科普中国-科普融合创作与传播 2021-06-22
出品：科普中国
制作：郭菲（烟台大学）
监制：中国科学院计算机网络信息中心
最近一段时间以来，“全国多地纸巾涨价”冲上热搜，与此同时，生活用纸、文化用纸也跟着齐刷刷地开始涨价。
柔软的卫生纸、能割伤手指的硬纸，不同用途的纸张制造工艺有何差别？日常用纸为什么这个时候会涨价？想要回答这些问题，我们需要对纸张生产过程有一个基本了解。
（图片来源：TWENTY20.com）
你用的纸从何而来？
一言以蔽之，纸是利用从植物中提取出的纤维制成的工业品。如果你用高倍显微镜观察纸，会发现它们实际上是由一层层的纤维叠合而成的网状结构，纤维间布满着空隙。
造纸所用的纤维原料主要有三大来源，来自木材的木浆、来自草本植物纤维的非木浆以及来自于废纸的废纸浆。其中的木浆又分为针叶浆和阔叶浆，而非木浆则主要由禾科纤维原料浆（如稻草、麦草、芦苇、竹、甘蔗渣等），韧皮纤维原料浆（如大麻、红麻、亚麻、桑皮、棉杆皮等）和种毛纤维原料浆（如棉纤维等）构成。
而按照纸浆的加工方式，又可分为机械浆、化学浆以及化学机械浆。这里的机械和化学是指将原料制备成纸浆过程中所依赖的主要工艺方式。
通过来源和加工方式，我们可以将纸浆细分为机械木浆、化学木浆等，这样一听名字就能对纸浆的属性有一个直观的了解。实际生产中，木浆所占比重远高于非木浆，但绝大部分的造纸原料其实是废纸浆。当然，大部分的废纸浆其实也是来自于木浆，因此我们先以最为主流的化学法为例，说说木浆是如何进行生产的。
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如何把木材变成木浆？
制作木浆所利用的木材除了专门培育的树种之外，大部分是一些没有什么其他利用价值的木材废料。比如切制板材、棒材剩下的边角料，曲折部分过多以至于无法利用的残次木料，定期采伐修整森林时砍下的间伐材，以及拆除古旧木造建筑时取出的建筑废材等等。
一般来说，制造木浆的树种主要选用松树一类针叶树种和桉树或相思树等阔叶树种。针叶树种的纤维较长，适合制成纸袋或者信封一类对强度要求较高的产品，而阔叶树种的纤维较短，因此表面光洁度好，适宜于制成印刷用纸和生活用纸。
制浆用的木材先要经过切削粉碎等工序，制成小木片，之后再利用氢氧化钠溶液对其进行煮制，所谓的化学法说的就是这一过程，它可以把纤维素和木质素进行分离。木质素像胶水一样，把纤维素粘合在一起，是提高木材强度的主要物质。分离后的木材纤维再经过过滤除杂和漂白等工艺，就制成了我们常听说的木浆。
为了运输便利，木浆并不像我们想象的那样是浆料一样的黏稠物质，而是经过干燥和压缩的纤维团块。成品木浆看上去像厚纸板或者毛毡一样，堆叠在一起。大部分制纸工厂并不自己生产木浆，而是向上游厂家采购，一般只有较为大型的制纸企业会建成从木浆到纸品的全套造纸生产线。
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木浆到纸张，工艺并不神秘
从树木到纸浆，万里长征不过才走完第一步，接下来的工艺才是制作各种纸的关键。我们以面巾纸的制作为例来讲述制纸的具体过程。
纸浆来到制纸工厂后，先要投入碎浆机中，在这里与水混合并搅拌。碎浆机像一个巨大的洗衣机，可以把木浆中含有的纤维尽可能地分离。经过碎浆机后，木浆被稀释成质量分数大约6%的原料溶液。在下一个工序中，木浆又进一步被水稀释到质量分数0.2%左右的稀溶液。
接下来，木浆溶液将进入抄纸机，这是纸张形成特定厚度以及性质的关键工艺。木浆溶液随后铺满塑料制作的网状模具（称为抄纸网）表面，在此摊平成纤维均匀分布、厚度统一的薄膜。单张抄纸网的大小往往有将近20米长、5米宽。
接下来，利用轧辊将中间形态薄膜中的水分挤出，再进行加热烘干。最后进行表面和形状的整形，卷成卷状的原纸。用来进行卷纸工艺的滚筒线速度可以达到每小时120公里，而卷状的原纸一卷就可能有上万米长，重达5、6吨。出厂前，再将原纸卷分割切成所需的大小然后进行包装运输。
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相似的工艺如何制成千姿百态的纸
各种纸的加工基本都沿用上述的方式，但我们日常生活中的纸却有着完全不同的用途和质地：有些用来书写，有些用来进行卫生护理，有些用来包装。为什么相似的工艺能够生产出完全不同的纸品呢？奥秘在于它们的生产参数和工艺有些细微的不同。例如，我们上面提到纸浆中的针叶浆、阔叶浆以及废纸浆的比例，就是决定纸张性质的关键参数之一。此外，制纸时纸浆的稀释度和堆叠厚度不同也将让制成的纸张拥有不同的密度和厚度，这也直接决定了纸张的用途。
此外，含水量也是非常关键的因素。用于卫生护理的纸张，例如卫生纸的含水量较高，大约为5%，这也是它们能够有绵柔触感的关键。有时，我们希望卫生护理用纸能够在保证柔软质地的同时还拥有一定的强度，不会一接触水或者一受力就出现破损。为了解决这一需求，造纸厂在制纸过程中加入纸力增强剂，它可以在纤维间形成联结，从而提高纸张对水和外力的抵抗能力。添加纸力增强剂以及其它化学试剂是造纸过程中的必须工艺，这些添加剂含量微小，不会对人体和环境造成损害。
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纸张为何涨价？
在全国多地纸巾涨价的同时，却有不少纸厂暂停生产的消息传出。商品涨价厂家难道不是应该加足马力生产吗？为什么反而暂停生产呢？
通过上文的分析，我们不难发现，要生产一张纸，造纸厂要先从上游的纸浆厂进口纸浆，然后才能进行各种纸张的生产。纸品厂家和纸浆厂家各自组织生产，属于产业链上下游或者说是供应商和采购方的关系。因此，原材料的成本很大程度上决定了产业链中下游企业的利润空间。中国的大多数纸企位于造纸产业链的中下游位置，原材料木浆进口占比超三分之二，局面相当被动。
这次纸张涨价的根源其实是国际纸浆供应发生了暂时的波动：一方面，受疫情影响，国际航运成本提高，而纸浆又是严重依赖海运的大宗商品；另一方面，制纸工业对于森林资源有一定消耗，各大木浆生产国也需要合理组织木浆生产，平衡好短期利益和长期利益。此外，我国在近期施行了更加严格的固体废物原料进口管理措施，这也直接对从国外进口废纸原料进行了限制。…
