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【学术论文】长沙理工大学王玉珑/林本平团队:楠竹P-RC APMP的制备及其在纸浆模塑中的应用研究

2026-05-08 19:01:17

楠竹P-RC APMP的制备及其在纸浆模塑中的应用研究

卢维金¹ 林本平^1,* 林亚辉¹ 杨瑞¹ 张红杰^2,3 文朝辉⁴ 吴大旭⁴ 王玉珑^1,*

1.长沙理工大学化学与医药工程学院

2.中国制浆造纸研究院有限公司

3.制浆造纸国家工程实验室

4.中国轻工业长沙工程有限公司

创新点

原料创新：系统研究了我国储量丰富竹材蓄积量最大的楠竹（毛竹）在盘磨化学预处理碱性过氧化氢机械浆（P-RC APMP）工艺中的制浆适应性，为拓展非木纤维原料提供了新选择。

工艺优化：采用P-RC APMP工艺结合多段过氧化氢高浓漂白，成功制备出得率高达84.25%、D65亮度达72.1% 的高品质楠竹化机浆。

应用突破：将楠竹P-RC APMP部分替代漂白化学浆用于纸浆模塑材料，系统揭示了其对材料物理强度、防水防油性能的影响规律，发现10%~30%的配抄量可在保持良好强度的同时，显著提升挺度和防水性，并兼顾优异的防油等级（9~10级）

选题依据

我国造纸工业原生木浆进口依赖度高，纤维原料短缺是制约行业可持续发展的关键问题。我国竹类资源丰富，但楠竹因化学浆性能不佳而未被有效利用。与此同时，在“限塑/禁塑”和“以竹代塑”政策背景下，纸浆模塑包装市场需求快速增长。

本研究抓住这一契机，探索利用楠竹制备高得率P-RC APMP化机浆，并将其应用于纸浆模塑材料中。旨在解决两个核心问题：一是为丰富的楠竹资源寻找高值化利用途径；二是开发一种兼具环保性、功能性与经济性的纸浆模塑原料，降低对化学木浆的依赖，并为开发食品级防油纸浆模塑产品提供技术支撑。

研究技术路线

本研究的技术路线主要包括楠竹P-RC APMP的制备与性能分析（图1），以及其与漂白化学浆配抄制备纸浆模塑材料并评估性能两大阶段。

图1 楠竹P-RC APMP制备工艺流程

纸浆模塑材料制备及性能评价：将楠竹P-RC APMP与漂白化学竹/针叶木浆按不同比例（0~50%）配抄，添加AKD防水剂和PAE湿强剂，经抄造成型、高温热压干燥后，再经表面防油涂布处理，制得纸浆模塑材料。系统评价不同配抄量对制备过程浆料留着率、滤水性能和模塑成品材料的物理性能、强度性能、防水防油性能的影响。

主要研究结果与分析

4.1 楠竹P-RC APMP表现出良好的制浆性能

研究发现，楠竹P-RC APMP的得率为84.25%。经过三段过氧化氢高浓漂白后，其D65亮度可从40.2%提升至72.1%（见表1），同时纤维的分丝帚化率和扭结指数显著提高，有利于纤维间的结合（见表2）。当进一步磨浆至55 °SR时，浆料的抗张指数可达19.0 N·m/g，表明其具备良好的强度潜力。

表1 楠竹浆料所制手抄片的光学及强度性能

表2楠竹P-RC APMP化机浆制备过程中各漂白工段的纤维形态

4.2 楠竹P-RC APMP配抄显著影响纸浆模塑材料性能

物理与防水性能：随着楠竹P-RC APMP配抄量从0增至50%，纸浆模塑材料的紧度和平滑度下降，但透气度和挺度明显提高。同时，其防水性能显著提升，Cobb₆₀值从20.2 g/m²降至11.5 g/m²，水接触角也明显增大（图2）。这归因于化机浆中木质素的疏水特性。

(图中显示：随着配抄量增加，Cobb₆₀值持续下降，水接触角增大，表明防水性提高)

图2 楠竹P-RC APMP配抄量对纸浆模塑材料防水性能的影响

强度与留着性能：配抄量的增加会导致抗张、撕裂等强度指标下降，但挺度先升后降，在10%配抄量时达到峰值（图3）。同时，浆料留着率从97.21%降至83.68%，滤水时间缩短，但阴离子垃圾（PCD）含量增加，这需要在生产中注意助留剂和电荷中和剂的调控。

图3 楠竹P-RC APMP配抄量对纸浆模塑材料强度性能的影响

(图中显示：抗张强度持续下降，挺度在10%配抄量时达到最高点)

防油性能：经过表面防油涂布处理后，当楠竹P-RC APMP配抄量为10%~30% 时，纸浆模塑材料仍能保持9~10级的优异防油等级（满级为10级）。SEM图像（图4）表明，配抄量超过40%后，材料表面纤维痕迹明显，涂层均匀性下降，导致防油等级降至7~8级

(图中对比显示：配抄量0%时表面光滑，配抄量50%时表面纤维痕迹明显)

图4 防油纸浆模塑材料的表面SEM图

主要结论

5.1 成功制备高品质楠竹化机浆：采用P-RC APMP工艺结合多段过氧化氢漂白，可制备得率84.25%、D65亮度72.1%的楠竹漂白化机浆，其纤维形态良好，具备作为功能性造纸原料的潜力。

5.2 明确了最佳配抄范围：综合各项性能，楠竹P-RC APMP在纸浆模塑材料中的最佳配抄量为10%~30%。在此范围内，可在保证可接受足够的强度性能条件下，显著提升材料的挺度、防水性和透气度。

5.3 实现了优异的防水防油性能：配抄楠竹P-RC APMP能协同提升材料的防水性能（Cobb₆₀值最低降至11.5 g/m²）。在10%~30%配抄量下，经表面涂布后，防油等级仍可达9~10级，可满足食品级包装要求。

5.4 提供了产业化技术依据：本研究为丰富楠竹资源的高值化利用和“以竹代塑”背景下纸浆模塑产业的原料升级优化和产品性能改进提供了重要的理论依据和技术支持。

作者简介

第一作者：卢维金，在读硕士研究生：研究方向：清洁化制浆技术与纤维材料高值化利用。

*通信作者：林本平，博士，实验师；研究方向：清洁化制浆技术与纤维材料高值化利用；E-mail: benping@163.com。

*通信作者：王玉珑，博士，教授；研究方向：生物质基功能材料及纳米纤维素、纸张涂布技术与特种纸；E-mail: wangyulong_1977@126.com。

团队介绍

长沙理工大学化学与医药工程学院-生物基化学品与纸基功能材料研究团队，长期致力于清洁化制浆技术、纸基功能材料、生物质精炼及化学品等领域的研究，承担了多项国家级和省部级科研项目，与行业内多家头部企业建立了紧密的产学研合作关系，在纤维原料高值化利用、特种纸基材料及生物基化学品研发方面具有深厚的积累。先后承担国家级、省部级项目20余项，发表高水平论文120余篇，获省部级奖励10余项，获授权发明专利30余项。

引文格式

卢维金, 林本平, 林亚辉, 等. 楠竹P-RC APMP的制备及其在纸浆模塑中的应用研究[J]. 中国造纸学报, 2026, 41(1):114-123.

LU W J, LIN B P, LIN Y H, et al. Study on the Preparation of Bamboo (Phyllostachys Pubescens) P-RC APMP and Its Application for Pulp Molding[J]. Transactions of China Pulp and Paper, 2026, 41(1):114-123.