納米纖維素在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用研究

徐志國(guó) 鐘京崗

山東世紀(jì)陽光紙業(yè)集團(tuán)有限公司 山東濰坊 262400

隨著技術(shù)改革速度加快，工業(yè)生產(chǎn)也在快速發(fā)展，雖然為我們提供更為便捷的生活方式，但是資源使用過多，對(duì)石油、煤炭等資源的負(fù)擔(dān)較大，造成資源枯竭。而且石油等資源的使用會(huì)對(duì)環(huán)境嚴(yán)懲非常嚴(yán)重的危害，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，需要加強(qiáng)可利用再生資源的使用，使用對(duì)環(huán)境友善的新材料以及新能源。

1 納米纖維素的概況

納米纖維素是一種植物光合作用產(chǎn)物，也是含量最多的可再生利用資源，納米纖維素屬于新概念的生物能源，通過植物的光合作用就可以產(chǎn)生，是大自然界取之不盡用之不竭的可再生資源。納米纖維素具有纖維素的性能以及基本結(jié)構(gòu)的同時(shí)也具有納米顆粒的特征，可降解、可再生，能夠減少環(huán)境中二氧化碳的排放量，表面面活性較高，對(duì)其表面進(jìn)行改性較為方便，吸附能力較強(qiáng)。納米纖維素具有光學(xué)性能以及機(jī)械性能，這些性能讓納米纖維素的應(yīng)用范圍更廣，可以作為納米復(fù)合材料中的增強(qiáng)型材料使用，也可以用于材料、造紙以及食品工業(yè)。

目前，造紙也面臨著巨大的資源問題以及環(huán)境問題，使用生物資源做出的造紙化學(xué)品已經(jīng)成為造紙業(yè)未來的發(fā)展方向，納米纖維素由于自身獨(dú)特的特點(diǎn)，在造紙工業(yè)中有著非常廣闊的應(yīng)用前景，能夠提高紙張的阻隔性以及印刷性[1]。

2 納米纖維素的類型

納米纖維素根據(jù)功能以及尺寸可以分為兩大類：

（1）納米微晶纖維素，將纖維素纖維放置于特定濃度的酸中，可以使用纖維講解，通過酸水降解法，使木匠以及棉纖維可以制作出納米微晶纖維素懸浮液，通過酸水講解法，既可以有效的破壞纖維素的無定形區(qū)，還可以降低微晶纖維素的尺寸，支撐高結(jié)晶度的納米微晶纖維素的產(chǎn)物，而且產(chǎn)物中帶有數(shù)量較多的陰離子基團(tuán)，能夠保證其在水相中的穩(wěn)定，而鹽酸水解產(chǎn)物也可以更方便的聚集。

（2）納米纖維素纖絲，在高溫的條件下，對(duì)木質(zhì)纖維素進(jìn)行機(jī)械處理，在剪切力的作用下將纖維切斷，并且發(fā)展細(xì)纖維化，得到納米纖維素纖絲。納米纖維素纖絲，不但具有較大的尺寸分布以及長(zhǎng)徑比，還有纖維素的無定形區(qū)以及結(jié)晶區(qū)，從柔韌性上來看，優(yōu)于納米微晶纖維素，而且彈性以及抗沖擊性更強(qiáng)，不需要使用大量的化學(xué)品，對(duì)環(huán)境較為友好，而且對(duì)材料進(jìn)行纖維素酶預(yù)處理后，可以有效降低能耗。纖維素酶能夠分解木質(zhì)纖維，減少原料纖維材料的同時(shí)，增加了細(xì)小纖維的含量，能夠得到比強(qiáng)酸水解更均一的產(chǎn)物。將直接處理的纖維素納米纖絲與未處理的纖維素納米纖絲進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)酶的使用能夠還是用原料在水的潤(rùn)脹程度，機(jī)械化處理更加容易。

3 納米纖維素的應(yīng)用前景

3.1 增強(qiáng)紙漿

近年來，隨著造紙行業(yè)采用廢紙脫墨漿以及草漿作為主要的生產(chǎn)材料，但是因?yàn)槔w維強(qiáng)度的原因造成紙張強(qiáng)度較低，而纖維素納米纖絲的使用與普通的紙張相比不論是干強(qiáng)度還是濕強(qiáng)度都得到提高，在相同強(qiáng)度下，可以減少PAE 的用量，而且納米紙張的韌性以及強(qiáng)度也較強(qiáng)。在制作原卷紙、電池隔離紙等特殊紙張時(shí)，都需要其具備一定的強(qiáng)度，傳統(tǒng)的增強(qiáng)方式是提高打漿度或添加增強(qiáng)劑，但是這些方式對(duì)強(qiáng)度的提高有限[2]。

3.2 對(duì)細(xì)小纖維以及填料的留著作用

隨著紙產(chǎn)量以及廢紙回收量的提高，使超高速紙機(jī)的留著率下降，這也成為亟待解決的問題，現(xiàn)在使用的高速造紙機(jī)，在經(jīng)過動(dòng)態(tài)水利剪切后，細(xì)小組分的留著難度更大，將納米纖維素添加到硫酸鹽漿中，可以提高漿料的強(qiáng)度，但是濾水性有所下降，而納米纖維素的使用能夠增強(qiáng)留著率，提高紙漿的留著以及濾水性能。

長(zhǎng)久以來，提高紙張?zhí)盍虾恳恢笔窃旒垬I(yè)的主要目標(biāo)，傳統(tǒng)的增加紙張?zhí)盍系姆绞綖楦邘X土，但是會(huì)使紙張的強(qiáng)度下降，納米纖維素的使用能夠解決提高填料量導(dǎo)致的紙張強(qiáng)度下降的問題，提高機(jī)械漿紙的強(qiáng)度性能。

3.3 在食品包裝紙中的應(yīng)用

由于石油聚合物生產(chǎn)較為簡(jiǎn)單，并且成本較低，因此被應(yīng)用為食品包裝材料。大多數(shù)的塑料用品，大都是通過石油加工制成的，但是由于石油資源使非可再生資源，因此在使用石油基制作產(chǎn)品時(shí)，一直隱藏著食品安全問題。因此需要使用一種更環(huán)保的材料替代石油基聚合物，紙質(zhì)包裝由于可生物降解，因此在包裝材料市場(chǎng)中的占比越來越高，市場(chǎng)份額已經(jīng)提高到百分之42。近幾年，對(duì)食品包裝材料的研究主要集中在可再生原料的使用以及提高食物保質(zhì)期等方面。纖維素是一種環(huán)保材料，將纖維素涂在濕紙頁上，能夠降低空氣透過率，使包裝的性能提高。紙質(zhì)包裝在作為包裝材料時(shí)，最大的問題就是對(duì)水、汽油以及油等物質(zhì)的組隔性能較差，因此為加強(qiáng)阻隔性能，需要使用石油基化物降低生物講解性，采用新材料替代阻隔性生物基材料，納米纖維素的使用能夠彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，降低空氣透過性以及水汽透過性。

3.4 印刷紙的應(yīng)用

在最近幾年來，納米纖維素在印刷紙上的應(yīng)用程度也在不斷的提高，使用涂布棒在表面進(jìn)行涂布，可以降低液體對(duì)職業(yè)的滲透作用，而且納米纖維素的使用也可以提高油墨印刷密度，有研究指出納米纖維素在替代合成膠黏劑時(shí)，在低剪切力下可以提高涂料的黏度，而在高剪切力下黏度的提高程度不高，物理性能以及表面強(qiáng)度不變。

4 結(jié)語

納米纖維素作為一種對(duì)環(huán)境友好的材料，應(yīng)用于紙漿中可以提高紙漿的強(qiáng)度以及細(xì)小纖維助留，能夠作為涂布助劑，提高紙張的阻隔性能。但是納米纖維素在實(shí)際的應(yīng)用中仍然存在很多的問題，例如阻隔性能、提高保水性導(dǎo)致濾水性能下降等問題。但是，由于石油以及煤炭等資源的枯竭，納米纖維素已經(jīng)成為用處最廣的材料，有著很好的發(fā)展前景[3-4]。