新型造纸技术及其发展趋势

发展造纸新技术和包装材料的背景2002年,亚洲纸和纸板总产量达到1亿吨以上,但由于人口众多(约24亿),人均用纸仅为41.8公斤,其中日本242公斤,中国33公斤,印度5.6公斤。 纸和纸板消费的年增长率达到3.1%,尤其是在亚洲和南美洲。一方面,纸浆需求低迷;另一方面,再生纸在世界上被广泛使用。 从品种来看,印刷纸、包装纸和纸板在纸张消费中占比较高。 在全国范围内,2003年,山东、浙江、广东、河南、江苏、河北、福建、湖南和四川的纸和纸板产量超过100万吨。纸和纸板总产量已达3402万吨,占全国纸和纸板总产量的83%。 2003年,我国东部12个省(区)市纸和纸板产量占全国纸板产量的72.5%,比上年增长0.5%。中部地区9省(区)占比21.8%;比上年下降0.2%;西部地区9个省(区)市占比5.7%,比上年下降0.3个百分点。从我国纸和纸板产量的完成情况以及造纸区域布局的变化来看,生产集中度已经越来越高。 作为中国三大造纸产业集群,东部地区已成为中国造纸工业的主要生产基地。 造纸业已成为广东、浙江、江苏、山东等省份的支柱产业,这些省份位于中国三大造纸产业集群——珠三角集群、长三角集群和环渤海集群。造纸工业发展迅速,生产能力迅速扩大。 然而,一些省份对此并不满意。比如广东计划建设一个产能1000万吨的造纸基地,广东将控制全国三分之一的工业。 对此,有专家不无担忧:不断增加的产能必然导致集群内有限的水、原材料等资源的强烈热竞争。 这应该引起业界足够的重视。 因为种种迹象——资源短缺给产业集群增添了障碍,资源危机正在逼近造纸产业集群。 在产业集群对中国造纸工业的规模化和现代化发挥重要作用的同时,一个不容忽视的现象也随之出现,那就是资源短缺的不利局面。 资源紧缺的造纸产业集群 近两年,由于造纸工业的快速增长和麦草原料资源的有限,山东省麦草的价格在2003年几乎翻了一番,每吨价格高于600元。 让企业叫苦的是,麦草质量差,水分高,杂质多。山东很多企业不得不大量购买江苏、安徽、河南、河北周边省份的麦草,甚至东北的芦苇,从而增加了成本,影响了行业的经济效益。 中国森林面积仅占世界的3.9%,森林蓄积量不到世界的3%,森林覆盖率为13.92%。人均森林面积和人均蓄积量低于世界平均水平,分别居世界第120位和第121位,森林覆盖率居第142位。 中国每年进口大量木材及其制品以满足市场需求。 然而,通过进口林产品来解决中国总需求不足的问题并不是长久之计。第一,国家经济实力还没有强大到每年花几百亿外汇进口林产品。第二,国际木材市场变幻莫测,依赖进口会让中国处于极其被动的局面。 其次,由于部分树种易受病虫害影响,作为包装材料,受到加工条件和工艺的限制,进口贸易中成本过高。 第三,大量砍伐树木无疑会对环境造成不利影响。同时,植树造林及其速度远远不能满足市场对树木的需求。 因此,有必要尽快开发利用其他绿色材料来替代造纸原料和木质包装材料。 值得注意的是,为了中国大陆的发展,其林纸一体化政策正在实施,这将提高森林覆盖率,目前仅为16%(欧洲为36%),并用作制浆原料。2002年其非木材(竹和草)产量为1100万吨,居世界首位。 该领域的造纸技术也领先世界。 二、造纸新技术(1)香蕉树造纸法日本国家化学实验室发明了一种用甘蔗渣和香蕉制造纸浆的方法,可以代替木浆使用。 这是一种制造高强度纸的技术。 造纸法是将树木等造纸原料在硫化钠和氢氧化钠中蒸煮,然后在漂白剂中漂白,产生强烈的气味和大量的漂白废料。 新的造纸方法不必经过漂白,还可以用回收工艺处理废物,防止污染。 这种造纸方法生产成本低,最适合小型造纸厂。 这项技术的关键是把香蕉纤维处理得像棉纤维一样光滑。 方法如下:将去皮的香蕉皮用压榨机脱水制成蔗糖,然后发酵。 通过对棉、麻等纤维生产中使用的开松机进行改造,可用于香蕉纤维的纺织。 这种香蕉布摸起来像麻,可以用来做食品包装袋。 (2)醋杆菌纤维造纸法以醋杆菌纤维为造纸原料,由于其极高的纤维素纯度,免除了一般植物纤维品质的制浆工艺。 日本造纸工业将醋酸菌纤维素添加到纸浆中,可以提高纸张的强度和耐久性,解决废纸回收后纸纤维强度下降的问题。在普通纸浆中添加细菌纤维可以生产高质量的特种纸。比如Ajjnomoto公司和三菱公司联合开发的造币专用纸,印刷质量好,耐水性好,强度高。 含细菌纤维的高档书写纸,吸墨均匀,附着力好。 细菌胶纤维经机械均质后,与各种不相容的有机、无机粉末和纤维材料混合,制成不同形状和用途的薄膜、无纺布和纸张,非常牢固,充分利用了纳米级超细纤维对物体极强的缠绕粘结能力和拉伸强度。 制造过滤吸附有毒气体的碳纤维板时,添加醋酸纤维素可以提高碳纤维的吸附能力,减少纸中填料的渗漏。 ㈢替代木材的新材料1。以秸秆为主料,配以PP、PVC等其他辅料,用现代工业设备加工成各种产品。 与传统原材料相比,该产品具有高防水、防火、防蛀、耐酸、表面耐磨、无化学反应、无放射性、易清洗、抗老化、不易破碎、重量轻、强度高、环境适应性好等特点。 采用结皮、低泡、交联或纳米等技术。 产品图案色彩除了独有的特点外,可由成品一次成型,也可采用后处理面型和内置涂层。 由于原料的物理性质不易氧化,所以画出来的颜色不褪色、耐老化、色泽均匀、色彩丰富、清新美观,能满足不同档次消费者的心理需求。 2.草+塑料=木头美国堪萨斯州的一家工厂用麦秸、塑料屑、旧报纸和一点木头制造了一种新的木头。目前已代替木材用于制作电线杆,未来还将用于制作铁路枕木、桥面、栏杆、门窗。 有了这种生物合成木材,可以减少砍伐树木的数量,也可以降低成本。 这种木材的另一个优点是不会像普通木材一样弯曲或开裂,而且因为加入了不同颜色的塑料,所以使用了不同的油漆。 这种木头也可以像普通木头一样切割,做成不同的形状。 不同比例的植物纤维和塑料可以制成不同种类的木材。 如果多用纤维,少用塑料,可以做出更轻的品种,而且柔软度更大,承载力比某些木材大50%到90%,使用寿命更长,不会因为紫外线照射而变质;如果你想制造防水或户外使用的坚固木材,你应该多使用塑料,少用纤维。 (四)纳米结构表面纸。华中师范大学(武汉)纳米科学与技术研究所开发了一种新型超疏水和自清洁纳米结构表面纸。纳米分散技术将有机母液分割成微米级的“岛”,无机纳米粒子均匀分散在“岛”中,形成超疏水的莲花状结构。 据有关方面介绍,这种纳米纸是在普通纸张表面制备的一层纳米结构薄膜。它除了具有普通纸张的功能外,还具有超疏水、自清洁、防潮、耐老化、光纤柔软、吸水率低、膨胀率低、印刷表面强度高等优异性能。此外,工艺简单,成本低,易于工业化。 该产品为国内首创,增加的成本仅为普通纸的10%左右,市场前景广阔。 (五)纸罐(瓶)为包装行业注入活力。1.纸罐日本凸版印刷公司开发出一种新型纸罐包装,能保持高度的密封性和杀菌性,食品保鲜能力不低于金属罐。 实践证明,在常温下,罐头食品至少一年不会变质。 这种纸罐的主要特点是:比铁罐和玻璃瓶轻;可高温灌装,由于铝箔包装的护边,减少了氧气的渗透,所以常温下流通的保质期可达一年以上;罐体材料由纸、铝、聚乙烯、聚酯(PET)等制成。,这保证了罐体的强度,并且可以以罐的形状直接流通。所以和传统的圆形易拉罐一样,可以被自动售货机使用,回收方便,可燃烧,无污染。 目前,这种包装纸罐被用于啤酒、果汁等饮料的包装,受到好评。 纸质易拉罐在罐侧设计成凹形,增加了易拉罐的强度,不会导致易拉罐塌陷。 目前我国铝罐年消费量为60 ~ 70亿件,原材料需要大量进口,价格较高。除了环境污染等因素,国家不再批准新建铝罐生产线。 能否找到一种新的包装容器来替代铝罐,一直是业界关心的问题。 纸罐的诞生克服了铝罐的缺点,发展前景广阔。 据专家测算,建设一条铝罐生产线至少需要1700万元,而纸罐生产线只需要200万元。铝罐最小批量2000万,纸罐经济批量20000以上。 2.用废纸制造纸瓶。日本花王公司开发了一种新的纸瓶,可以用金属瓶盖封口,这是现在的纸盒做不到的。 据该公司称,利用这项新技术,可以制造各种形状的纸瓶。 这个全新的纸瓶由三层材料制成,中间层是纸浆,底部和表面覆盖着另一种质地的纸张。 “废纸瓶和塑料瓶的硬度没有区别,只是材质不同。 纸瓶子将来可能会完全取代塑料瓶。 废纸瓶的成本不会比塑料瓶高,但废纸瓶正式投放市场还需要一段时间。 (6)纸钢纸钢是当代高科技的最新成果。它是由极细的金属丝和纤维混合在纸浆中,用造纸的方法制成的特殊材料,所以又叫金属纤维纸。 像纸一样薄,但像钢一样坚固。 钢可以制成板材,也可以冲压轧制成沟槽、波浪和各种异形材料。 钢铁一出来,就显示出强大的生命力和广阔的前景。 在国外已用于制造汽车、火车车厢和飞机机身内壁材料。 由纸和钢制成的轻型房屋可以组装和运输,适用于临时车间、教室和野营房。 更妙的是,美国建了一座纸钢架的纸桥,跨度15m,桥面宽3m。即使是2.5t重的小型拖拉机和吉普车也能通过它,而且可以用它拆装。 所有建桥用的纸和钢材都可以用一辆解放牌汽车运走。 还可以做成桌布、窗帘、床单等。,或冲压成碗、盆、盒,代替木材用作碗柜、衣柜、箱子、家具。 所有塑料制品都可以用纸钢代替,纸钢比塑料强度高,不会老化。 三、纸包装的新秀(1)新颖的加热纸日本科学家研制出一种新颖的纸,通电后可以加热。 原来这种纸两端都有电极。只要将12伏的DC电源连接到纸张两端的电极上,纸张的表面温度就可以立即达到80摄氏度左右。 这种纸不会燃烧,因为它是由玻璃纤维和碳纤维制成的。 加热纸的宽度约为150厘米,长度任意,厚度小于一毫米。它可以像普通纸张一样折叠、卷起或切割。 这种新颖的纸贴在墙上可以当取暖器用。 贴在屋顶融雪,还可以当取暖器用。 用这个纸包食物,通上直流电,食物很快就热了。 (2)磁性防伪纸首先通过印刷凸版制作方法在桶形钢板上制作所需图案,并对无图案部分进行蚀刻渗透。如果缝隙太大空,就要加一个非磁性材料的围栏。 桶内加入许多磁极,磁化成磁极图案,桶外覆盖造纸网。 磁极可以是永久磁极或稳定的DC磁极。 然后,将适量的磁性材料粉末混入纸浆中。当纸浆和磁粉沉积在丝网上时,磁性材料粉末根据磁极图案的形状植入磁性防伪纸中。 (三)发光纸纳皮尔大学的亚诺·海托教授发明了一种由特殊颜料制成的发光纸,这种纸由塑料纤维制成,可以在黑暗中发光。 Yashenmo教授花了5年时间做出了这项发明,他正在考虑将这项技术应用于无电源电视图像的制作。 现在需要等待的是,有一家出版社会用这种纸印出一本书,这本书会很漂亮,光芒四射,很安全。 (4)在纸上看电影最新一期《自然》杂志透露,荷兰菲利普斯研究小组的海斯和芬斯特拉开发了一种特殊的纸张。 其新颖之处在于利用了水电解的化学变化过程。 在这种电子纸上,像素的转换速度不到10ms——在这个速度下,图像和文字是兼容的。 此外,其重量仅为目前最薄液晶屏的1/4。 这样,在纸上看电影的梦想就可以实现了。 (5)千年不变质的新纸。日本王子纸业公司开发出一种可以保存1000年而不会老化变质的高级纸张。 含有残余木质素的普通纸张易受酸性气体腐蚀和老化,优质纸张几十年后也会老化变质。 王子纸业公司使用一种特殊的药物对纸浆进行了两次漂白,大大减少了木质素的残留量,从而防止了纸张的老化,提高了纸张的白度。 它可以用来书写和打印学术论文、年鉴、字典等。,而且基本上可以保存几千年不老化,不褪色,不发黄。 动词 (verb的缩写)造纸技术发展趋势(一)解决造纸原料的途径对于纸浆生产行业来说,资源是最关键的问题。 日本生长的木材一般砍伐50 ~ 60年(如冷杉、柏树、落叶松等。),而且最快也要30年。 鉴于木材短缺的现状,日本工业多采用在气象条件较好的外国生产木材(植树)的方式,并成功地将上述时间缩短到5 ~ 12年。 我国北方实施了“大规模发展速生杨,林浆纸一体化”的中长期发展规划,建设了一批速生杨造纸林基地,南方则以马尾林、桉树等速生树种为主。 (二)淘汰机制缓解原材料短缺压力专家认为,要使产业集群健康发展,必须利用好两种淘汰机制,一是市场自然淘汰机制,二是政府政策干预形成的淘汰机制。 2003年,中国造纸工业受到纤维原料、煤炭和石油供求关系紧张以及原材料价格大幅上涨的冲击。生产成本大幅上升,产品销售价格难以提高,利润空下降。市场自然启动了优胜劣汰的机制。在像森林一样强手如林的造纸产业集群里,小造纸厂自然成了受害者。 除了市场行为,政府相关部门出台的环保政策也在加大对小造纸厂的淘汰力度。 近年来,为解决原料结构性污染问题,山东省关闭了40多条麦草制浆生产线。 (三)将产业布局纳入生态循环经济。为解决造纸产业集群带来的资源短缺问题,专家认为,相关部门在审批大型造纸项目时,必须因地制宜,充分考虑原料和用水;另一方面,行业要做好原材料的“生态”回收。 造纸专家郭水新说,近年来,国外造纸发达国家都走“生态循环”利用原料的道路。 所谓回收是指两种回收:林纸结合的大循环和废纸回收的小循环。这两种回收的完整链条保证了造纸工业的可持续发展。 以前我们没有回收原料的概念,现在有这个意识了。 从《中国造纸》2003年年报中不难看出,中国造纸工业无论是国产废纸还是进口废纸的消费量都在增加。 但这仅仅停留在小周期上。客观地说,目前中国造纸工业在原料使用上仅仅停留在概念上。 因为我国第一片纸林还没有砍伐,造林面积还很小,不能满足造纸工业的需要。 目前,我国造纸工业必须走原料循环利用的道路,这是造纸工业可持续发展的保证。 这就需要业界付出更多的努力,将大周期的概念落到实处。 (四)制浆、漂白和造纸技术20世纪80年代,日本的纸浆工业取得了很大的进步。同时介绍了环保中浓度脱氧木材处理系统处理废水排放。 20世纪90年代初,北欧的纤维生产转向无氯的ECF漂白和无氯系列化学品的TCF漂白。 后来出现了臭氧漂白,并研制出一种高性能的臭氧专用AMZ搅拌器。 与ECF漂白相比,臭氧漂白在降低成本、提高纸浆质量和改善环境方面更有效。 目前,许多TCF漂白装置已被用作“臭氧ECF装置” 截至目前,印刷纸、包装纸、纸巾的消费量一直保持增长趋势。然而,随着电子媒体和包装材料以及聚合物产品的出现,印刷纸在市场上面临着一些变化。为了确保市场份额,造纸工业必须更加努力降低成本和提高质量,还必须引进新技术以减少各种原材料的使用,如纤维、微纤维、填料和化学品。 电子纸将引领未来的消费潮流。与节约纸张相比,电子纸最大的特点是可以轻松携带和浏览大量内容。 所谓电子纸,是指“像纸一样薄,可以擦除的显示器” 电子纸具有对比度高、文字清晰、功耗极低(约为液晶显示器的1/10 ~ 1/100)、制造成本低等诸多优点。它也非常类似于纸,因为它可以轻轻地弯曲。 此外,电子纸还有另一大特点——“即使断电,文字也不会消失”,也就是说,内容一旦写入,即使断电后,显示的内容仍然可以显示。 虽然实用的电子纸尚未投产,但正在积极推进研发,部分公司已经开始量产零部件。 根据目前公布的数据,第一张电子纸具有单色、2色调、约160~200像素/英寸的表现力,预计初期主要用于存储和显示袖珍版和小册子的文字内容。 未来,作为数字信息的表达手段,数字纸的发展将会日益进步,如何给人适度的刺激,帮助人们形成记忆,是设计开发中必须重视的内容。 (六)造纸基因树1。转基因林木是世界上最大的自然资源之一,但其培育周期长。 生物技术可以加速育种。 科学家培育了一种转基因树,它比普通树长得更快。 用木材造纸的难点在于去除木浆中的木质素——一种使木材坚硬的强聚合物。 这个过程需要使用一些剧毒化学品,消耗大量能源。 然而,由密歇根理工大学林业学院教授张万桑领导的研究小组培育出了一种转基因树,其木质素含量比普通树木少45%。 最近,威斯康星大学的园艺学家大卫·d·阿里斯(David D. Aries)成功地将外源基因注入了花旗松的胚胎。 许多转基因胚胎现在已经长成种子植物,并迅速长到三或四英寸。 我们似乎正在接近转基因树木和丛林的边缘,以加快它们的生长。 研究人员已经开始促进针叶树和松树的生长。 一旦这些措施得到完善,我们工厂将会得到生产过程所需的源源不断的原料。 2.超级树为了满足日益增长的木材和纸张需求,一些企业的科学家,如联合CampCorporation和Wesvaco,开始研究和开发“超级树” 这种树的实验室样本可以在10年内长100英尺(30.48米),并且可以抵抗疾病,产生更多的木材。 通过选择性育种,这种超级树会像棍子一样被培育出来,没有多余的枝叶。 遗传学是解开树木生长速度之谜的关键,树木科学家们正争先恐后地寻找这种潜在赚钱方式的正确“秘方”。 这种短时间的树木生产将降低所有木材产品的成本。