酸性造纸比较，不仅能明显提高纸张质量，而且可以使水耗下降25%左右，煤耗下降7%左右，浆耗下降10%左右，是一项经济、社会效益十分明显的绿色造纸新技术。

1.4 水溶性高分子聚合物

水溶性高分子聚合物也是一类绿色造纸化学品，应用面非常广泛。如聚丙烯酰胺（PAM），有阳离子、阴离子、非离子、两性离子以及各种相对分子质量、聚合度的产品。在造纸湿部应用时，可作为增强剂、助留助滤剂等。目前国内已有不少研究开发PAM的单位。日本播磨、荒川和星光PMC等都相继在我国建立工厂。2005年杭州杭化播磨造纸化学品公司引进了日本播磨化成株式会社的PAM干增强剂新产品，主要用于废纸造纸，取得了明显效果，发展迅速，已在国内不少大中型纸厂应用。PAM应用的新趋势是与变性淀粉或其他化学品共用，可以取得比单独应用更好的效果，且有利于降低添加成本。在中性抄纸中，由特殊的阳离子淀粉和一定相对分子质量的阴离子聚丙烯酰胺（APAM）组成的双元助留体系已普遍为纸厂所接受。PAM在造纸废水处理过程中也有着重要用途，如与聚合氯化铝（PAC）共用作为造纸废水处理絮凝剂，在我国造纸行业中已相当普及。

聚乙烯亚胺（PEI）也是良好的助留、助滤剂和水处理剂，但目前国内应用量还比较少。聚氧化乙烯（PEO）是优秀的纤维分散剂，在与变性淀粉、尿醛树脂（UF）等配伍时也具有良好的助留助滤作用。聚乙烯醇（PVA）更是常见的表面施胶剂。水溶性高分子聚合物，由于相对分子质量可调及多离子性特征，新的产品仍不断涌现，其专用性产品受到纸厂欢迎。水溶性高分子聚合物的应用技术研究更为迫切，专用设备、合成技术及复配应用技术的研究仍是化工与造纸行业科研开发的重要内容。

2 对我国绿色造纸化学品发展的几点建议

2.1 针对我国造纸行业存在的以非木材和再生纤维为主的原料结构特点，进一步重点开发一批非木材纤维和再生纤维专用化学品

我国造纸行业面临造纸纤维资源严重短缺的问题。我国的造纸纤维原料以非木材纤维和废纸纤维为主，近年来木浆使用比例有所上升，但仍仅占约22%，且绝大部分需要进口，2008年进口量达952万t，比2007年同比增长12.66%。我国是一个森林资源严重不足的国家，森林面积为1.75亿hm2，森林覆盖率为18.21%，人均森林占有面积在全球排名列第119位。目前我国可开采的木材资源远不能满足造纸工业的需求，而新造林地，没有10年左右时间，根本无法解决我国造纸工业的需求问题。因此，草木结合的道路在我国还有很长的路要走。以木浆为主造纸在中国短期内尚难实现。非木材纤维虽因环保等原因比例逐年下降，但绝对值仍在增加，2000年为1 116万t，2004年为1 180万t，2008年为1 302万t。我国是世界上草类原料资源丰富的国家，如何利用我国丰富的草类资源，借助各种造纸化学品生产出高质量的纸张以减少森林砍伐、保护环境是一项具有重要社会意义的工作。与木材纤维比较，草类纤维造纸质量差、断头多、车速慢、抄造困难、细小纤维流失严重等。正是由于木浆纤维与草浆纤维间存在的诸多不同，所适用的化学品也有相当大的差别。这就需要开发非木材纤维专用化学品。

另一方面，废纸再生作为造纸原料已成为造纸纤维原料的重要来源。许多经济发达国家都已立法支持废纸回用技术的开发研究工作，并规定了某些纸种中二次纤维的法定含量。近年来，全球废纸回收率和废纸在造纸原料中的占有率迅速提高，我国增长的比例尤为明显。再生纤维的应用、再生纸的制造在我国已越来越受人们的重视。我国近年来废纸进口量和消费量急增，废纸进口量2000年为371万t，2008年已达到2 420万t。废纸消费量2000年为1 431万t，2008年已达5 548万t，占全国纸浆消耗总量的60%。废纸的再生需要开发专用造纸化学品，如经过不同方式印刷的废纸回用时需要不同配方技术的系列专用脱墨化学品；废纸在回收前后受到细菌的侵蚀、紫外光的照射和空气的氧化，降低了纤维的强度，且易受残留油墨、胶粘剂等化学品干扰，急需开发能抗废纸残留化学品干扰的再生纸专用增强剂。同样急需开发能针对废纸中细小纤维、填料和杂质多的特点，具有抗干扰同时兼顾强度指标的再生纸专用助留助滤剂及其应用技术。另外，在废纸中有许多胶粘剂等杂质，处理不慎在抄造时会产生粘缸、粘网等情况，造成抄纸障碍，这就需要开发树脂障碍控制剂等。

2.2 针对我国造纸行业节能减排的严峻形势，急需开发造纸清洁化生产专用化学品

根据国家环境保护总局统计，2007年制浆造纸及纸制品产业（统计企业5 818家）用水总量为100.4亿t，造纸工业2007年废水排放量为42.5亿t，占全国工业废水总排放量的19.25%。排放废水中化学需氧量（COD）为157.4万t，占全国工业COD总排放量的34.74%。造纸过程是一个复杂的化学和物理过程，从制浆到造纸全过程要做到清洁生产或称为绿色工艺生产离不开各种造纸环保专用化学品和采取各种环保措施。造纸废水治理是一个系统工程，要源头治理与末端治理相结合；物理、化学和生物技术相结合；应用技术与装备相结合。如在制浆过程要开发减少制浆蒸煮时间以及碱的用量的专用化学品和安全、高效新型的漂白剂等；在造纸湿部，要开发新型高效助留助滤剂及应用技术，尽可能多地将细小纤维和填料等造纸原材料保留在纸上，并提高滤水性能，减少能耗；对造纸废水要开发高效有机或无机的废水处理化学品及其应用技术和装备，努力使造纸行业吨纸的用水量、排水量降到国际先进水平。

2.3 针对我国造纸行业纸张表面处理技术落后的状况，要加快开发纸张表面处理关键化学品

目前我国纸张表面处理的化学品存在纸张表面强度低、印刷适性差、与纤维结合力弱以及在损纸回用时容易进入废水系统造成环境污染等问题，急需通过复配、增效等绿色技术，研发高表面强度和绿色表面施胶剂，提升纸和纸板的档次；研发以天然可再生资源为原料的涂布黏合剂，部分替代环境污染较为严重的合成胶乳黏合剂。

2.4 针对我国造纸行业特种纸开发技术落后的状况，要加快开发一批特种纸专用造纸化学品

与工业发达国家相比，在纸的品种和质量方面的差距很大，国外纸的品种有1 000多种，而国内能生产的纸只有600余种。对造纸化学品依赖度大的高档纸、特种纸在国内是紧销产品，也是造纸行业的高利润区，且在同样的产值利润下，可以节约更多的资源。2008年，我国特种纸和纸板产量140万t，占纸和纸板总产量的1.75%；与2007年比较，增长16.67%，尽管增速较快，但总量较低，与发达国家比较差距明显。因此，我们要加强开发特种纸和特种纸专用化学品，如彩色喷墨打印纸、防伪纸、保密纸、热敏纸、阻燃纸、抗静电纸、导电纸、装饰纸和食品包装纸等所需要的各种特殊的专用化学品。

3 结束语

绿色造纸化学品对我国造纸工业转型升级、节能减排和清洁生产有着极其重要的作用。随着我国造纸工业的高速发展，造纸化学品作为精细化工新领域，已列入国家重点发展的高新技术。我国是一个造纸大国，也必将成为造纸强国。我们希望造纸化学品开发研究及推广应用单位能更好地为我国造纸工业的绿色化发展作出贡献。

［1］中国造纸协会.中国造纸工业2008年度报告［J］.中华纸业，2009，30（9）：6-17.

［2］郑丽萍,姚献平.高草浆配比中性抄纸技术［J］.造纸化学品，2001，13（50）：19-23.

［3］博格，姚献平，郑丽萍.新型高留着表面施胶淀粉的应用技术［J］.造纸化学品，2001，13（48）：2-6.

［4］姚献平，郑丽萍.我国造纸化学品现状及展望［J］.精细化工，2005，22（7）：481-484.

Status and Suggestions on Exploitation and Application of Green Paper Chemicals in China

YAO Xian-ping，ZHENG Li-ping
（Hangzhou Research Institute of Chemical Technology，Hangzhou 310014，China）

Developing green papermaking industry is an urgent choice in China since the phenomena of high energy consumption，high pollution and low efficiency still exist universally in our papermaking industry.Green paper chemicals are essential to papermaking industry.Some important achievements in the exploitation and application of green paper chemicals were introduced，and suggestions for the future development of green paper chemicals in China were put forward.

green paper chemicals；papermaking；exploitation and application；status；analysis；suggestions

book=2,ebook=59

TS727-1

A 文献标识码：1007-2225（2010）01-0002-05

姚献平先生（1950-），教授级高工，享受国务院特殊津贴；杭州市化工研究院院长；浙江省特级专家，中国造纸化学品工业协会理事长；中国化工学会理事，精细化工专业委员会委员；《精细化工》编委；第十一届全国人民代表大会代表；多年来一直从事造纸化学品的研究开发工作，取得包括国家科技进步二等奖在内的科技成果20余项次；电话：0571-88319461。

2009-11-23

本文文献格式：姚献平，郑丽萍.我国绿色造纸化学品开发应用现状与建议[J].造纸化学品，2010，22（1）：2-6.