竹材是一种优良的纤维原料， 可用于制浆造纸和提取竹原纤维。竹材的纤维形态、化学成分基本介于针叶木和阔叶木之间， 漂白竹浆的品质与木浆相当。虽然竹子存在半纤维素和灰分含量较高等不足， 但其α-纤维素含量较高， 可制取高得率级溶解浆。竹浆是中国造纸
以下为本篇论文正文：
摘要：竹材是一种优良的纤维原料， 可用于制浆造纸和提取竹原纤维。竹材的纤维形态、化学成分基本介于针叶木和阔叶木之间， 漂白竹浆的品质与木浆相当。虽然竹子存在半纤维素和灰分含量较高等不足， 但其α-纤维素含量较高， 可制取高得率级溶解浆。竹浆是中国造纸工业鼓励发展的浆种， 目前产能200万t/a以上， 今后几年将出现快速增长势头。竹浆厂每年产生大量的纤维类废弃物。以竹浆生产为主线， 提供多种高附加值产品， 将是未来竹浆企业获得可持续健康发展的盈利模式。生产溶解浆、生活用纸等新型差异化终端产品， 并对制浆过程产生的纤维类废弃物进行高附加值综合利用， 制备阻燃型保温材料、乙醇和丁醇等生物质燃料， 以及纳米纤维素微晶产品， 是现在竹浆企业可供选择的发展路径。竹原纤维， 具有天然抗菌抑菌性、吸湿除臭、抗紫外光、隔音隔热性等功能特性， 是生产高档服装、吸附材料和隔热隔音材料的良好纤维原料。竹原纤维的生产目前已实现工业化， 但产业规模有待提高， 产品标准亟待制定和完善。
关键词：竹材； 制浆造纸； 竹原纤维； 溶解浆； 高值化利用。
目前， 全球竹材资源约2 200万hm, 主要分布在亚太、美洲和非洲等3大竹子片区， 其中亚太地区占70%以上[1] （见表1） .中国是世界竹类分布广、资源多、利用最早的国家之一。全国共有竹类植物39属、500种以上[2].现有竹林面积601万hm, 约占世界竹林面积的1/4强， 主要分布在福建、江西、浙江、湖南、四川、广东、广西和安徽等8省区， 面积超过500万hm, 约占全国竹林资源的89%[3].
竹子是中国重要的植物资源， 大量用于工农业生产和百姓生活中。在工业生产上， 竹子除用作竹制品和建筑外， 还用于制取竹纤维。广义的竹纤维包括竹浆、竹浆纤维和新兴的竹原纤维。竹浆和竹溶解浆属于化学浆范畴：其中， 竹浆用于制备各种纸张产品， 包括文化用纸、食品包装纸、生活用纸及各种纸板；竹溶解浆是以竹子为原料制成的一种由高纯度纤维素组成的特种化学浆， 有高含量的α-纤维素 （90%~98%） , 较少量的半纤维素 （2%~8%） , 微量的残余木质素、有机抽出物和无机盐等。竹浆纤维， 在纺织行业上狭义是指以竹溶解浆为原料制成的再生纤维素纤维， 与竹浆和竹原纤维概念均有区别。中国近年开发出的竹原纤维又称天然竹纤维， 是采用物理、化学相结合的方法从自然生长的竹子中提取的天然纤维。竹原纤维具有吸湿导湿、抗菌除臭等特殊性能， 可制成纱线用于纺织面料混纺、医用敷料， 以及改性后用于纤维增强复合材料等方面。
1 竹材制浆造纸及竹原纤维生产现状。
1.1 竹浆。
1.1.1 生产现状。
竹浆生产是中国造纸工业十三五规划鼓励发展的纸浆品种， 并要求化学竹浆新建单线产能10万t/a以上[5].那些产能偏小、消耗较高、污染治理困难的落后产能先后淘汰出局， 一批先进的蒸煮和漂白技术和装备在生产中得到广泛应用。具体表现为生产线产能规模不断增加， 由上世纪80年代至90年代的3.4万~5.5万t/a, 发展到目前的10万~20万t/a, 以获得规模化效益。世界最大单线产能漂白竹浆生产线于2008年在贵州赤天化纸业有限公司投产， 生产线采用先进的G2连蒸技术， 漂白采用国际领先的Q （OP） Q （PO） 或Q （OP） D （PO） 的TCF/轻ECF漂白技术[6].2017年12月， 永丰纸业泸州浆纸20万t竹浆项目投产， 使永丰集团竹浆总产能超过50万t/a, 生产线采用先进的DDS超级置换蒸煮、封闭筛选和ECF漂白技术。随着现代化制浆装备和技术的应用， 竹浆的生产成本已接近漂白木浆。竹材制浆造纸装备也已实现了全部国产化[7].目前竹浆生产正朝着规模化和现代化方向发展。
1.1.2 优势和劣势。
漂白竹浆的品质介于针叶木浆和阔叶木浆之间， 与漂白木浆品质相媲美[8].与木浆比较， 竹浆生产具有自身优势。竹材生长速度快， 生物量大， 资源丰富。竹材纤维形态和化学成分有特殊性。纤维长度较长， 细胞壁微观结构特殊， 打浆强度发展性能好， 赋予漂白浆良好的光学特性， 其浆料品质略低于针叶木浆， 与阔叶木浆相当， 是一种优良的造纸用纤维原料[9-10].利用竹浆可以生产差异化纸和纸板产品， 比木浆更具优势：1） 本色生活用纸， 具有透气性好、色调柔和自然， 易于为消费者接受；2） 食品包装用纸， 具有更好的空气和氧的阻隔性能；3） 书画用纸， 具有悠久历史底蕴， 市场接受度高；4） 民俗用纸 （或祭祀用纸） , 松厚性好、燃烧充分， 白灰易浮飘。但由于纤维形态和化学组成与木材差异较大， 存在的劣势和不足也是显然的。竹材结构紧密、杂细胞含量高， 木质素高于阔叶木， 接近针叶木纤维原料， 同时戊糖和硅含量较高。与针叶木制浆比较， 存在制浆得率较低， 漂白较困难， 生产过程存在硅组分累积障碍、黑液蒸发和燃烧困难等问题。
1.1.3 存在的问题。
目前新建竹浆企业开始使用进口技术和设备， 设备建造投资过大， 对于材性差异较大的竹材出现原料不适应、生产运行成本高的问题。同时， 竹浆生产中的一些关键问题未得到根本解决， 例如， 碱回收过程中的除硅问题， 竹浆品质提高问题， 生产过程中纤维类废弃物的综合利用问题， 以及近期竹材原料价格上涨， 原料收购成本增加较多等问题。这一系列因素导致竹浆综合生产成本居高不下， 企业盈利能力下降。
1.2 竹溶解浆。
1.2.1 生产现状。
早期的溶解浆生产原料主要是棉短绒和针叶木。随着针叶木及棉短绒资源的供应紧张和价格不断攀升， 开始大量使用阔叶木生产溶解浆[11].目前世界范围内溶解浆 （不含棉浆） 的原料结构为阔叶木68.5%, 针叶木30.5%, 非木原料1%, 非木溶解浆比例还很低。中国是世界上较多使用竹子生产溶解浆的国家。2016年银鸽实业四川银鸽年产5万t竹溶解浆生产线投产， 使用美国GL&V公司预水解硫酸盐制浆工艺。该系统具有较好的原料适应性和节能环保效果， 无黑液排放到废水处理系统。赤天化纸业进行了20万t漂白竹浆生产线改造、转产溶解浆的尝试， 生产出具有良好品质的竹溶解浆并向全国销售， 但仍存在生产成本偏高的问题。
1.2.2 优势和劣势。
溶解浆与造纸用浆质量要求不同， 虽然对纤维形态和浆料强度没有过高要求， 但对纤维素的聚合度及分子量分布、浆料的化学组成 （特别是α-纤维素含量） 要求较高。如果成品溶解浆中α-纤维素含量、高分子量纤维素要求越高， 其生产成本就越大。因此， 溶解浆生产对原料的选择要求很高[12-13].一直以来， 竹子溶解浆是否能够制得高等级溶解浆受到科研人员的广泛关注[14-16].竹子中α-纤维素一般为40%~50%, 与针叶木 （α-纤维素含量约40%~52%） 和阔叶木 （α-纤维素含量约38%~56%） 接近。竹子原料中α-纤维素较高且纤维长度较长[14], 可以制造高等级溶解浆[15].毫无疑问竹子是生产溶解浆的潜在原料选择之一。竹子制成的溶解浆白度可达87%~88%ISO, α-纤维素含量可达96%~97.5%[16].尽可能地去除浆料中短链碳水化合物 （即半纤维素组分） 是溶解浆生产的一项目重要任务。竹子原料中半纤维素和灰分含量远比木材高， 是利用竹子制溶解浆的劣势之一。
1.2.3 存在的主要问题。
与木材比较， 竹溶解浆的生产时间不长， 积累的生产经验不多。目前主要存在溶解浆得率较低、产品质量波动大， 铁元素和木聚糖含量高， 因原料特性和蒸煮不均匀等原因造成的反应性能不理想等问题。由于竹片具有易于朽变、沾染尘埃和沙粒等特点， 以及竹片组织致密、不均一性大， 很容易造成化学药剂浸渍不均而影响竹溶解浆的反应性能[12].与木浆生产比较， 竹子备料和预处理工序的作用对溶解浆品质的影响更大。在竹溶解浆生产中， 备料效率显得更加重要， 需要引起企业足够重视。溶解浆生产中预处理液的去向一直困扰着企业， 如何开发利用预水解液中戊糖组分受到研究人员的广泛关注。预水解液呈酸性 （p H值低于4） , 含有半纤维素、皂化物、松节油和少量木质素等物质， 通常采用黑液或苛化白液中和的办法进行处理， 中和的液体一并送碱回收进行燃烧处理， 加大了黑液蒸发站的负荷 （意味着生产线需减产运行） , 也影响黑液的燃烧热值。
1.3 竹原纤维。
1.3.1 生产现状。
竹原纤维工业化生产目前尚处于起步和成长阶段， 形成的生产规模还不大， 需要进一步培育消费市场的认知度。国内竹原纤维的生产和经营企业主要有苏州圣竹、浙江安吉艾可、安吉千竹坊、湖南华升雪松、福建海博斯化学、福建建州竹业、江西海扬纺织等。目前竹原纤维除可以用于高档纺织服装面料外， 还可用于生产水净化滤芯、复合鞋垫、竹纤维床垫、空气过滤材料、乘用车隔音材料、汽车内饰材料等产品。竹原纤维的整体产量较低， 仅达到万吨级规模， 具有良好的产业发展空间。
1.3.2 优势和劣势。
竹原纤维与竹浆纤维性能存在较大差异[17].竹原纤维是由竹子经纤维提取和脱胶直接加工制成的， 主要过程为：竹材→制竹片→蒸竹片→压碎分解→生物酶脱胶→梳理纤维→纺织用纤维， 属于天然纤维， 保留了竹子原有的一些特性， 与普通竹浆纤维相比， 具有天然抗菌抑菌性、防霉防蛀性、吸湿透气性、除臭吸附性、抗紫外光性能、隔音隔热性等优越功能特性。在微观结构方面， 竹原纤维横截面具有天然“中空”的特殊结构， 密布不同尺寸的孔隙， 吸湿和除臭性能高于竹浆纤维。竹原纤维服装面料主要有纯纺、混纺 （主要与棉、竹浆等不同比例混纺） 和交织， 其中， 纯纺竹原纤维面料主要以机织物为主， 混纺和交织面料主要以针织物为主。竹原纤维生产的服装主要以衬衫、T恤等夏季贴身类高档服装为主， 服装品种还相对较少。服装用竹原纤维的性能还需要在如何改善手感、舒适性方面开展研究。
1.3.3 存在的主要问题。
竹原纤维的产业化规模还较小， 市场发育不完全。标准和规范性欠缺， 存在竹浆纤维和竹原纤维产品区分度小等问题， 竹原纤维制品特性未完全开发出来。在加拿大、美国和德国明文规定， 为区别于竹原纤维， 竹浆纤维不能简称竹纤维[18].国内相关行业标准有《纺织用竹纤维鉴别试验方法 （LY/T 2226-2013） 》和《进出口纺织品定性分析竹原纤维 （SN/T 4560-2016） 》， 产品标准和检测标准仍需制定和完善， 以加强市场的规范性。
2 竹材纤维类废弃物资源的高值化利用.
竹浆厂废弃物资源产生量大， 获取容易。按照中国200万t竹浆产量计， 每年将产生60~100万t竹材废弃物， 主要来源于轧竹、切竹和筛片工序及浆渣， 大多直接焚烧 （锅炉燃料） 或填埋， 造成资源浪费。通过合理利用， 可制备多种生物质高附加值产品， 改善浆厂的盈利能力。经生物质液化， 可制阻燃型聚氨酯保温材料[19-21];经水解糖化发酵可制液体生物燃料[22-24].
以竹屑为原料进行液化的条件为， 聚乙二醇-400和10 g丙三醇为液化剂， 浓硫酸作为催化剂， 在150℃下反应1.5 h, 液化率可达97%以上， 液化较完全[19].液化产物呈黑褐色粘稠状， 其黏度为750 m Pa·s, 酸值为43.2 mg KOH/g, 羟值为350 mg KOH/g, 可用来制备聚氨酯泡沫塑料。对液化产物进行FT-IR及GC-MS分析， 液化产物是由多种带有支链结构的聚醚和聚酯多元醇组成， 含有大量的羟基官能团， 这种结构有利于支撑起聚氨酯发泡体的刚体结构。经过GPC分析可以得出， 液化油分子量呈连续分布， 最高分子量可达20 000, 平均分子量仅为838.2[20].添加助燃剂SPS的40%的液化产物替代工业聚醚可以制备助燃型聚氨酯发泡材料， 具有良好的刚性、热稳定性、阻燃性能和生物可降解性能， 可广泛用于建筑物外墙、宾馆中央空调系统输送管道等工业保温材料[21].
通过高效低成本的生物质预处理技术， 以竹浆厂丰富的纤维类废弃物为原料， 生产生物液体燃料， 可为浆厂提供另一种终端产品， 实现废物的高值化利用， 提高企业的盈利能力。竹屑是一种优质木质纤维素生物质， 通过预处理、糖化和发酵可以用来制备生物乙醇、生物丁醇等液体燃料[22-24].以竹浆生产为主线， 提供多种高附加值产品的综合工厂， 将是竹浆企业走出困境、获得生存和发展可能选择的模式。
3 中国竹浆和溶解浆生产发展展望。
3.1 竹浆。
2016年， 中国竹浆总产能达到240万t/a, 其中， 竹浆实际产量达到了157万t/a （不含手工纸） （见图1） [5].受国际木浆市场的影响和国内节能减排压力的增加， 一些装备落后的中小规模竹浆厂相继关停和转产， 导致近几年竹浆产量出现阶段性下降。2015年以后， 竹浆产量触底回升， 以竹子为原料的制浆造纸企业产量陆续释放。2016年竹浆产量增加， 效益显着改善。随着竹材原料收集和供应问题的彻底解决， 合理控制竹子收集成本， 竹浆产量还将进一步增加。
竹浆用于生活用纸特别是本色生活用纸的生产， 预期将有很大的发展空间[8].竹浆生产属于国家鼓励发展的浆种[5], 到2020年中国竹浆产能将增加到280万t.目前全国本色竹浆产能60万t/a, 本色生活用纸原纸产能50万t/a[8].四川省是中国竹浆最大生产省份， 占全国产量的59.5%.
由于受杂细胞、木质素和硅含量高等竹材自身特点的限制， 与阔叶木相比， 制浆得率低、生产成本较高， 缺乏市场竞争性。中国竹浆生产的现状是， 在国际低价进口木浆的冲击下， 自2012年以来， 中国竹浆产量出现阶段性下降现象， 竹浆产能和实际产量背离扩大， 竹浆企业效益滑坡， 面临较大困难；到2016年以后， 国际纸浆价格快速攀升， 竹浆企业效益呈现较大幅度的增长。开发适应竹浆生产的现代化国产装备， 淘汰落后产能， 提高竹浆品质、降低综合生产成本特别是碱回收和漂白生产成本， 兼顾考虑纤维类废弃物利用， 将是各项任务的重中之重。开发溶解浆、生活用纸、食品包装纸等新型差异化终端产品， 同时对竹材制浆过程产生的纤维类废弃物进行高附加值综合利用， 是企业走出高盈利模式的可能途径。
3.2 竹溶解浆。
近50年来 （1961-2016） , 世界溶解浆产量[25].2001年以后， 世界溶解浆产量逐年增加， 呈现快速增长趋势， 年均增长率达到6%以上。2014年溶解浆产量远超过1974年的历史最高产量， 达652万t[11], 经过2015年小幅下降后， 2016年重新回升到631万t.中国是世界第一大溶解浆消费国 , 消费量呈快速增长趋势。30年来中国溶解浆的进口量和占世界溶解浆总贸易量的比重。2016年世界溶解浆总贸易量为458万t, 我国溶解浆进口达225万t, 再创历史新高， 占世界溶解浆总贸易量的49.1%[25].中国溶解浆需求主要依赖进口， 2007年溶解浆进口量为68.8万t, 到2016年溶解浆进口量为225万t, 年均增长率为18.4%, 进口依存度在60%以上。中国溶解浆进口量大， 为竹溶解浆的发展提供了足够大的市场容量。溶解浆是竹浆企业的一类重要产品， 目前我国竹溶解浆产量仅40万t/a左右， 尚有很大提升空间。
发展竹溶解浆不仅可以降低纤维原料的进口依赖， 同时具有较高的产品售价， 使企业实现增收。利用竹子发展溶解浆具有独特的优势， 与木浆溶解浆相比， 竹浆溶解浆生产的黏胶纤维更能够满足服装市场的需要。竹溶解浆还可以用来制造纳米纤维素微晶产品。竹溶解浆纤维素含量高达95%~98%, 可用来制取纤维素纳米晶体CNCs和纤维素纳米纤丝CNFs, 提高竹浆产品的经济附加值[26].
4 结语。
中国竹资源十分丰富， 其高附加值开发利用对林农增收和环境生态保护具有重要意义。因竹材纤维形态和化学成分的特殊性， 其纤维长度较长， 细胞壁微观结构特殊， 打浆强度发展性能好， 赋予漂白浆良好的光学特性， 浆料品质略低于针叶木浆， 与阔叶木浆相当， 是一种优良的造纸用纤维原料。目前中国竹浆产能在200万t/a以上， 居世界第2位， 占世界竹浆总产量的23%以上。2017年新投产1条20万t硫酸盐竹浆生产线， 竹浆生产出现新的发展势头。
中国竹浆企业应充分根据竹材纤维特点， 对现有生产工艺进行技术革新和改造， 扬长避短， 发挥竹浆优势， 开发溶解浆、生活用纸、食品包装纸等新型差异化终端产品， 同时对竹材制浆过程产能的纤维类废弃物进行高附加值综合利用， 是竹浆企业健康可持续发展的有效途径。对竹材制浆造纸企业生产过程中产生的大量纤维类废弃物， 可通过生物质液化制备助燃型保温材料， 通过糖化发酵途径制备乙醇和丁醇等生物质燃料；高纤维素含量的竹溶解浆， 经机械磨解及生物酶处理后可制备纳米纤维素微晶产品。这些已形成初步的技术储备， 有希望通过熟化而获得工业化。以竹浆生产为主线， 提供多种高附加值产品的综合工厂， 将是未来竹浆企业快速发展的可能模式。
参考文献：
[1]江泽慧。世界竹藤[M].北京：中国林业出版社， 2008.
[2]中国植物志编委会。中国植物志：第9卷第1分册[M].北京：科学出版社， 1996.
[3]中国造纸学会。2014中国造纸年鉴：我国森林资源现状[R].2014:163-164.
[4]吴楠， 王康健， 刘才容， 等。竹原纤维的性能及应用[J].纺织科技进展， 2016 （3） :4-5, 7.
[5]中国造纸协会。中国造纸协会关于造纸工业“十三五”发展的意见[R].2017.
[6]胡剑民， 沈葵忠， 房桂干， 等。竹材化学浆ECF/TCF漂白技术[J].中华纸业， 2010, 31 （12） :12-15.
[7]中国造纸工业2016年度报告[R].中国造纸协会， 2017.
[8]四川省造纸行业协会。四川省本色竹浆生活用纸发展状况及前景[J].造纸信息， 2017 （7） :33-34.
[9]刘一山， 王修明。关于竹浆产业发展的思考[J].中国造纸， 2013, 32 （6） :60-63.
[10]ANDTBACKA S.A fibre line designed for bamboo pulping[DB/OL]. （2005-11） [2017-12].http://www.tappsa.co.za/archive2/Journal_papers/Bamboo_pulping/bamboo_pulping.html.
[11]沈葵忠， 别士霞， 刘雯雯， 等。50年来世界溶解浆产销量分析及我国溶解浆的发展前景[J].中华纸业， 2014, 35 （3） :56-60.
[12]杨玲， 李文俊， 王伟， 等。竹制溶解浆研究进展[J].纸和造纸， 2015, 34 （3） :22-26
[13]杨玲， 李文俊， 肖丹， 等。竹制溶解浆工艺条件优化探索[J].纸和造纸， 2013, 32 （5） :3-5.
[14]SUGESTY S, KARDIANSYAH T, HARDIANI H.Bamboo as raw materials for dissolving pulp with environmental friendly technology for rayon fiber[J].Procedia Chemistry, 2014, 17:194-199.DOI:org/10.1016/j.proche.2015.12.122.
[15]YUAN Z Y, WEN Y B, KAPU N S, et al.A biorefinery scheme to fractionate bamboo into high-grade dissolving pulp and ethanol[J].Biotechnology for Biofuels, 2017, 10 （1） :10-38.
[16]ZHAO L F, YUAN Z Y, KAPU N S, et al.Increasing efficiency of enzymatic hemicellulose removal from bamboo for production of high-grade dissolving pulp[J].Bioresource Technology, 2017, 223:40-46.
[17]范尧明。竹原纤维与竹浆纤维外观形态与性能分析[J].福建纺织， 2011 （11） :40-42.
[18]张毅， 林小聪。竹原纤维产业现状与发展思路[J].中国纤维， 2011 （19） :83-85.
[19]卢婷婷， 房桂干， 卓治非。酸催化竹材废料多羟基醇液化特性研究[J].化工中间体， 2013 （6） :32-37.
[20]卢婷婷， 房桂干， 卓治非， 等。木素化学改性及其在聚氨酯合成中的应用[J].纸和造纸， 2013, 32 （11） :55-58.
[21]卢婷婷， 房桂干， 王戈， 等。竹材废料液化及其产物在聚氨酯材料中的应用研究[J].黑龙江造纸， 2013, 41 （4） :6-9.
[22]殷艳飞， 房桂干， 邓拥军， 等。慈竹硫酸盐浆酶水解条件研究[J].中华纸业， 2011, 32 （18） :38-42。
[23]殷艳飞， 房桂干， 邓拥军， 等。碱预处理对慈竹机械浆酶解的影响[J].食品工业科技， 2012 （11） :172-175.
[24]殷艳飞。慈竹制丁醇工艺技术研究。中国林业科学研究院硕士学位论文[D].北京：中国林业科学研究院， 2012:1-67.
[25]国际粮农组织。2017 FAOSTAT[DB/OL]. （2017-03） [2017-08].http://www.fao.org/faostat/en/#data/FO.
[26]卓治非， 房桂干， 王戈， 等。竹浆制备纳米纤维素晶体的工艺优化及表征[J].化工新型材料， 2015, 43 （4） :132-135.
