造纸化学品

我国造纸化学品的现状与发展

轻工与化学工程学院

轻化092——19

李菁菁

我国造纸化学品的现状与发展

李菁菁

摘要：介绍了我国造纸化学品的现状和发展。对我国变性淀粉、施胶剂、水溶性高分子、特种化学品以及填料等主要造纸化学品的现状与发展趋势作了扼要介绍。造纸化学品是精细化工领域中的重要门类，也是造纸工业发展的重要基础。21世纪，造纸行业面临的三大主要课题是资源、环境、能源。我国造纸化学品行业同国外相比还有较大差距，拥有广阔的发展空间。国内生产企业应结合国情和行业现状，向集约化、专业化发展，引进国外先进技术，开发新型造纸用精细化学品。

关键词：造纸化学品；现状；发展

The present situation and perspective of our

country’s papermaking chemical

LI Jingjing

Abstract:This paper deals with the present situation and perspective of our country’s p apermaking chemicals. And so on present state and perspective trend of main paperma king chemical have made the main introduction to our country modified starch, sizing a gent, the water-soluble polymer, the specialty chemical as well as the padding. The pap ermaking chemical is important class in the chemical domain, is the important basis of paper industry development. In the 21st century, three big main topics that paper-mill i ndustry faces are the resources, environment and energy. Our country papermaking che mical profession compares with the overseas also has the big disparity, has the broad d evelopment space. The domestically produced enterprise should unify the national condit ion and industry status, develops to the intensification and specialization, introduces the overseas vanguard technology, develops the new papermaking to use the fine chemical. Key words:papermaking chemicals;present situation;perspective

一、我国造纸化学品的现状

20世纪80年代初,我国造纸化学品还几乎是空白。虽然我国造纸化学品的开发和应用起步较晚，但随着物质生活水平的不断提高,人们对纸张的质量要求越来越高,需求量越来越大,使中国造纸工业持续高速发展。因为造纸化学品可以促进造纸行业的科技进步,为造纸行业带来巨大的经济社会效益,所以引起了国家有关部门及大专院校、科研院所的高度重视。

国外现有的主要品种多数在国内已开发成功并投入了批量生产，而且有些品种已达到国际先进水平，开始向上规模、上水平发展。一个全新的工业——造纸专用化学品行业已初步形成，并正以较高的速度在发展。我国开发的造纸化学品项目已有近百项通过了鉴定，并获得多项原化工部，各省、市科委的科技进步奖，有的申请了中国专利，其中不少产品已接近或达到国际先进水平，更为突出的是针对我国造纸工业的特点，开发了一批适合中国国情的新型造纸化学品，如非木材纤维增强剂、草浆专用助滤助留剂、新闻纸专用增强剂、印刷适性改进剂、树脂障碍控制剂等项目构思新颖，效果显著，均达到了国际首创的要求，并可以迅速推向市场，形成生产力。因此，中国造纸化学品行业是一个很有发展前景的朝阳行业。

我国造纸工业这些年始终以稳定的增长幅度快速发展，与发达国家的造纸工业及造纸化学品市场相比,我国的造纸工业仍是一个稳步增长性的行业,是全球最为关注的行业之一。尽管我国的纸和纸板总产量已经位居世界第2位,但人均表观消费量仅为33.2 kg,不到发达国家(如美国为314.2kg,世界人均消费量最高的国家为比利时333.7kg)的十分之一。每年我国仍需从国外进口大量的纸及相关产品,且进口的纸及纸制品多为高档品种,这些品种在国内仍处于供不应求,市场消费容量较大。同时随着我国造纸工业的结构调整和产业政策的引导,造纸工业将向企业

规模化、品种中高档化方向发展,这些发展趋势都给相应的造纸化学品行业带来机遇和挑战。

我国已是造纸大国,还远远不是造纸强国。随着不断追求造纸的高车速和高灰分,大量使用二次纤维,限制水耗,使纸机湿部的化学环境变得愈来愈差,对化学品的依赖性愈来愈大。目前我国造纸化学品在生产及应用方面都存在着一定的问题,如缺乏高效专用型造纸化学品,与工艺和设备配套性差,集约化、规模化、系列化不够,品种少、产量低、专用性不强,绿色化学品更少。因此,我们有必要了解造纸化学品的研究动态,并展望其发展趋势。我国的造纸化学品行业从上世纪80年代初起步,在不长的时间里得到了兴旺和发展,成为我国精细化工领域一个极具增长潜力和市场前景的新行业。

二、我国造纸化学品的发展

造纸化学品有不同的分类方法。中国造纸化学品工业协会将其划分为5个专门化学品———变性淀粉、施胶剂、水溶性高分子聚合物、特种造纸化学品以及填料。

1、变性淀粉

由于淀粉的分子结构与纤维相近,亲合性能好效果明显,且来自天然资源,价格便宜,深受造纸行业的欢迎,是最重要的造纸化学品,其用量约占造纸精细化学品总量的80%以上。发达国家变性淀粉的用量约占纸和纸板产量的2%,有的纸种甚至高达5%~6%,主要用于湿部添加、层间喷雾、表面施胶和涂布粘合。据报道,美国年用各种变性淀粉130多万t,日本达50多万t,中国起步较晚,但近年来发展迅速,现年用量已达15万t以上。造纸用变性淀粉品种很多,主要有酶转化、氧化、阳离子化、磷酸酯化、羟烷基、羧甲基、醋酸酯等品种系列,其中阳离子淀粉仍是主流产品。新世纪纸用变性淀粉主要的发展趋势:

(1)更加重视环境保护,发展高留着型产品。

以表面施胶淀粉为例,高留着型表面施胶淀粉将大量取代氧化淀粉,主要是因为氧化淀粉在纤维上留着率低(约40%),在制浆时很容易造成环境污染,在欧洲已有几家纸厂就是因为没有采用高留着型淀粉而被政府关闭。

(2)更加重视发展专用性强的产品。

新型专用型的产品不断涌现,如两性、多元变性、网络功能等产品的开发成功,传统的变性淀粉在技术上跨越了一个新的台阶。专用的增强剂、助留助滤剂等产品更容易被纸厂接受,从而可以以更低的成本,获得更好的效益。

(3)更加重视应用技术的研究。

变性淀粉在纸上的应用技术已从单一品种的应用发展成为多品种协调应用和优化纸机生产工艺的综合应用,同时加强对有关应用理论和机理的研究,如湿部化学应用理论和机理等的研究将更加透彻和完善。通过对应用机理和理论的研究反过来指导实际应用,使造纸化学品取得最佳的应用效果,使造纸企业获得最大的经济效益。

2、施胶剂

这里所指的施胶剂主要是指给纸和纸板提供抗水性的化学品,主要有2类:

(1)天然类,主要以松香为原料。

早期应用的皂化松香胶已逐步为分散松香胶所取代。在分散松香胶中,按离子特性分为阴离子和阳离子2类,阴离子仍是目前的主要产品,阳离子产品由于本身定着性能具有一定的优越性,在松香分子中直接接上阳离子取代基的新型产品也已有开发报道。在松香系列施胶剂中,关键性的技术指标是对纸浆pH的适应性,pH值在4.5~5.5的酸性松香施胶剂仍是当前的主流产品。pH值在5.5~7.0的近中性施胶剂正在迅速发展,能容纳碳酸钙作为填料的中性施胶剂也在开发之中。

(2)合成类,主要有烷基烯酮二聚体(AKD)和链烯基琥珀酸酐(ASA)2种。

AKD已在我国高档文化用纸中大量使用,但AKD施胶的滞后性和易打滑性,并不适用于机内涂布的产品和高速纸机。AS正是可以弥补AKD的不足,因此ASA在我国也一定能逐步得到推广,当然新型的AKD系列和ASA系列产品仍在开发过程中。除浆内应用的产品外,通过表面施胶提高抗水性的产品和应用技术研究已逐步得到重视。苯乙烯马来酸酐共聚物、苯乙烯丙烯

酸共聚物等合成高分子表面施胶剂,可以与变性淀粉共用表面施胶,在提高纸张表面强度的同时,还可以改善抗水性,这对于浆内弱施胶的纸种和AKD内施胶的纸种更为有效和受欢迎。

3、水溶性高分子聚合物

这类产品应用也非常广泛,如聚丙烯酰胺(PAM),有阴离子、非离子、两性离子以及各种相对分子质量、聚合度的产品。在湿部应用时,可作为增强剂、助留助滤剂等。但因PAM固体颗粒的溶解有一定困难,而液体产品存在运输和保存问题,故目前纸厂应用普及还不够。其新的趋势是与变性淀粉共用,可以取得比单独应用更好的效果,且有利于添加成本的降低,在中性抄纸中,由特殊的阳离子淀粉和一定相对分子质量的PAM组成的双元助留体系已普遍为纸厂所接受。聚乙烯亚胺(PEI)是良好的助留、助滤剂和水处理剂,聚氧化乙烯(PEO)是优秀的纤维分散剂,在与变性淀粉、尿醛树脂(UF)等配套时也具有良好的助留助滤作用。聚乙烯醇(PV A)更是常见的表面施胶剂,另外作为涂布粘合剂的合成胶乳等也属这类产品。由于水溶性高分子聚合物的相对分子质量可调及多离子特征,新的产品仍不断涌现,其专用性产品受到纸厂欢迎。水溶性高分子聚合物的应用技术研究更为迫切,专用设备、合成技术及复配应用技术的研究,仍是化工与造纸行业科研开发的重要内容。这类产品在造纸废水处理过程中也有着重要用途,但我国在这方面的研究有待深入。

4、特种造纸化学品

这类产品主要是指在某方面具有特殊功能的产品,其特点是品种繁多,但市场容量不大,也有人称这类产品为功能性化学品。如能赋予纸张湿强的湿强剂,目前主要的品种为聚胺聚酰胺表氯醇树脂(PPE),及其改性产品,暂时性的湿强剂仍在开发中;又如废纸脱墨剂,主要为表面活性剂的复合配方产品,根据不同的纸种的油墨其脱墨方法有不同的工艺配方,通过生物酶技术脱墨的产品也已有成功的报道;增白剂也是一类重要产品,目前仍以VBL型为主,但新产品已有不少报道。其他如剥离剂、树脂障碍控制剂、杀菌防腐剂、消泡剂、柔软剂,还有各种染料产品,可谓丰富多彩。在新的世纪里,随着造纸新产品新工艺的发展需要,特种造纸化学品将不断涌现。

5、填料

填料在造纸上应用十分广泛,应用历史已很长,常见的有碳酸钙、滑石粉、二氧化钛及一些复合填料等。由于碳酸钙价格低,性能好,随着中性抄纸技术的普及用量在迅速增长。填料的发展主要是微粒化。以碳酸钙为例,超微碳酸钙和纳米碳酸钙正受到造纸行业的重视。人工合成的填料已有不少报道,智能化的人工填料可以开发出新型的纸张,同样具有美好的开发前景。填料的应用过程中存在的最大问题是留着问题,助留剂的应用使填料的留着率大大提高,但是仍有许多不理想之处,新型的填料经过特殊的表面处理,有助于填料本身的留着,这将是一个新的研究方向。据报道,1998年全球造纸精细化学品销售额达85亿美元,其中美国为19亿美元,欧洲为14亿美元,日本为12亿美元。我国纸和纸板产量已接近日本,但据统计,全国目前造纸精细化学品的销售额约15亿人民币,与日本对比差距近7倍,可见我国造纸化学品尚处于开发应用阶段,还需要造纸与化工行业紧密配合、共同努力,才能赶上发达国家水平。

三、21世纪造纸化学品的技术发展趋势

对于造纸工业来说，21世纪得以生存的条件是对环境的重视。为此，资源、环境、能源正成为造纸行业目前面临的最主要的三大课题。针对这三大课题造纸工业采取了抄造过程的循环化(白水再循环)、纸的低定量化、造纸机的高速运转(节约能源、提高劳动生产率)、大辐度提高废纸回用率、重视纸的表面处理(以降低成本、节约资源)等重要对策。随着这些造纸条件的变化使纸的强度下降，抄造PH值升高，助留效果下降，抄造系统中的夹带杂物增加，以及电导度上升，所有这一切决定了造纸化学品的技术发展趋势，要求在对现有的造纸化学品进行改进的同时，使其各种化学品的功能得以充分发挥的应用技术也变得十分重要。针对这一趋势，国外重点发展了以下几类新型产品和综合应用技术。

1、在内施胶剂方面重点发展低发泡型乳液松香施胶剂和弱酸性乳液松香施胶剂；

2、重视表面化学品的应用，特别是发展表面施胶；

3、大力发展“沉积物控制剂”；

4、重视发展新型助留体系；

5、开发新型增强剂。

四、中国造纸化学品与国外的主要差距

1、总消费量较小，生产企业未形成规模生产，支撑全行业的大型骨干企业尚未形成；

2、品种专用性差，数里少，低水平重复多；

3、产品的应用技术研究还处于初级阶段；

4、适应面向21世纪造纸工业的一些新品种尚待开发。

五、结语

从国外造纸化学品市场变化发展的过程中可以看到一些成功经验和教训,这对那些想进入这一领域或已经进入这一领域的国内企业来说有着一定的启迪,从而少走弯路。伴随着我国造纸工业的发展壮大,并进入世界强手之林,可以相信,我国的造纸化学品行业必定也会成熟壮大起来,走出国门,参与国际竞争中。

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