2023年3月16日，《北京日（rì）報》“京韻周刊·領創”專欄以《紙藝春秋（qiū）》為（wéi）題（tí），刊發保利中輕所屬中國製漿造紙研究院研（yán）究開發部副主任、包裝（zhuāng）研發中心主任張紅（hóng）傑及其團隊，為打破國外對製漿造紙（zhǐ）助劑的壟斷，持續研發植物纖維基綠色環保材料，助力繪就綠水（shuǐ）青山的故事。與大家分享（xiǎng）——
紙藝春秋
塑身薄如翼，潑墨弄丹青。
利用樹皮、麻頭（tóu）、漁網等原料（liào），經過挫、搗、抄、烘等工藝（yì），製出可（kě）供書寫的紙張，這（zhè）是我國古代的四大發明之一——造紙術。特別是經東漢蔡倫改良後，紙的質（zhì）量和產量有了大幅提（tí）升，人類書寫材（cái）料史迎來了重要變革。
數千年（nián）間，人類（lèi）文明借助紙張得以廣泛（fàn）傳播。但當造紙技術逐漸走向工業化、現代化，作為造紙術發源地的中國，發展的腳步卻逐漸滯（zhì）後。在很長一段時間裏，我國不論是（shì）在造紙工業的體量還（hái）是技術上，與（yǔ）歐美發達國家相比都有著明顯的（de）差距。
為打破國（guó）外對製漿造紙助劑的壟斷，20多年來，中（zhōng）國製漿造（zào）紙研究院有限公司研究開發（fā）部副主任、包裝材料研發中心主任張紅傑持續（xù）探索，並（bìng）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
在（zài）日常生活（huó）中，紙無處不在（zài）。讀書看報、寫字作畫自不必（bì）說，大量的日（rì）用品也都是以（yǐ）紙為原（yuán）料製作。不過，國人對造紙的認（rèn）識，似乎大多仍（réng）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（gōng）業學院（現齊魯工業大學）製漿造紙工程專（zhuān）業。在對這個專業進行（háng）了全麵、係統學習（xí）後，他才意識（shí）到，我國的傳統造紙術是經過一（yī）代代匠人實踐、總結、傳承的工藝，而（ér）現代製漿造紙技術的背後，有著豐富的理論（lùn）基礎和技術（shù）規範。“從蔡倫發（fā）明造（zào）紙術到現在的製漿（jiāng）造紙專業，雖然說從（cóng）工藝原（yuán）理上變化不是很大，但每個步驟都更加細化和規範，最終形成了一套現代的製漿造紙知識體係。”
製（zhì）漿、造紙，是現代（dài）造紙工業的兩個重要步驟。將植（zhí）物纖維原料通過機械或者化學的方法製成長短不一的單根纖（xiān）維，再加入功（gōng）能助劑調（diào）製成纖維的（de）水懸浮液，然後利用網麵濾去水分，留下纖維網絡成型，經過壓榨、幹燥後便成了（le）紙張。從無機化學、有機化學到植物纖維化學、膠體化學，從材料理論到製漿造紙工程，張紅傑逐漸窺探到了造（zào）紙的關鍵——一根根細（xì）至毫米級的植物纖維的種類、長度（dù）、形貌，決定著紙張最（zuì）終呈現的性能。
彼時，我國（guó）的造紙產業雖然已經開始（shǐ）快速發展，但仍（réng）以“小作（zuò）坊”式的紙廠居多，規模甚至比不上國際大型造紙廠（chǎng）一（yī）條（tiáo）生（shēng）產線的（de）產量，並且產（chǎn）品種類相對單一，發展更依靠“量”而非“質”。“現在（zài）回憶那時候常見的印（yìn）刷品，用的紙大多粗糙、泛黃，寫字也容易洇墨。這背後其實體現的是製漿、漂（piāo）白、施膠等一係列工藝的落後。”張紅傑說。
在攻讀碩士研究生期（qī）間，張紅傑師從天津科技大學（xué）教授胡惠仁，對製漿造紙領域的一項重要輔料——造紙助留劑陽離子聚丙烯（xī）酰胺展（zhǎn）開了研究，“這種化學成分在（zài）生產（chǎn）中使用的量（liàng）雖（suī）然不多，但（dàn）作用（yòng）很大，相當於‘工業味（wèi）精’。”它主要是發揮吸（xī）附（fù）、架橋（qiáo）等作用，讓更多細小的（de）纖維和填料盡可能保留在網麵（miàn）上，不會隨著水流被濾出，從而改善紙頁質量，降低造紙過程中的原料損耗。
當（dāng）時，這類產品在（zài）國內還是一片空白，必須依靠進口。“現在說起（qǐ）來，這也算（suàn）是當時的‘卡脖子’技術，因為國內做不好（hǎo），國外供應商就能隨意提價。”張紅傑說，在2000年前後，一噸陽離子聚丙烯酰胺（àn）就（jiù）要賣到4萬至6萬元。由於聚丙烯酰胺產品在石油領域使用也很廣，當時大慶油田恰好引進了一套（tào）先進的水解法陰離子聚丙烯酰胺（àn）生產線，他便到油田下（xià）屬的聚合物廠裏開展了數年實驗研究。關於陽離子（zǐ）聚丙烯酰胺的工業化生產（chǎn），當時國內（nèi）可供參考的經（jīng）驗不多，遇到合（hé）成方麵難以突破的問題，張紅傑便在學校、實驗室（shì）兩地奔波（bō），查詢高分子合成、水處理助劑等（děng）其他領域的相關論文資料（liào），借鑒思路並（bìng）加以改進。
造紙過程中，容易流失（shī）的細小（xiǎo）組分尺寸大（dà）多在（zài）200目以下。向紙料懸浮液中加入陽離子型聚丙烯酰胺後，它的電荷和分子（zǐ）鏈能將（jiāng）紙料中的細小成分吸附（fù）在自己身邊，形成稍大的絮狀（zhuàng）物（wù）。細小成分保留在紙頁的纖維網絡（luò）中，不僅能降低成（chéng）本（běn），還可以改善（shàn）紙頁的表（biǎo）麵性能。
“這種（zhǒng）研究沒有捷徑，就是要反複嚐試，優化不同組分的配比和生產流程。”通過上百次小劑量的實驗（yàn），張紅傑所在的研（yán）發團隊係統突破了單體純度、重金屬含量、聚合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，必須完成放大試驗（yàn）。“在實驗室，我們曾一次性（xìng）完成25公斤的產品生產，整個過程都很順（shùn）利，但真的到工廠車間去嚐試，才發（fā）現理論和（hé）實踐之間有著不小的距離。”
在1立方（fāng）米容積的反應釜前，張紅傑嚐到了失敗的滋味。試驗當天，張紅傑向反應（yīng）釜（fǔ）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（yàn）室進行小批量聚合時，產物能夠很快散熱，而在大尺寸反（fǎn）應釜中，內部產物的熱量無（wú）法快速散出，出現了“暴聚”現（xiàn）象。當他們終於將反應釜清理幹淨時，已是月上中天。
“暴聚會讓產物內部聚合反應過快，最後生產出的產品外層是合格的，但內部就像是棉絮一樣，分子量上不去。”張紅傑連續（xù）嚐試了三次，均以（yǐ）失敗告終，“工（gōng）業級放大（dà）試驗出現的問題，確實超出了自己當時的（de）知識（shí）架構。”
後續，張紅傑所在的研發團（tuán）隊又經過幾年的努力，指導企（qǐ）業對生產裝置加裝了冷卻（què）管路和切割裝置（zhì），改進工藝路線，最終才實現了陽離子聚丙（bǐng）烯酰胺的量產。“我所做的工作其實也隻是一小部分，後續的成果得益於團隊的共同努力。但也正是（shì）這次的經曆讓我（wǒ）意識到，科研工作是一場（chǎng）漫長（zhǎng）的‘馬拉鬆’，要能坐得住‘冷板凳（dèng）’。科研當然允（yǔn）許失敗，但（dàn）必須得打破砂（shā）鍋問到底，弄清失敗的（de）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;"="">我國現代化造紙廠車間的生產（chǎn）線（受（shòu）訪者供圖）
紙上（shàng）得來終覺淺
2004年，張紅傑前往加拿大訪問學（xué）習，這是他第一次近距離接（jiē）觸國際上先（xiān）進的製漿造紙技術。在國內讀書期間（jiān），他已經參與了不少科研項目，也去過一些造紙廠，但（dàn）到加拿大當地的造紙廠參觀時，他仍然感（gǎn）到了深深的震撼。
“我（wǒ）們先不談技術上的差（chà）距，隻看造紙廠的規（guī）模，國內就相差甚遠。”張紅傑不無感慨地回憶，走進工廠的（de）車（chē）間，碩大的造紙機轟鳴著。站在車間裏仰望，每台造紙機的寬幅可達六七米，用（yòng）於紙漿（jiāng）篩選的大篩鼓比人還要高出一頭多，相比之下，國內紙廠寬幅還不足三米的機器看起來就像是“玩具”。更讓他感受到衝擊的是，麵前的這些（xiē）造紙機已經服役了幾十年。“上世紀（jì）70年代，他們就能擁有如此（cǐ）龐大體量的造紙機，並且能一直保持正常運（yùn）轉，這樣的裝備規格和水平，當（dāng）時在（zài）國內是難以想象（xiàng）的。”
這是實實在在的差距。國外企業的技術人員耐心地為張紅（hóng）傑一行講解相關工藝——怎樣對紙漿纖維進行多（duō）級篩選、如何（hé）在生產線上進行工藝參數調試、如何分析實驗數（shù）據……張紅傑說，對方是在向自己認（rèn）真地傳授（shòu）知識，但身處其中，心情卻是五味雜陳。“首先要承認差距，我們需要追趕。同時我也下定（dìng）決心，盡快將國外好的技術引（yǐn）進到國內，消化吸（xī）收（shōu）並（bìng）加以轉化。”
訪學（xué）期間，他圍繞製漿（jiāng）領域中（zhōng）化學機（jī）械漿的性能（néng）提升開展（zhǎn）了大量研究。而在實驗過程中，張紅傑因（yīn）為一次“失誤（wù）”反而取得了一定突破，也讓當地的工（gōng）程師對他豎起了大拇指——
一般情況下，為了保證實驗條件的潔淨，科研人員通（tōng）常（cháng）使用（yòng）去離子水（shuǐ）開（kāi）展實驗。但明明實驗操（cāo）作都沒有問題，張紅（hóng）傑卻始終得不到理想的（de）數據，反而是在一次操作中，他誤（wù）用了自來水，結果（guǒ）竟出乎意料的好。後續進行的定量分析發現，水中的鈣鎂（měi）離子濃度會對熒光增白劑的應用效果產生顯著影響，這一發現幫助當地造紙企業實現了技術突破。
在加拿大訪學的近三年間，張紅傑不斷學習和積（jī）累（lèi）科研經驗，並在結（jié）束訪學回國後，一直致力於提（tí）升國（guó）內的製漿造紙技術。但（dàn）技術的移植可不是複製、粘貼這（zhè）麽簡單，本土化是一個不低的門檻。2013年，張（zhāng）紅傑和幾位同（tóng）事到湖南（nán）一家造紙企業進行調控（kòng）化學機（jī）械（xiè）漿光學性能的生（shēng）產線實驗，但將試劑加入生產線後，紙漿纖維（wéi）的白度（dù）竟（jìng）比之前更（gèng）低了。
“一看化驗室的數據，我心裏就咯噔一下。”站在車（chē）間裏，張紅傑緊張得心跳加（jiā）速，“為了支持實驗（yàn），工廠已經購買了一大（dà）批化學助劑（jì），我們絕對不能失敗。”冷靜下來後（hòu），他和現場的外籍專家都認為（wéi）從理論上考慮，這種意外不可能出現。於是，他們和車間工程師一起逆向溯源，終於發現問（wèn）題出在工廠使用的其他助劑上。當對生產（chǎn）流水線加以調整，盡（jìn）量（liàng）隔離不同助劑的加入點，為（wéi）助劑留（liú）出充分的反應時（shí）間後，問題迎刃而解。
“真的是長舒（shū）一口氣（qì）。那個場景我永遠也忘不了，這份責任（rèn）太大了。”張紅（hóng）傑將這（zhè）一經曆銘刻在心，但（dàn）這種能夠為企業解決實際問題的收獲感，也讓他著迷。
到造紙企業（yè）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偏遠，如果碰到技（jì）術難題，在工廠（chǎng）一住就是好幾天。但在他看來，工科專業離不開實踐認知（zhī），從實驗室（shì）走（zǒu）到工廠中，才能讓科研（yán）人員對（duì）自己所學的理論知識產生感性認識。為此，在天津科技大學任教的13年間，他從不放過任（rèn）何一（yī）個帶（dài）領學生赴工廠實（shí）習的（de）機會。“隻有親眼看過製漿、造紙的裝備，親自動手操作生（shēng）產實踐中（zhōng）的每一個環節（jiē），才能真正理（lǐ）解書本上的知識。”
也正是秉持著這一理（lǐ）念，2019年，張紅（hóng）傑離開了天津科技大學，進京加入中（zhōng）國（guó）製漿造紙研（yán）究院，將多年積（jī）累的科研（yán）成（chéng）果推向（xiàng）生產一線。“高（gāo）校和（hé）研究院（yuàn）的研究方向還是存在差別的，從我的角度，更希望做（zuò）一些技術開發工作，為本（běn）領域的技術進步服務。一項新的技（jì）術真正利國（guó）利民，離不開企業的接（jiē）納和市場推廣。”
藝紙織卷繪青山
提起造紙（zhǐ）行業，公眾（zhòng）的第一印象便是高汙染。這個標簽，其實（shí）源於早年間我國造紙行業產能分散、工藝粗放（fàng）的發展階段（duàn）。“小（xiǎo）作坊”式（shì）的造紙（zhǐ）工（gōng）廠一味追求經濟效益（yì），不（bú）願也（yě）無力對所產生的廢水進行處理，直（zhí）接排放到自然界，造成（chéng）了環境汙染。
“現代化的造紙工（gōng）業絕不允許這種行（háng）為，我們現在到現代化造紙廠參觀，真正的造紙生產線其實隻占廠區的（de）一小（xiǎo）部（bù）分，其他（tā）部分更像是一個小型化工廠（chǎng）和（hé）一座汙水處理廠的綜合體。”在中國製漿造紙研究院的實驗室裏，擺放著一組沙盤，直觀展（zhǎn）現了造紙（zhǐ）廢水的三級處理體係。張紅傑（jié）說，現代的造紙業需（xū）要（yào）實現規模效益，而水的處理和循環能極大降低工廠的（de）運行成本（běn）。“造紙在不同環節也需要（yào）不斷補充新鮮水，在工廠內實現水循環（huán）是剛需，你真要讓造紙廠把水排走，他還真舍不得。”
綠水青山就是金山銀山。隨著我國限（xiàn）塑、禁塑政策的（de）不斷推（tuī）進，張紅傑早已開始了對植物纖維基綠色環保材（cái）料的探索。“我其實不太提倡‘以紙代（dài）塑’的說法，其本（běn）質應該是不同的材料怎樣協調地應用。現在外賣領域的紙餐具已經不少見了，這（zhè）裏的‘紙’其實是一種廣義的範疇，以植物纖維（wéi）作為原材（cái）料（liào），製造出不同功（gōng）能的產品，能更好地滿足環保的需要。”
近三年來（lái），張紅傑（jié）牽頭在中國製漿造紙（zhǐ）研究院組建起包裝材（cái）料研發中心，圍繞植物纖（xiān）維基（jī）可降解材料的關鍵科學問題（tí）開（kāi）展了一（yī）係列應用基礎（chǔ）研究。
紙漿模塑包（bāo）裝材料便是當下的研究熱點之一。在張紅傑的辦公（gōng）室裏，擺放著（zhe）大大小小的紙漿（jiāng）模塑樣品，摸起來與塑料的手感並（bìng）無（wú）二（èr）致的紙（zhǐ）瓶，就（jiù）是由紙漿模塑技術製成的（de），這也意味著它可（kě）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，張紅傑曾接到一個紙漿模塑企業的求助，原本出廠時合格的包裝產品（pǐn），運到客戶手中時，由於途中吸潮發生形變，尺寸變大了100多微米（mǐ）。憑借對紙（zhǐ）漿纖維的深入理解，張紅（hóng）傑迅速意識到問題出在原料的前處理環節，工廠（chǎng）對纖維原料的（de）預處理沒（méi）到位，也沒（méi）有考慮加入相應的化學助劑，最終產品（pǐn）的成型就受到了影響。經過大半年的研究，張紅（hóng）傑團隊為這家企業（yè）優化出（chū）適宜（yí）的原料配比和化學助劑，讓產品擁（yōng）有了優良的形穩性。
樣品中最常見的（de）便是餐盒包裝，中餐高溫、重油的特點似乎與紙的特性毫不兼容，植物（wù）纖維製成的材料內部必然存在大量孔隙。張紅傑和團隊努力的目標（biāo），便是解決紙（zhǐ）基包裝材料普遍存在的阻隔性問題。“防水、防油、阻氣（qì），針對不同（tóng）的阻隔對象，具體阻隔的原理各不相同，總之‘兵來將擋、水來（lái）土掩’。”在與外賣企業聯合開展的“青山計劃”中，張（zhāng）紅傑和團隊已經完成了蛋糕、輕食等幾個大類的外賣餐食紙基包（bāo）裝材料的開發指導，調控出（chū）優良的疏水（shuǐ）疏油性能（néng），並正在加緊開發無（wú）氟防油技術。
從（cóng）“以量取勝”到綠（lǜ）色環保，張紅傑與我（wǒ）國製漿造（zào）紙行業一（yī）同成長。現在，我國的造紙企業（yè）已經擁有了最先進的現代化製漿造紙設備（bèi），“紙（zhǐ）”也已（yǐ）經變幻出了各種難以想象的（de）形態。特高壓變壓器中有（yǒu）用於絕緣的絕緣紙，超級電容（róng）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密封材（cái）料，C919大飛機艙麵的支撐體則是芳綸蜂窩紙材質……
“我國是造（zào）紙技術的發源地，近年來，製漿造紙行業的發展也非常迅速，逐漸追趕上國外現代造紙工業的步伐。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次走向世界。”張紅傑說，未（wèi）來他還將繼續致力於綠色包裝材料的新技術和新產品開發研究，為我國“雙碳”戰略（luè）目標的實現貢獻力量（liàng）。