细菌纤维素在造纸行业中的研究与应用进展

刘玉智，李景超，陈立宗，江 婷，陈 辉，郝 翠，程 燕，孙芸芸

(1.齐鲁工业大学(山东省科学院)，山东省分析测试中心，山东 济南 250014；2.山东蓝城分析测试有限公司，山东 济南 250102)

1 细菌纤维素性质简介

细菌纤维素是一种用微生物发酵的纳米颗粒生物聚合物。主要包含以下特性：(1)具有独特的结构，细菌纤维素由纤维直径约0.01μm至0.1μm的纤维组成，纤维强度高，抗拉效果好[1]。(2)内部有许多疏松的孔洞，使其具有高吸水性、高保水性及液体和气体的高效渗透性[2]。(3)不含木素、半纤维素等其他物质，全部由纤维素组成[3]。(4)生长周期短，远小于木材生长周期。(5)重复利用性好，自然条件下，细菌纤维素可以降解为葡萄糖，环境友好性质优越[4]。

2 细菌纤维素在改善纸张物理性能方面的应用

在造纸工业中，细菌纤维素可以提高纸张的强度、耐折度、撕裂度等物理性能。将细菌纤维素引入纸浆中可以使得高级书写纸的吸墨均匀性、附着性明显提高。除此之外，细菌纤维素在提高特种纸强度方面也具有积极作用。

2005年，修慧娟等[5]发现将40°SR的针叶木浆中加入3%的已被高速匀浆处理的细菌纤维素时，抄造出的纸张物理性能较好，其纸张的耐折度上升为原来的2.98倍；耐破度，撕裂度都有较大幅度的提高。对于脱墨废纸浆来说，在其中加入2%的细菌纤维素时，纸张各项物理性能均有提升。

2018年，周丹丹等[6]利用醋酸酐得到乙酰化的细菌纤维素，再将乙酰化的细菌纤维素作为表面施胶剂，与淀粉按一定比例配制后对纸张进行施胶，可以使施胶后的纸张强度性能有较大幅度的增强。在施胶剂中加入少量乙酰化的细菌纤维素，可使施胶剂粘度减小、施胶的效果增强。

2010年，罗先毅、夏新兴课题组[7]发现细菌纤维素以3%的含量添加至纸浆时，抄造出的纸张白度降低3.58%，油墨吸收值降低1.38%，纸张的光泽度、表面强度、平滑度、表面效率均有所提高。

3 细菌纤维素在特种纸制备中的应用

2018年，徐红霞等[8]利用细菌纤维素可塑性高、抗撕能力强、可降解性好、通透性好等性质，设计出一种可降解食品包装纸。该可降解型食品包装纸具有强度性能优异，抗水性能好，并且可在自然条件下降解，减少对环境的污染等优点。该可降解型食品包装纸主要由纸质基层、细菌纤维素膜、防腐剂层、黏胶层组成。

2016年，王晓迪、赵传山等[9]对细菌纤维素进行了染色，将其加入到水性涂料中对纸张进行涂布加工。该方法改良的纸张具有防伪性能高、强度好和防水性能好的特点。

2015年，宋冰等[10]发现分散均匀的细菌纤维素，可以在不同纸浆抄造出的纸质基膜上形成一层质密的细菌纤维素层，进而得到细菌纤维素纸质复合微滤膜。该复合膜对活性干酵母分散液有良好的过滤分离效果，同时，该复合膜具有强度高、耐高温、耐碱的优势。

2010年，刘忠等[11]在针叶木漂白硫酸盐浆中加入细菌纤维素进行抄纸，抄造出的纸张抗张指数和静态弹性模量有明显的提高，动态弹性模量和动态比弹性率也有所提高。当细菌纤维素添加量为8%时可以良好改善纸质振膜的声学特性。

4 细菌纤维素在造纸废水处理领域的应用

2017年，孙映宏等[12]成功制备了细菌纤维素三维网状结构产物，并将其用作了絮凝材料，该种细菌纤维素絮凝材料具有优异的废水处理作用，浊度去除率可达94.6%。

5 细菌纤维素在老化纸张修复领域的应用

细菌纤维素具有对于液体和气体的高效渗透性、高吸水性、高保水性等特点，进而使其具有一定的老化纸张修复功能。

2015年，张志惠等[13]将细菌纤维素均匀分散后涂在纸张表面，用玻璃棒将其辊涂均匀，之后使多余的水分完全挥发。实验证明细菌纤维素具有修复纸张、增加纸张物理强度的作用。

2017年，段大程等[14]将细菌纤维素和壳聚糖以不同浓度配比混合后喷涂在纸张上，发现当1%细菌纤维素和1%壳聚糖配伍时，干燥后纸张的抗张强度和撕裂度提高明显，并且对纸张的平滑度和白度无明显影响。该方法不仅可能应用于老旧纸张的修复方向，亦为纸质文物的保护提供一种新的方向。

6 结束语

作为一种新型的生物质材料，细菌纤维素在增强纸张物理性能、制备特种纸、处理造纸废水、修复老化纸张等诸多领域都有广泛的应用和广阔的发展前景。鉴于当前科学技术和工业条件的限制，细菌纤维素因产量低和制造成本高的弊端，目前仍难以大批量生产。因此，提高细菌纤维素的生产效率，降低细菌纤维素的生产成本将成为下一步细菌纤维素研究的另一重要方向。