纸化融合 贡献价值

编者按 造纸工业已经取得了飞速的发展，尤其是在中国未来的市场潜力巨大，但造纸工业的发展离不开化学工业，在2019中国国际造纸创新发展论坛上，中科院宁波材料所博导、研究员，浙江鑫甬生物化工股份有限公司（以下简称浙江鑫甬）总工程师方省众从化学工业的角度，圍绕造纸行业背景、浙江鑫甬产品产能、浙江鑫甬价值贡献等方面，做了关于造纸化学品的精彩报告。

1 背景介绍

《美国森工产业2020路线图》中的六大产业发展战略包括：持续减少制浆造纸企业的碳排放和能源消耗;进一步削减产业的新鲜水用量50%;增加高质量的植物纤维和低价的生物质供应量;提高高质量纤维和低价生物质产品的价值;研发新的产品和拓展产品的特性;改善木材和纤维产品的循环回用。《美国森工产业2020路线图》明确指出节能减排的目标为：产业取水量进一步减少50%;生产过程能耗减少25%;温室气体（GHG）排放减少25%。依据《美国森工产业2020路线图》发展战略，未来造纸业的可持续发展主要是指废纸回收利用与使用水量减少（循环化）相结合。其中废纸回用带来的问题主要包括：造纸原纤维的减少、纤维间强度的降低以及细小纤维、阴离子垃圾集聚及电导率升高等。为了解决废纸回用带来的问题，很有必要发展高效的造纸助剂，尤其为了提高纸张强度，开发造纸用干强剂，浙江鑫甬在造纸干强剂方面就进行了比较大的布局，包括技术的创新。

造纸干强剂最初是由改性淀粉等天然高分子用于纸张增强，但是淀粉纤维之间的结合力比较小，2000年后，以日本科学家田中浩雄、土歧宏俊、中岛正人及铃木洋为代表的科学家们，发明了化学干强剂，推进了聚丙烯酰胺（PAM）型干强剂的发展，造纸中阳离子聚丙烯酰胺的具体增强原理见图1。与传统的改性淀粉相比，聚丙烯酰胺能与带负电荷的纤维基填料发生不可逆吸附，使纸张强度增加，具有用量少，使用效果好，可以在较广泛的pH值范围内使用等优点，对纸张强度、填料留着和滤水都有很好的改善，能够进一步满足造纸生产实际的需要而且改善淀粉增强后的废水问题。浙江鑫甬主要生产干强剂、助留剂、AKD，本报告主要分析了浙江鑫甬生产的干强剂。

2 产品发展

传统的干强剂一般都是丙烯酰胺（Acrylamide，简称AM），AM的结构图及3D结构图如图2所示。AM从分子构造上看，可以认为是带烯烃羧基的羟基被氨基所取代，或者也可以认为是胺类中的氢被带聚合双键的烯烃羧基所取代，是一个具备双官能团的结构分子，因为AM存在易自由基打开的碳碳双键，使得AM作为水溶性聚合单体自聚或者与其他功能单体共聚用于制备各种功能性高分子材料，尤其以聚丙烯酰胺为主，聚丙烯酰胺是一种线型的水溶性聚合物，在石油开采、水处理、纺织印染、造纸、选矿、洗煤、医药、制糖、养殖、建材、农业等行业具有广泛的应用，有“百业助剂”“万能产品之称”。AM的具体应用范围、性能见表1。

纸张干强剂是一种用以增进纤维之间的结合，以提高纸张物理强度（挺度、抗张强度、环压强度、耐破度等）而不影响湿强度的精细化学品。在造纸过程添加干强剂，可以避免提高打浆度引起的纸张紧度升高，湿变形增大，不透明度、吸收性、透气度乃至撕裂度下降等问题。干强剂、AKD和助留剂在造纸中的工艺流程见图3。

随着干强剂技术的发展，聚丙烯酰胺中传统的阳离子单体DMC/DM升级为新型的阳离子单体DPC，单体的结构发生了改变，其进一步优化了干强剂的功能和特点，具体发展趋势见图4。传统的阳离子单体DMC/DM是酯类单体，易水解，使用工况环境受限，在温度大于35℃环境下，阳离子单体DMC/DM很容易发生降解而失去活性。而浙江鑫甬所建设生产的新型阳离子单体DPC为酰胺类单体，其键合更为稳定，不容易发生降解，表现为优异的耐温及耐剪切性能，避免了提高打浆度引起的纸张紧度升高问题。新型阳离子单体DPC拥有更长的阳离子支链，其疏水性更强，能更好的絮凝、凝聚和促进固液分离，表现为与纤维的键合结合能力增强，改善其强度性能，滤水性能。这也是浙江鑫甬研发的新产品。

3 浙江鑫甬的贡献价值

浙江鑫甬生物化工股份有限公司成立于2004年，公司位于国家级石化开发区——宁波石化经济技术开发区，厂区占地总面积33000m，注册资金7328万元，是全国功能高分子行业委员会理事长单位。浙江鑫甬依托清华大学和中科院，致力于微生物法丙烯酰胺及聚丙烯酰胺系列产品的研究和开发，成立了省级企业研发中心，浙江鑫甬研究开发的基因工程分子定向进化技术及高分子质量速溶型聚丙烯酰胺系列产品已取得突破性进展，并实现工业化生产。浙江鑫甬目前建立了非常完善的质量管理体系，通过了1509001：2008质量管理体系认证，ISO14001：2004环境管理体系认证，产品覆盖全国各地，并出口到欧美、东南亚、南美、非洲、中东等国家和地区。为了辐射中部、包括西部的一些市场，除了在宁波布局之外，2018年在湖北宜昌又布局了湖北鑫甬公司，占地面积86000m，这是公司发展的一个重要区域优势。另外在产业链方面，浙江鑫甬具有完整的产业链（见图5），在未来的市场竞争中这很有可能是一项独特的优势。浙江鑫甬的主要产品及产能见表2，目前我国干强剂的市场总量大概每年四五十万吨，而浙江鑫甬的计划产能为29万t/a，所以浙江鑫甬的布局还是比较前瞻的。

浙江鑫甬非常注重研发技术的创新，其技术研发流程图见图6，浙江鑫甬配有齐全的先进研发测试设备，已与中国科学院理化技术研究所、清华大学、浙江大学、北京大学建立了产学研合作。浙江鑫甬已申请技术专利20余项。