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微纖化纖維素(MFC)是一種新型的納米級功能材料,直徑在1~100 nm之間,長度為不到20微米的高度潤脹的膠體狀纖維素。主要由植物纖維製備而得的可再生高分子材料,兼具天然纖維和納米材料的特點。由於其具有生物相容性、生物可降解性、優良的力學性能、光學性能以及阻隔性能,在納米紙、氣凝膠、複合材料、造紙、醫藥等諸多領域具有廣闊的應用前景。按照不同產品類型,包括如下幾個類別:


▌過濾級MFC

過濾級微纖化纖維素是一種具有納米尺寸的天然纖維素纖維,MFC分散良好,與PET纖維混合均勻;不同纖度(粗細)PET纖維的搭配,形成的口罩用MFC過濾材料具納米級的孔洞結構。應用於防護口罩的製造中。過濾級MFC中還包括超吸水材料與超吸水聚合物一起使用的納米纖維素、紙巾、非織造產品或吸收結構中的納米纖維素以及作為抗菌薄膜。

▌食品級MFC

微纖化纖維素是一種新型的納米級功能材料,因納米纖維素表面具有大量的親水性羥基,其填充在食品包裝材料中能提高包裝材料的潤濕性。另外,納米纖維素因羥基之間的搭接易形成立體網絡結構,可為活性包裝提供優異的性能等。一般情況下,適量的添加納米纖維素就可以明顯優化包裝材料的強度及阻隔性能。

▌工業級MFC

微纖化纖維素比表面積極大,且表面游離羥基極其豐富,可形成數倍於普通纖維素纖維的氫鍵,解決了高含量填料紙張強度差的問題。較好地化解了高加填技術中紙張強度和高加填量之間的矛盾。有利於降低紙張的生產成本,提高企業的利潤,更緩解了造紙行業纖維原料資源緊缺的局面。

按照不同應用,主要包括如下幾個方面:

▌造紙業

與常規纖維素及一些纖維素改性產品相比,微纖化纖維素由於高度微細纖維化後,纖維比表面積增大且其表面裸露出大量的極性羥基,將其加入到紙漿中,其與紙漿纖維能夠緊密結合,從而提高紙漿纖維之間的結合力,因此納米纖維素可作為製漿造紙過程中的增強劑、助留劑和助濾劑,還可用作防油紙中的屏障,以及用作濕部添加劑以提高商品類型紙和紙板產品的留着率、干強度和濕強度。

現代製漿造紙企業的行業競爭相對激烈,企業的日常生產在很大程度上直接影響其長遠發展。對於製漿造紙企業,其日常生產中對機械設備的依賴性較高, 並且涉及到一些高精密度的設備,這就需要其有效完成對各種設備的管理,確保設備能持續正常運行,以此 讓企業的生產經營得到保障。但根據現代製漿造紙企業的實際情況,設備的管理還存在較多問題,尤其是企業設備的管理在很大程度上缺少創新,不利於企業的長遠發展。因此,現代製漿造紙其也在不斷發展的過

▌包裝

食品包裝材料應具有保護商品、維持食品品質穩定、提高食品商業價值、促進銷售以及方便貯藏物流的作用, 是食品加工工業極其重要的構成部分, 也始終是領域內研究的核心問題。由於微纖化纖維素的特殊性質,其能夠與一些特殊纖維材料聯合使用製作成特殊性質的紙張,尤其是在食品包裝和印刷上,主要是利用微纖化纖維素的成膜性和表面阻隔特性,能夠聯合光敏、溫敏材料聯合使用,產生出效果驚人的產品,或者是通過改制成高阻隔性的塗層,在食品藥品包裝中使用。除基本的保護作用外, 包裝材料還必須具備足夠的防震耐衝擊性、防止有毒物質的遷移等功能。微纖化纖維素在食品包裝領域發揮着越來越多的作用, 不僅因其來源廣泛且安全無毒害, 結構也具有特殊優勢。

▌其他

其他領域中,還包括化妝品行業、醫療衛生行業等。應對氣候變化和減少包裝對環境的影響是化妝品品牌的首要任務。我們通過為化妝品、個人護理、醫藥和衛生產品提供由可再生材料製成的創新解決方案,幫助客戶滿足新的需求。是用於個人護理的合成添加劑的新型天然替代品。其獨特的微網絡結構可以穩定不穩定的乳液,並作為顏料和其他固體顆粒的分散助劑,使皮膚感覺柔軟。

在製備微纖化纖維素的過程中,目前多採用的原料為農作物,尤其是農作物的加工剩餘物。這些非木材植物一般木質素含量較少,比木材容易漂白,且漂白過程要求不高,易獲取微纖化纖維素。同時這些非木質材料中纖維素微纖絲間的結合力比木材次生壁內的纖維要小,分離微纖化纖維素所需的能量也較少。目前微纖化纖維素的製備方法較多,但大體可以分為化學法、機械法和化學機械處理方法。

化學酸水解法

酸水解法製備微纖化纖維素會產生大量的廢酸和雜質,且反應對設備要求較高,反應殘餘物難以回收,但製備同時可對微纖化纖維素進行表面改性,賦予其新的特性。因此化學酸水解法是國內外研究微纖化纖維素的重點,製備工藝也較為成熟。

機械法

機械法製備微纖化纖維素是指單純使用機械手段將纖維分離為納米纖維素,達到製備要求,無需化學試劑,對環境影響較小,但採用這種方法製備的微纖化纖維素粒徑分布寬,且製備能量消耗較高,生產效率低。機械法製備微纖化纖維素的基本方法是:首先將纖維原料經過PFI磨打漿,使得其中的纖維分絲帚化或細纖維化,然後稀釋成懸浮液,再經高壓均質機進行連續高壓均質化處理,最終製得微纖化纖維素。

化學機械法

採用機械法分解纖維製備微纖化纖維素,生產能耗較高,高壓均質機也易出現均質機堵塞等問題,影響實現製備過程的工業化和連續化。因此,微纖化纖維素的製備可以充分利用以上兩種製備方法的優點,即化學預處理(較為常用的是酸處理、鹼處理和有機溶劑處理)結合機械處理製備的方法,降低機械處理的能量消耗。化學機械法是先利用化學降解的方法對纖維原料進行適當的氧化降解處理,再利用高壓均質機等機械處理的製備方法。有研究表明,該處理工藝能顯著降低能源消耗,可 以 達 到 1000kWh /t 左右。

中國微纖化纖維素(MFC)纖維市場現狀總體概況

微纖化纖維素(MFC)是一種多功能助劑,應用於塗料、膠黏劑和密封劑中,在提高體系的流變性和穩定性方面效果顯著。一種新型高效的環境友好型 MFC,適用於各種極性有機體系和水性體系,能控制黏度,改善環氧水性分散體的觸變性。在實際工業應用中,微纖化纖維素不僅可提高流變性和穩定性,而且還能用於製備優質的水性或極性有機體系。MFC來源於一種可再生的原材料—特種纖維素,可提高效率和性能。對於膠黏劑、密封劑和塗料製造商來說,MFC是一種突破性的新型替代產品。

根據恆州博智調研統計及預測:2022年中國微纖化纖維素(MFC)纖維市場規模達到了588.66億元,預計2028年將達到915.15億元,年複合增長率(CAGR)為10.6%。

目前中國主要廠商包括鮑利葛、大賽璐美華、斯道拉恩索、FiberLean Technologies和桂林奇宏科技有限公司等。其中,2022前三大廠商份額占比超過60%,預計未來幾年行業競爭將更加激烈。

斯道拉恩索集團投資總計910萬歐元,旨在推動芬蘭 IMATra、InGErois以及瑞典Fors的三家包裝紙板工廠的微纖化纖維素(MFC)商業化發展,並加速產品開發。

斯道拉恩索已為怡樂包裝(Elopak)提供基於MFC的包裝解決方案

通過新的投資,斯道拉恩索將加快MFC新應用的產品開發,其中將包括針對油脂與氧氣的阻隔層、以及用來替代紙板包裝中鋁材料的可生物降解膜。MFC擁有極高的強度,是100%的可再生原料,在多個領域中的表現都優於目前使用的塑料等化石材料。

在MFC的開發過程中,斯道拉恩索初專注於液體包裝紙板領域,成為首家成功實現MFC紙板包裝商業化的公司。自2015年以來,MFC已逐步被用於提高材料效率,並且提高了乳製品類的包裝紙板質量。通過這些新的投資,斯道拉恩索還將進一步推動材料效率提升,例如將使用了更輕的MFC的紙板包裝產能提升至50萬噸。

斯道拉恩索將進一步採取措施,利用MFC開發和推廣各項產品,來滿足客戶對可再生創新的需求。未來,MFC有望被用於一系列全新的產品,其中很多並非是斯道拉恩索目前的產品線所擁有。

目前世界上有少數的企業可以生產微纖化纖維素(MFC)纖維產品,主要集中在歐洲、北美和日本。微纖化纖維素(MFC)纖維的產量從2017年的65.7噸增加到2022年185.8噸。

從產品市場應用情況來看,造紙業是目前微纖化纖維素(MFC)纖維市場中應用最廣泛的。微纖化纖維素可作為造紙添加劑,生產更輕、更堅固的紙和紙板,因為它可以降低生產成本。通過這種方法呈現的紙張具有增強的特性,例如孔隙率更低、印刷質量更高和透明度更低。預計在未來也是主要市場增長點。

微纖化纖維素(MFC)纖維行業發展趨勢

對 MFC 和 NFC 的需求呈指數級增長。在造紙工業中,MFC 主要被用作填料或塗料。MFC 表面帶負電荷,加入紙料中,會與紙料所帶的負電荷相互排斥,使得纖維和填料獲得良好的分散。相應地,也就減少了因使用PAE而對環境造成的一系列危害。

對環境的日益關注以及市場對產品使用的更大可持續性的推動,正在推動對微纖化纖維素的需求。不斷增加的資源限制也正在改變對生物基產品的需求,這是微纖化纖維素市場的重要驅動力。


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