造纸工业：纳米技术的应用

2007/8/10 15:04:24

随着工农业经济的快速发展，对于特种用纸的需求也不断多样化，并为之提出了更高的要求。纳米材料在造纸行业中主要用于抗水、抗菌、抗静电、抗老化以及加香、阻燃、变色等功能性用纸的开发，纳米材料逐渐作为造纸助剂得到应用。　　（1）纳米材料的抗菌功能　　大多数有机抗菌剂存在耐热性差、易挥发、易分解产生有害物质、安全性能差等缺点。为此，人们积极开发研究无机抗菌剂，纳米级无机抗菌剂系列包括元素、氧化物和多种化合物。利用超微细技术能够生产亚微米及纳米级的无机抗菌剂，将其混入浆料及表面施胶液中，就可将纸页抗菌产业化，如物理抗菌复合纤维无纺布、医用食品包装纸、高级生活用纸等。无机抗菌剂有：银、铜、锌、硫、砷及其离子元素等。光催化抗菌剂有纳米级氧化钛、氧化锌、氧化硅等，它们表现出超过传统抗菌剂仅能杀灭细菌本身的性能，能将细菌和残骸一起杀灭和消除，同时，还能将细菌分泌的毒素也分解掉，而传统的抗菌剂就无法消除细菌残骸和毒素。　　（2）纳米材料的抗静电、耐磨功能　　随着工业用品包装形式的多样化，特别是高精密仪表电器、光洁度要求很高的不锈钢材料及各种合金材料的包装衬纸，不仅要求包装用纸具有防水、防油、防锈性能，而且要求具有强度高、耐磨擦、抗静电、抗老化的特点，如将0.1%-0.3%左右的纳米二氧化钛、三氧化二铬、氧化锌、三氧化二铁、二氧化锡等粉体掺入浆中，制作的特种纸具有优良的耐磨、抗水、耐腐蚀的作用，同时，还会产生良好的静电屏蔽性能，大大降低其静电效应，从而也大大提高了包装产品的安全系数。　　（3）纳米材料的染色功能　　用于纸张着色的色料可分为染料和颜料两大类。染色用颜料多属天然无机颜料，也有部分是有机合成的。颜料不溶于水，与纤维无亲和力，染色性能不如染料，但是颜料耐光性强，对酸、碱等化学药剂的抗拒性能也较强。染料虽然容易上色，但是易水解，在湿部流失大，污染性强，成纸的色牢度差，且不耐酸、碱等化学药剂。如果采用纳米级颜料，就可以解决有色纸的色牢度问题。最近研究发现，将纳米二氧化钛、铬黄、氧化铁红等粉体添加到化学纤维中，可以屏蔽紫外线的过度照射。利用电子计算机模拟设计发现，二氧化钛微粒粒径在50-120nm时，吸收紫外线效果最好，把这种粒径范围的屏蔽粉体微粒加入到纤维中，可以制作成耐光的亚光高白纸，以及色彩鲜艳的有色纸，并且可以达到抗紫外线的效果。　　（4）纳米无机纤维纸　　造纸工业主要是以植物纤维为原料，现在也有用无机化合物来生产特种纸张的。由于这些无机物加工制成的无机纤维具有良好的尺寸稳定性、耐热性、抗化学性、阻燃性和电绝缘性，这些性质都是植物纤维所望尘莫及的。而具有代表性的无机纤维——玻璃纤维，因经不起打浆，玻璃纤维之间又缺乏粘结和，抄成的纸页很脆弱，但是如果把玻璃丝直径控制在100nm以下，那么就可以解决玻璃丝的伸缩小、柔软性差而造成的成纸难的现象，有利于纤维的互相交织成形。　　（5）其它方面的应用　　除了以上介绍的几个方面外，纳米技术及材料对于造纸产品的开发也将发挥奇异的功效，如变色纸、加香纸、阻燃纸、磁性纸、储能纸等高性能特种纸产品的开发和研究。由于纳米材料的化学活性优异，作为催化剂在造纸化学品、废水处理方面也交有广阔的应用前景。　　虽然纳米材料及纳米复合材料在造纸领域可以发挥优良的性能，但应该注意到解决纳米材料的三大难题：破碎、团聚、分散技术有待进一步提高，对于纳米制品的性能检测，产品标准还有待进一步完善。但可以预言，随着纳米粒子生产成本的降低，功能性纳米粒子品种的增多，纳米技术将在造纸工业中获得广泛的应用，从而也会给传统的造纸业注入新的生机和活力。

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