造纸化学品：创新与发展

造纸工业的快速发展给造纸化学品行业带来了巨大的市场空间，如何推进现代造纸化学品的创新？这些创新将如何引领发展？该文介绍了全球领先的造纸化学品供应商有关专家的一些观点。

众所周知，“需求是发明的动力”，创新或发明不会凭空出现，而是由需求所驱动。或许对于造纸生产商而言，面临来自多个方面的需求压力是一件幸运的事情。终端客户需要提升产品性能或者需要开发新产品，以满足日益变化的生活需求；投资商希望控制成本；同时还面临着来自全球环境的资源可持续利用压力，所有这些都要求制浆造纸生产商不断地调整、提升和创新。

随着造纸科学和实验能力的大力发展，制浆造纸生产中各种各样的化学品能够满足来自各方面的需求，例如，开发新的纸种、赋予纸张新的性能、调整工艺以适于水循环和纤维回用，因此我们需要咨询造纸化学品供应商的专家，重视造纸化学品的创新。哪些是推动当前快速发展的必要因素？这些创新如何引领未来？

1 需求驱动创新

各种各样的需求是促进创新的动力，对提升产品质量、扩大生产能力、改善可持续性、降低生产成本和提升自动化都发挥了重要推动作用。这些需求之间并不是相互排斥的，而是以一种较为复杂的方式相互联系，因此为了得到最优的结果必须充分考虑这些需求因素间的相互作用。

“例如，大部分以可回收纸为原料的包装纸生产商都期望在维持产品强度的前提下利用较低质量的原料生产更低定量的产品，包装纸的这一发展趋势会对产品质量、产能、成本和可持续性均造成直接的影响。”索理思公司的赫克力士制浆造纸分部北美地区应用业务部主管（以下简称“索理思业务部主管”）指出，“推动造纸工业水循环或水封闭循环利用的另一方面是推进创新。减少新鲜水用量，循环水系统中的污染物会增加，这会影响湿部化学的性能。我们正在开发各种解决方案，以适应这种更加复杂的体系和环境，使化学品发挥最优效果。”

凯米拉公司的制浆造纸美洲部业务发展和应用开发部主任（以下简称“凯米拉开发部主任”）将这种非互斥的驱动分为2类：一种是基于消费者需求，另一种是针对设备效率的优化。纸种和化学品的发展是多方面的，现代造纸生产商重点关注环保兼容性、回收纸的再疏解性、可堆肥性和可持续性。他强调，“改性纤维素、纳米纤维素及其相关的衍生物推动了新型助剂以及与湿部化学品的相互作用和纸张性能的发展。”

凯米拉开发部主任指出“其他的重要推动力还包括纸张强度性能和原料成本。生产商为了维持竞争力，使用低成本、强度差的纤维原料将是一种趋势，这种现象在北美地区较为突出，尤其是包装纸生产商，使用的纤维原料本身强度较低，且反应性能较差，这对维持纸机运行性和成品的质量将是较大的挑战。”对于印刷书写纸，降低纤维原料成本对期望在全球经济环境中提升竞争力的北美企业最为重要，且北美地区企业的设备较其他地区落后。“目前按需印刷和定制化生产越来越重要，提高加填量，用更多的填料代替纤维非常必要，同时需要保证成纸性能（挺度和表面强度）仍能满足后续的加工要求和消费者的需求。”

“提升纸机效率，即以最少的成本做最多的事情”，凯米拉开发部主任接着说，“这意味着使用较少的纤维、水和能量，其中水的质量和用量的管理是关键。从工厂封闭水循环系统产生的问题到泡沫成形等新技术，化学品供应商不断面临着为解决这些问题和实现目标而提供产品和工艺的挑战。”

“使用更少获取更多”，这是由需要利用有限的资源提升竞争力所驱动。“我相信在当今全球原料资源缺乏、能源成本不断增加和监管日益加强的环境下，有效管理资源实现更加可持续性是创新的最大驱动力。”巴克曼公司包装产品线技术管理主任（以下简称“贝克曼技术管理主任”）指出，“我们看到所有的包装纸生产商都在追求低定量的发展趋势，所以有助于实现这一新目标的创新化学品将更加受欢迎。可持续性仍然是较大的推动力，因为大部分企业认识到可持续性发展并非是花费更多的资金。”

由于纸张和包装产品关乎生活各方面，甚至难以预测社会和生活方式驱动创新的发展趋势。ChemTreat公司的制浆造纸利用业务部主管（以下简称“ChemTreat业务部主管”）指出，“环境压力将会影响日用品所采用的原材料，如Keurig杯要求为可堆肥杯（compostable cup）。目前工作环境不断向虚拟环境转变，这会导致某些产品需求量的增加或降低。快递服务的快速发展会影响包装和运输行业产品的使用。”

索理思业务部主管进一步指出，“退休劳动力是逐渐影响客户的另一创新驱动力。工艺知识和技术经验的缺失将快速推动人工智能和自动化的使用。”

2 包装纸和生活用纸是造纸化学品创新的最大驱动力

专家认为，包装纸和生活用纸是造纸化学品创新的最大驱动力。供货商需要关注创新以满足包装纸和生活用纸较高的需求量。

随着电子商务的快速发展，包装公司需要质量轻、强度高和持续性好的包装产品。凯米拉开发部主任表示，“增强剂、助滤剂、助留剂以及纳米化学助剂的发展会促进矿物填料或者合成填料替代纤维。”

他接着说，“市场上缺乏成本低、性能高的印刷纸，而且由于品牌所有者的需求以及印刷工作中的重油墨覆盖率发展趋势，市场对包装印刷的质量需求也较高。”对纸张进行表面处理改善超高速喷墨印刷适性可以提供一种解决方法。

随着生产中回用废水质量的持续恶化，新型的干强剂也有助于满足客户的需求。通过降低产品定量而不损失产品性能，来追求生产成本和运输成本的降低也是生产商的需求。索理思业务部主管说，“这些趋势推进了新技术的发展，需要改善挺度、松厚度和压缩强度。”

在生活用纸领域，新的设备需求、浆料的改变以及终端用户的需求会推动创新。“目前我们正在致力于领先的起皱和释放项目”，索理思业务部主管指出，“我们成功开发了专门用于生活用纸的增强剂，在增强的同时不影响产品的柔软度。”

巴克曼技术管理主任强调绿色化学是另一个领先发展的领域，“我相信未来化学品的原料将是更利于环保的生物原料，酶技术在造纸工业仍将继续发展。任何能够提升纤维利用率、减少水用量和降低能源用量的新技术都将得到大力发展。”

索理思业务部主管指出“资源的短缺和工厂对封闭循环的需求推动了施胶剂和增强剂在复杂工艺条件下发挥有效作用的创新发展。数字印刷促进了表面处理的发展，以改善施胶性能和印刷适性，取消或部分替代浆内处理。这些相同的问题，如封闭系统、浆料组成和浆料质量的改变以及纸机车速的增加，也会推动助留和助滤化学品的发展创新。”

开发新产品或者开拓新市场将是保持竞争力的关键。造纸化学品的创新有助于造纸生产者追求新产品或新市场。

在生活用纸市场领域，人们关注的性能包括柔软度、手感和松厚度。化学品助剂有助于实现这些性能，例如改善纸张的柔软度、控制抗张强度，但是这些结果因人而异。凯米拉开发部主任表示，“手感柔软度通常有2种测定方式：主观表面柔软度，以手指轻轻滑过纸张表面时产生的柔软感来描述；松软度，以纸张在手指尖揉搓时的柔软感描述。凯米拉拥有独特的卫生纸柔软度分析仪和纸张表面分析仪以消除主观带来的结果误差。”

现在的消费者，尤其是“零零后”年轻消费者，认识到纸产品比其他塑料和玻璃产品更“绿色”。索理思业务部主管指出，“食品和液体包装市场可以以此为契机开发更易于回收利用的纸产品。卫生纸市场也面临类似的发展机遇，在改善卫生纸产品性能的同时可以维持或提升卫生纸使用后的可分散性。此外，新型的印刷技术发展迅速，索理思正在与客户合作改善纸张的表面性能以更适用这些新技术。”

利用造纸过程中产生的副产物来提升性能、降低成本或增加可持续性是另一种发展趋势。索理思业务部主管指出，“例如，可以利用纳米纤维素增加纸张强度性能，或利用废水处理后的污泥作为填料加填到回收纸浆料中。”

3 生产商如何在创新过程中规避风险？

低利润、高投资的密集型产业在开发新的产品和工艺时需要承受较大的金融风险。生产商如何在创新过程中规避风险？专家们建议最关键的是合作共赢。

“降低风险需要知识和信息，信息和知识的共享来自合作伙伴，双方都会在成功合作项目中获益。”凯米拉开发部主任指出，“合作关系可以将几十年积累的经验和技能与前沿的互联网方法相结合。”

在开发早期与供应商合作有助于制浆造纸工厂认识到他们的需求和目标；这有利于关注供应商的开发投资，以确保它为合作双方带来利益。“我们与客户合作开发，确保我们的关注重点和目标。我们拥有严格的阶段流程，新产品必须通过后才能进入工厂进行验证。”索理思业务部主管表示，“我们拥有世界一流的实验室条件用于产品开发，能够准确模拟客户的造纸生产过程。这些条件包括造纸和涂布的中试设备、独一无二的卫生纸模拟流程以及检测能力。”

索理思业务部主管强调，专家可以帮助工厂设计商业化试验，以提升实际生产的成功性，降低风险。与设备厂商的密切联系也至关重要，以保证合作、降低风险、优化结果。

ChemTreat业务部主管接着指出，降低总成本是工厂开展业务公认的部分，通过供货商和生产商双方的合作努力为特定的问题创造最好的解决方案。

开发新产品或新工艺，供货商和工厂之间沟通后，准备和规划是成功评估或降低风险的关键，巴克曼技术管理主任指出，“通过与所有相关人员充分沟通，了解他们的期望和顾虑，降低风险。与所有参与人员沟通的目的是规划一个统一的目标、战略和决策策略。这将有助于增加工厂尝试新型化学品的信心。”

4 展望让人期待，回顾更具指导意义

展望让人期待，但是回顾更具指导意义，因为这可以让我们认识到如何才能达到目标。我们向每一位专家都询问了如下的问题：“造纸化学品发展过程中最大的突破或者进展是什么，足以让您认为如果这一技术您在10年前被告知，您是不会相信的。”

巴克曼技术管理主任说，“我必须说是基于酶技术的纤维改性。造纸工业中酶产品用量增加，使用这些酶技术可以改变纤维的特性，满足纸张质量需求或降低生产成本。”

凯米拉开发部主任说，“在我从事造纸行业近30年的职业生涯中，我见证了2项重大进展：碱性抄纸和微生物控制。但是如果仅考虑近10年的发展情况，微生物控制无疑是造纸行业重大的挑战。基于卤代胺的氧化性杀菌剂，如一氯胺（MCA），为生物膜控制的发展提供了阶段性进展。然而，在发展的同时也伴随着问题的存在：卤代胺会带来气相腐蚀的潜在问题。需要新的微生物膜成形测定方法，此时诞生了对初始生物膜成形进行测定的PiBa法。”

ChemTreat业务部主管说，“利用智能水管理软件，例如CTVista+，远程监测、控制和出具报告，为供货商每星期7天24小时不间断地实时提供数据，并对重要的水处理操作作出反应。”

索理思业务部主管说，“在过去的10年里，消费者对产品性能、可持续性、成本的需求推动了相当多的创新，包括：（1）纸板箱以10年前我们认为的垃圾废纸为原料生产；（2）在2007年我们不会想到液体包装纸板会有如此低的定量，且产品性能仍能满足要求；（3）利用完全封闭的白水系统生产高质量的卫生纸；（4）在不影响最终产品柔软度的前提下，提升产品干强度；发展混合成形器纸机，生产低定量、高性能的结构产品。”