纳米高新技术在纸张中的应用

纳米高新技术在纸张中的应用

纳米技术是诞生于20世纪80年代末的高新技术，“纳米”是一种度量单位(1纳米为十亿分之一米)，它的基本含义是在纳米尺寸(即0．1～100纳米)范围内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子运动规律和特性，而创造新物质的技术方法，这意味着人们可以生产出极纯的材料和丰富多彩的新产品。纳米技术可分为分子纳米技术、纳米微加工技术和生物纳米技术。纳米的研究领域广泛，包括纳米物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米加工学、纳米力学等。但如今纳米技术的研究应用还主要是纳米级结构材料(即纳米材料)方面，纳米材料是指其晶粒大小在1～100纳米范围的物质。研究表明，当材料粒子进入纳米级粒子时，其本身就具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特性。由于纳发现实验机的任何配件有问题米粒子的尺寸已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等往往不同于该物质在整体状态时所表现的特性。在印刷领域，纳米的主要研究应用有纳米纸、纳米油墨、纳米纹辊、纳米开关等。而在包装印刷中，纳米包装纸和纳米油墨对包装印刷将产生重大的影响，应用纳米技术开发纳米包装技术与纳米包装材料正逐步被人们所重视，它将促进抗菌、无菌、保鲜包装的发展，掀起绿色包装和环保印刷的新浪潮。

纸张中的纳米高新技术

纸张是各种印刷中最常用的承印物，其质量的优劣是印刷品质量的最佳体现。适用范围由于传统纸张所用的树木、竹、麻等纤维物的纤维较粗，而涂料(如碳酸钙等)、填充物(如高岭上等)的颗粒较大，还有一些胶等配料的性能不好等原因，使传统的纸张存在着一些缺陷，如普通纸具有怕水、怕潮等缺点，胶版印刷纸和静电复印纸虽然有防水、防潮等功能，但书写不方便，还有一些特殊的性能无法实现等等，从而影响厂印刷品的质量。近年来随着纳米构米材料学的迅速发展，纳米技术在造纸工业的应用领域越来越广，新成果不断涌现。和制浆造纸中有关的纳米化学和纳米材料学，它可能会使造纸工业的发生新的飞跃，将使印刷品的质量再次提高。

根据目前的技术水平和纸张的实际应川，木纤维只能加工到微米(0.1～10μm)的水平，由于木材的细胞直径相对较粗，通过木材纳米技术可以改变木材的细胞结构和控制细胞的生长，就可能改变木材的特性。对于绝大多数木材来说，当纤维加工到微米级后，木材细胞的胞管已经全部破开，胞管内的粘性液体可以容易地流出。机械制浆后就可以不必再用化学方法提取胞管内的有害液体和分离纤维，而若将木材加工到纳米级，木材原来的细胞结构将被破坏，纤维组织结构发生变化，纤维素、半纤维素和木索可在加工过程中用机械方法分离，这样就，可以大大提高制浆率和降低制浆造纸工业对环境的污染。另外，从造纸配料各组分的一般最小规格来看，除纤维宽度较大外，填料微粒一般在0．1—10μm，其余微纤维、非纤维性细扁试样须垂直于夹具小物质、可溶性聚合物等粒径均小于txm，整体上呈胶体状态，相互间的表面作用和胶体作用居于重要地位，因而造纸湿部化学实质上也是一种表面与胶体化学。由于造纸湿部配料中许多组分结构均非常小，引入有特殊作用的纳米级组分，就可发挥纳米技术的作用，提高抄纸效果。例如，在现代高速纸机湿部配料中，应用新一代阴离子胶态二氧化硅(即ACS)与阳离子聚合物时，可在湿部配料系统中产生粒径为3~5μm的氧化硅纳米粒子。这种微粒能在纤维周围絮聚配料中的细小组分，从而改善浆料组织结构和降低细小组分流失，对改善纸机的运行和纸张匀度，降低浆内添加物用量，均可产生显著的效果。

在造纸涂料中，将纳米碳酸钙应用于涂布白纸板涂料中能有效地改善白纸板的性能。如今，应用纳米碳酸钙制备技术和工艺开发出的纳米级轻质碳酸钙，是一种重要的无机填料，已应用于高档油墨、高档塑料、造纸、专用纸张和橡胶制品。

纳米碳酸钙本身白度高、表面积大、表面活性高、强度和硬度高等特点。纳米碳酸钙的加入有利于涂层儿种重要性能指标的提高，如ICT值、K N油墨吸收性、平滑度等。但是纳米碳酸钙的加入量对于性能的提高并不成正比。在涂料里加入5％纳米碳酸钙的涂料，在pH值和温度都相近的情况下，粘度比未加入时有明显增大。但是纳米碳酸钙对涂层的白度影响不大，似乎有违于纳米碳酸钙白度高可以很好地改善白度的设想。气相法白炭黑是目前世界上能大规模工业化生产：的唯一纳米材料，以其优越的稳定性、补强性、粘稠性和触变性而在造纸、塑料、高级涂料、特种汕墨、复印纸张等诸多工业领域得到广泛应用。

为了增强纳米粒子在液相中分散性，可选择适合的溶剂或溶液来提高粉体的润湿热，使润湿白发进行；设计高效的分散机械使得有效体积和能量利用率得以提高；选择适合的分散剂，使得制造出来的原生粒子寸‘分稳定，阻止再絮聚。

此外，在涂料中加入纳米硅基氧化物，可以达到屏蔽紫外的目的，大幅度提高涂料的抗老化性能。纳米硅具有的小尺寸效应使其产生淤渗作用，在涂层界面形成致密的“纳米涂膜”，大大改善涂料的耐洗刷性和涂膜表面自洁性。还可与涂料体系产生良好的亲和性，从而改善涂料的悬浮稳定性与流变性。目前，纳米技术在造纸工业中的利用已开始进入实用性生产，它将克服普通纸张的一些缺陷，提高纸张的特殊性能。例如，在：普通纸表面制备纳米结构层，就可制造出新型的防水纳米纸。这种纳米纸除保持纸张原有的书写、复印等功能外，还具有普通纸所不具备的超级疏水性和防潮、提高印刷表面强度、降低伸缩率的特殊性能（待续）