包火不焚·沾水不濕，顛覆傳統的“神奇白紙”

肖溪樹

水珠滑過帶走灰塵，烈火焚燒安之若素——這不是《西游記》中唐三藏的神奇袈裟，而是中國科學家研發出的新型無機防水耐火紙。

俗話說“紙包不住火”，大火曾無數次吞噬人類寶貴的紙質文物，頃刻間將其化為灰燼。沒辦法，誰讓紙張既怕火又怕水呢，這已經成為了紙張的致命弱點，可是，這種新型紙張為何具有“包火不焚”“沾水不濕”的神奇特性？這真是一張顛覆傳統的“神奇白紙”啊。

何以“包火不焚”能耐高溫？

在我國，造紙業具有悠久的歷史。用于造紙的原料資源十分豐富，但大多含有植物纖維原料，難怪自古就有“紙包不住火”的說法。中國科學院上海硅酸鹽研究所研制的新型防水耐火紙，具有一些顛覆傳統的優秀品質，這是科技創新塑造的傳奇。

耐火和耐高溫是這種新型無機防水耐火紙的“拿手好戲”。那么，這種紙為什么具有如此神奇的效果呢？這還得從造紙的原料說起。我國科學家在造紙原料技術路線上獨辟蹊徑，采用了一種新的原料——羥基磷灰石來制作新型無機防水耐火紙。羥基磷灰石為無機礦物質，具有耐高溫、不燃燒的特點，用其制作的耐火紙“包火不焚”就不難理解了。說起羥基磷灰石，大家也許會覺得陌生，其實，脊椎動物骨骼和牙齒的主要成分就是羥基磷灰石，呈現優質的白色，具有良好的生物相容性。近些年來，以羥基磷灰石為代表的骨替代材料也正逐漸成為臨床應用的寵兒。

不過，羥基磷灰石的硬度非常高，質脆易斷是其致命的弱點。上海硅酸鹽研究所的科學家們從2008年就開始研究羥基磷灰石這種材料，到了2013年，他們把羥基磷灰石超長納米線合成出來了，并將其成功應用于新型耐火紙制造，成功研制出大尺寸、厚度可調控、符合復印紙國家標準的新型無機防水耐火紙。由于羥基磷灰石超長納米線具有高柔韌性的特點，因此就解決了羥基磷灰石材料的高脆性難題。

何以“沾水不濕”而能自潔？

用植物纖維類原料制作的傳統紙張既不耐火也不防水，這些都限制了傳統紙張的應用。那么，新型無機防水耐火紙是如何解決防水問題的？為了說明這個問題，不妨先談談“荷葉效應”。有科學家早就發現了“荷葉效應”，即水滴落在荷葉上會形成透明水珠而滾落下來。那么，荷葉不沾水的秘密是什么呢？科學家認為荷葉具有的超疏水性表面是產生“荷葉效應”的原因。

為了模仿荷葉的超疏水性表面，人們進行了許多科學探索和實驗。在此之前，關于超疏水粗糙表面的研制已取得了一定的進展，但超疏水表面遭受諸如刮擦、磨損等物理破壞或處于高溫等嚴酷環境中，往往不能很好保持超疏水狀態。所以，制備高穩定性的超疏水表面仍然是一個不小的挑戰。中國科學院上海硅酸鹽研究所的研究團隊采用經表面修飾的羥基磷灰石超長納米線作為原料，制備出了具有層狀結構的新型防水耐火紙。

該新型防水耐火紙不僅在表面層呈現出超疏水狀態，而且在其內部也呈現出了超疏水狀態。特別是當其表面層受到物理破壞后，暴露出來的內部新層也能保持超疏水狀態，這樣就實現了耐火紙超疏水性能的高穩定性。該所制備的防水耐火紙不僅對水具有優良的超疏水性能，而且還對多種商業飲料（如礦泉水、橙汁、紅茶、牛奶和咖啡等）也具有良好的超疏水性能。

它又何以能抗菌呢？

作為紙張，在許多場合抗菌是十分必要的。比如，像鈔票、票據、病歷本等用途的紙張，就非常容易攜帶細菌等致病微生物，會通過這些紙張的交換而傳播疾病。同時，傳統紙張攜帶的霉菌還是紙質文件的重要“殺手”呢！

研制具有抗菌功能的新型紙張，對于滿足重要紙質文件的保存以及防止在傳遞過程中的交叉感染具有重要的意義。為了賦予新型紙張以抗菌功能，上海硅酸鹽研究所的科學家通過一步溶劑熱法制備出分散性好、含量可調控的納米銀復合羥基磷灰石超長納米線，進而成功研發出了具有優良抗菌性能的新型無機防水耐火紙。

新型紙張未來大有可為

據專家介紹，隨著新型無機防水耐火紙性能的提高，其主要性能指標已經達到了國家復印紙標準，尺寸也由原來的幾厘米放大到A4尺寸。因此，這種新型無機防水耐火紙有望應用于書寫、復印機、打印機等特種辦公用紙，以及用于書法、繪畫紙、檔案以及耐高溫標簽紙等場合。

該紙具有的防水和自潔功能，也具有很好的市場應用前景。如果把該紙應用于露天廣告牌等，則可以利用其超疏水的性能對雨水的抗拒作用，讓雨水在紙的表面自由滾動并帶走灰塵等污染物，從而實現自潔的目的。這樣不僅可以省去人工清洗的麻煩，還可以降低不少成本呢！

據悉，中國科學院上海硅酸鹽研究所還將繼續探索新型無機防水耐火紙的低成本批量制備技術，進一步拓展新型紙張的應用領域，包括特種無機耐火紙、功能化耐火紙、高效吸附過濾紙、阻燃材料和生物醫用材料等。隨著新型無機防水耐火紙的推廣和應用，將更好地服務于國民經濟建設，并開啟造福人類的新篇章。

（責任編輯：白玉磊 責任校對：夏越）endprint