纳米纤维素在制浆造纸工业中的应用研究

2020-11-27王磊王晓军

商品与质量 2020年26期

王磊王晓军

山东世纪阳光纸业集团有限公司山东潍坊 262400

纤维素是世界上含量较多的一种资源，是最为丰富的天然高分子材料，因为其可再生的特性使得其从可使用量上来说是取之不尽用之不竭的，是纯天然绿色能源。所以，如何有效的开发利用纤维素，从中获取更多的能源和新型材料对于我国的发展和对于环境的保护来说都有着十分重要的意义

1 纳米纤维素的研究

纳米纤维素是近年来所取得的一项十分重要的资源，受到了诸多行业的科研工作者的青睐和重视。纳米纤维素是纤维素的物理最小结构单元，通常是指直径在1-100微米的纤维[1]。

纳米纤维素作为一种新型的高科技资源材料，有着诸多的特点和特性。其分子结构方面为超精细纳米尺寸结构，具备着高结晶度和高纯度的特点，在材料特性上具备着高强度、高亲水性的同时还有高透明性、比表面积大等一系列的优势，加上其具备着天然纤维素轻质的特点以及可降解、生物相容性、可再生性等绿色资源特点，所以在医药、汽车、电子产品、纺织、食品等各个行业都有非常广阔的应用前景。而其在造纸行业的应用，更是有效的解决了长期困扰我国造纸行业的微观纤维结构强度提升、资源重复利用等方面的难题，对于我国造纸行业来说有着非常重要的现实意义。

纳米纤维素也被称为微纤化纤维素，根据其微观尺寸的不同，可以将纳米纤维素分为多个种类，例如纳米微晶纤维素以及纤维素纳米纤丝和细菌纳米纤维素等几大类。而从纳米纤维素的制备材料来说，目前主要还是以木浆纤维来作为原料生产，也有部分实验室正在试用棉麻纤维，竹浆纤维甚至草浆纤维制作，但均还处于实验室阶段，相信在生物质材料方面取得突破的话，纳米纤维素的特性及应用会更加广泛。

2 纳米纤维素的制备方式

针对纳米纤维素的制备来说，主要的方法为机械法（或者叫物理法）、化学法和生物法。

机械法制备纳米纤维素，主要有高压均质法、化学机械法两种方式。其中高压均质法，是利用高压泵将原料倒入均质阀中，阀门打开，物料瞬间失压会高速喷出，碰撞在均质槽内，以剪切、撞击和真空爆发等三种效应，达到原料的细化和均质，由于纯粹使用机械的办法来制备，且原料纤维素没有经过预处理，所以会比较容易出现堵塞等机械故障，使得该方法在批量生产应用中越来越少，而代之以化学机械法。化学机械法就是先采取合适的化学办法对原料进行预处理，然后用高压均质法对纤维素进行最终处理以得到纳米纤维素，当前情况下，其已经被广泛的应用到很多领域中，其能耗比纯机械法制备较低，经济效益更好。

化学法是当前制造纳米纤维素最主要的方式，是很多纳米纤维素制备企业的常用方式，因为化学法可以有效地制备符合条件的纳米纤维素，工艺较为简单，资源损耗较少。并且化学法制备纳米纤维素可以对纳米纤维素进行一定的改性，使得纳米纤维素会获得新的性能，未来为了提高制备纳米纤维素的效率和效果，并且减少污染控制成本提高经济效益，利用绿色的化学理念来制备纳米纤维素会成为主要研究方向[2]。

生物法主要采取微生物的合成以达到制备纳米纤维素的目的，该方法具备着很大的优势，并且存在着很多明显的特点，因为该方法所制备出来的纳米纤维素有着颗粒分布十分均匀，且结构易控以及结晶度较高的特点，并且还具备了能耗较低，安全无污染的优势，但是由于纳米纤维素的制备时间较长，效率较低，所以在制得的成品方面成本较高，价格较贵，因此相对来说，该方法经济效益较差。

3 纳米纤维素在制浆造纸行业中的应用研究

3.1 纳米纤维素可以作为造纸行业的纸张增强剂

纸张的强度主要由构成纸张的纤维强度以及纤维与纤维间的结合强度所决定的，而纳米纤维素主要会对纸张内部结合产生一定影响，其主要表现为纳米纤维素可以提高纸张内部的纤维结合强度，从而提高整个纸张的抗张强度和撕裂强度，并且该作用对于化学浆比机械浆更为显著，并且还表现为降低透气度，提高成纸的紧度以及有效的降低了其光散射系数以及其不透明度，因此，纳米纤维素可以作为纸张的增强剂。

同时，在实际生产中发现，在再生浆中添加一定比例的纳米纤维素，能够有效的弥补再生浆料多次循环使用后的强度损失，证明了废纸再生纸张完全可以通过一定的技术手段来得到性能更好的纸张，有效的实现经济和环境的双收益。

3.2 纳米纤维素可以在印刷纸和食品的包装方面作为涂料使用

近年来，随着社会的发展，食品级包装纸得到了广泛的应用，受到了很多人的重视，纳米纤维素有着较高的洁净度，具备着很高的内聚能密度，可以有效的阻隔氧气，只要在传统的包装纸上薄薄的覆盖一层，就能达到良好的防水、防油、保鲜效果，并且杜绝了氟、硅的使用，提高了食品的安全性，在食品包装领域有着非常广阔的应用前景。

而在印刷纸方面，实际生产实验表明，由于纳米纤维素纳米级尺寸的特性，使得其作为涂料的添加剂使用时，对于油墨以及喷墨的印刷有着很大程度上的促进作用，有利于提高印刷效率和效果。