造紙化學品：創(chuàng)新與發(fā)展

造紙工業(yè)的快速發(fā)展給造紙化學品行業(yè)帶來了巨大的市場空間，如何推進現(xiàn)代造紙化學品的創(chuàng)新？這些創(chuàng)新將如何引領(lǐng)發(fā)展？該文介紹了全球領(lǐng)先的造紙化學品供應(yīng)商有關(guān)專家的一些觀點。

眾所周知，“需求是發(fā)明的動力”，創(chuàng)新或發(fā)明不會憑空出現(xiàn)，而是由需求所驅(qū)動。或許對于造紙生產(chǎn)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(chǎn)品性能或者需要開發(fā)新產(chǎn)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(huán)境的資源可持續(xù)利用壓力，所有這些都要求制漿造紙生產(chǎn)商不斷地調(diào)整、提升和創(chuàng)新。

隨著造紙科學和實驗?zāi)芰Φ拇罅Πl(fā)展，制漿造紙生產(chǎn)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(fā)新的紙種、賦予紙張新的性能、調(diào)整工藝以適于水循環(huán)和纖維回用，因此我們需要咨詢造紙化學品供應(yīng)商的專家，重視造紙化學品的創(chuàng)新。哪些是推動當前快速發(fā)展的必要因素？這些創(chuàng)新如何引領(lǐng)未來？

1 需求驅(qū)動創(chuàng)新

各種各樣的需求是促進創(chuàng)新的動力，對提升產(chǎn)品質(zhì)量、擴大生產(chǎn)能力、改善可持續(xù)性、降低生產(chǎn)成本和提升自動化都發(fā)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(fù)雜的方式相互聯(lián)系，因此為了得到最優(yōu)的結(jié)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(chǎn)商都期望在維持產(chǎn)品強度的前提下利用較低質(zhì)量的原料生產(chǎn)更低定量的產(chǎn)品，包裝紙的這一發(fā)展趨勢會對產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)能、成本和可持續(xù)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(qū)應(yīng)用業(yè)務(wù)部主管（以下簡稱“索理思業(yè)務(wù)部主管”）指出，“推動造紙工業(yè)水循環(huán)或水封閉循環(huán)利用的另一方面是推進創(chuàng)新。減少新鮮水用量，循環(huán)水系統(tǒng)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(fā)各種解決方案，以適應(yīng)這種更加復(fù)雜的體系和環(huán)境，使化學品發(fā)揮最優(yōu)效果。”

凱米拉公司的制漿造紙美洲部業(yè)務(wù)發(fā)展和應(yīng)用開發(fā)部主任（以下簡稱“凱米拉開發(fā)部主任”）將這種非互斥的驅(qū)動分為2類：一種是基于消費者需求，另一種是針對設(shè)備效率的優(yōu)化。紙種和化學品的發(fā)展是多方面的，現(xiàn)代造紙生產(chǎn)商重點關(guān)注環(huán)保兼容性、回收紙的再疏解性、可堆肥性和可持續(xù)性。他強調(diào)，“改性纖維素、納米纖維素及其相關(guān)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(fā)展。”

凱米拉開發(fā)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(chǎn)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(xiàn)象在北美地區(qū)較為突出，尤其是包裝紙生產(chǎn)商，使用的纖維原料本身強度較低，且反應(yīng)性能較差，這對維持紙機運行性和成品的質(zhì)量將是較大的挑戰(zhàn)。”對于印刷書寫紙，降低纖維原料成本對期望在全球經(jīng)濟環(huán)境中提升競爭力的北美企業(yè)最為重要，且北美地區(qū)企業(yè)的設(shè)備較其他地區(qū)落后。“目前按需印刷和定制化生產(chǎn)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(xù)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(fā)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(zhì)量和用量的管理是關(guān)鍵。從工廠封閉水循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生的問題到泡沫成形等新技術(shù)，化學品供應(yīng)商不斷面臨著為解決這些問題和實現(xiàn)目標而提供產(chǎn)品和工藝的挑戰(zhàn)。”

“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(qū)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(jiān)管日益加強的環(huán)境下，有效管理資源實現(xiàn)更加可持續(xù)性是創(chuàng)新的最大驅(qū)動力。”巴克曼公司包裝產(chǎn)品線技術(shù)管理主任（以下簡稱“貝克曼技術(shù)管理主任”）指出，“我們看到所有的包裝紙生產(chǎn)商都在追求低定量的發(fā)展趨勢，所以有助于實現(xiàn)這一新目標的創(chuàng)新化學品將更加受歡迎。可持續(xù)性仍然是較大的推動力，因為大部分企業(yè)認識到可持續(xù)性發(fā)展并非是花費更多的資金。”

由于紙張和包裝產(chǎn)品關(guān)乎生活各方面，甚至難以預(yù)測社會和生活方式驅(qū)動創(chuàng)新的發(fā)展趨勢。ChemTreat公司的制漿造紙利用業(yè)務(wù)部主管（以下簡稱“ChemTreat業(yè)務(wù)部主管”）指出，“環(huán)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(huán)境不斷向虛擬環(huán)境轉(zhuǎn)變，這會導(dǎo)致某些產(chǎn)品需求量的增加或降低。快遞服務(wù)的快速發(fā)展會影響包裝和運輸行業(yè)產(chǎn)品的使用。”

索理思業(yè)務(wù)部主管進一步指出，“退休勞動力是逐漸影響客戶的另一創(chuàng)新驅(qū)動力。工藝知識和技術(shù)經(jīng)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(chuàng)新的最大驅(qū)動力

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

隨著電子商務(wù)的快速發(fā)展，包裝公司需要質(zhì)量輕、強度高和持續(xù)性好的包裝產(chǎn)品。凱米拉開發(fā)部主任表示，“增強劑、助濾劑、助留劑以及納米化學助劑的發(fā)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(fā)展趨勢，市場對包裝印刷的質(zhì)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(chǎn)中回用廢水質(zhì)量的持續(xù)惡化，新型的干強劑也有助于滿足客戶的需求。通過降低產(chǎn)品定量而不損失產(chǎn)品性能，來追求生產(chǎn)成本和運輸成本的降低也是生產(chǎn)商的需求。索理思業(yè)務(wù)部主管說，“這些趨勢推進了新技術(shù)的發(fā)展，需要改善挺度、松厚度和壓縮強度。”

在生活用紙領(lǐng)域，新的設(shè)備需求、漿料的改變以及終端用戶的需求會推動創(chuàng)新。“目前我們正在致力于領(lǐng)先的起皺和釋放項目”，索理思業(yè)務(wù)部主管指出，“我們成功開發(fā)了專門用于生活用紙的增強劑，在增強的同時不影響產(chǎn)品的柔軟度。”

巴克曼技術(shù)管理主任強調(diào)綠色化學是另一個領(lǐng)先發(fā)展的領(lǐng)域，“我相信未來化學品的原料將是更利于環(huán)保的生物原料，酶技術(shù)在造紙工業(yè)仍將繼續(xù)發(fā)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(shù)都將得到大力發(fā)展。”

索理思業(yè)務(wù)部主管指出“資源的短缺和工廠對封閉循環(huán)的需求推動了施膠劑和增強劑在復(fù)雜工藝條件下發(fā)揮有效作用的創(chuàng)新發(fā)展。數(shù)字印刷促進了表面處理的發(fā)展，以改善施膠性能和印刷適性，取消或部分替代漿內(nèi)處理。這些相同的問題，如封閉系統(tǒng)、漿料組成和漿料質(zhì)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(fā)展創(chuàng)新。”

開發(fā)新產(chǎn)品或者開拓新市場將是保持競爭力的關(guān)鍵。造紙化學品的創(chuàng)新有助于造紙生產(chǎn)者追求新產(chǎn)品或新市場。

在生活用紙市場領(lǐng)域，人們關(guān)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(xiàn)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(jié)果因人而異。凱米拉開發(fā)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(chǎn)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(wèi)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(jié)果誤差。”

現(xiàn)在的消費者，尤其是“零零后”年輕消費者，認識到紙產(chǎn)品比其他塑料和玻璃產(chǎn)品更“綠色”。索理思業(yè)務(wù)部主管指出，“食品和液體包裝市場可以以此為契機開發(fā)更易于回收利用的紙產(chǎn)品。衛(wèi)生紙市場也面臨類似的發(fā)展機遇，在改善衛(wèi)生紙產(chǎn)品性能的同時可以維持或提升衛(wèi)生紙使用后的可分散性。此外，新型的印刷技術(shù)發(fā)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(shù)。”

利用造紙過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物來提升性能、降低成本或增加可持續(xù)性是另一種發(fā)展趨勢。索理思業(yè)務(wù)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(chǎn)商如何在創(chuàng)新過程中規(guī)避風險？

低利潤、高投資的密集型產(chǎn)業(yè)在開發(fā)新的產(chǎn)品和工藝時需要承受較大的金融風險。生產(chǎn)商如何在創(chuàng)新過程中規(guī)避風險？專家們建議最關(guān)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(fā)部主任指出，“合作關(guān)系可以將幾十年積累的經(jīng)驗和技能與前沿的互聯(lián)網(wǎng)方法相結(jié)合。”

在開發(fā)早期與供應(yīng)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(guān)注供應(yīng)商的開發(fā)投資，以確保它為合作雙方帶來利益。“我們與客戶合作開發(fā)，確保我們的關(guān)注重點和目標。我們擁有嚴格的階段流程，新產(chǎn)品必須通過后才能進入工廠進行驗證。”索理思業(yè)務(wù)部主管表示，“我們擁有世界一流的實驗室條件用于產(chǎn)品開發(fā)，能夠準確模擬客戶的造紙生產(chǎn)過程。這些條件包括造紙和涂布的中試設(shè)備、獨一無二的衛(wèi)生紙模擬流程以及檢測能力。”

索理思業(yè)務(wù)部主管強調(diào)，專家可以幫助工廠設(shè)計商業(yè)化試驗，以提升實際生產(chǎn)的成功性，降低風險。與設(shè)備廠商的密切聯(lián)系也至關(guān)重要，以保證合作、降低風險、優(yōu)化結(jié)果。

ChemTreat業(yè)務(wù)部主管接著指出，降低總成本是工廠開展業(yè)務(wù)公認的部分，通過供貨商和生產(chǎn)商雙方的合作努力為特定的問題創(chuàng)造最好的解決方案。

開發(fā)新產(chǎn)品或新工藝，供貨商和工廠之間溝通后，準備和規(guī)劃是成功評估或降低風險的關(guān)鍵，巴克曼技術(shù)管理主任指出，“通過與所有相關(guān)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(guī)劃一個統(tǒng)一的目標、戰(zhàn)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(dǎo)意義

展望讓人期待，但是回顧更具指導(dǎo)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(fā)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(shù)您在10年前被告知，您是不會相信的。”

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

凱米拉開發(fā)部主任說，“在我從事造紙行業(yè)近30年的職業(yè)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(fā)展情況，微生物控制無疑是造紙行業(yè)重大的挑戰(zhàn)。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(fā)展提供了階段性進展。然而，在發(fā)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(yè)務(wù)部主管說，“利用智能水管理軟件，例如CTVista+，遠程監(jiān)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(shù)據(jù)，并對重要的水處理操作作出反應(yīng)。”

索理思業(yè)務(wù)部主管說，“在過去的10年里，消費者對產(chǎn)品性能、可持續(xù)性、成本的需求推動了相當多的創(chuàng)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(chǎn)；（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(chǎn)品性能仍能滿足要求；（3）利用完全封閉的白水系統(tǒng)生產(chǎn)高質(zhì)量的衛(wèi)生紙；（4）在不影響最終產(chǎn)品柔軟度的前提下，提升產(chǎn)品干強度；發(fā)展混合成形器紙機，生產(chǎn)低定量、高性能的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。”