2023年3月16日，《北京（jīng）日報》“京韻周（zhōu）刊·領創（chuàng）”專欄以（yǐ）《紙藝春（chūn）秋（qiū）》為題，刊發保利（lì）中（zhōng）輕所屬中國製漿造紙研究院研（yán）究（jiū）開發（fā）部副主任、包裝研發中心主任張紅傑及其團隊，為打破國外對製漿造紙助劑的壟斷，持續研發植物纖維基綠色環保材料，助（zhù）力繪就綠水青山（shān）的故事（shì）。與大家分享——
紙藝春秋
塑身薄如（rú）翼（yì），潑墨弄丹青。
利用（yòng）樹皮、麻頭（tóu）、漁（yú）網等原料，經過挫、搗、抄、烘等工藝，製出可供書（shū）寫（xiě）的（de）紙張，這是（shì）我國古代的四大發明之一——造紙術。特別（bié）是經東漢（hàn）蔡倫（lún）改良後，紙（zhǐ）的質量和產（chǎn）量有了大幅提升，人類書寫材料史迎來（lái）了重（chóng）要（yào）變革。
數千（qiān）年間，人類文（wén）明借助（zhù）紙張得以廣泛傳播。但當造紙技術逐漸走向工業化、現代化，作（zuò）為造紙術（shù）發源地的中國，發展的腳步卻逐漸滯後。在很（hěn）長一（yī）段（duàn）時（shí）間裏，我（wǒ）國不論是在造紙工業的體（tǐ）量（liàng）還是技術（shù）上，與歐美發達國家相比都有著（zhe）明顯的差（chà）距。
為打（dǎ）破國（guó）外對製漿（jiāng）造紙助劑的壟斷，20多年（nián）來，中（zhōng）國製漿造紙研究院（yuàn）有限公司研究開發部副主任、包裝材料研發中心主任張紅傑持（chí）續探索，並研發植物纖維基綠色環保材料，助力繪就綠水青山。
一紙千載技更新（xīn）
在日（rì）常生活中，紙無處（chù）不（bú）在。讀書看報（bào）、寫字作畫自（zì）不必說，大量的日用品也都是（shì）以紙為原（yuán）料製作。不過，國人對造紙的認識，似乎大多仍停留在蔡倫造紙的曆史認知上。
1996年，張紅傑考上山（shān）東輕工業學院（現齊魯（lǔ）工業大學）製漿造紙工程專業。在對這個專業進行了全麵、係統學習後，他才意識（shí）到，我國的傳統造紙術是經過一代代匠（jiàng）人實踐、總結、傳承的工藝，而現代製漿（jiāng）造紙技術的背後，有著豐富的理論基礎和技術規範。“從（cóng）蔡倫發明造紙術到現在的製漿造紙專業，雖然說（shuō）從工藝原理（lǐ）上（shàng）變化不是很大，但每個步驟都更加細化和規範，最終形（xíng）成了一套現代的製漿造紙知識體係。”
製漿、造紙，是現代造紙工業的兩個（gè）重要步驟。將植物纖維原料通（tōng）過機械或者（zhě）化學的方（fāng）法製成長短不一（yī）的單根纖維，再加入功能助劑調（diào）製成纖維的（de）水懸（xuán）浮液，然後利用網麵濾去水分，留（liú）下纖維網絡成型，經過壓榨、幹（gàn）燥後便成了紙張（zhāng）。從無機化學、有（yǒu）機化學到植物纖維化學、膠體化（huà）學，從材料理論到製漿造紙工程，張紅傑逐漸窺探到了（le）造紙的（de）關鍵——一根根細至（zhì）毫米級的植物纖維的種類、長度、形貌，決定著紙張最終呈現的性能。
彼時，我國的造（zào）紙產業雖然（rán）已經開始快速發展（zhǎn），但仍以“小作坊”式的紙廠居多，規（guī）模甚至（zhì）比不上國際大型造紙廠一條生產線的產量，並且產品種類相對單（dān）一，發展更依靠（kào）“量”而非“質”。“現在回憶那時候（hòu）常見的印刷品，用的紙大（dà）多粗糙、泛黃，寫字也容（róng）易洇墨。這背後其（qí）實體現的（de）是（shì）製漿（jiāng）、漂白、施膠等一係列（liè）工藝的落後。”張（zhāng）紅（hóng）傑說。
在攻讀碩士研究生期間，張紅傑師從天津科技大（dà）學教授胡（hú）惠仁，對製漿造紙領域的一項（xiàng）重要輔料——造紙助（zhù）留劑陽離子聚（jù）丙烯酰（xiān）胺展開（kāi）了（le）研究，“這（zhè）種化學成分在生產中使用的量雖然（rán）不多，但作用很（hěn）大（dà），相當於‘工（gōng）業味精’。”它主要是發（fā）揮吸附、架橋（qiáo）等（děng）作用，讓更多細小的纖維和填料盡可能保留在網麵上，不會隨著水流被濾出，從而改善紙（zhǐ）頁質量，降低造紙過（guò）程（chéng）中的原料損耗。
當時，這（zhè）類產品在國內還是一片（piàn）空白，必須依靠進口。“現在說（shuō）起來，這也算是當時的‘卡脖子（zǐ）’技術，因為國內做不好，國（guó）外供應商就能隨意提價。”張紅傑說，在（zài）2000年前後，一噸陽離子聚（jù）丙烯酰胺就要賣到4萬至6萬元。由於聚（jù）丙烯酰胺（àn）產品在石油領域使用也很廣，當（dāng）時大慶油田恰好引進了一套先進（jìn）的（de）水解法陰離子聚丙烯酰胺生產線，他便到油田下屬的聚合物廠裏開展了數年實驗研究。關於陽離子聚丙烯酰胺的工業化生產（chǎn），當（dāng）時國內可供參考的經驗（yàn）不（bú）多，遇到合成方麵難以突破的問題，張紅傑便在（zài）學（xué）校、實驗室兩地奔波，查詢高分子合成、水（shuǐ）處理（lǐ）助劑（jì）等其他領域的相關論文資料，借鑒思路並加以改進。
造紙過程中，容易流失的細小組分尺寸大多在（zài）200目以下。向紙料懸浮液中加入陽離子型聚（jù）丙烯酰（xiān）胺後，它的電荷和分子鏈（liàn）能將紙料中的細小成分吸附在自己身邊，形成稍大的絮狀物。細（xì）小成分保留在紙頁的纖維網絡中，不僅能降低成本，還（hái）可以改善紙頁的（de）表麵性能。
“這種研究沒有捷徑，就是要反複嚐試，優化不（bú）同組分的配比和生產流（liú）程（chéng）。”通過上百次小劑量的（de）實驗，張紅傑所在的研發團（tuán）隊係統（tǒng）突破（pò）了單體純度（dù）、重金（jīn）屬含量、聚合（hé）引發體係等關鍵技術。但要讓創新技術走出實驗室，實現工業級生產（chǎn），必須完（wán）成（chéng）放大試驗。“在實驗室，我們曾（céng）一次性完成25公斤的產品生（shēng）產，整個（gè）過程都很順利，但真的到工廠車間去嚐試，才發現理論和實踐之間有著不小的距離。”
在1立方米容積的反應釜前，張紅傑嚐到了失敗的滋味（wèi）。試驗當天，張紅傑向反應釜內加入各種原料和引發劑後，便信心滿滿地站在反應釜邊期待著產品出爐。但原本幾小時就能完成的反應，張紅傑卻一直忙到了半夜。實驗室（shì）進行小批量聚合時，產物（wù）能夠很快散熱，而在大尺寸反（fǎn）應釜中，內部產物的熱量無法快速散出，出現（xiàn）了“暴聚”現象。當他們終於將反應釜清理幹淨時，已是月上中天。
“暴聚會讓產物內部（bù）聚合（hé）反應過快，最後生產出的產品外層是合格的（de），但內部就像（xiàng）是棉絮一樣，分子量上不去。”張紅傑連（lián）續嚐試（shì）了三次，均以失敗告終，“工業級放大試驗出現的問題，確實超出了自己當時的知識架（jià）構。”
後續（xù），張紅傑（jié）所在的研發團隊又經過幾年的努力，指導企業對生產裝置加裝了冷卻管路和切割裝置，改進工藝路線，最終才實現了（le）陽離子聚丙烯酰胺的量產。“我所做的工作其實也隻是一小部分，後續（xù）的成果得益於團隊的共（gòng）同努力。但也正是這次的經曆讓我意識到，科研工作是一（yī）場漫長的（de）‘馬拉鬆’，要能坐得住‘冷板凳’。科研當（dāng）然允許（xǔ）失敗，但必須得（dé）打破砂鍋問到底，弄清失敗的原因。”
<span style="color: rgb(160, 160, 160); font-family: system-ui, -apple-system, BlinkMacSystemFont, " helvetica="" neue",="" "pingfang="" sc",="" "hiragino="" sans="" gb",="" "microsoft="" yahei="" ui",="" yahei",="" arial,="" sans-serif;="" font-size:="" 15px;="" letter-spacing:="" 1px;="" text-align:="" justify;"="">我國現（xiàn）代化（huà）造紙廠車間的（de）生產線（受（shòu）訪者供圖）
紙上得來終覺淺
2004年（nián），張紅傑前往加拿大訪問學習，這是他第一次（cì）近距離接觸國際上先進的製漿造紙技術。在國內讀書（shū）期間，他（tā）已經參與了（le）不少科研項目，也去過一些造紙廠，但到加拿大當地的造紙廠參觀時，他仍然感到了深深的震撼。
“我們先不談技術上的差（chà）距，隻看造紙廠的規模，國內就相差甚遠。”張紅傑不無感慨地（dì）回憶，走進工廠的車間，碩大的造紙機轟鳴著。站在車間裏仰望，每台（tái）造紙機的寬幅可達六七米，用於紙漿篩選的大篩鼓比人（rén）還要（yào）高出一頭多，相比之下，國內（nèi）紙（zhǐ）廠寬幅還不足三米的機器看起（qǐ）來就像是“玩具（jù）”。更讓他感受到衝（chōng）擊的是，麵前的這些造紙機已經服役了（le）幾十年。“上世紀70年代，他們就能擁有如此龐大體量的造紙機（jī），並且能一直保持正常運轉，這樣的（de）裝備規格和水平，當時在國內是難以想（xiǎng）象的。”
這是實實在在的差距。國外企業（yè）的技術（shù）人員耐心（xīn）地為張紅傑一行講解相關（guān）工藝——怎樣對紙（zhǐ）漿纖維進行多（duō）級篩選、如何在生產線上（shàng）進行工藝參數調試、如何分析實驗數據……張紅傑說，對方是（shì）在向自己（jǐ）認真地傳授知識，但身處（chù）其中（zhōng），心情卻是五味雜（zá）陳。“首先要承認（rèn）差距，我們需要追趕（gǎn）。同時我也（yě）下定決心，盡快將（jiāng）國外好的技術引進到國內，消化吸收並（bìng）加以轉化（huà）。”
訪學期間，他圍繞製漿領域中化學機械漿的性能提（tí）升開展（zhǎn）了大量研究（jiū）。而在（zài）實驗（yàn）過程中，張紅傑因為一次“失誤”反而取（qǔ）得了一定突破，也讓當地的工程師對他豎起了大拇指——
一般情況下，為了保證（zhèng）實（shí）驗條件的潔淨，科研人員通常使用去（qù）離子水開展實驗。但明明實驗（yàn）操作都沒有（yǒu）問題，張紅傑卻始終得不到理想的數據，反而是在一（yī）次操作中，他誤（wù）用了自來水，結（jié）果竟出乎意料的好。後續進行的定（dìng）量分析發現，水中的鈣鎂離子濃度會對熒光增白劑的應用效（xiào）果產生顯著影響，這一發現幫助當（dāng）地造紙企業實現了技術突破。
在加拿大訪學的近三年間，張紅傑不斷學習（xí）和積累（lèi）科研（yán）經驗，並在結束訪學回（huí）國後，一直（zhí）致力於提升國內的（de）製漿造紙技術。但技（jì）術的移植可不是複製、粘貼這麽簡單，本土（tǔ）化是一個不低的門檻。2013年，張紅傑和幾位同事到湖南一家造紙企業進行調控化學機械（xiè）漿光學性能的生產線實驗，但將試劑加入生產線後，紙漿纖維的（de）白度竟（jìng）比（bǐ）之前更低了。
“一看化驗室的數據，我心裏就咯噔一下。”站在車間裏，張紅傑緊張得心跳加速，“為（wéi）了支（zhī）持實驗，工廠已經（jīng）購買（mǎi）了一大批化學助劑，我們絕對不能失敗。”冷靜下來後，他和現場的外籍專家都（dōu）認為從（cóng）理論上考（kǎo）慮，這種意外不可能出現。於是，他們和車間工程師一起（qǐ）逆向溯源，終於發現（xiàn）問題出在工廠使用的其他助劑上。當對生產流水線加以調整，盡量隔離不同助劑的加入點，為助劑留出（chū）充分的（de）反應時（shí）間後，問題迎刃而解。
“真的是長舒一口（kǒu）氣。那個場景我永遠也忘不了，這份（fèn）責任太大（dà）了。”張紅（hóng）傑將這一經曆銘刻在（zài）心，但這種能夠（gòu）為企業解決實際問題的收獲感，也讓他著迷。
到造紙企業進行技術指導與交流，是張紅傑的日常。而造紙企業通常地處（chù）偏遠，如果碰到技術難題，在工廠一住就是好幾天。但在他看來，工科專業離不開（kāi）實踐認知，從（cóng）實（shí）驗室走（zǒu）到工廠中，才（cái）能讓（ràng）科研人員對自（zì）己所學的理論知識產生感性認識（shí）。為此，在天津科技大學任（rèn）教的13年間，他從不放過任何一個（gè）帶領學生赴工廠實習的機（jī）會。“隻（zhī）有親眼看過製（zhì）漿、造紙的（de）裝備，親自動（dòng）手操作生產實踐中的每一個環節，才能真正理（lǐ）解書本上的知識。”
也（yě）正是秉持著這一理念，2019年，張紅傑離開了天津科技大學，進京加（jiā）入（rù）中國製漿造紙研究院，將多年積累的科研（yán）成果（guǒ）推（tuī）向生產一線。“高校（xiào）和（hé）研究院的（de）研究方（fāng）向還是存（cún）在差別的，從我的角度，更希望做一些技術開發工作，為本領（lǐng）域的技術進步服務。一項新的技術真正利國利民（mín），離不（bú）開（kāi）企（qǐ）業的接納和市場推廣。”
藝紙織卷繪青山
提起造紙行業，公眾的第一（yī）印象便是高汙（wū）染。這個標簽，其實源於（yú）早年間我國（guó）造紙行業產能（néng）分散、工藝（yì）粗放的發展階段。“小作坊”式的（de）造紙工廠一味追求經濟效（xiào）益，不願也（yě）無力對所產生的廢水進行處理，直接排放到自然界，造（zào）成（chéng）了環境汙（wū）染（rǎn）。
“現代化的造紙工業絕不（bú）允許這種行為，我們現在到現（xiàn）代化造紙廠參觀，真正的造紙生產線其實隻占廠區的一小部分，其他部分更像是一個小型化工廠和一座汙水處理廠的綜（zōng）合體。”在中國製漿造（zào）紙研究院的實驗室裏，擺放著一組沙盤，直觀展現了造紙廢水的三級處理體（tǐ）係。張紅傑說（shuō），現代的（de）造紙業需要實現規（guī）模效益，而水的處理（lǐ）和循環能極大降低工廠的（de）運行成本。“造紙在不同環節也需要不斷補充（chōng）新鮮水，在工廠內實現水循環是剛需，你真要讓造（zào）紙廠（chǎng）把水排走，他還真舍不（bú）得。”
綠水青山就（jiù）是金山銀（yín）山。隨著我國限塑、禁塑（sù）政策的不斷推進（jìn），張紅傑早已開始了（le）對植物纖維基綠色環保材料（liào）的探索。“我其實不太提倡‘以紙代塑’的說法，其本質應該是不同的材料怎樣協調地應（yīng）用。現在外賣領域的（de）紙餐具已經不少見了，這裏的（de）‘紙’其實（shí）是一種廣義的範疇，以植物纖維作為原材料，製（zhì）造出不（bú）同功能的產品，能（néng）更好地滿足環（huán）保的需要。”
近三年來，張紅傑牽頭在中國（guó）製漿造紙研究院組建起包裝材料研發中心（xīn），圍（wéi）繞植物纖維基可降解（jiě）材料的關鍵科學問題開展了一係列應用基礎研（yán）究。
紙漿（jiāng）模塑包裝材料便是當下的研究熱（rè）點之一。在張紅傑的辦（bàn）公室裏，擺放著大大小小的紙漿（jiāng）模塑樣（yàng）品，摸起來與塑料的（de）手感並（bìng）無二致的紙（zhǐ）瓶，就是由紙漿（jiāng）模塑技術製成的，這也意味著它可以完全被降解。而在日常生活中，電子產品、化妝品等的內襯包裝也已經用上了紙漿模塑產品。
不過，植物纖維對溫度、濕度比較敏感，張紅傑曾接到一個（gè）紙漿模塑企業的求助，原本出廠時合格的包裝產品，運到客戶手中時，由於途中吸潮發生形變，尺寸（cùn）變大了100多微米。憑借對紙漿纖維的深（shēn）入理解，張紅傑迅速意識到問題出在原料的前處理環節，工（gōng）廠對纖維（wéi）原料的預處理沒到位，也沒（méi）有考慮加入（rù）相應（yīng）的化學助劑，最終產品的成型就受到了（le）影響。經過大半年的研究，張紅傑團隊為這家企業優化出適宜的原料配比和化學助劑，讓產品擁有了優良的形穩（wěn）性。
樣品（pǐn）中最常見的便是餐（cān）盒（hé）包裝，中餐高溫、重油的（de）特點似（sì）乎（hū）與（yǔ）紙的特性（xìng）毫不兼容，植物纖維製成的材料內部必然存在大（dà）量孔隙。張紅傑和團隊努力的目標，便是解決紙基包裝材（cái）料普遍存在的阻隔性問題。“防水、防油、阻氣，針對不同的阻隔對象，具體阻隔的原（yuán）理各不相同，總之‘兵來將擋（dǎng）、水來土（tǔ）掩’。”在與外賣企業聯合開（kāi）展的“青山計劃”中，張紅傑和團隊已經（jīng）完成了蛋糕、輕食（shí）等幾個大類（lèi）的外賣（mài）餐（cān）食紙基包裝材料（liào）的開（kāi）發指導，調控出優良的疏水疏油性能，並正在加緊開發無氟防油技術。
從“以量（liàng）取勝”到綠色環（huán）保，張紅傑與我國製漿造紙行業一同成長。現在，我國的造紙企（qǐ）業已經擁有（yǒu）了（le）最先進的現（xiàn）代化製漿造紙設備，“紙（zhǐ）”也已經變幻出了各種難以想象的（de）形態。特高壓變壓器中有用於絕緣的絕緣紙，超級電容器裏有紙基（jī）隔膜材料超級電容器紙，汽車變速箱裏有纖維基（jī）密封材料，C919大飛機艙麵的支撐（chēng）體則是芳綸蜂窩紙材質……
“我國是造紙（zhǐ）技術的發源地，近年來，製漿造紙（zhǐ）行業的發展（zhǎn）也（yě）非常迅速，逐漸追（zhuī）趕上國外現代造（zào）紙工業（yè）的步伐。期待通過我們造紙從業者的（de）努力，讓中國的製漿造紙技術再（zài）次走向世界。”張紅傑（jié）說，未來他還將繼續致力於（yú）綠色包裝材料的新技術和新產品開發研究，為我（wǒ）國“雙（shuāng）碳（tàn）”戰略目標的實現（xiàn）貢獻（xiàn）力量。