紙化融合 貢獻價值

編者按 造紙工業已經取得了飛速的發展，尤其是在中國未來的市場潛力巨大，但造紙工業的發展離不開化學工業，在2019中國國際造紙創新發展論壇上，中科院寧波材料所博導、研究員，浙江鑫甬生物化工股份有限公司（以下簡稱浙江鑫甬）總工程師方省眾從化學工業的角度，圍繞造紙行業背景、浙江鑫甬產品產能、浙江鑫甬價值貢獻等方面，做了關于造紙化學品的精彩報告。

1 背景介紹

《美國森工產業2020路線圖》中的六大產業發展戰略包括：持續減少制漿造紙企業的碳排放和能源消耗;進一步削減產業的新鮮水用量50%;增加高質量的植物纖維和低價的生物質供應量;提高高質量纖維和低價生物質產品的價值;研發新的產品和拓展產品的特性;改善木材和纖維產品的循環回用?！睹绹ぎa業2020路線圖》明確指出節能減排的目標為：產業取水量進一步減少50%;生產過程能耗減少25%;溫室氣體（GHG）排放減少25%。依據《美國森工產業2020路線圖》發展戰略，未來造紙業的可持續發展主要是指廢紙回收利用與使用水量減少（循環化）相結合。其中廢紙回用帶來的問題主要包括：造紙原纖維的減少、纖維間強度的降低以及細小纖維、陰離子垃圾集聚及電導率升高等。為了解決廢紙回用帶來的問題，很有必要發展高效的造紙助劑，尤其為了提高紙張強度，開發造紙用干強劑，浙江鑫甬在造紙干強劑方面就進行了比較大的布局，包括技術的創新。

造紙干強劑最初是由改性淀粉等天然高分子用于紙張增強，但是淀粉纖維之間的結合力比較小，2000年后，以日本科學家田中浩雄、土歧宏俊、中島正人及鈴木洋為代表的科學家們，發明了化學干強劑，推進了聚丙烯酰胺（PAM）型干強劑的發展，造紙中陽離子聚丙烯酰胺的具體增強原理見圖1。與傳統的改性淀粉相比，聚丙烯酰胺能與帶負電荷的纖維基填料發生不可逆吸附，使紙張強度增加，具有用量少，使用效果好，可以在較廣泛的pH值范圍內使用等優點，對紙張強度、填料留著和濾水都有很好的改善，能夠進一步滿足造紙生產實際的需要而且改善淀粉增強后的廢水問題。浙江鑫甬主要生產干強劑、助留劑、AKD，本報告主要分析了浙江鑫甬生產的干強劑。

2 產品發展

傳統的干強劑一般都是丙烯酰胺（Acrylamide，簡稱AM），AM的結構圖及3D結構圖如圖2所示。AM從分子構造上看，可以認為是帶烯烴羧基的羥基被氨基所取代，或者也可以認為是胺類中的氫被帶聚合雙鍵的烯烴羧基所取代，是一個具備雙官能團的結構分子，因為AM存在易自由基打開的碳碳雙鍵，使得AM作為水溶性聚合單體自聚或者與其他功能單體共聚用于制備各種功能性高分子材料，尤其以聚丙烯酰胺為主，聚丙烯酰胺是一種線型的水溶性聚合物，在石油開采、水處理、紡織印染、造紙、選礦、洗煤、醫藥、制糖、養殖、建材、農業等行業具有廣泛的應用，有“百業助劑”“萬能產品之稱”。AM的具體應用范圍、性能見表1。

紙張干強劑是一種用以增進纖維之間的結合，以提高紙張物理強度（挺度、抗張強度、環壓強度、耐破度等）而不影響濕強度的精細化學品。在造紙過程添加干強劑，可以避免提高打漿度引起的紙張緊度升高，濕變形增大，不透明度、吸收性、透氣度乃至撕裂度下降等問題。干強劑、AKD和助留劑在造紙中的工藝流程見圖3。

隨著干強劑技術的發展，聚丙烯酰胺中傳統的陽離子單體DMC/DM升級為新型的陽離子單體DPC，單體的結構發生了改變，其進一步優化了干強劑的功能和特點，具體發展趨勢見圖4。傳統的陽離子單體DMC/DM是酯類單體，易水解，使用工況環境受限，在溫度大于35℃環境下，陽離子單體DMC/DM很容易發生降解而失去活性。而浙江鑫甬所建設生產的新型陽離子單體DPC為酰胺類單體，其鍵合更為穩定，不容易發生降解，表現為優異的耐溫及耐剪切性能，避免了提高打漿度引起的紙張緊度升高問題。新型陽離子單體DPC擁有更長的陽離子支鏈，其疏水性更強，能更好的絮凝、凝聚和促進固液分離，表現為與纖維的鍵合結合能力增強，改善其強度性能，濾水性能。這也是浙江鑫甬研發的新產品。

3 浙江鑫甬的貢獻價值

浙江鑫甬生物化工股份有限公司成立于2004年，公司位于國家級石化開發區——寧波石化經濟技術開發區，廠區占地總面積33000m，注冊資金7328萬元，是全國功能高分子行業委員會理事長單位。浙江鑫甬依托清華大學和中科院，致力于微生物法丙烯酰胺及聚丙烯酰胺系列產品的研究和開發，成立了省級企業研發中心，浙江鑫甬研究開發的基因工程分子定向進化技術及高分子質量速溶型聚丙烯酰胺系列產品已取得突破性進展，并實現工業化生產。浙江鑫甬目前建立了非常完善的質量管理體系，通過了1509001：2008質量管理體系認證，ISO14001：2004環境管理體系認證，產品覆蓋全國各地，并出口到歐美、東南亞、南美、非洲、中東等國家和地區。為了輻射中部、包括西部的一些市場，除了在寧波布局之外，2018年在湖北宜昌又布局了湖北鑫甬公司，占地面積86000m，這是公司發展的一個重要區域優勢。另外在產業鏈方面，浙江鑫甬具有完整的產業鏈（見圖5），在未來的市場競爭中這很有可能是一項獨特的優勢。浙江鑫甬的主要產品及產能見表2，目前我國干強劑的市場總量大概每年四五十萬噸，而浙江鑫甬的計劃產能為29萬t/a，所以浙江鑫甬的布局還是比較前瞻的。

浙江鑫甬非常注重研發技術的創新，其技術研發流程圖見圖6，浙江鑫甬配有齊全的先進研發測試設備，已與中國科學院理化技術研究所、清華大學、浙江大學、北京大學建立了產學研合作。浙江鑫甬已申請技術專利20余項。