Bio-based推荐 姚献平院士：纳米纤维素产业要突破瓶颈

  纳米纤维素作为一种新型的生物基功能材料，在造纸、阻隔材料、全降解材料、3D打印材料、化妆品、涂料等领域中的应用前景广阔。常规的纳米纤维素制备方法存在能耗、环境及成本高等问题，通过生物酶或化学技术对纤维原料预处理，结合表面改性技术，是实现纳米纤维素绿色制备和高值化应用的有效途径。

  2023年6月7-9日，第八届国际生物基产业论坛暨产业应用展览会在上海成功举办，本次大会以“把握生物基产业新机遇”为主题。

  俄罗斯自然科学院院士姚献平出席大会并就纳米纤维素绿色制备与高值化应用发表了精彩演讲。

  大家好！我是杭州市化工研究院姚献平, 今天跟大家介绍的题目是纳米纤维素绿色制备与高值化应用。

  在淀粉生物质领域，无论是技术水平还是产业化能力，我们都是国内最强的。我们团队取得的有关技术成果已全部实现转化。我们还跟华南理工、天津科大等科研院校一起承担了纳米纤维素项目， 项目目标中试规模是每天100公斤（绝干），实际我们做到了每天210公斤。2022年，我们又列了一个浙江省尖兵项目，项目目标是建成每天一吨（绝干）产业化示范线。全球目前的纳米纤维素最高产能也是一天1-2吨这个量。

  纳米纤维素产业能不能加快速度进行发展，其实是要解决纳米纤维素目前存在的瓶颈问题：一是成本价格太高，价格每吨达100万元左右，这么高的价格要普及是有问题的。为什么价格这么高，原因是制备难度大，技术装备未过关；另一个是规模小，品种单一，针对性不强。

  常规的机械法，把纤维素做到纳米级能耗非常高；而生物法和化学法制备时间长，得率低，还存在环保问题。目前学术界一致认为各种技术的交叉集成是比较好的方法，用各种技术相结合的方法能够降低能耗，减少污染，降造成本。目前已有不少国家正朝这方面努力。我们也是采用这种交叉集成的新方法来做的，并且实现连续化，低能耗、低成本、无污染。原料加进去，出来就是纳米纤维素产品，这条中试示范线还是有相当的先进性的，没有废水、废气、废渣，吨价格10万元左右。

  成本若不降下来，好多领域用不起，我想先从造纸应用说起。造纸应用有两个关键，一是价格是不是适合？二是效果好不好？目前好多人认为造纸产业用不起，既然用不起干脆就不做了。其实目前研制纳米纤维素的大部分企业都是造纸行业的。而我们的研究结果证明：事实上纳米纤维素在造纸上用的效果很好，我们提出的价格完全能接受，今年纳米纤维素基转移印花配方产品已经在迅速推广，已有十多个单位在开始陆续使用，可以说这是纳米纤维素产品在中国造纸领域是最先进入市场的，意义非凡。

  纳米纤维素增强效果也非常好，以定量为80g/m2的文化用纸，加入纳米纤维素后，在强度不减的前提下定量可以降到70g/m2甚至到60g/m2。目前我国纸和纸板年产量达一亿二千多万吨，如果实现全面应用，能节约大片森林资源，意义极其重大。

  另一个例子是食品纸要抗油，目前主要添加含氟防油剂，但是氟单体毒性很高，国际上已决定禁止使用，那么禁用后用什么办法防油呢？我们的研究结果证明纳米纤维素在纸的表面能形成非常致密防油层，每平方米只要涂覆一克就可实现高等级的防油效果。

  再说应用到化妆品中，它有三个特点，第一亲水性很强，第二在皮肤表面能成膜，第三有毛细作用，可以把营养液导入皮肤，而且稳定性非常好。我们已跟欧斯曼公司合作加到珍珠粉的涂料里面去增加化妆品的稳定性，已经接近产业化应用阶段了。

  在3D打印领域，我们跟欧洲的UPM公司合作，实验根据结果得出加上纳米纤维素的3D打印产品效果很好。

  另外，应用在涂料里面，它能改变涂料的流变性。涂料在应用时往往容易流淌下来，1%左右纳米纤维素加进涂料里，马上就可以让涂料想粘到哪里就粘到哪里了。

  最后讲讲食品保鲜，牛奶盒为什么能够有6个月的保鲜功能，是因为里面有铝箔，把氧气和水蒸气给阻隔了，现在世界上排名第三的一家食品阻隔包装公司跟我们合作，就是提出要把铝箔去掉，用纳米纤维素来替代。我们的试验结果证明其阻氧效果可完全与铝箔相媲美。

  纳米纤维素产业利用丰富的生物质资源开发环境友好可循环利用的生物基材料，最大限度的去替代塑料、钢材等材料，是国际生物基新材料产业高质量发展的重点研究方向，这个已经逐步形成共识，近几年发展速度会很快。最近我在北京参加了第四届纳米纤维素材料国际会议，来自欧美各国代表都介绍了各自的科研成果，关键是要突破瓶颈制约。我在会上提出要往绿色化、低成本、多品种、特色化主流方向去努力，不能走大众化路线。

  纳米纤维素将在以生物质为原料转化制造的生物塑料、轻质高强材料这方面发挥重要的作用。日本正在做汽车轻量化的应用研究，组成一个由20多家做纤维素的制造型企业组成的联盟，由京都大学的一个研发团队去研究纳米纤维素应用于汽车轻量化，目前已经制成了汽车轻量化样车，重量可以降10%，我们也应该将纳米纤维素研发机构、企业联合起来，组成联盟团队，联合攻关。

  跟国外对比，我国在技术上还是有一定差距的，但是中国市场很大，我认为是完全有可能是在市场应用上赶上世界领先水平的。其次，我觉得还是要做原创性的专用技术装备开发，这个太重要了，我们在这方面非常落后，做纳米纤维素项目，单一的技术是很难突破的，装备就其中关键之一。在纳米纤维素专用装备上我们曾跟国外一家公司合作，他们说能把这个装备做出来，结果还是失败了，最后回过头来还是跟国内的企业合作，目前已经取得了很大的进展。

  在我看来，协同创新，聚焦突破，实现高值化应用，是一个很重要方向，我们要加强合作实现共赢，创造更高的经济和社会价值。

  今年，我对我们的开发团队提出新要求，一是效率要高，二要突破。我所指的突破是既要做到技术突破，又要做到经济突破，要跟下游用户进行无缝对接，以需求为出发点，做可落地的材料研发创新与产品应用创新。展望未来，造纸阻隔包装，轻质高强材料将是我们优先要突破的重点领域。

  姚献平，教授级高工，浙江省特级专家，俄罗斯自然科学院院士，中国化工学会会士，国务院特殊津贴获得者，现任杭州市化工研究院院长、中国造纸化学品工业协会荣誉理事长、中国造纸学会特聘副理事长、国家造纸化学品工程技术研究中心主任、中国材料与试验团体标准委员会生物基化工材料技术委员会副主任、浙江省生物基全降解及纳米材料创新中心主任、浙江省新材料新能源联合会专家委员会主任等职；长期从事造纸化学品、淀粉衍生物、纳米纤维素等生物质基功能材料的研发，主持各级科研项目30余项，开发新产品80多个，其中国家重点新产品10个，获国家科学技术进步二等奖1项，部省级科学技术进步一等奖3项、技术发明一等奖1项，其它奖20余项次；获中国优秀专利奖2项；撰写论文130余篇，出版著作7本，科技成果全部实现产业化，市场占有居同行首位，经济社会效益显著，获国家70周年纪念章、“十一五”国家科技计划执行突出贡献奖、中国造纸行业十大领军人物、侯德榜化工科技奖、科学中国人年度人物、全国化工优秀科技工作人员、浙江省最美科技人和科学企业家等荣誉称号。