侯慶喜 王 進(jìn) 張紅杰

(天津科技大學(xué)天津市制漿造紙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津，300457)

我國(guó)造紙科學(xué)技術(shù)學(xué)科的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)策

侯慶喜 王 進(jìn) 張紅杰

(天津科技大學(xué)天津市制漿造紙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津，300457)

介紹了我國(guó)造紙科學(xué)技術(shù)學(xué)科的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及造紙科學(xué)技術(shù)在生產(chǎn)發(fā)展中的作用和重大成果，通過造紙科學(xué)技術(shù)學(xué)科的國(guó)內(nèi)外對(duì)比分析，提出了我國(guó)造紙科學(xué)技術(shù)學(xué)科的對(duì)策。

造紙工業(yè);造紙科學(xué)技術(shù);學(xué)科

我國(guó)造紙工業(yè)發(fā)展迅速，紙和紙板生產(chǎn)量以約13%的年增長(zhǎng)率快速發(fā)展，消費(fèi)量年平均增長(zhǎng)超過10%。2009年紙和紙板的總產(chǎn)量為8640萬t、消費(fèi)量為8569萬t［1］，已連續(xù)兩年產(chǎn)量和消費(fèi)量超越美國(guó)成為世界第一。世界上幅寬最寬、車速最高和自動(dòng)化水平最先進(jìn)的紙機(jī)基本上都在我國(guó)，許多國(guó)際知名的造紙裝備、化學(xué)品、造紙織物和商貿(mào)服務(wù)等跨國(guó)公司都在我國(guó)設(shè)有業(yè)務(wù)機(jī)構(gòu)，有些還建立了自己的生產(chǎn)基地和技術(shù)研發(fā)中心。我國(guó)已經(jīng)成為世界造紙工業(yè)發(fā)展的中心，在國(guó)際上占有越來越重要的經(jīng)濟(jì)地位。我國(guó)造紙企業(yè)數(shù)量已經(jīng)減至約3700家，技術(shù)裝備水平、生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量均穩(wěn)步提升，污染治理、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。

1 我國(guó)造紙工業(yè)的巨大發(fā)展得益于造紙科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步

1.1 紙料制備技術(shù)

(1)漿料處理

漿料處理主要包括非木漿打漿、木漿打漿和廢紙打漿。盡管中濃打漿比低濃打漿具有顯著的提高紙張物理強(qiáng)度指標(biāo)和降低打漿能耗的優(yōu)點(diǎn)，但由于在漿料的輸送、儲(chǔ)存、計(jì)量以及打漿設(shè)備自身等方面仍存在一些問題，目前仍以低濃打漿為主，中濃打漿很少應(yīng)用。打漿設(shè)備以錐形磨和雙盤磨為主，并出現(xiàn)圓柱形磨漿機(jī) (簡(jiǎn)稱圓柱磨)。圓柱磨具有輕柔的、穩(wěn)定的打漿性能，近幾年在一些高速紙機(jī)生產(chǎn)線得到應(yīng)用，如太陽(yáng)紙業(yè)21#機(jī)、岳陽(yáng)紙業(yè)40萬t/a文化紙機(jī)。與傳統(tǒng)的圓柱磨相比，新型的圓柱磨具有高效的打漿能力，打漿效果均一且能耗較低。在打漿度相同的情況下，采用圓柱磨比采用盤磨機(jī)或錐形磨磨出來的漿料強(qiáng)度性能要好一些。雙盤磨對(duì)非木漿的打漿效果較好，盤磨齒型多樣化，濃度適合于低濃漿泵的工作范圍，便于車間布置和管道輸送，已成為造紙企業(yè)的主要打漿模式。對(duì)于廢紙漿的打漿而言，采用較高的磨漿濃度，紙漿打漿度上升幅度小，纖維切斷少，有利于纖維分絲帚化，且隨著磨漿濃度的升高，成紙的抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)及耐破指數(shù)快速上升。

(2)造紙化學(xué)品應(yīng)用

造紙工業(yè)是以纖維為主要原料的加工工業(yè)，根據(jù)最終紙或紙板產(chǎn)品的性能不同，抄紙過程中還需要加入填料、助留劑、施膠劑、增白劑和殺菌劑等多種化學(xué)品。填料是僅次于纖維的重要原料，主要有滑石粉、碳酸鈣 (CaCO3)和高嶺土等。碳酸鈣主要分為沉淀碳酸鈣(PCC)和研磨碳酸鈣(GCC)兩種。隨著高灰分含量紙種的增多 (灰分含量高達(dá)30%左右)，呈現(xiàn)出紙張高加填的趨勢(shì)，特別是PCC加填的應(yīng)用大幅提高。為了供應(yīng)紙機(jī)生產(chǎn)線質(zhì)量穩(wěn)定的填料，近幾年投產(chǎn)的部分高速紙機(jī)生產(chǎn)線均配套建設(shè)了PCC或GCC的“衛(wèi)星工廠”，如UPM常熟的GCC線、山東太陽(yáng)紙業(yè)的PCC線、APP金東和APP金華盛的PCC線、泰格林紙的PCC線及金海漿紙的PCC線等。PCC填料能大幅度提高紙張的不透明度、白度和松厚度，并減輕抄造過程對(duì)設(shè)備的磨損，而且表面電荷高，這樣有利于顆粒在紙頁(yè)中的分布，主要用于靜電復(fù)印紙等紙種。

在所有的濕部助劑中，助留劑是技術(shù)含量最高的一類化學(xué)品。高速紙機(jī)多采用微粒助留系統(tǒng)和超微粒助留系統(tǒng)。其應(yīng)用方面呈現(xiàn)如下的發(fā)展趨勢(shì):追求性價(jià)比更高的助留劑產(chǎn)品及系統(tǒng)、助留劑系統(tǒng)組分增多、助留系統(tǒng)化學(xué)品分別采購(gòu)、加入點(diǎn)向網(wǎng)部靠近等等。近幾年，出現(xiàn)了微聚物或者有機(jī)微粒的應(yīng)用［2］，這是繼膨潤(rùn)土和膠體硅之后第三種適用的微粒。膨潤(rùn)土和膠體硅為無機(jī)微粒，而微聚物或有機(jī)微粒是一種高度交聯(lián)的具有三維結(jié)構(gòu)的陰離子型聚合物，具有分子質(zhì)量高、陰離子電性強(qiáng)的特點(diǎn)。這種微粒助留系統(tǒng)是目前生產(chǎn)高灰分或高白度紙張的最佳助留劑，稱之為超微粒助留系統(tǒng)。目前，我國(guó)已有多臺(tái)年產(chǎn)20萬t以上規(guī)模的紙機(jī)成功應(yīng)用了這種超微粒助留系統(tǒng)。

從目前我國(guó)造紙行業(yè)的施膠劑市場(chǎng)情況看，松香施膠劑還占據(jù)較大的市場(chǎng)空間，主要是在中小型企業(yè)以及大型企業(yè)的紙板及卡紙的生產(chǎn)中，其市場(chǎng)份額受到烷基烯酮二聚物 (AKD)的較大沖擊。我國(guó)目前的中性施膠技術(shù)也主要是AKD。傳統(tǒng)AKD乳液使用陽(yáng)離子淀粉作為乳化劑和穩(wěn)定劑，但這種乳液在纖維上的留著率較低，與纖維的反應(yīng)較慢，所需施膠熟化時(shí)間較長(zhǎng)。AKD新型專用乳化劑的研制和開發(fā)已經(jīng)成為造紙工作者關(guān)注的熱點(diǎn)?？焓焓旎虯KD的下機(jī)熟化率可以達(dá)到80%～90%，熟化劑可以是聚二甲基二烯丙基氯化銨 (PDADMAC)、聚酰胺環(huán)氧樹脂 (PAE)和聚乙烯亞胺 (PEI)等。與AKD相比，烯基琥珀酸酐 (ASA)是一種更為高效的中性施膠劑，具有施膠速度快、pH值適應(yīng)范圍廣、施膠成本低等優(yōu)點(diǎn)，但其存在易水解、需現(xiàn)場(chǎng)乳化、工藝條件要求苛刻等缺點(diǎn)。不過，ASA中性施膠技術(shù)近幾年得到了快速發(fā)展，已經(jīng)在多條高速文化紙生產(chǎn)線上得到穩(wěn)定的應(yīng)用，施膠效果較理想，而且施膠成本較低。山東太陽(yáng)紙業(yè)、蘇州金華盛、芬歐匯川 (常熟)等都成功地應(yīng)用了ASA施膠，泰格林紙集團(tuán)也曾應(yīng)用ASA施膠。

在表面施膠方面，近幾年AKD乳液實(shí)現(xiàn)了從漿內(nèi)添加到表面添加的轉(zhuǎn)移，形成一種專門用于提高抗水性的表面施膠劑，具有很高的熟化速度，應(yīng)用于高強(qiáng)瓦楞原紙時(shí)一般在下機(jī)40 min后就達(dá)到全部施膠效果的85%以上，復(fù)卷完成后基本上能夠達(dá)到其全部的抗水效果。

傳統(tǒng)濕部化學(xué)品的填加與混合一直是利用加后稀釋水的方法通過在線靜態(tài)混合器來完成的。近些年，出現(xiàn)了一種新型的化學(xué)品高效添加技術(shù)。該技術(shù)利用漿料本身作為稀釋介質(zhì)，利用紙漿流本身的動(dòng)力與加壓泵的動(dòng)力給予微弱的化學(xué)品流足夠作用，將濕部化學(xué)品的填加與混合在瞬間內(nèi)同時(shí)完成。其混合使紙機(jī)的運(yùn)行更加平穩(wěn)、紙張的質(zhì)量提高、化學(xué)品的消耗降低。在節(jié)約大量清水的同時(shí)，還節(jié)省了泵送能量及將稀釋水加熱所需的熱能，也減少了溫室氣體排放。岳陽(yáng)紙業(yè)、太陽(yáng)紙業(yè)和APP集團(tuán)等都采用高效化學(xué)藥品混合系統(tǒng)。

(3)紙料流送系統(tǒng)

紙料流送系統(tǒng)是紙機(jī)完成抄紙及白水、損紙等高效回用的關(guān)鍵部分。目前，Metso和Voith兩公司分別推出了Optifeed和WEPTM系統(tǒng)，包括短濃漿篩選、短流程沖漿、低脈沖上漿、纖維回收以及損紙?zhí)幚?。兩公司的流送系統(tǒng)都取消了機(jī)外白水槽，分別采用Lobemix和HydromixTM系統(tǒng)，使工藝穩(wěn)定性得到了改善，并顯著降低了紙機(jī)縱、橫向參數(shù)的變化。整個(gè)流送系統(tǒng)使?jié){料混合、白水混合、凈化、除氣、消除脈沖都更為有效，紙漿和水的儲(chǔ)存容積顯著減小。這種短滯留時(shí)間系統(tǒng)與長(zhǎng)滯留時(shí)間系統(tǒng)在控制反應(yīng)方面相比，具有更快捷、控制更精確的特點(diǎn)。

1.2 紙頁(yè)成形技術(shù)

1.2.1 網(wǎng)部成形

(1)稀釋水流漿箱

20世紀(jì)90年代以來，許多現(xiàn)代化造紙?jiān)O(shè)備供應(yīng)商先后研制開發(fā)了各具特色的、能通過在線濃度調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)橫向定量控制的新概念流漿箱，例如Metso公司的OptiFlo流漿箱、Voith公司的ModuleJet流漿箱、Allimand公司的FP流漿箱等。這些流漿箱通稱為稀釋水式流漿箱。這些稀釋水式流漿箱的主要區(qū)別在于稀釋水系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)上的不同。

稀釋水式流漿箱是采用稀釋水濃度控制技術(shù)，通過調(diào)節(jié)紙漿濃度來控制橫幅定量，從而取代局部唇板調(diào)節(jié)帶來的偏流和橫流等問題，更有效地控制紙機(jī)紙幅橫向定量的波動(dòng)，保持全幅纖維定向均勻一致，是很好的定量控制方法［3］。稀釋水式流漿箱的出現(xiàn)，創(chuàng)造性地提出了濃度調(diào)節(jié)的新概念，是流漿箱發(fā)展史上一次大的飛躍，突破了傳統(tǒng)的通過調(diào)節(jié)唇口彎曲變形來調(diào)節(jié)紙機(jī)橫幅定量偏差的方法。目前稀釋水式流漿箱在新聞紙、書寫紙、輕量涂布紙、高級(jí)超級(jí)壓光紙、薄頁(yè)紙、瓦楞原紙、多層紙板、掛面紙板等許多種產(chǎn)品中都獲得成功應(yīng)用。

(2)頂網(wǎng)成形和夾網(wǎng)成形

長(zhǎng)網(wǎng)紙機(jī)的成形過程是一個(gè)階梯過濾過程，紙漿在靠近網(wǎng)面部分的濃度較高，而另一面的濃度接近流漿箱的濃度。隨著網(wǎng)部脫水的進(jìn)行，濕紙幅中的纖維發(fā)生絮聚，并且絮聚的程度逐漸增大，最終造成紙張的勻度較差，且兩面差大。采用頂網(wǎng)成形和夾網(wǎng)成形技術(shù)可以大大改善傳統(tǒng)長(zhǎng)網(wǎng)紙機(jī)網(wǎng)部成形的不利影響。

近十幾年來，高速文化紙機(jī)采用的成形技術(shù)，紙機(jī)運(yùn)行車速1400 m/min以下的多采用長(zhǎng)網(wǎng)+頂網(wǎng)成形器，例如:Metso公司的ValFormer(中冶銀河、福建南平、山東太陽(yáng)等紙業(yè)采用)，Voith公司 Duo-Former D(山東太陽(yáng)、泰格林紙、山東白云等紙業(yè)采用);車速1400～1600 m/min的采用混合型 (也稱臥式)夾網(wǎng)成形技術(shù)，例如:Metso公司的Speed-Former MB(UPM常熟 2#紙機(jī)采用)、OptiFormer Horizontal(廣州造紙1#紙機(jī)采用)，Voith公司Duo-Former CFD(APP金東1#和2#紙機(jī)采用);從2000年以后，車速超過1500 m/min的大型文化紙機(jī)，大多采用了立式夾網(wǎng)成形技術(shù)，包括Metso公司的Opti-Former(福建南平、石峴白麓、泰格林紙、廣州、晨鳴等紙業(yè)采用)和Voith公司DuoFormer TQv(華泰、APP金海等紙業(yè)采用)。頂網(wǎng)成形和夾網(wǎng)成形都屬于雙面脫水形式，可以改善紙頁(yè)的兩面差和z向結(jié)構(gòu)，包括填料的分布，頂網(wǎng)的脫水量為網(wǎng)部總脫水量的30%～50%，決定于成形器的結(jié)構(gòu)形式;夾網(wǎng)成形方式其兩面脫水量幾乎相等。

(3)紙機(jī)成形網(wǎng)

現(xiàn)代化紙機(jī)正向著寬幅、高速的方向發(fā)展。紙機(jī)成形網(wǎng)從最初的銅網(wǎng)發(fā)展到今天的聚酯網(wǎng)，在不斷適應(yīng)紙機(jī)的發(fā)展需求。聚酯成形網(wǎng)是一種由聚酯或尼龍單絲纖維等高分子材料編織而成的用于紙機(jī)網(wǎng)部漿料濾水、纖維支撐以及紙頁(yè)傳遞的織物。紙機(jī)成形網(wǎng)應(yīng)能夠在保證良好的紙頁(yè)成形質(zhì)量的前提下，具有較長(zhǎng)的使用壽命。

對(duì)于不同的紙張產(chǎn)品品種和漿料性質(zhì)，成形網(wǎng)的選擇也有所區(qū)別。聚酯成形網(wǎng)的選型不僅要考慮編織系列、經(jīng)/緯線直徑、經(jīng)/緯線編織密度，而且還要根據(jù)紙機(jī)及生產(chǎn)紙種的特點(diǎn)來確定，例如漿料性質(zhì)等，要確保聚酯成形網(wǎng)網(wǎng)印輕，成紙表面細(xì)膩平整，填料和細(xì)小纖維留著率高，脫水性能好，白水濃度低，紙幅尺寸穩(wěn)定性好。另外，由于內(nèi)、外網(wǎng)脫水方式存在差異，為了保持兩面脫水一致，減少紙幅兩面差，成形網(wǎng)的內(nèi)、外網(wǎng)織法上的選擇不盡相同。因此，如何選擇聚酯成形網(wǎng)和使用好聚酯成形網(wǎng)，要綜合考慮各方面的因素，也是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。

對(duì)于夾網(wǎng)紙機(jī)，由于其特殊的脫水方式和成形區(qū)極短的構(gòu)造，為成形網(wǎng)的選擇提出了更高的要求:一是要有良好的脫水性能，二是要有良好的表面細(xì)度，同時(shí)還要兼顧使用壽命和運(yùn)行穩(wěn)定性能。

1.2.2 壓榨

壓榨是紙機(jī)濕部脫水的重要環(huán)節(jié)，目的是盡量除去紙幅中的水分，改善紙張質(zhì)量，減少干燥部熱量的消耗。與普通壓榨方式相比，新型壓榨具有較長(zhǎng)的壓區(qū)滯留時(shí)間、較高的脈沖能力和較好的脫水能力。新型壓榨在大大提高紙頁(yè)干度的同時(shí)，能夠保持紙幅的一些特性，避免壓花或壓潰現(xiàn)象。新型壓榨包括大輥壓榨和靴式壓榨。采用目前先進(jìn)的靴式壓榨的紙機(jī)，壓榨后的紙幅干度可以達(dá)到50%或以上，為紙機(jī)車速的提高和運(yùn)行性能的改善提供了良好的條件。

經(jīng)過靴式壓榨后的紙張，可具有較好松厚度和挺度。對(duì)于書寫印刷紙來說，若松厚度相同，經(jīng)靴式壓榨后的紙頁(yè)干度要比普通壓榨的高3%～5%;若在干燥能力相同的情況下，可以增加產(chǎn)量12%～20%。靴式壓榨已成為現(xiàn)代高速紙機(jī)生產(chǎn)線或者以提高產(chǎn)量為主的技術(shù)改造項(xiàng)目中首選的壓榨方式。在高檔靜電復(fù)印紙的生產(chǎn)線中，大多都采用了靴式壓榨。我國(guó)多條書寫印刷紙生產(chǎn)線也采用了靴式壓榨，如泰格林紙集團(tuán)的40萬t/a項(xiàng)目、中冶銀河的20萬t/a項(xiàng)目和福建南平的20萬t/a項(xiàng)目，以及已穩(wěn)定運(yùn)行多年的蘇州金華盛、APP金東和山東太陽(yáng)紙業(yè)等。

紙機(jī)壓榨部通常是多道壓榨形式的組合，可以是多道單壓區(qū)壓榨，也可以是復(fù)合壓榨，甚至是兩者的組合。不同定量和紙種的紙機(jī)所采用的壓榨形式存在較大差別，同一定量和紙種的紙機(jī)壓榨部也可以有多種組合形式。

對(duì)于書寫印刷紙來說，復(fù)合壓榨、靴式壓榨、復(fù)合靴式壓榨都是常用的形式。如岳陽(yáng)紙業(yè)3#紙機(jī)為Beloit公司的3800 mm、900 m/min紙機(jī)，生產(chǎn)60～100 g/m2雙膠紙，壓榨部為真空壓榨+三輥二壓區(qū)的組合形式;8#紙機(jī)為 Metso公司 Opti 6400 mm、1600 m/min紙機(jī)，生產(chǎn)42～80 g/m2的 LWC紙或42～48 g/m2新聞紙，其壓榨部為真空壓榨+靴式壓榨的組合形式。金東紙業(yè)1#和2#紙機(jī) (原紙定量60～84 g/m2)采用了四輥三壓區(qū)靴式壓榨，其中1#輥和4#輥為靴式壓榨輥，2#輥為真空輥。該紙機(jī)在配有蒸汽箱的情況下，紙機(jī)車速1500 m/min，出壓榨后紙張的干度能達(dá)到52%［4］。另一種主要壓榨部形式是串聯(lián)直通式雙靴壓，如岳陽(yáng)紙業(yè)幅寬5280 mm、1400 m/min的紙機(jī)，采用了Voith公司的兩道直通式靴式壓榨;福建南平20萬t/a書寫印刷紙機(jī)采用了Metso公司兩道直通式靴式壓榨［5］。此外，近幾年文化紙機(jī)還出現(xiàn)了單靴壓的壓榨部，世界范圍內(nèi)已有10多臺(tái)同類型的紙機(jī)在運(yùn)行，但生產(chǎn)紙種主要為靜電復(fù)印紙。

1.2.3 干燥技術(shù)

由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，能源成本提高，一些大型紙廠在選擇新造紙生產(chǎn)線時(shí)傾向于高車速、高效率的紙機(jī)［6-7］。已經(jīng)投產(chǎn)的有10多條幅寬6～10 m、設(shè)計(jì)車速1600～2000 m/min的紙機(jī)，另外還有海南金海漿紙業(yè)公司剛剛投產(chǎn)的幅寬11.8 m、車速2000 m/min的高檔文化紙機(jī)。紙機(jī)高車速，意味著整個(gè)干燥部必須具有更高的蒸發(fā)效率、高的運(yùn)行性能，而且還應(yīng)有更低的能量消耗、保證高的紙張質(zhì)量以及盡可能低的生產(chǎn)成本。為了滿足這些要求，現(xiàn)代高速紙機(jī)的干燥部出現(xiàn)了許多新技術(shù):采用單排烘缸組代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雙排烘缸組;為確保紙幅在干燥部能穩(wěn)定運(yùn)行及順利傳遞，烘缸之間增設(shè)了紙幅穩(wěn)定器、無繩引紙系統(tǒng);為提高蒸汽利用效率，且改善紙機(jī)運(yùn)行性能，加強(qiáng)了汽罩通風(fēng);為改善紙頁(yè)在干燥部的烘干效果，采用了熱吹風(fēng)管與袋式通風(fēng)裝置［8-9］。

1.2.4 壓光整飾技術(shù)

壓光整飾是通過壓光機(jī)對(duì)成紙進(jìn)行表面整飾、改善其表面性能的操作工序。在現(xiàn)代紙機(jī)中，硬壓光機(jī)、軟壓光機(jī)、超級(jí)軟壓光機(jī)和帶式壓光機(jī)都有使用。一般來說，對(duì)于靜電復(fù)印紙和雙膠紙等紙種，兩輥單壓區(qū)軟壓光即可滿足需要，但是它要求進(jìn)入壓光機(jī)前紙頁(yè)的兩面差盡可能小。太陽(yáng)紙業(yè)21#紙機(jī)、岳陽(yáng)紙業(yè)3#紙機(jī)及40萬t/a文化紙機(jī)都配有單壓區(qū)軟壓光機(jī)。2009年華泰紙業(yè)向Voith公司訂購(gòu)的基于Voith公司“同一平臺(tái)概念”的紙機(jī)即采用了EcoSoft Delta軟壓光技術(shù)。近幾年出現(xiàn)了一類新的寬壓區(qū)壓光技術(shù)，即帶式壓光機(jī)和靴式壓光機(jī)，正處于推廣和發(fā)展階段。我國(guó)引進(jìn)的幾臺(tái)僅用于白卡紙板涂布前的原紙整飾，替代傳統(tǒng)的兩輥硬壓光，以保持紙頁(yè)的松厚度。而用于高速文化紙機(jī)時(shí)，技術(shù)還不完全成熟，如第一臺(tái)用于太陽(yáng)紙業(yè)23#文化紙機(jī)卷紙前壓光，效果不是很理想。

1.2.5 紙機(jī)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

(1)化學(xué)品的在線應(yīng)用技術(shù)

紙機(jī)抄造車速和紙張質(zhì)量的大幅度提高，由此而引發(fā)的化學(xué)品的使用種類及添加點(diǎn)不斷增多。為保證紙機(jī)運(yùn)行性能和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，化學(xué)品需要制備濃度穩(wěn)定且能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地在線添加。在當(dāng)今現(xiàn)代化的造紙生產(chǎn)線中，已實(shí)現(xiàn)了化學(xué)品添加的高自動(dòng)化控制程度，可以在紙機(jī)DCS操作界面中完成化學(xué)品的關(guān)停、用量調(diào)整和加入點(diǎn)切換等操作。

(2)紙張質(zhì)量的在線檢測(cè)技術(shù)

為了穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，現(xiàn)代紙機(jī)都配置了包括紙張質(zhì)量控制系統(tǒng) (QCS)、紙幅運(yùn)行監(jiān)測(cè) (WRM)和紙病監(jiān)測(cè) (WIS)系統(tǒng)在內(nèi)的在線檢測(cè)控制系統(tǒng)［10-11］。

1.3 紙加工技術(shù)

眾多高檔紙種和特種紙是經(jīng)過涂布加工來實(shí)現(xiàn)的，如銅版紙、LWC、熱敏紙、無碳復(fù)寫紙、珠光紙和涂布白卡紙等。此外，還有一些特種紙是不需要涂布加工的，如裝飾紙、轉(zhuǎn)移印花紙、食品包裝紙、美紋紙、墻紙?jiān)埡褪ソ?jīng)紙等。涂布紙種不僅要適應(yīng)各種先進(jìn)印刷機(jī)的印刷要求，而且要求印刷后的印品色彩鮮艷，圖像清晰、逼真，性價(jià)比高。對(duì)于涂布的特種紙和高檔文化紙來說，原紙質(zhì)量、涂布配方、涂布技術(shù)是3個(gè)主要的影響因素。紙張生產(chǎn)技術(shù)和涂布設(shè)備一般相差并不十分大，最主要的差別是涂料組分及其性能，從而賦予涂布后的紙張具有不同的用途。涂布技術(shù)裝備的發(fā)展能夠促進(jìn)紙張質(zhì)量的提高，拓展其使用性能。近些年來，涂布技術(shù)發(fā)展比較快，包括涂布方式、干燥方式、運(yùn)行車速和自動(dòng)檢測(cè)與控制等方面［12-13］。

1.3.1 涂布技術(shù)的進(jìn)展

傳統(tǒng)涂布技術(shù)主要包括氣刀涂布、刮刀涂布、輥式涂布等?，F(xiàn)代涂布技術(shù)包括計(jì)量式膜轉(zhuǎn)移施膠式預(yù)涂布、噴霧涂布和簾式涂布等。這些涂布方式可分為接觸式涂布和非接觸式涂布，其適用的涂布紙種存在差異。對(duì)于涂料組分需要避免外加機(jī)械力作用的場(chǎng)合，一般選擇非接觸涂布方式，如無碳復(fù)寫紙、壓敏紙等。有些涂料由于固含量較低，也可以采用氣刀涂布方式，如彩色噴墨打印紙等。接觸式涂布適用范圍比較廣，高速涂布機(jī)一般選用一道刮刀涂布或計(jì)量式膜轉(zhuǎn)移施膠式預(yù)涂布，或者多道涂布的組合形式。如湖南岳陽(yáng)紙業(yè)20萬t/a LWC紙項(xiàng)目采用了膜轉(zhuǎn)移施膠壓榨涂布;海南金海漿紙業(yè)公司2010年投產(chǎn)的世界上最先進(jìn)的文化紙生產(chǎn)線，年產(chǎn)量超過100萬t，采用了機(jī)內(nèi)兩面涂布，每面一道施膠、一道膜轉(zhuǎn)移施膠式預(yù)涂布、兩道刮刀涂布，另外機(jī)外配兩臺(tái)10輥超級(jí)壓光機(jī)。噴霧涂布和簾式涂布是新型的非接觸涂布方式，代表了未來涂布技術(shù)的發(fā)展方向。

1.3.2 涂布紙質(zhì)基材的發(fā)展

涂布紙質(zhì)基材即通常所說的涂布原紙［14-15］，涂布類紙種的生產(chǎn)過程即是將涂料均勻涂覆在紙質(zhì)基材的表面，使得涂布紙具有某些特定的性能。涂布紙質(zhì)基材與涂料性能、涂布操作和涂布紙性能具有密切關(guān)系。涂布紙質(zhì)基材根據(jù)紙種不同可以分為銅版原紙、LWC原紙、鑄涂原紙、熱敏原紙、無碳復(fù)寫原紙和彩色噴墨打印原紙等。此外，某些特種紙既可以使用紙質(zhì)基材，也可使用合成基材。如高光噴墨數(shù)碼相紙可以用紙質(zhì)基材，也可以用樹脂涂布紙 (即RC紙)作為基材?？偟膩碚f，紙質(zhì)涂布基材是涂布基材的主體，改良的紙質(zhì)基材或者合成材料主要用于特種紙的涂布原紙。隨著涂布紙質(zhì)量的提升，紙質(zhì)涂布基材的性能指標(biāo)，如橫幅定量、表面平整性和物理強(qiáng)度等有了更高的要求，這是紙質(zhì)涂布基材發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2 我國(guó)造紙科學(xué)技術(shù)在生產(chǎn)發(fā)展中的作用和重大成果

2.1 近年來造紙科學(xué)技術(shù)在生產(chǎn)發(fā)展中的作用

隨著我國(guó)造紙技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)過短短10多年的發(fā)展，造紙科學(xué)技術(shù)學(xué)科在取得眾多科學(xué)理論與技術(shù)突破的同時(shí)，也將許多的研究成果應(yīng)用到造紙工業(yè)當(dāng)中，并在生產(chǎn)實(shí)踐中收到了成效。涌現(xiàn)出玖龍紙業(yè)、理文紙業(yè)、APP集團(tuán)、華泰紙業(yè)、晨鳴紙業(yè)、太陽(yáng)紙業(yè)等一大批大型的現(xiàn)代化造紙龍頭企業(yè)。在建的和已投產(chǎn)的許多現(xiàn)代化造紙生產(chǎn)線項(xiàng)目無論裝備水平、自動(dòng)化水平還是產(chǎn)品質(zhì)量，都代表了當(dāng)今世界最先進(jìn)水平。山東太陽(yáng)紙業(yè)2010年上半年投產(chǎn)的45萬t/a文化用紙項(xiàng)目，采用了Metso公司的幅寬7.8 m、設(shè)計(jì)車速1800 m/min的紙機(jī);海南金海紙業(yè)2010年5月投產(chǎn)的140萬t/a造紙生產(chǎn)線，配備了德國(guó)Voith公司的網(wǎng)寬11.8 m、車速2000 m/min、帶有七道涂布的涂布機(jī)，主要生產(chǎn)高檔銅版紙等高檔文化用紙，這是目前世界上規(guī)模最大的紙機(jī)。此外，晨鳴紙業(yè)、華泰紙業(yè)和亞太紙業(yè)等也均有大型造紙項(xiàng)目，如晨鳴的80萬t/a高檔低定量銅版紙和60萬t/a涂布白卡紙項(xiàng)目、浙江吉安60萬t/a涂布牛皮卡紙板項(xiàng)目和寧夏中冶美利年產(chǎn)5萬t/a的特種高檔包裝裝潢用紙工程項(xiàng)目等。這些項(xiàng)目都采用世界一流的造紙技術(shù)裝備，自動(dòng)化程度高，單機(jī)產(chǎn)量大。晨鳴紙業(yè)的80萬t/a文化紙項(xiàng)目紙機(jī)網(wǎng)寬11.15 m，設(shè)計(jì)車速2000 m/min，主體設(shè)備分別由芬蘭Metso、德國(guó)Voith、奧地利Andritz和日本丸石等公司提供，采用DCS控制實(shí)現(xiàn)設(shè)備全自動(dòng)化操作，屬于國(guó)際一流的銅版紙生產(chǎn)線。當(dāng)代世界先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，極大地提高了我國(guó)造紙工業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平。上述造紙項(xiàng)目的建設(shè)和投產(chǎn)，是近年來世界最新造紙科學(xué)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的綜合體現(xiàn)，并將進(jìn)一步發(fā)揮其重要的作用。

2.2 近年來造紙科學(xué)技術(shù)的重大成果

我國(guó)造紙科學(xué)技術(shù)學(xué)科重視對(duì)世界先進(jìn)造紙生產(chǎn)技術(shù)的引進(jìn)、消化吸收和創(chuàng)新，重視科研投入和產(chǎn)業(yè)扶持，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有造紙生產(chǎn)裝備及其生產(chǎn)工藝開展技術(shù)優(yōu)化和技術(shù)創(chuàng)新，提高產(chǎn)品質(zhì)量和開發(fā)新產(chǎn)品。河南江河紙業(yè)對(duì)原企業(yè)引進(jìn)俄羅斯的車速只有200 m/min的文化紙機(jī)成功地進(jìn)行了技術(shù)改造，其中包括網(wǎng)部流漿箱、壓榨部、烘缸內(nèi)冷凝水排出裝置、紙幅穩(wěn)定器、紙頁(yè)橫幅定量控制系統(tǒng)等，使紙機(jī)車速穩(wěn)定地提高到800 m/min，不僅產(chǎn)品產(chǎn)量得到提高，而且產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提升，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益大增。該項(xiàng)目因此獲得了2007年輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技成果二等獎(jiǎng)。目前，該企業(yè)在造紙生產(chǎn)的同時(shí)，不斷地進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)造紙?jiān)O(shè)備新產(chǎn)品，成功攻克了簾式涂布、稀釋水流漿箱、頂網(wǎng)成形裝置、膜轉(zhuǎn)移涂布和軟壓光等關(guān)鍵技術(shù)。開發(fā)的部分產(chǎn)品出口到俄羅斯或銷售到國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)。該企業(yè)1000 m/min紙機(jī)技術(shù)改造項(xiàng)目在2010年上半年通過了專家組織的技術(shù)鑒定，其中多項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)了我國(guó)的空白。近幾年，我國(guó)新開發(fā)的新產(chǎn)品還包括:幅寬2700 mm、車速600 m/min的圓網(wǎng)形衛(wèi)生紙機(jī);與韓國(guó)合作開發(fā)的抄造車速已經(jīng)超過1000 m/min的新月形衛(wèi)生紙機(jī);主要關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)口配套的幅寬5650 mm、車速800 m/min的高檔涂布白卡紙機(jī);幅寬5650 mm、車速800 m/min的雙疊網(wǎng)瓦楞紙機(jī);幅寬3300 mm、車速1000 m/min的可控中高輥的超級(jí)壓光機(jī);幅寬6100 mm、車速1200 m/min的高速膜轉(zhuǎn)移施涂器;幅寬3520 mm、車速800 m/min的帶可控中高輥的單、雙壓區(qū)軟輥壓光機(jī)等等。這些新產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用，使紙和紙板產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率進(jìn)一步提升，產(chǎn)品生產(chǎn)成本下降，進(jìn)一步適應(yīng)了市場(chǎng)的發(fā)展需求。

3 造紙科學(xué)技術(shù)學(xué)科國(guó)內(nèi)外比較分析

我國(guó)現(xiàn)已發(fā)展成為世界上紙和紙板的第一生產(chǎn)大國(guó)，但卻不是世界上的造紙強(qiáng)國(guó)，與世界發(fā)達(dá)國(guó)家的造紙技術(shù)水平，特別是造紙裝備水平相差仍然較大。應(yīng)當(dāng)看到，改革開放30年來特別是近10年來，我國(guó)的造紙生產(chǎn)水平有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。這在很大程度上依賴于引進(jìn)的國(guó)外先進(jìn)的造紙技術(shù)裝備，包括整條的造紙生產(chǎn)線。當(dāng)然，我國(guó)在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，吸收消化和再創(chuàng)新工作取得了較快地發(fā)展，使得造紙企業(yè)無論在生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品質(zhì)量，還是生產(chǎn)效率等方面都有了很大提高。同時(shí)，原材料消耗特別是能源消耗有了明顯降低，突顯出資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的綠色造紙工業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)。目前，我國(guó)與世界造紙強(qiáng)國(guó)在造紙裝備方面的主要差距包括:造紙裝備技術(shù)水平有待進(jìn)一步提升;國(guó)產(chǎn)打漿設(shè)備需要進(jìn)一步完善;國(guó)產(chǎn)紙機(jī)的性能和質(zhì)量與國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品相比差距較大;我國(guó)的造紙科學(xué)技術(shù)學(xué)科的研發(fā)能力需進(jìn)一步加強(qiáng)等。

與國(guó)際裝備制造巨頭相比，國(guó)內(nèi)裝備制造企業(yè)缺乏自己的研發(fā)機(jī)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)裝置和手段，設(shè)備運(yùn)行參數(shù)只能從產(chǎn)品試車或生產(chǎn)中獲得。與國(guó)外裝備相比用戶有很大的選用風(fēng)險(xiǎn)，不能針對(duì)造紙行業(yè)的發(fā)展研發(fā)出適合新工藝的高效、可靠設(shè)備，更不能為用戶提供前期工藝技術(shù)參數(shù)的支持。從而造成了被動(dòng)的跟蹤模仿，無法形成自已的核心技術(shù)。另外，我國(guó)設(shè)備技術(shù)開發(fā)與工藝技術(shù)的發(fā)展相脫節(jié)，設(shè)備技術(shù)開發(fā)總是遠(yuǎn)落后于工藝技術(shù)，相互間不能形成有機(jī)的聯(lián)系和合作。除此之外，國(guó)內(nèi)科研院所的研發(fā)機(jī)構(gòu)與裝備制造企業(yè)以及造紙生產(chǎn)企業(yè)之間的有效溝通和合作也是十分欠缺的。裝備制造企業(yè)總是期待著已經(jīng)十分成熟的研究成果，然后將其買來后直接產(chǎn)業(yè)化，顯然這是不現(xiàn)實(shí)的一種做法;科研院所也因科研經(jīng)費(fèi)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的缺乏，很難與生產(chǎn)企業(yè)真正深入地開展合作研發(fā)，產(chǎn)學(xué)研合作在一定程度上流于形式。

4 造紙科學(xué)技術(shù)學(xué)科展望與對(duì)策

在現(xiàn)代社會(huì)中，紙和紙板作為一種生產(chǎn)資料和生活資料，其消費(fèi)也在向著多元化的方向發(fā)展

隨著生產(chǎn)和生活水平的提高，對(duì)紙和紙板的質(zhì)量要求也在不斷地發(fā)生著變化。2009年，我國(guó)人均紙和紙板的年消費(fèi)水平為64 kg，比2000年的28 kg翻了一番多。盡管如此，仍比世界平均消費(fèi)水平低10 kg，比美國(guó)、日本、芬蘭等世界18個(gè)國(guó)家人均200 kg以上的消費(fèi)水平相差甚遠(yuǎn)，許多的先進(jìn)造紙技術(shù)裝備仍然依靠進(jìn)口，這都說明我國(guó)是一個(gè)造紙弱國(guó)。當(dāng)今，在建設(shè)和諧社會(huì)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的新形勢(shì)下，造紙科學(xué)技術(shù)學(xué)科面臨著發(fā)展的巨大機(jī)遇，同時(shí)也面臨著許多新的挑戰(zhàn)。

4.1 紙及紙板產(chǎn)品將向著多元化、低定量、功能化、環(huán)保、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的方向發(fā)展

這一趨勢(shì)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和社會(huì)發(fā)展水平以及人民生活的發(fā)展水平所決定的，也是不以人們的意志為轉(zhuǎn)移的客觀發(fā)展趨勢(shì)。優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力將進(jìn)一步提高，配用高得率漿和廢紙漿的新品種也將會(huì)增加，品牌、名牌創(chuàng)新力度將加大，引導(dǎo)理性消費(fèi)的觀念和措施將進(jìn)一步加強(qiáng)。面對(duì)這種形勢(shì)，造紙科學(xué)技術(shù)學(xué)科必須保持清醒的認(rèn)識(shí)，自覺地調(diào)整觀念意識(shí)，主動(dòng)適應(yīng)新形勢(shì)的發(fā)展需要，創(chuàng)新思路，研究開發(fā)與發(fā)展趨勢(shì)相適應(yīng)的造紙新工藝、新產(chǎn)品、新設(shè)備。如我國(guó)新聞紙已從過去的49 g/m2降低到現(xiàn)在的45 g/m2及以下，而紙張質(zhì)量和印刷質(zhì)量不斷提高，備受市場(chǎng)青睞。

4.2 紙及紙板生產(chǎn)過程向著高車速、高質(zhì)量、高效率、低 (資源、能源)消耗、低排放的方向發(fā)展

這一發(fā)展方向體現(xiàn)了紙和紙板產(chǎn)品的生產(chǎn)過程追求高生產(chǎn)效率，同時(shí)節(jié)約資源、環(huán)境友好、低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展目標(biāo)。在紙料制備過程中，低濃打漿要向著中、高濃打漿的方向發(fā)展;為提高造紙濕部的脫水量，改善紙或紙板的質(zhì)量，靴式壓榨將進(jìn)一步得到廣泛的應(yīng)用;計(jì)量式膜轉(zhuǎn)移施膠及涂布、簾式涂布、袋區(qū)通風(fēng)、在線軟壓光、在線質(zhì)量檢測(cè) (包括橫幅定量、水分、緊度、灰分等)及控制、生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制等技術(shù)，也都會(huì)在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。此外，能源消耗、水資源的合理使用、中段水的回收利用等，都會(huì)越來越得到重視。

4.3 加強(qiáng)造紙科學(xué)技術(shù)學(xué)科的研發(fā)能力

我國(guó)造紙科學(xué)技術(shù)學(xué)科的研發(fā)隊(duì)伍存在著小而散的現(xiàn)象，由于經(jīng)費(fèi)缺乏等多方面因素影響，一些實(shí)驗(yàn)手段和檢測(cè)手段等還較落后，一些新工藝、新方法等難以擴(kuò)大規(guī)模試驗(yàn)。相反，國(guó)外的情況要好很多。例如加拿大制漿造紙研究院 (Paprican-FPInnovations)投資上千萬加元安裝了一臺(tái)實(shí)驗(yàn)紙機(jī)，幅寬1 m以下，配備了非常完善的在線監(jiān)測(cè)和檢測(cè)儀器設(shè)備，使得造紙工藝方面的研究實(shí)驗(yàn)得心應(yīng)手。再如前面述及的Voith、Metso和Andritz世界三大制漿造紙裝備制造商，其研發(fā)中心功能十分健全，產(chǎn)學(xué)研、工藝與設(shè)備研發(fā)緊密結(jié)合，相互依賴、共同發(fā)展，這些都值得我國(guó)造紙科學(xué)技術(shù)學(xué)科學(xué)習(xí)和借鑒。要避免形成國(guó)外先進(jìn)造紙裝備技術(shù)“引進(jìn)—消化—再引進(jìn)”的怪現(xiàn)象，真正走上一條“引進(jìn)—消化—?jiǎng)?chuàng)新”的發(fā)展之路、造紙強(qiáng)國(guó)之路。

［1］ 中國(guó)造紙協(xié)會(huì)．中國(guó)造紙工業(yè)2009年度報(bào)告［J］．造紙信息，2010(6):6．

［2］ 劉軍鈦．超微粒助留劑及其應(yīng)用［J］．中華紙業(yè)，2009，30(6):82．

［3］ 任淑華，祝 光．稀釋水流漿箱的類型及其對(duì)橫幅定量的控制［J］．紙和造紙，2008，27(5):8．

［4］ 王道文，史曉冬，賀蘭海．幾種疊網(wǎng)紙板機(jī)壓榨部的配置與設(shè)計(jì)［J］．中華紙業(yè)，2007，28(8):55．

［5］ Thomas Augscheller．用于文化紙機(jī)最有效的壓榨技術(shù)——靴式壓榨［J］．中華紙業(yè)，2007，28(8):33．

［6］ 楊伯鈞．新紙機(jī)干燥部——岳陽(yáng)紙業(yè)LWC改造項(xiàng)目國(guó)際新技術(shù)消化吸收［J］．中華紙業(yè)，2002，23(3):27．

［7］ 林文耀．我國(guó)造紙工業(yè)近年來進(jìn)口的新技術(shù)設(shè)備［J］．紙和造紙，2005(8):78．

［8］ 劉機(jī)勇．高速紙機(jī)的干燥部及其特性［J］．中華紙業(yè)，2007，28(3):6．

［9］ 馮銘杰．合理配置單排烘缸避免紙頁(yè)卷曲［J］．國(guó)際造紙，2006，25(1):6．

［10］ 劉安江．高速紙機(jī)自動(dòng)化控制的發(fā)展趨勢(shì)［J］．中華紙業(yè)，2007，28(6):64．

［11］ 尹 超．岳陽(yáng)紙業(yè)#8紙機(jī)的配置與生產(chǎn)運(yùn)行［J］．中華紙業(yè)，2008，27(15):56．

［12］ 王海松，劉金剛．涂布技術(shù)的最新進(jìn)展［J］．國(guó)際造紙，2003，22(5):6．

［13］ 曹邦威．造紙顏料涂布技術(shù)的進(jìn)展與展望［J］．國(guó)際造紙，2004，23(5):1．

［14］ 鄒志梅．涂布原紙的質(zhì)量控制［J］．造紙科學(xué)與技術(shù)，2002，21(4):56．

［15］ 陳 港，方志強(qiáng)，文 艾．轉(zhuǎn)印類涂布紙的特性及應(yīng)用［J］．造紙科學(xué)與技術(shù)，2009，28(6):70．

The Present Situation，Development Trend and Strategy of China's Papermaking Science and Technology Discipline

HOU Qing-xi*WANG Jin ZHANG Hong-jie
(Tianjin Key Lab of Pulp＆ Paper，Tianjin University of Science＆ Technology，Tianjin，300457)

The present situation，development trend and strategy of China's papermaking science and technology discipline are discussed．The important role and achievement of the discipline in the paper industry development are also presented．After analyzing the differences of the discipline in China and abroad，the strategies for further development China's papermaking science and technology discipline are proposed．

papermaking;papermaking science and technology;discipline

TS7 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: 文章編號(hào):

文章編號(hào):0254-508X(2011)12-0060-07

侯慶喜先生，教授;主要從事清潔制漿技術(shù)與造紙裝備方面的研究。

(*E-mail:qingxihou@tust．edu．cn)

2011-08-04

(責(zé)任編輯:常 青)