陕西科技大学造纸工程学院的科研方向
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发布时间：2022-04-22 07:34
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时间：2022-06-17 19:44
造纸工程学院制浆造纸工程学科经过近60年科学研究的发展和积淀，通过学科、专业间的交叉互补与凝练，已经形成了制浆造纸机理，造纸化学品与湿部化学，低污染制浆及环境保护，制浆造纸过程控制及新型装备和纸张印刷相关研究等五个特色鲜明的研究方向。
1.制浆造纸机理
原料结构、产品质量及废水污染是我国制浆造纸工业发展过程中面临的三大问题。我国制浆造纸用针叶木资源极其匮乏，西部地区尤其严重。西部地区地广人稀，干旱少雨，但气候状况适合于杨木的生长，非常适合大面积种植速生杨，非木材原料特别是麦草、芦苇、荻、龙须草等资源也非常丰富。本研究方向结合我国制浆造纸工业的原料现状，以非木材和速生木材为主要原料，以制浆机理研究为重点，以新型特种纸、加工纸、功能纸为特色，研究制浆造纸新技术及其相关机理，为新技术、新工艺、新设备的实际应用提供理论依据和技术指导，以促进我国非木材及速生材制浆造纸工艺技术的进步与发展。50年来本研究方向重点研究了非木材原料，特别是麦草、芦苇、荻、龙须草等草类原料纤维生物结构和化学组成特征及其制浆造纸机理；揭示了草类原料不同于针叶木的制浆特性，确立了草类碱法制浆的“低温快速蒸煮”理论；通过草类原料不同方法制浆机理差异的研究，在我国最早提出了草类原料最适宜的制浆方法，为更好的利用非木材原料，降低能耗和提高纸浆质量提供了理论依据。
近年来，本研究方向为配合西部地区“山川秀美”工程的顺利实施，提高农民植树造林的积极性和经济收入，进行了速生杨制浆造纸机理和性能的研究，重点研究了化学制浆和APMP制浆机理，已经取得了阶段性成果，为我国西部地区林业的良性可持续发展提供了思路。
目前我国纸和纸板产量仅次于美国，但种类和质量尤其是特种纸、加工纸与国外有很大的距离。我国造纸发展极不平衡，西部地区造纸企业普遍规模较小、装备较落后、产品档次较低、经济效益较差、污染较严重。这些企业要发展、要生存，必需从实际出发，因地制宜，进行产品结构调整，节能降耗，治理污染。以市场为导向，开发市场需求的特种产品，提高产品质量，增加以各类加工纸、特种纸、功能纸为代表的高附加值产品，提高企业经济效益，是适合中小型造纸企业发展的道路。特种纸需求量小，但技术含量高。如何提高特种纸和加工纸的质量，开发社会需求的新型特种纸和加工纸产品，提高产品的市场竞争力，使这些中小型企业在造纸工业发展的大潮中得以生存与发展，是造纸工作者面临的需要迫切解决的问题。因此新型特种纸和加工纸也是本研究方向的重要研究领域，并已经取得了较多的成果，先后研制成功了电器用覆铜箔层压板原纸、新型高档苹果套袋纸等20几种特种纸，均已转化为生产力。其中由博士生导师张美云教授主持研究的新型高档育果袋纸生产技术在陕西及周边省份获得推广应用，产生了良好的经济效益和社会效益。这些科研成果的推广，为国家和地方造纸工业的发展和经济效益的提高做出了突出贡献。
2.造纸化学品与湿部化学
纸的生产过程中需要加入多种化学品，除填料外，造纸化学品的添加量一般为纸张总量的0.1%～2%，但是却可以显著改善纸张性能，提高纤维的抄造性能和纸机的运行性能，同时还可减轻环境污染。中国是造纸大国，也是世界上使用非木材纤维纸浆比例最高的国家之一，2004年为29%。高比例的非木材纤维纸浆的使用使得纸浆中短纤维含量较高，不仅影响纸张质量，而且增加抄造难度。因此对化学品有更大的依赖性，例如草浆中助留剂的使用将大大减少短纤维和填料的流失；中性施胶剂的应用使得中性造纸成为现实，这对提高纸的强度和降低生产成本具有特殊的意义。 随着社会进步和人类生活水平的提高，纸张和纸品的需求量加大，应用范围日益广阔，对纸的质量要求更加严格，同时也都对造纸化学品提出了更高的要求。
造纸过程是一个复杂的过程,纸料中各组份之间存在相互作用和相互影响,会进一步影响到纸机的操作性能和产品的最终性能。各造纸企业为了将纸机保持在适宜的抄造化学条件内,以减少生产过程变化,需要加强湿部化学控制,改善纸机运行性能,提高纸机清洁度。以高速化和智能化为标志的现代造纸技术,可以提高纸页的施胶度、强度,减小纸页的两面差,减小定量和灰分的波动,改善纸页的匀度和外观的均一性，但要求建立相适应的造纸湿部化学体系。湿部化学的基本研究内容包括对造纸工业需要的多种多样的造纸湿部添加剂进行基础理论和应用机理研究，确定出最佳的使用工艺,确保造纸湿部化学的平衡,以取得最佳的使用效果,从而提高纸机的运行性和纸的质量,增加企业的经济效益。
本研究方向在制浆造纸化学品对纤维原料的蒸煮机理、洗涤机理、漂白机理、废纸脱墨机理、纸张物理强度的增强机理、纸张结合机理和中性施胶机理等方面进行了系统的理论研究，对造纸化学品的研发提供了理论指导，避免了无为的浪费。在化学品的湿部应用研究方面，主要致力于研究化学品的助留机理，结合目前技术水平的发展，补充、完善和发展各种助留体系理论，首次将灰色系统理论引入湿部化学因素优化中，取得了理想的效果。
本研究方向还致力于加工纸和特种纸用化学品的研究和应用，重点开发特种纸表面涂布助剂及涂料制备。目前正在研究无碳复写纸微粒胶囊和彩色喷墨打印纸的显色机理和涂料配方，将替代国外产品，现已成功研发出了具有自主知识产权的果袋纸专用抗水剂、聚合纤维粘结剂等。
本研究方向从八十年代开始,主要致力于造纸化学品的改性研究及应用机理研究。先后自行研究与制备了不同电荷、不同分子量、不同取代度的变性淀粉、聚丙烯酰胺、壳聚糖等系列造纸用高效增干强剂、助留剂、助滤剂；重点是中性施胶剂、具有助滤助留和增强效果的功能性添加剂、脱墨剂、柔软剂和涂饰剂等,已有多项成熟成果,其中阳离子淀粉、羟丙基季胺盐、聚丙烯酰接枝淀粉等成果已在全国多家造纸企业推广应用,取得很好的社会效益和经济效益。近年来承担国家项目3项、省部级项目8项、企业合作项目10余项,有多项成果获得省部级奖。其中国家“九五”攻关项目“ 造纸用高效中性施胶剂、增干强剂、助留剂、助滤剂的研究开发及应用”取得了良好的预期成果,受到造纸企业的关注。在研究过程中，本研究方向科研人员把理论与生产实践相结合，编写并出版了多部有关造纸化学品和造纸湿部化学方面的著作,这些著作已被许多科研工作者和生产厂家作为指导科研或生产用书,在国内外造纸界形成一定的影响。
3.低污染制浆及环境保护
造纸业是在我国加工制造业能力普遍过剩的情况下，为数不多且需求不断增长的行业之一，其发展是具有很大潜力的，但必须防治污染、保护环境，实施可持续发展战略，走循环经济的道路，最大限度的利用资源，废物最小化，无害化。我国造纸工业的原料结构、企业规模和技术装备水平的现状，使我国造纸工业废水污染状况仍然不容乐观。造纸工业废水排放占全国工业废水排放量的15%，COD排放占排放总量的40%，中小造纸厂造成的污染更是严重。其中蒸煮废液和漂白废水是我国造纸工业主要的污染源。结合我国造纸工业的实际，开展低污染制浆及环境保护的研究，是发展我国造纸工业的关键之一。
规模较大的造纸厂必须实施清洁生产才能从根本上解决污染问题。清洁生产是从源头削减污染，通过选择原料、优化工艺、加强科学管理，使生产过程的资源利用率尽可能提高，使污染排放量尽可能减少。清洁生产不仅能获得环境效益，还能获得经济效益，它被国外实践证明是一条行之有效的途径。在我国，清洁生产已经列入了*优先支持的重点研究方向之一。
本研究方向着重于低污染蒸煮与漂白机理和新技术的研究及制浆造纸废水处理的研究，特别是自催化乙醇法制浆机理、全无氯(TCF)和无元素氯(ECF)漂白机理的研究，为减轻和消除我国蒸煮和漂白废水的污染、优化生产工艺提供基础理论依据。研究的重点是氧脱木素技术,过氧化氢、臭氧、甲咪亚磺酸等低污染漂白化学品的漂白机理、工艺和技术。
生物技术在制浆造纸废水处理方面的研究和应用是目前的热点之一,本研究方向着重研究了高浓度有机废水的厌氧生物处理原理和工艺，第三代内循环厌氧反应器技术，膜生物反应器(MBR)技术，高效紧凑型好氧生物反应器(HCR)技术，废水超临界氧化技术，这些技术对小规模造纸企业的黑液、中段废水的处理非常有效。本研究方向在国内对内循环厌氧反应器的结构原理、反应机理、设备开发,及其对制浆造纸高浓度有机废水的处理机理和工艺的研究起步较早,取得了一定的成果和突破,加速了我国自行设计和制造内循环厌氧反应器的进程，并为其用于制浆造纸企业的废水处理奠定了基础。本研究方向研究成功的适合于中小型以草类原料为主的制浆造纸企业的蒸煮黑液、中段废水和白水处理的工艺技术已在国内很多造纸企业获得推广和应用，取得了很好的经济效益、环境效益和社会效益。
4.制浆造纸过程控制及新型装备
造纸装备及其自动化技术是构成现代化造纸企业的主要元素，是提高造纸企业效益的主要源泉之一，世界各造纸大国都十分重视造纸装备及其自动化的发展。制浆造纸过程控制及新型装备研究一直是我院的一个特色研究方向，在国内外有广泛的影响。
在国家级有突出贡献专家、博士研究生导师王孟效教授的带领下，20多年来，本研究方向取得了丰硕的成果，并日益发展壮大。在制浆造纸测控领域里完成了多项国内领先的科研成果。先后研制开发了10余项产品和专利技术。王孟效教授主持并完成了国家“九五”科技攻关项目“桉木化机浆配抄优质印刷纸洗选漂过程优化控制系统的研制”和“桉木化机浆配抄优质印刷纸抄纸过程优化控制系统的研制”的研究，并获得陕西省科学技术三等奖。本研究方向在造纸过程与装备自动化方面在国内具有显著特色和明显优势。
随着纸机车速的不断提升，单机产量的迅速增大，消费者对纸产品质量要求的日益严格，离开自动化，造纸生产无法进行。20年来，我校投入了大量的人力、物力和财力致力于浆纸过程全集成自动化方面的研究和成果推广工作，先后承担国家自然科学基金、国际科技合作项目等国家级项目7项，国家外专局项目、陕西省重大科技专项等省部级项目6项，陕西省教育厅专项、西安市科技支撑计划等厅局级项目10项，企业委托横向项目500多项，7项科研成果通过省部级以上鉴定，获得各级科学技术奖励14个，在流浆箱控制、碱回收过程控制、板纸机定量水分控制系统等方面取得的科研成果达到国内领先水平。目前，凝练出如下研究方向：
1）APMP制浆过程控制和集成优化；
2）PRC-DDS蒸煮过程控制和集成优化；
3）气垫式和水力式流浆箱控制系统；
4）基于可调热泵的蒸汽冷凝水热力控制系统；
5）板纸机定量水分控制系统（BQCS）；
6）基于现场总线的碱回收过程控制和集成优化；
7）废水生化处理过程控制和集成优化；
8）高速纸机传动控制；
9）基于PCS/MES/ERP三层体系结构的计算机集成过程系统CIPS；
10）造纸工业能源信息化系统。
5. 纸张印刷相关研究
1）纸基材料印刷适性研究：深层次研究分析材料的结构、成分、性质、探索印刷材料与印刷质量关系，进一步研发绿色、高效的新型包装印刷材料；研究印刷颜色复制过程中的相关机理以及色彩管理等内容，以真正实现印刷的“所见即所得”。
2）造纸印刷化学品：研究水基及新型的防伪油墨生产新技术及其相关机理，为水基油墨和新型防伪的开发提供理论依据和技术指导，以促进我国水基型油墨和新型防伪生产工艺技术的进步与发展。真正实现绿色环保印刷，满足市场对不同环保油墨的需求。
3）印刷图文信息数字化技术：结合目前印刷技术数字化发展的趋势，针对颜色理论、色彩管理及图像质量控制等关键技术进行深入研究，建立适应不同生产环境的理论模型及各项技术参数指标，为实现个性化印刷奠定基础。
4）印刷设备与工艺：主要研究印刷设备、装订设备基本结构原理、工作性能、技术规范和发展趋势，研究印刷设备的自动化控制原理与系统；结合新型印刷材料等印刷要素，探索出最优化的生产工艺。印刷工艺方面：是对现有印刷工艺过程中的污染问题深入，研究印刷品质量标准化实施；研究国内外新型印刷工艺，对新工艺中的参数进行测试研究，为国内市场推广使用新型印刷工艺技术提供有力的数据支持。
