包火不焚·沾水不濕，顛覆傳統(tǒng)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(xué)家研發(fā)出的新型無機防水耐火紙。

俗話說“紙包不住火”，大火曾無數(shù)次吞噬人類寶貴的紙質(zhì)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(jīng)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(tǒng)的“神奇白紙”啊。

何以“包火不焚”能耐高溫？

在我國，造紙業(yè)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(xué)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(tǒng)的優(yōu)秀品質(zhì)，這是科技創(chuàng)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(xué)家在造紙原料技術(shù)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(zhì)，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(xiàn)優(yōu)質(zhì)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(yīng)用的寵兒。

不過，羥基磷灰石的硬度非常高，質(zhì)脆易斷是其致命的弱點。上海硅酸鹽研究所的科學(xué)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(yīng)用于新型耐火紙制造，成功研制出大尺寸、厚度可調(diào)控、符合復(fù)印紙國家標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)紙張既不耐火也不防水，這些都限制了傳統(tǒng)紙張的應(yīng)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?wù)劇昂扇~效應(yīng)”。有科學(xué)家早就發(fā)現(xiàn)了“荷葉效應(yīng)”，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(xué)家認(rèn)為荷葉具有的超疏水性表面是產(chǎn)生“荷葉效應(yīng)”的原因。

為了模仿荷葉的超疏水性表面，人們進(jìn)行了許多科學(xué)探索和實驗。在此之前，關(guān)于超疏水粗糙表面的研制已取得了一定的進(jìn)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(yán)酷環(huán)境中，往往不能很好保持超疏水狀態(tài)。所以，制備高穩(wěn)定性的超疏水表面仍然是一個不小的挑戰(zhàn)。中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的研究團(tuán)隊采用經(jīng)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(jié)構(gòu)的新型防水耐火紙。

該新型防水耐火紙不僅在表面層呈現(xiàn)出超疏水狀態(tài)，而且在其內(nèi)部也呈現(xiàn)出了超疏水狀態(tài)。特別是當(dāng)其表面層受到物理破壞后，暴露出來的內(nèi)部新層也能保持超疏水狀態(tài)，這樣就實現(xiàn)了耐火紙超疏水性能的高穩(wěn)定性。該所制備的防水耐火紙不僅對水具有優(yōu)良的超疏水性能，而且還對多種商業(yè)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(jù)、病歷本等用途的紙張，就非常容易攜帶細(xì)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(tǒng)紙張攜帶的霉菌還是紙質(zhì)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(zhì)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(xué)家通過一步溶劑熱法制備出分散性好、含量可調(diào)控的納米銀復(fù)合羥基磷灰石超長納米線，進(jìn)而成功研發(fā)出了具有優(yōu)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(jù)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(biāo)已經(jīng)達(dá)到了國家復(fù)印紙標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)用于書寫、復(fù)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(biāo)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(yīng)用前景。如果把該紙應(yīng)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(xiàn)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(jù)悉，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所還將繼續(xù)探索新型無機防水耐火紙的低成本批量制備技術(shù)，進(jìn)一步拓展新型紙張的應(yīng)用領(lǐng)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(yī)用材料等。隨著新型無機防水耐火紙的推廣和應(yīng)用，將更好地服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，并開啟造福人類的新篇章。

（責(zé)任編輯：白玉磊 責(zé)任校對：夏越）endprint