中国轻工业制浆造纸与印刷包装重点实验室

平台名称：中国轻工业制浆造纸与印刷包装重点实验室

平台类别：省部级重点实验室

批准部门：中国轻工业联合会

批准年月：2016.2

 重点实验室主要研究领域有三个：1. 制浆与生物质精炼；2. 纸基材料与化学品；3. 绿色印刷与功能化包装材料。各领域的最新技术进展及发展趋势记述如下。

1. 制浆与生物质精炼

传统上制浆过程是一个高污染、高消耗过程，但是，近年来造纸工业正朝着“三高两低”（高效率、高质量、高效益和低消耗、低排放）的目标发展。造纸污染防治成效显著，资源消耗大幅降低。目前国内外涌现的新技术包括：高效脱木素、脱木素选择性高的化学法制浆技术；高得率、高强度、高白度、低能耗、低污染的高得率制浆技术；高效率、低能耗、低污染的废纸制浆技术；高白度、高白度稳定性、低能耗、低污染的漂白技术；制浆废弃物的资源化利用技术；以及生物技术在制浆漂白等方面的应用。另外，提高原料的高效、高值利用，充分利用纤维素开发高附加值产品，同时科学合理利用半纤维素，如开发木糖等高附加值的产品，利用木质素生产生物质化学品和生物质能源，打造生物质向产品转换的残叶增值链也是该行业的热点之一。总体来看，制浆造纸技术的发展趋势主要体现在生物制浆技术、纤维资源高效利用、降低环境污染、高产品质量、增加企业效益等方面。

根据上述的发展趋势，齐鲁工业大学轻工技术与工程学科近年来在制浆技术方面进行了以下三方面的研究：

（1）植物资源化学工程与木质纤维基功能材料；

（2）纤维资源的制浆造纸特性与生物技术；

（3）制浆造纸与生物质精炼绿色化学技术。

在速生阔叶材高得率酶催化制浆技术、纤维组分的酶法选择性降解分离技术、非木材纤维酶法改性技术等研究领域取得一些国家级、省部级成果，处于国内领先，国际先进水平。

2. 纸基材料与化学品

造纸是一个传统行业，从1803年第一台长网成型机成功的进行商业运行到现在已经经历了200多年，在发达国家造纸行业已经进入衰退期，2008年以来纸、纸板的产销总量持平或略呈下降趋势，与之对应的研发队伍或逐渐缩小，或转向生物质精炼、生物质新材料、生物能源等新兴领域。对应传统的三大用途（印刷书写、包装盒擦拭）的纸、纸板也逐渐向功能化、环保型发展，以期唤起新的需求，寻找新的增长点。比如，擦拭用纸出现了抗菌型面巾纸以对应病毒的传播；包装用纸出现了低定量高强度纸、纸板，可以节约资源、减少运输成本、保护环境；印刷用纸中的高松厚度纸、低白度纸等环保型纸张在10年前已经被接受。这些新纸种的出现催发了与之对应的新技术。另外，开发传统用途以外的特种纸是大势所趋，特别是用于改善人们生活质量的特种纸（如尿不湿）、纸基电子器件（如纸基电路印刷版）、航空航天用途（如耐高温绝热纸）的特种纸等层出不穷。这不仅拓宽了纸的用途，丰富了纸的内涵，同时也令人感受到了传统产业与现代科技的完美结合，为我们提供了一个技术革新复兴传统产业的真实案例。

在中国造纸行业正处于从成长期向成熟期过渡的转型期，这个阶段的特点是企业数量减少、规模增加，企业的盈利模式从量的扩张到质的提高，企业的运行方式从投资设备转向投资技术。这里的关键点是技术，怎样通过自主创新、或吸收发达国家的成功经验来提高自己的产品质量是当务之急，以下是几个实例：

（1）通过改性纤维素制备各种功能化纤维素和纸张，如赋予纤维素和纸张阻燃性、防水性、耐油性、耐脏（自净化）、抗菌/杀菌性等；

（2）利用纳米技术赋予纸张各种特种用途，如适合电子印刷、制作透明膜材料、赋予气体的选择性透过等。

（3）以普通纸作为载体进行功能化处理，如涂布、浸渍等。

（4）以化纤、无机纤维为原料的特种纸，如绝缘纸、减震隔音用芳纶纸蜂窝、具有耐火隔热功能的硅酸铝纸板等。

总之，不论是国外还是国内，开发传统纸张的新用途，增加纸张在电子、运输、航空航天等高精端领域的用途是一种新的趋势。

另一方面，造纸化学品是现代造纸工业不可或缺的一部分，不论是制浆过程还是抄纸、后加工过程都离不开造纸化学品。发达国家经过100多年的发展，造纸化学品行业已经比较成熟，不仅在用途方面门类齐全，而且在功能上追求特性化、环保型。比如过去使用的杀菌剂对环境、人类健康有危害作用，而现在新型的微生物制剂不但效果好，用量少，而且可循环利用；铜版纸用印刷适性剂在发达国家已经换代成无甲醛型；聚丙烯酰胺类干强剂向精密型发展，通过分子设计和精密合成开发出具有特种使用目的的干强剂，比如，耐高电解质浓度型、提高环压强度型、偏重助留助滤型；浆内施胶从酸性施胶过渡到中性施胶、减少浆内施胶增加表面施胶等。

近10年来，随着我国大量引进国际化生产线，造纸化学品的生产和应用技术与欧美、日本的差距越来越小，但是本土企业的自主创新能力不足和生产规模偏小的现象仍占主流。目前我国造纸化学品的主要发展趋势是通过吸收消化发达国家的先进技术，加强对造纸化学品的理解，在分子设计、精密合成以及应用技术方面建立一套适合国内现状的理论体系和应用方法。比如中碱性施胶剂烷基烯酮二聚体（AKD）已经获得广泛应用，烯基琥珀酸酐（ASA）也在部分文化用纸、包装纸板生产大量使用，利用表面施胶代替浆内施胶也成为一种趋势等。另外在新产品的开发方面也不断进行，如开发易乳化、熟化快、抗水解的液体AKD或乳液类产品以提高AKD在纸机上的熟化速度和进一步提高AKD施胶效率、减少AKD水解所造成的纸张打滑和树脂沉积等问题，发展绿色环保的AKD生产工艺以避免AKD生产过程中使用有机溶剂，利用不饱和脂肪酸类植物油代替内烯烃类石油产品以逐渐减少ASA生产对石油产品的依赖性，利用纳米粒子稳定AKD和ASA乳液以减少表面活性剂对环境的不利影响等。在助留助滤剂中，无机阴离子微粒助留体系如阳离子聚丙烯酰胺与钠基蒙脱石及阳离子聚丙烯酰胺与结构二氧化硅组成的微粒助留体系已经在大部分高速纸机上获得应用。有关微粒助留体系的改进包括引入阳离子固着剂与原组分组成三元微粒助留体系以适应含有大量阴离子干扰物的高得率浆、二次纤维浆抄纸体系，提高阳离子组分如阳离子聚丙烯酰胺的分子量、电荷密度以分布适应高速纸机和高电导率抄纸体系，将无机阴离子微粒组分与有机微聚物联合以进一步提高纸料中细小组分的留着率，改进及发展新型微粒助留组分如凹凸棒土、阴离子聚电解质球形刷、钛酸钠纳米带、改性纳米纤维素等作为微粒组分与阳离子聚丙烯酰胺组成新型微粒助留体系以进一步提高体系的微粒桥联作用等。在造纸增强剂方面，目前主要干强剂是阳离子/两性淀粉与阳离子聚丙烯酰胺，今后开发具有特定用途的高性能聚丙烯酰胺类干强剂是必然趋势；目前的最为重要的湿强剂是碱性固化的聚酰胺多胺环氧氯丙烷（PAE），但是市场上流通的多为第二代产品（固含量12%左右，有害物质PCD、PDC含量高），固含量为15%的产品多为韩国、台湾公司所垄断。今后开发高固含量（20%、25%）低有害物质含量的新一代湿强剂势在必行。

齐鲁工业大学轻工技术与工程学科在助留助滤剂、施胶剂、增强剂和树脂障碍控制剂等造纸化学品上都进行过大量的前瞻性研究。如在施胶剂AKD和ASA乳化方面，在国际上首次系统研究了各种无机纳米粒子对AKD和ASA乳液的稳定作用，提出了利用各种短链胺类如丁胺、尿素、三聚氰胺和氨基酸类如丙氨酸改性锂皂石作为AKD或ASA乳化体系；在助留助滤剂的研究方面在国际上首先提出利用具有巨大长宽比的钛酸钠纳米带和大长径比的阴离子改性纤维素纳米晶作为微粒助留组分以提高微粒助留体系的微粒桥联作用；在干强剂方面开发了具有抗电解质干扰、改善表面强度、提高环压强度等特种用途的产品；在湿强剂方面进行了无氯、高效、高固含PAE的制备与应用研究，成功开发了高固含量（20%）PAE湿强剂。因此，我们在造纸化学品方面的研究多年来一直处于国内领先地位，并在国际上占有一席之地。

3. 绿色印刷与功能化包装材料

西方发达国家从上个世纪90年代就关注绿色印刷，美国国家环境保护局通过资助各州的环保组织，以企业认证、政府采购、税收优惠等方式引导企业进行节能减排。同时，美国也非常关注挥发性有机化合物（VOC）的排放，已经禁止使用含苯的溶剂型油墨，取而代之的是绿色环保型油墨。目前，美国塑料印刷中有40%采用水性油墨。德国工业协会制定了印刷业低碳发展指导方针，作为德国机械设备制造业联合会（VDMA）的标准出版，成为评价能耗和效率的重要基础。英国印刷工业联合会推出碳排量计算器，该计算器可根据PAS 2050（产品与服务生命周期温室气体排放评估规范）和GHG（温室气体）标准对工厂和产品的碳排放量进行估算，给出“碳足迹”，用于指导印刷企业的节能减排。

绿色印刷的技术进展主要体现为印前、印刷和印刷材料的进展。近年来，绿色印前新成果主要体现在高效的印前管理流程软件和高品质的色彩管理软件方面。如爱克发的数字化工作流程软件和EFI 的全流程解决方案以及GMG Open Color 色彩管理系统，可以做到节约时间和油墨、减少出错和浪费。绿色印刷新成果主要体现在低能耗，精度高的印刷机的使用。如采用无水印刷、UV干燥能够降低废品率的高宝 80 幅面可变卷筒纸胶印机和采用“走肩铁”的印刷方式能够提高印刷质量的北人 BEIREN B624 卷筒纸书刊印刷机的出现。印刷材料的新成果主要包括日本东洋油墨公司推出的环保凹印油墨，100%植物油，为污染相对比较大的凹印领域带来了福音；美国富林特公司最新推出的“Flexi Star BRC油墨”，已经成为首个被美国国家印刷油墨生产商联合会(NAPIM)认证的溶剂型生物可再生油墨。BRC 溶剂型生物油墨可以满足有针对性的表面包装印刷应用领域。如：冷冻蔬菜和肉类食品包装袋，女性卫生包装，纸尿裤包装，超市/零售袋；水性环保油墨如富林特公司推出 UVCTP 和 SXS 水性油墨，富士胶片推出新型 Color+彩色喷墨打印墨水；东洋油墨公司推出的节能 UV-LED 固化胶印油墨。

印刷包装工业的发展趋势呈现出高效、节能环保的特点。印前系统方面，印刷企业重视精简流程，高品质的色彩管理以及方便快捷的印前打样系统的建设，配合数码印刷设备以及基于云计算技术的网络印刷软件和流程，使得印刷更具智能性和广泛性。云端平台的搭建，同时也取代了原有的文件传输形式，节省了大量的时间，包括企业与客户沟通时间，以及文件传输时间，提高了印品制作效率，节省了人力成本。绿色印刷的基础无疑是原材料的安全与环保，在中国提出绿色印刷工程的同时，日本，美国等国家相继推出了一批无公害，环境友好的纸张和油墨。

“十二五”期间，我国印刷业产业结构持续优化。2014年，中部地区印刷业规模已经达到珠三角地区的85%，发展增量占全国的25%。印刷业产业结构基本形成东部地区稳定发展，中西部地区承接产业梯度转移，由量变转为质变的态势。据中国新闻出版广电总局发布的《实施绿色印刷成果报告（2015年）》显示，目前环保油墨使用量仅占到全国油墨总使用量的25%。中国印刷企业的绿色环保印刷之路仍任重道远。

随着全球工业化的进程和世界各国的包装物的迅速增加，商品包装形成一个很大的市场，纸、塑料、金属、玻璃等许多材料被广泛应用于各种包装，随着人们的环保意识的提高，功能性包装和绿色概念的使用越来越频繁，在经济发达的国家，使用具有环保功能的消费品已越来越成为人们的自觉行为，和环境保护紧密相连，现代商品在进行包装时必须考虑商品对环境的影响。

在各种包装材料中纸的品种最多,纸箱、纸袋、纸桶、纸浆模型制品成为现代包装工业的重要组成部分，是今后最主要的包装材料。纸及纸制品的原料来源广、价格合适、均匀性好、易印刷和粘贴，无毒无味、包装卫生，适合自动包装且包装形状不易改变，易于回收再利用，成为垃圾后易回收和自然分解。在美国、日本和西欧等国家和地区，以大量采用纸制品替代塑料及其薄膜包装。因此对植物纤维及纸张的功能化改性，以满足印刷包装功能的需要，具有重要的意义。

齐鲁工业大学在轻工技术与工程领域具有较强的研究力量，取得了较多的成果。在纸张改性、纸和纸板的包装、绿色印刷领域进行了开拓性研究，如在纸质材料印刷适性、水基光固化油墨、水性光固化上光油、防伪纸张、柔性版配色系统、功能化包装材料方面做了大量研究，取得了一定的成果。