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上海硅酸盐所成功研发出新型防水耐火纸
2018-07-12 08:49:59 | 【 【打印】【关闭】

  纸是中国古代四大发明之一,纸的发明结束了古代简牍繁复的历史,促进了人类文化和科学技术的传播与发展。即使是在科技发展一日千里的当今电子信息时代,纸在人们的日常工作和生活中仍然发挥着非常重要的作用。但是传统的植物纤维纸既不防水、也不耐火,这些缺点不仅限制了传统纸的应用,而且为珍贵的纸质文物的长期保存埋下了巨大隐患。例如,20141月,法国国家图书馆遭遇水灾,超过一万册书籍被水淹而受到损毁;而2004年同样的悲剧在该图书馆也发生过。2015130日,莫斯科社会科学信息研究所图书馆发生重大火灾,大火持续了十几个小时,数以百万计的珍贵古籍等图书资料在大火中被烧毁;更为雪上加霜的是在喷水灭火过程中又使更多的图书资料受到破坏。可以设想如果能够研发出既防水又耐火的“水火不侵”的纸就可以避免无数次类似悲剧的发生。 

  最近,中国科学院上海硅酸盐研究所朱英杰研究员带领的科研团队在新型无机耐火纸研究中取得新进展,该团队成功地研发出一种新型防水耐火纸。该防水耐火纸具有多种功能,例如高柔韧性、优良稳定的超疏水性、良好的自清洁功能和隔热耐火性能。该防水耐火纸的一个突出优点是其防水性能具有高稳定性,耐火纸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。与传统植物纤维纸相比,该防水耐火纸具有明显的优势,在多个领域具有良好的应用前景。相关研究工作发表在“美国化学学会应用材料与界面”期刊上 (F. F. Chen, Y. J. Zhu, et al., Highly Flexible Superhydrophobic and Fire-Resistant Layered Inorganic Paper, ACS Applied Materials & Interfaces, 8, 34715-34724 (2016). I.F. = 7.145),并申请一项发明专利。这是该科研团队在成功研发出新型高柔韧性羟基磷灰石超长纳米线耐火纸 (B. Q. Lu, Y. J. Zhu et al., Highly Flexible and Noninflammable Inorganic Hydroxyapatite Paper, Chemistry-A European Journal, 20, 1242-1246 (2014)) 和新型高效抗菌羟基磷灰石超长纳米线耐火纸 (Z. C. Xiong, Y. J. Zhu et al., One-Step Synthesis of Silver Nanoparticle-Decorated Hydroxyapatite Nanowires for the Construction of Highly Flexible Free-Standing Paper with High Antibacterial Activity, Chemistry-A European Journal, 22, 11224-11231 (2016),入选前外封面论文和热点论文) 之后取得的又一个新的重要研究进展。 

  1. 新型防水耐火纸对水和多种商业饮料都呈现出优良的稳定的超疏水性能和自清洁功能,其防水性能具有高稳定性,耐火纸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;防水耐火纸还表现出良好的隔热耐火性能。

  “出淤泥而不染,濯清涟而不妖,宋代诗人周敦颐在《爱莲说》中用这样的诗句表达了对莲花品质的热爱。而在科技高度发展的今天,莲花“出淤泥而不染”及荷叶的自清洁功能(荷叶效应)引起了科学家们对超疏水材料的广泛兴趣。超疏水材料具有抗污、防雾、自清洁等优点,在多个领域具有良好的应用前景。虽然学术界对于超疏水材料的制备方法已经进行了深入的研究,但是仍难于实现稳定、可抗机械损伤和外界严酷环境的超疏水性能。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。目前,制备高稳定性的超疏水表面仍然是一个很大的挑战。针对这一难题,朱英杰团队提出了层状结构超疏水耐火纸的概念,采用经表面修饰的羟基磷灰石超长纳米线作为原料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,从而可实现耐火纸超疏水性能的高稳定性,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)或在高温严酷环境中仍能完好保持防水性能,并可同时实现防水和隔热耐火等多功能性。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。另外,所制备的防水耐火纸具有良好的自清洁功能,落在耐火纸上的水会形成球形水珠在纸的表面自由地滚动并带走灰尘等污物而实现自清洁。如果防水耐火纸用于露天广告牌等,利用雨水可自动保持清洁而免去人工清洗的麻烦,并降低成本。另外,防水耐火纸在呈现超疏水性能的同时,也呈现超亲油状态,可应用于油和水的快速高效分离。防水耐火纸还具有优良的隔热耐火性能,可应用于保护易燃物品免于火灾焚毁。 

  以上研究工作是朱英杰团队新型无机耐火纸的系列研究工作之一。目前,该研究团队正在重点开展新型无机耐火纸的应用探索,主要研究工作包括特种无机耐火纸、功能化耐火纸、耐高温标签纸、光(电)缆阻燃包带、高效吸附过滤纸、隔热阻燃纸、生物医用纸等。 

  相关研究工作得到国家自然科学基金、上海市科委、中科院上海硅酸盐研究所创新重点项目等资助。 

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