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纳米技术在造纸工业中的应用

纳米技术在造纸工业中的应用

2006/6/22 8:58:00
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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