造紙化學品：創新與發展

造紙工業的快速發展給造紙化學品行業帶來了巨大的市場空間，如何推進現代造紙化學品的創新？這些創新將如何引領發展？該文介紹了全球領先的造紙化學品供應商有關專家的一些觀點。

眾所周知，“需求是發明的動力”，創新或發明不會憑空出現，而是由需求所驅動。或許對于造紙生產商而言，面臨來自多個方面的需求壓力是一件幸運的事情。終端客戶需要提升產品性能或者需要開發新產品，以滿足日益變化的生活需求；投資商希望控制成本；同時還面臨著來自全球環境的資源可持續利用壓力，所有這些都要求制漿造紙生產商不斷地調整、提升和創新。

隨著造紙科學和實驗能力的大力發展，制漿造紙生產中各種各樣的化學品能夠滿足來自各方面的需求，例如，開發新的紙種、賦予紙張新的性能、調整工藝以適于水循環和纖維回用，因此我們需要咨詢造紙化學品供應商的專家，重視造紙化學品的創新。哪些是推動當前快速發展的必要因素？這些創新如何引領未來？

1 需求驅動創新

各種各樣的需求是促進創新的動力，對提升產品質量、擴大生產能力、改善可持續性、降低生產成本和提升自動化都發揮了重要推動作用。這些需求之間并不是相互排斥的，而是以一種較為復雜的方式相互聯系，因此為了得到最優的結果必須充分考慮這些需求因素間的相互作用。

“例如，大部分以可回收紙為原料的包裝紙生產商都期望在維持產品強度的前提下利用較低質量的原料生產更低定量的產品，包裝紙的這一發展趨勢會對產品質量、產能、成本和可持續性均造成直接的影響。”索理思公司的赫克力士制漿造紙分部北美地區應用業務部主管（以下簡稱“索理思業務部主管”）指出，“推動造紙工業水循環或水封閉循環利用的另一方面是推進創新。減少新鮮水用量，循環水系統中的污染物會增加，這會影響濕部化學的性能。我們正在開發各種解決方案，以適應這種更加復雜的體系和環境，使化學品發揮最優效果。”

凱米拉公司的制漿造紙美洲部業務發展和應用開發部主任（以下簡稱“凱米拉開發部主任”）將這種非互斥的驅動分為2類：一種是基于消費者需求，另一種是針對設備效率的優化。紙種和化學品的發展是多方面的，現代造紙生產商重點關注環保兼容性、回收紙的再疏解性、可堆肥性和可持續性。他強調，“改性纖維素、納米纖維素及其相關的衍生物推動了新型助劑以及與濕部化學品的相互作用和紙張性能的發展。”

凱米拉開發部主任指出“其他的重要推動力還包括紙張強度性能和原料成本。生產商為了維持競爭力，使用低成本、強度差的纖維原料將是一種趨勢，這種現象在北美地區較為突出，尤其是包裝紙生產商，使用的纖維原料本身強度較低，且反應性能較差，這對維持紙機運行性和成品的質量將是較大的挑戰。”對于印刷書寫紙，降低纖維原料成本對期望在全球經濟環境中提升競爭力的北美企業最為重要，且北美地區企業的設備較其他地區落后。“目前按需印刷和定制化生產越來越重要，提高加填量，用更多的填料代替纖維非常必要，同時需要保證成紙性能（挺度和表面強度）仍能滿足后續的加工要求和消費者的需求。”

“提升紙機效率，即以最少的成本做最多的事情”，凱米拉開發部主任接著說，“這意味著使用較少的纖維、水和能量，其中水的質量和用量的管理是關鍵。從工廠封閉水循環系統產生的問題到泡沫成形等新技術，化學品供應商不斷面臨著為解決這些問題和實現目標而提供產品和工藝的挑戰。”

“使用更少獲取更多”，這是由需要利用有限的資源提升競爭力所驅動。“我相信在當今全球原料資源缺乏、能源成本不斷增加和監管日益加強的環境下，有效管理資源實現更加可持續性是創新的最大驅動力。”巴克曼公司包裝產品線技術管理主任（以下簡稱“貝克曼技術管理主任”）指出，“我們看到所有的包裝紙生產商都在追求低定量的發展趨勢，所以有助于實現這一新目標的創新化學品將更加受歡迎。可持續性仍然是較大的推動力，因為大部分企業認識到可持續性發展并非是花費更多的資金。”

由于紙張和包裝產品關乎生活各方面，甚至難以預測社會和生活方式驅動創新的發展趨勢。ChemTreat公司的制漿造紙利用業務部主管（以下簡稱“ChemTreat業務部主管”）指出，“環境壓力將會影響日用品所采用的原材料，如Keurig杯要求為可堆肥杯（compostable cup）。目前工作環境不斷向虛擬環境轉變，這會導致某些產品需求量的增加或降低。快遞服務的快速發展會影響包裝和運輸行業產品的使用。”

索理思業務部主管進一步指出，“退休勞動力是逐漸影響客戶的另一創新驅動力。工藝知識和技術經驗的缺失將快速推動人工智能和自動化的使用。”

2 包裝紙和生活用紙是造紙化學品創新的最大驅動力

專家認為，包裝紙和生活用紙是造紙化學品創新的最大驅動力。供貨商需要關注創新以滿足包裝紙和生活用紙較高的需求量。

隨著電子商務的快速發展，包裝公司需要質量輕、強度高和持續性好的包裝產品。凱米拉開發部主任表示，“增強劑、助濾劑、助留劑以及納米化學助劑的發展會促進礦物填料或者合成填料替代纖維。”

他接著說，“市場上缺乏成本低、性能高的印刷紙，而且由于品牌所有者的需求以及印刷工作中的重油墨覆蓋率發展趨勢，市場對包裝印刷的質量需求也較高。”對紙張進行表面處理改善超高速噴墨印刷適性可以提供一種解決方法。

隨著生產中回用廢水質量的持續惡化，新型的干強劑也有助于滿足客戶的需求。通過降低產品定量而不損失產品性能，來追求生產成本和運輸成本的降低也是生產商的需求。索理思業務部主管說，“這些趨勢推進了新技術的發展，需要改善挺度、松厚度和壓縮強度。”

在生活用紙領域，新的設備需求、漿料的改變以及終端用戶的需求會推動創新。“目前我們正在致力于領先的起皺和釋放項目”，索理思業務部主管指出，“我們成功開發了專門用于生活用紙的增強劑，在增強的同時不影響產品的柔軟度。”

巴克曼技術管理主任強調綠色化學是另一個領先發展的領域，“我相信未來化學品的原料將是更利于環保的生物原料，酶技術在造紙工業仍將繼續發展。任何能夠提升纖維利用率、減少水用量和降低能源用量的新技術都將得到大力發展。”

索理思業務部主管指出“資源的短缺和工廠對封閉循環的需求推動了施膠劑和增強劑在復雜工藝條件下發揮有效作用的創新發展。數字印刷促進了表面處理的發展，以改善施膠性能和印刷適性，取消或部分替代漿內處理。這些相同的問題，如封閉系統、漿料組成和漿料質量的改變以及紙機車速的增加，也會推動助留和助濾化學品的發展創新。”

開發新產品或者開拓新市場將是保持競爭力的關鍵。造紙化學品的創新有助于造紙生產者追求新產品或新市場。

在生活用紙市場領域，人們關注的性能包括柔軟度、手感和松厚度。化學品助劑有助于實現這些性能，例如改善紙張的柔軟度、控制抗張強度，但是這些結果因人而異。凱米拉開發部主任表示，“手感柔軟度通常有2種測定方式：主觀表面柔軟度，以手指輕輕滑過紙張表面時產生的柔軟感來描述；松軟度，以紙張在手指尖揉搓時的柔軟感描述。凱米拉擁有獨特的衛生紙柔軟度分析儀和紙張表面分析儀以消除主觀帶來的結果誤差。”

現在的消費者，尤其是“零零后”年輕消費者，認識到紙產品比其他塑料和玻璃產品更“綠色”。索理思業務部主管指出，“食品和液體包裝市場可以以此為契機開發更易于回收利用的紙產品。衛生紙市場也面臨類似的發展機遇，在改善衛生紙產品性能的同時可以維持或提升衛生紙使用后的可分散性。此外，新型的印刷技術發展迅速，索理思正在與客戶合作改善紙張的表面性能以更適用這些新技術。”

利用造紙過程中產生的副產物來提升性能、降低成本或增加可持續性是另一種發展趨勢。索理思業務部主管指出，“例如，可以利用納米纖維素增加紙張強度性能，或利用廢水處理后的污泥作為填料加填到回收紙漿料中。”

3 生產商如何在創新過程中規避風險？

低利潤、高投資的密集型產業在開發新的產品和工藝時需要承受較大的金融風險。生產商如何在創新過程中規避風險？專家們建議最關鍵的是合作共贏。

“降低風險需要知識和信息，信息和知識的共享來自合作伙伴，雙方都會在成功合作項目中獲益。”凱米拉開發部主任指出，“合作關系可以將幾十年積累的經驗和技能與前沿的互聯網方法相結合。”

在開發早期與供應商合作有助于制漿造紙工廠認識到他們的需求和目標；這有利于關注供應商的開發投資，以確保它為合作雙方帶來利益。“我們與客戶合作開發，確保我們的關注重點和目標。我們擁有嚴格的階段流程，新產品必須通過后才能進入工廠進行驗證。”索理思業務部主管表示，“我們擁有世界一流的實驗室條件用于產品開發，能夠準確模擬客戶的造紙生產過程。這些條件包括造紙和涂布的中試設備、獨一無二的衛生紙模擬流程以及檢測能力。”

索理思業務部主管強調，專家可以幫助工廠設計商業化試驗，以提升實際生產的成功性，降低風險。與設備廠商的密切聯系也至關重要，以保證合作、降低風險、優化結果。

ChemTreat業務部主管接著指出，降低總成本是工廠開展業務公認的部分，通過供貨商和生產商雙方的合作努力為特定的問題創造最好的解決方案。

開發新產品或新工藝，供貨商和工廠之間溝通后，準備和規劃是成功評估或降低風險的關鍵，巴克曼技術管理主任指出，“通過與所有相關人員充分溝通，了解他們的期望和顧慮，降低風險。與所有參與人員溝通的目的是規劃一個統一的目標、戰略和決策策略。這將有助于增加工廠嘗試新型化學品的信心。”

4 展望讓人期待，回顧更具指導意義

展望讓人期待，但是回顧更具指導意義，因為這可以讓我們認識到如何才能達到目標。我們向每一位專家都詢問了如下的問題：“造紙化學品發展過程中最大的突破或者進展是什么，足以讓您認為如果這一技術您在10年前被告知，您是不會相信的。”

巴克曼技術管理主任說，“我必須說是基于酶技術的纖維改性。造紙工業中酶產品用量增加，使用這些酶技術可以改變纖維的特性，滿足紙張質量需求或降低生產成本。”

凱米拉開發部主任說，“在我從事造紙行業近30年的職業生涯中，我見證了2項重大進展：堿性抄紙和微生物控制。但是如果僅考慮近10年的發展情況，微生物控制無疑是造紙行業重大的挑戰。基于鹵代胺的氧化性殺菌劑，如一氯胺（MCA），為生物膜控制的發展提供了階段性進展。然而，在發展的同時也伴隨著問題的存在：鹵代胺會帶來氣相腐蝕的潛在問題。需要新的微生物膜成形測定方法，此時誕生了對初始生物膜成形進行測定的PiBa法。”

ChemTreat業務部主管說，“利用智能水管理軟件，例如CTVista+，遠程監測、控制和出具報告，為供貨商每星期7天24小時不間斷地實時提供數據，并對重要的水處理操作作出反應。”

索理思業務部主管說，“在過去的10年里，消費者對產品性能、可持續性、成本的需求推動了相當多的創新，包括：（1）紙板箱以10年前我們認為的垃圾廢紙為原料生產；（2）在2007年我們不會想到液體包裝紙板會有如此低的定量，且產品性能仍能滿足要求；（3）利用完全封閉的白水系統生產高質量的衛生紙；（4）在不影響最終產品柔軟度的前提下，提升產品干強度；發展混合成形器紙機，生產低定量、高性能的結構產品。”