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竹子制浆造纸——新时代竹纤维高效利用技艺

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-09-29   来源:中国纸业网

造纸是我国的四大发明之一,东汉时期,蔡伦在总结前人制造丝织晶的经验基础上,用树皮、破渔网、破布、麻头等作为原料,制造成了适合书写的植物纤维纸,改进了造纸术,才使纸成为人们普遍使用的书写材料,被称为“蔡侯纸”。从晋代开始,竹子被发现可作为造纸原料使用。由此,中国的造纸术历史也翻开了新的一页。

在福建农林大学材料工程学院有个对竹子情有独钟的科技专家,此人十多年来“与竹为伍”,潜心研究,尤其是对于竹纤维造纸工艺技术的研究可谓鞭辟入里,他就是福建农林大学材料工程学院轻工技术与工程学科带头人陈礼辉教授。

陈礼辉

竹子造纸 环保从源头开始

近些年,随着环保观念的逐步深入,竹子造纸这项传承至今已有近千年历史的工艺技术再次引起了大众的关注。对比传统的木纤维造纸,竹子造纸到底有何不同?日前,中国纸业网记者采访了福建农林大学材料工程学院陈礼辉教授。

据陈礼辉介绍,中国竹纤维造纸始于晋代(公元3世纪中后期),而欧洲人直到19世纪才掌握用竹料及茅草等非麻料造纸的技术。从制作技艺产生的时间来看,中国的竹子造纸工艺比欧洲早了一千多年。起初,古人无法将竹纤维分丝帚化,以致造出来的纸粗糙,后来随着技术的进步,用竹浆生产的纸变得越发细腻柔韧,备受文人青睐。

陈礼辉告诉记者,“竹材主要化学成分包括纤维素、半纤维素和木质素。在制浆造纸的过程中,通常需要除去木质素,保留纤维素和半纤维。跟木材相比,竹材密度更高,蒸煮药液更难渗透,脱除木质素更加困难。古代,通常选用嫩竹进行制浆造纸,嫩竹密度低、木质素含量低,有利于蒸煮药液的渗透和木质素脱除。当今,随着制浆造纸技术创新,用竹材制造漂白竹浆,可以采用深度脱木质素技术蒸煮和多段无元素氯漂白技术漂白,碳水化物降解少,漂白竹浆得率高、强度高,生产过程污染负荷低。”

对于造纸行业来说,木材是优良的造纸原料,然而我国森林覆盖率远低于全球31%的平均水平,人均森林面积仅为世界人均水平的1/4。目前看来,以“退耕还林”为主的生态保护势在必行,那木材需求缺口由谁来填?

《林业发展“十三五”规划》指出,大力发展森林旅游、林下经济和木竹产品加工园区,发展优质、高产、高效竹林,强化竹产业发展重点县建设,加强竹林资源定向培育,大力发展竹子加工产业,提高竹产业集约化经营水平。到 2020 年,竹产业总产值达到 3000 亿元。

我国竹子种质资源、竹林面积、蓄积量均居世界首位,素有“竹子王国”之称。在这一背景下,发展竹材制浆造纸有助于缓解我国制浆造纸工业木材短缺的矛盾,有利于保护生态环境。陈礼辉告诉记者,“竹子具有生长快、周期短、可再生等优点,竹材是优良的造纸原料,创新竹材制浆造纸技术,实现竹材资源的高值化利用,对调整竹产业结构,推动竹产区经济发展,带动农民致富具有重要意义!”

福建毛竹

矢志不移 千年技艺发扬光大

真正的成功者并非是从未遇到过困难的人,只是他们会直面各种挑战,一路奋杀,途中没有退缩,没有放弃,因而才会有如今的成就,成为众人所望的佼佼者。陈礼辉正是这样一个人。

“竹材纤维形态介于针叶木材纤维与阔叶木材纤维之间,竹浆性能介于针叶木浆与阔叶木浆之间。以竹材为原料可以生产出纸浆和溶解浆。纸浆可以用来造纸,而溶解浆则可做纺织材料。以竹材为原料生产溶解浆,不仅需要脱除木质素,还需要脱除半纤维素。以竹溶解浆为原料生产粘胶纤维,传统的工艺是采用二硫化碳为溶剂,存在生产周期长、纤维强度低和生产过程污染严重等缺陷,而且生产过程会产生二硫化碳和硫化氢等有毒气体污染。”谈起竹纤维的利用陈礼辉如数家珍。

“我们项目组通过技术创新,采用无污染有机溶剂代替二硫化碳,解决了竹再生纤维生产核心关键技术——无法连续纺丝和溶剂回收率低的技术难题,研发出生产过程无污染的竹再生纤维纺织材料。”对陈礼辉而言,这已经不是他第一次接受这种挑战了。

机会总是留给有准备的人,唯有坚持才会有成功的希望。这句话用在陈礼辉身上再合适不过。梦想一旦萌芽,就很难浅尝辄止。由于陈礼辉的不懈努力,2015年,由他主持的“竹纤维制备关键技术及功能化应用”项目荣获2014年度国家科技进步奖二等奖。这是福建省林业产业领域主持项目中所获的第一个国家科技进步奖二等奖,也是福建农林大学迄今为止在工科领域中的唯一一个国家科学技术奖。这份殊荣象征着福建省在竹材精深加工,尤其是在竹纤维制备技术及其功能化材料的研究与产业开发方面已居于国际先进水平。“这个项目有两处创新。一是开发出了竹浆和溶解浆制备的关键技术;另一个是开发出了竹浆赛莱尔短纤维纺织材料,取代生产过程污染严重的传统黏胶纤维生产工艺。”陈礼辉解说道,该项目研发的竹纤维制备关键技术能解决传统竹纤维性能差、能耗高、污染重等难题,实现其在纺织、包装、装饰等行业的高值化应用。

相信在竹子造纸道路上,陈礼辉教授会继续走下去,矢志不移创新竹纤维精炼技术及其应用经验,在扩展竹材料应用范围、提升竹产业价值的道路上继续探索,倾其所能把我国这一千年造纸技艺发扬光大。

人物档案:

陈礼辉:福建农林大学材料工程学院二级教授、博士生导师、院长,国家林业与草原局植物纤维功能材料重点实验室主任;国家万人计科技创新领军人才, 百千万人才工程国家级人选,国家有突出贡献的中青年专家,国务院特殊津贴专家;中国造纸学会理事,中国林学会竹藤资源利用分会副主任委员,福建省造纸学会副理事长;主持国家自然科学基金、 “十二五”科技支撑计划专题、“十三五”国家重点研发计划任务、科技部农业成果转化、中央财政林业科技推广示范等项目;获国家科技进步二等奖1项,福建省技术发明一等奖1项,福建省科学技术进步二等奖1项;授权国家发明专利20多件;出版专著1部;发表SCI、EI收录论文60多篇,起草国家标准、行业标准2项。

 
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