陳港：造紙業(yè)技術創(chuàng)新與新產(chǎn)品開發(fā)方向

2015-12-11 紙界雜志

    本文為10月22日華南理工大學教授、博導陳港在第八屆中國紙業(yè)發(fā)展論壇上的演講。

    尊敬的各位紙業(yè)商會的會長，各位同行，大家下午好！非常高興和榮幸受邀參加第八屆中國紙業(yè)發(fā)展論壇，也非常感謝有這樣一個機會和同行的各位企業(yè)家進行學習和交流，今天早上前面的一些報告和內(nèi)容是非常豐富的，特別是龍頭企業(yè)老總們關于企業(yè)未來的戰(zhàn)略思考或者是全球視野，給大家的啟發(fā)非常多，我也收獲很多。

    關于技術創(chuàng)新方面我從另外一個角度談談企業(yè)未來的創(chuàng)新發(fā)展。包括兩方面的內(nèi)容：第一，簡單說一下關于紙業(yè)技術創(chuàng)新方面的宏觀機制問題。第二，從我們最近紙業(yè)新的技術或者產(chǎn)品的開發(fā)來談談，主要是談一些方向性的內(nèi)容。

    造紙企業(yè)的發(fā)展總是遇到不同階段的問題，當前造紙企業(yè)遇到前所未有的挑戰(zhàn)，比如能源環(huán)境、宏觀經(jīng)濟和市場，以及新興行業(yè)對我們這個行業(yè)的沖擊，因此，在新常態(tài)下，大家在探討轉型升級的問題。有很多企業(yè)可能著重在模式上的創(chuàng)新，面對環(huán)保、節(jié)能減排、和市場的壓力、產(chǎn)能過剩和利潤下降的行業(yè)現(xiàn)狀，有些從技術創(chuàng)新等等方面，最重要目標是提高企業(yè)的競爭力，也就是怎么轉型，我非常贊同太陽紙業(yè)李董講的練好內(nèi)功，只有把這個企業(yè)的產(chǎn)品和技術做到極致，才是企業(yè)發(fā)展的永恒。

    關于技術創(chuàng)新，先講講企業(yè)層面技術創(chuàng)新的構建，大家知道每個企業(yè)都有自己的生產(chǎn)技術部或者技術中心，或者地方政府對企業(yè)的支持，比如省級的技術中心，紙業(yè)行業(yè)里面不超過10家的國家級技術中心或者企業(yè)博士站，對院校方面，從一般的大專院校，比如211、985大學，我們學校就是211大學和985大學，還有協(xié)會各方的力量，從人才體系的構建，我們可以看看企業(yè)中從事專業(yè)技術、技術創(chuàng)新方面工作的人才體系。相信國內(nèi)的，特別是龍頭企業(yè)在不同方面都進行了技術創(chuàng)新體系的構建，但也有一些企業(yè)可能對本企業(yè)發(fā)展階段有不同的認識，靠自己的力量進行技術研發(fā)，體系還需要去完善。

    接下來，把國內(nèi)企業(yè)跟國外發(fā)達國家領先的企業(yè)做一個簡單的對比?？偟膩碚f，國內(nèi)企業(yè)規(guī)模偏小，創(chuàng)新投入不足，全世界按照銷售收入排前100名的，其中我國有20家，另外，對上市公司一些年報的分析和研究，在研發(fā)投入方面的占比大概是1-4%的范圍，國際大公司很多在1%，但是它的總量大，相對來說我們的投入不足。第二，我們的自主創(chuàng)新意識不夠，以模仿創(chuàng)新和引進為主，今天我們看到國際上很多大的公司，確實對我國造紙行業(yè)的發(fā)展作出了巨大的貢獻，國外的企業(yè)比較重視原始創(chuàng)新。第三，以企業(yè)內(nèi)部資源為主的創(chuàng)新正在轉向依賴外部資源的協(xié)作創(chuàng)新，特別是規(guī)模比較小的企業(yè)，很多時候是完全依賴于外部的資源。我們在學習或者討論國外的，特別是美國或者歐洲當前造紙行業(yè)的一些新技術研發(fā)動向中發(fā)現(xiàn)，國外企業(yè)內(nèi)外結合，重視合作創(chuàng)新，一些新的動向往往不是一家公司獨立完成。第四，鮮有標志性突破性創(chuàng)新成果。第五，對我國的造紙行業(yè)來說亟待建立高效的創(chuàng)新機制，推進技術創(chuàng)新工作。以市場為導向，以企業(yè)為主體，產(chǎn)學研相結合，協(xié)同創(chuàng)新的機制亟待建立。

    為了準備這次報告，我們從歐洲專利、美國專利包括中國專利，比較了國內(nèi)外龍頭企業(yè)專利的數(shù)量，總體來講，我們的差距比較大，而且有不少企業(yè)的專利是實用新型專利，不是原創(chuàng)的發(fā)明專利，因此我們的技術創(chuàng)新工作永遠是走在路上的一個工作。

    以上是第一部分內(nèi)容。第二部分我重點講幾方面的內(nèi)容。在講新技術內(nèi)容之前，我們梳理了當前造紙行業(yè)面臨的技術挑戰(zhàn)，我們要提高效率，穩(wěn)定質量，用差的纖維造好的紙，如果我們都是用好的裝備，好的纖維造好的紙，水平還有待提高。另外進一步提高紙張里面灰分含量，而不影響紙張性能。用水量越來越少，白水封閉循環(huán)利用的程度越來越高，如何維持濕部化學平衡和化學品的效率，化學品星光匯企業(yè)在這方面還有很多工作要做，怎么降低行業(yè)的能耗，包括福伊特、維美德，都做了大量的工作。我注意到福伊特造紙亞洲區(qū)總裁上午講的，其中有一個是紙張應用的定量化，對造紙行業(yè)的技術也是一個挑戰(zhàn)。另外是如何拓寬紙張的應用，實現(xiàn)功能化和差異化。圍繞這些問題，在我們現(xiàn)有的技術手段、裝備或者借用相關技術我們能做什么工作。

    第一是植物纖維原料利用新技術。造紙大都是用木材纖維原料，廢紙的比例很高，從植物纖維三大組成部分來說，我們充分利用了纖維素，比如太陽紙業(yè)在生物精煉方面做了很多的工作，纖維利用也是造紙行業(yè)當前面臨的一個很重要的課題。在美國未來20年的技術路線圖上，2006年的時候已經(jīng)提出了生物精煉的概念，傳統(tǒng)的制漿造紙行業(yè)，對它的產(chǎn)品，除了紙和漿以外還能做什么，這些問題的提出，更多是從行業(yè)經(jīng)濟發(fā)展未來的趨勢和盈利能力考慮，我們能不能做化學品，能不能做新材料，能否向生物精煉方面發(fā)展。

    關于植物纖維的利用，對造紙來講現(xiàn)在所能利用的主要是利用微米級的纖維，隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，我們能不能把更小尺度的纖維分離提取出來，做一些新的材料，這就是我們怎么來把植物纖維高質化利用的一個很重要的方向。

    我個人認為納米纖維素的材料是造紙行業(yè)能夠做得好的新材料，它的制備方法可以通過化學或者生物，或者是化學與生物相結合的方法，做出來的納米纖維素有哪些性能呢？納米纖維素跟別的產(chǎn)品相比有很好的性能，比如高強度、高磨量、異光學性能、它的長徑比等方面，在未來具有很好的潛在應用前景，我列了很多關于納米纖維素方面的應用，包括斯道拉恩索公司也提出來，除了用納米纖維素做造紙以外，還可以做傳感器等等，還包括在智能包裝、涂布、分散劑等等領域的應用。

    大家可能會提一個問題，到底我們有些什么納米纖維素的應用，是不是成本很高，在技術層面上還有哪些問題，我給出一個案例，是用普通纖維和納米纖維用在透明的觸摸屏，用在太陽能的吸收材料，提高光轉化效率?，F(xiàn)在目前碰到的技術挑戰(zhàn)也是我們在技術創(chuàng)新方面所需要進行的工作。目前有四個問題亟待解決或者對未來的應用產(chǎn)生大的影響：一是大規(guī)模制造的工藝及設備技術。二是能夠制備納米纖維素的設備和工藝還存在著成本比較高的問題。三是專利封鎖。四是各領域的應用技術，怎么把它應用好，這也需要我們?nèi)ズ献?、協(xié)同創(chuàng)新。

    關于納米纖維素我就介紹到這里，接下來是綠色制漿技術，制漿能不能少用化學品，用最少量的能量來制漿。首先是溶劑制漿技術，通過這種溶劑可以把纖維素在低溫或者少用化學品，甚至不用化學品條件下，把它做到有效分離。關于原料的引用，比如秸稈綜合利用技術(NPulp)，在美國獲得了發(fā)明獎，它的核心技術是生物酶的處理技術，在一定熱作用的處理下，它所做的產(chǎn)品，核心在于生物酶，另外就是一整套完善的生產(chǎn)技術，對秸稈的綜合利用也是一個很好的方面。

    這個技術是泡沫成形技術，我也注意到福伊特公司對泡沫成形的技術給予很多關注，造紙工藝經(jīng)常說不希望我們的漿料里面有空氣、氣泡，因此在大型的紙機系統(tǒng)里面非常注意。這是VTT研發(fā)的一項技術，也是未來可能是一個顛覆性的技術，它現(xiàn)在的分散主要是用泡沫+水，會有一些什么很好的特性呢？通過泡沫成形出來的制品多層結構的電鏡觀察圖，它的孔隙非常豐富，因此在很多領域，在造紙過程可以降低能耗，減少原料的用量。在某些特殊的產(chǎn)品，比如做玻璃材料、緩沖材料、特殊的包裝材料，我們能不能用現(xiàn)有的造紙機技術來做呢？在它的一些研發(fā)報告上可以看到，我覺得這項技術很快會走向產(chǎn)業(yè)化，已經(jīng)在一些紙機上完成改造，完成了它的終端實驗，可以節(jié)省30%的原料。

    接下來是同步技術，有很多企業(yè)也有涂布的裝備或者涂布紙張的生產(chǎn)，我個人認為簾式涂布是一種很有前途的涂布應用。下面一個案例給我們在技術創(chuàng)新或者紙張功能賦予的參考，歐洲的CTP公司，在紙機上簾式涂布機的實施方法，適用于簾式涂布配方的發(fā)展，需要轉化為淀粉-MNFC混合物涂布，這很有優(yōu)勢。

    解析一下紙張阻隔涂層技術，除了用纖維來造紙，我們經(jīng)常受到別的行業(yè),如互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展對我們產(chǎn)生的沖擊，能不能通過技術創(chuàng)新去搶別的市場，紙張阻隔涂層技術是我們紙張開發(fā)一個很重要的方向，也就是能不能用紙?zhí)娲∧ぁ榇?，紙張的基本性能就是機械性能，傳統(tǒng)的是書寫、印刷、包裝一般的性能，如果我們再賦給它生物活性、方位性能、智能包裝、高強輕質等特性，它的利用度會大幅度提高。

    我比較了紙張跟PET，為什么跟PET比較，同樣厚度的紙張，成本是PET的40%，耐熱性比較好，低的熱膨脹系數(shù)，高的耐熱性，在電子材料的應用或者在包裝材料復合領域，會用到紙張很好的耐熱性，不過耐折度比PEC差，當它到納米級的時候，灰度和耐折度也會達到基本要求。

    對造紙企業(yè)來說，提高紙和紙板阻隔性能的挑戰(zhàn)，包括原紙性能：勻度、平整性、封閉性，阻隔材料的應用等等。它將來在哪個方面有很廣泛的應用，比如在食品包裝，能不能有淋膜類的產(chǎn)品，包括噴墨耗材，光電新材料或者物流行業(yè)的包裝新材料。這是包裝類紙張新產(chǎn)品主要方向，最終實現(xiàn)高比例回收，也可持續(xù)發(fā)展，通過我們的技術創(chuàng)新，賦予紙張各個方面的性能，包裝紙的應用可以得到很廣泛的推廣。

    關于文化用紙?zhí)貏e是印刷紙未來的研發(fā)方向。大家說銅板紙或者印刷紙受到互聯(lián)網(wǎng)的影響，怎么去做。其中一個重要的方向，在近幾年很多大的公司，非常重視研究數(shù)碼技術對造紙行業(yè)的影響，一方面我們報紙少了，傳統(tǒng)印刷的產(chǎn)品少了，但是數(shù)碼印刷機還在發(fā)展，這也是互聯(lián)網(wǎng)+對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的一個發(fā)展方向。對于數(shù)碼紙張的最基本要求，在這個過程中需要創(chuàng)新，創(chuàng)新的技術包括了紙張的穩(wěn)定性，很多大型企業(yè)的紙機在這方面是沒有問題的，希望創(chuàng)新的重點是在涂層的結構設計和新興涂層材料的開發(fā)，去年在歐洲高速連續(xù)噴墨紙張的需求超過了100萬噸。

    在其他新的技術方面，如紙張的低定量化，就需要工藝、裝備、化學品等等方面的配合才能實現(xiàn)。另外就是紙張高灰分加載技術，我們一直認為，紙張?zhí)盍系奶砑佑肋h是一個問題，如果能夠增加到40的灰分，對造紙企業(yè)核心競爭能力的提升是非常有作用的。