細菌纖維素在造紙行業中的研究與應用進展

劉玉智，李景超，陳立宗，江 婷，陳 輝，郝 翠，程 燕，孫蕓蕓

(1.齊魯工業大學(山東省科學院)，山東省分析測試中心，山東 濟南 250014；2.山東藍城分析測試有限公司，山東 濟南 250102)

1 細菌纖維素性質簡介

細菌纖維素是一種用微生物發酵的納米顆粒生物聚合物。主要包含以下特性：(1)具有獨特的結構，細菌纖維素由纖維直徑約0.01μm至0.1μm的纖維組成，纖維強度高，抗拉效果好[1]。(2)內部有許多疏松的孔洞，使其具有高吸水性、高保水性及液體和氣體的高效滲透性[2]。(3)不含木素、半纖維素等其他物質，全部由纖維素組成[3]。(4)生長周期短，遠小于木材生長周期。(5)重復利用性好，自然條件下，細菌纖維素可以降解為葡萄糖，環境友好性質優越[4]。

2 細菌纖維素在改善紙張物理性能方面的應用

在造紙工業中，細菌纖維素可以提高紙張的強度、耐折度、撕裂度等物理性能。將細菌纖維素引入紙漿中可以使得高級書寫紙的吸墨均勻性、附著性明顯提高。除此之外，細菌纖維素在提高特種紙強度方面也具有積極作用。

2005年，修慧娟等[5]發現將40°SR的針葉木漿中加入3%的已被高速勻漿處理的細菌纖維素時，抄造出的紙張物理性能較好，其紙張的耐折度上升為原來的2.98倍；耐破度，撕裂度都有較大幅度的提高。對于脫墨廢紙漿來說，在其中加入2%的細菌纖維素時，紙張各項物理性能均有提升。

2018年，周丹丹等[6]利用醋酸酐得到乙酰化的細菌纖維素，再將乙酰化的細菌纖維素作為表面施膠劑，與淀粉按一定比例配制后對紙張進行施膠，可以使施膠后的紙張強度性能有較大幅度的增強。在施膠劑中加入少量乙酰化的細菌纖維素，可使施膠劑粘度減小、施膠的效果增強。

2010年，羅先毅、夏新興課題組[7]發現細菌纖維素以3%的含量添加至紙漿時，抄造出的紙張白度降低3.58%，油墨吸收值降低1.38%，紙張的光澤度、表面強度、平滑度、表面效率均有所提高。

3 細菌纖維素在特種紙制備中的應用

2018年，徐紅霞等[8]利用細菌纖維素可塑性高、抗撕能力強、可降解性好、通透性好等性質，設計出一種可降解食品包裝紙。該可降解型食品包裝紙具有強度性能優異，抗水性能好，并且可在自然條件下降解，減少對環境的污染等優點。該可降解型食品包裝紙主要由紙質基層、細菌纖維素膜、防腐劑層、黏膠層組成。

2016年，王曉迪、趙傳山等[9]對細菌纖維素進行了染色，將其加入到水性涂料中對紙張進行涂布加工。該方法改良的紙張具有防偽性能高、強度好和防水性能好的特點。

2015年，宋冰等[10]發現分散均勻的細菌纖維素，可以在不同紙漿抄造出的紙質基膜上形成一層質密的細菌纖維素層，進而得到細菌纖維素紙質復合微濾膜。該復合膜對活性干酵母分散液有良好的過濾分離效果，同時，該復合膜具有強度高、耐高溫、耐堿的優勢。

2010年，劉忠等[11]在針葉木漂白硫酸鹽漿中加入細菌纖維素進行抄紙，抄造出的紙張抗張指數和靜態彈性模量有明顯的提高，動態彈性模量和動態比彈性率也有所提高。當細菌纖維素添加量為8%時可以良好改善紙質振膜的聲學特性。

4 細菌纖維素在造紙廢水處理領域的應用

2017年，孫映宏等[12]成功制備了細菌纖維素三維網狀結構產物，并將其用作了絮凝材料，該種細菌纖維素絮凝材料具有優異的廢水處理作用，濁度去除率可達94.6%。

5 細菌纖維素在老化紙張修復領域的應用

細菌纖維素具有對于液體和氣體的高效滲透性、高吸水性、高保水性等特點，進而使其具有一定的老化紙張修復功能。

2015年，張志惠等[13]將細菌纖維素均勻分散后涂在紙張表面，用玻璃棒將其輥涂均勻，之后使多余的水分完全揮發。實驗證明細菌纖維素具有修復紙張、增加紙張物理強度的作用。

2017年，段大程等[14]將細菌纖維素和殼聚糖以不同濃度配比混合后噴涂在紙張上，發現當1%細菌纖維素和1%殼聚糖配伍時，干燥后紙張的抗張強度和撕裂度提高明顯，并且對紙張的平滑度和白度無明顯影響。該方法不僅可能應用于老舊紙張的修復方向，亦為紙質文物的保護提供一種新的方向。

6 結束語

作為一種新型的生物質材料，細菌纖維素在增強紙張物理性能、制備特種紙、處理造紙廢水、修復老化紙張等諸多領域都有廣泛的應用和廣闊的發展前景。鑒于當前科學技術和工業條件的限制，細菌纖維素因產量低和制造成本高的弊端，目前仍難以大批量生產。因此，提高細菌纖維素的生產效率，降低細菌纖維素的生產成本將成為下一步細菌纖維素研究的另一重要方向。