经过几年的科研攻关,朱英杰团队在2016年成功地研制出一种新型防水耐火纸。新型防水耐火纸是采用表面吸附了环境友好且具有疏水作用的油酸分子的羟基磷灰石超长纳米线作为原料制备而成的。表面吸附了油酸分子的羟基磷灰石超长纳米线可采用普通的化工原料人工合成,不需要消耗树木等宝贵的自然资源,新型防水耐火纸的整个制造过程环境友好,不会对环境造成污染,具有良好的产业化应用前景。
那么制备防水耐火纸所用的油酸又是什么物质呢?油酸具有多个优点,例如无毒、无害、环境友好、且价格相对来说比较便宜。油酸广泛存在于自然界中,主要以甘油酯的形式存在于动植物油脂中。油酸在人体的新陈代谢过程中发挥着重要作用,是食物中不可缺少的营养素,食用含有油酸的食用油有益于健康。例举几个植物油的例子,油酸在茶油中含量可高达80%以上,在花生油中占50%以上,在橄榄油中占55%~83%。此外,油酸的钠盐或钾盐是肥皂的成分之一。
图3. 新型防水耐火纸呈现优良的防水性能,将其放入染色的水中,取出后防水耐火纸依然洁白如初,没有任何颜色和水的污染
那么防水耐火纸的防水性能是如何实现的呢?在防水耐火纸的制造过程中,表面吸附了油酸分子的羟基磷灰石超长纳米线之间通过相互重叠、交织、缠绕形成纳米多孔网络结构,这种特殊的结构使耐火纸形成类似微纳米结构的表面,再加上羟基磷灰石超长纳米线表面吸附的油酸分子具有疏水作用,二者协同作用就使得耐火纸具有了优良的超疏水性能和防水功能。新型防水耐火纸具有多种功能,例如高柔韧性、环境友好、优良稳定的超疏水性能、良好的自清洁功能、优异的隔热和耐火性能。所制备的防水耐火纸不仅对水具有优良的超疏水性能,对多种商业饮料如矿泉水、橙汁、红茶、牛奶和咖啡等也具有良好的超疏水性能。新型防水耐火纸既不怕水也不怕火,实现了“水火不侵”。
图4. 水滴(染成蓝色以便观察)在防水耐火纸表面形成球形水珠,在纸表面滚动而不会被纸吸收;防水耐火纸对多种商业饮料都呈现出优良稳定的超疏水性能
新型防水耐火纸的另一个突出优点是其防水性能具有高稳定性,即使受到物理损伤或在高温严酷环境中仍然能够很好地保持防水性能。虽然学术界对超疏水材料进行了深入的研究,但是要实现稳定、可抗机械损伤和外界严酷环境的超疏水性能仍然是一个很大的挑战。超疏水表面遭受诸如刮擦、磨损等物理破坏或处于高温等严酷环境中往往不能很好地保持超疏水状态。针对这一难题,朱英杰团队提出了层状结构防水耐火纸的概念,采用经表面吸附油酸的羟基磷灰石超长纳米线作为原料成功制备出具有层状结构的新型防水耐火纸,该防水耐火纸不仅表面层呈现超疏水状态,而且其内部也呈现超疏水状态。当表面层受到物理破坏后,内部暴露出来的新层仍然保持超疏水状态,从而可实现耐火纸防水性能的高稳定性,在耐火纸受到机械损伤(例如手指摩擦、胶带粘贴剥离、砂纸磨损、刀划割等破坏)或在高温(例如200℃)严酷环境中仍能完好保持防水性能。
除此之外,新型防水耐火纸还具有自清洁性、能够进行高效快速油水分离及耐火性。
不惧怕水火的新型纸张目前还没有出现,但有可以防火的不燃纸和可以防水的防水纸的存在。
南亚PP合成纸。用途:广告,吊牌,礼品盒,相册,文具,食品包装,名片,明信片,餐垫,扇子,雨伞,旅游用纸帽及宣传用品等;
特点:可允许与食品直接接触,防水,防油,防化学品,环保可100%回收,即使焚烧处理,不会产生有毒害气体;节约大量森林资源。保存期长,防蛀,防腐,经久耐用,强度大,防刺孔,抗撕裂(尤其横向),耐磨,耐折叠性好,印刷性能好,可用普通油墨进行印刷。
不燃纸:具有阻燃性能,遇火炭化,但不燃烧。用石棉抄造制成,或将纸用适当的阻燃剂处理而成。常用的有机阻燃剂有芳香族的高溴化合物(四溴双酚A,TBPA)、含卤脂族磷酸酯(四羟甲基氯化磷,THPC)、氯化石蜡、含磷树脂等。无机阻燃剂有氨基磺酸铵、磷酸二铵-硼砂-硼酸、三氧化二锑、水玻璃等。也可采用上述有机阻燃剂和无机阻燃剂的混合物。适于建筑、绝缘和电信等场合使用。
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