紙張中的納米高新技術(shù)
2011-09-03 文章來源: 印刷知識網(wǎng)
我們知道，紙張是印刷(深圳印刷)中最常用的承印物，其質(zhì)量的優(yōu)劣是印刷品(深圳印刷廠) 質(zhì)量的最佳體現(xiàn)。由于傳統(tǒng)紙張所用的樹木、竹、麻等纖維物的纖維較粗，而涂料(如碳酸鈣等)、充填物(如高嶺土等)的顆粒較大，還有一些膠等配料的性能不好等原因，使傳統(tǒng)的紙張存在著一些缺陷，如普通紙具有怕水、怕潮等缺點，膠版印刷紙和靜電復(fù)印紙雖然有防水、防潮等功能，但書寫不方便，還有一些特殊的性能無法實現(xiàn)等等，從而影響了印刷晶的質(zhì)量。近年來隨著納米材料學(xué)的迅速發(fā)展，納米技術(shù)在造紙工業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，新成果不斷涌現(xiàn)。和制漿造紙中有關(guān)的是納米化學(xué)和納米材料學(xué)，它促進了造紙工業(yè)的發(fā)展，使印刷品的質(zhì)量再次提高。
根據(jù)目前的技術(shù)水平和紙張的實際應(yīng)用，木纖維只能加工到微米(100～1000nm)的水平，由于木材的細胞直徑相對較粗，通過木材納米技術(shù)可以改變木材的細胞結(jié)構(gòu)和控制細胞的生長，就可能改變木材的特性。對于絕大多數(shù)木材來說，當纖維加工到微米級后，木材細胞的胞管已經(jīng)全部破開，胞管內(nèi)的黏性液體可以容易地流出。機械制漿后就可以不必再用化學(xué)方法提取胞管內(nèi)的有害液體和分離纖維，而若將木材加工到納米級，木材原來的細胞結(jié)構(gòu)將被破壞，纖維組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，纖維素、半纖維素和木素可在加工過程中用機械方法分離，這樣就可以大大提高制漿率和降低制漿造紙工業(yè)對環(huán)境的污染。另外，從造紙配料各組分的一般最小規(guī)格來看，除纖維寬度較大外，填料微粒一般在0.1-10微米，其余微纖維，非纖維性細小物質(zhì)、可溶性聚合物等粒徑均小于1-2微米，整體上呈膠體狀態(tài)，相互間的表面作用和膠體作用居于重要地位，因而造紙濕部化學(xué)實質(zhì)上也是一種表面與膠體化學(xué)。由于造紙濕部配料中許多組分結(jié)構(gòu)均非常小，引入有特殊作用的納米級組分，就可發(fā)揮納米技術(shù)的作用，提高抄紙效果。例如，在現(xiàn)代高速紙機濕部配料中，應(yīng)用新一代陰離子膠態(tài)二氧化硅(即ACS)與陽離子聚合物時，可在濕部配料系統(tǒng)中產(chǎn)生粒徑為3-5微米的氧化硅納米粒子。這種微粒能在纖維周圍絮聚配料中的細小組分，從而改善漿料組織結(jié)構(gòu)和降低細小組分流失，對改善紙機的運行和紙張勻度，降低漿內(nèi)添加物用量，均可產(chǎn)生顯著的效果。
在造紙涂料中，將納米碳酸鈣應(yīng)用于涂布白紙板涂料中能有效地改善白紙板的性能。納米碳酸鈣本身具有白度高、表面積大、表面活性高、強度和硬度高等特點。納米碳酸鈣的加入有利于涂層幾種重要性能指標的提高，如IGT值、K&N油墨吸收性、平滑度等。但是納米碳酸鈣的加入量對于性能的提高并不成正比。在涂料里加入5％納米碳酸鈣的涂料，在pH值和溫度都相近的情況下，黏度比未加入時有明顯增大。但是納米碳酸鈣對涂層的白度影響不大，似乎有違于納米碳酸鈣白度高可以很好地改善白度的設(shè)想。
關(guān)于增強納米粒子在液相中分散的手段可以有以下幾個發(fā)展方向：①選擇適合的溶劑或溶液來提高粉體的潤濕熱，使?jié)櫇褡园l(fā)進行②設(shè)計(深圳名片設(shè)計) 高效的分散機械使得有效體積和能量利用率得以提高I③選擇適合的分散劑，使得制造出來的原生粒子十分穩(wěn)定，阻止再絮聚。此外，在涂料中加入納米硅基氧化物，可以達到屏蔽紫外的目的，大幅度提高涂料的抗老化性能。納米硅基氧化物(Slox)為無定型白色粉末(指其軟團聚體)，是一種無毒、無味、無污染的無機非金屬材料。由于納米SiOx具有的小尺寸效應(yīng)使其產(chǎn)生淤滲作用，在涂層界面形成致密的“納米涂膜”，大大改善涂料的耐洗刷性和涂膜表面自潔性。還可與涂料體系產(chǎn)生良好的親和性，從而改善涂料的懸浮穩(wěn)定性與流變性。目前，納米技術(shù)在造紙工業(yè)中的利用已開始進人實用性生產(chǎn)，它將克服普通紙張的一些缺陷，提高紙張的特殊性能。例如，河南銀鴿公司和華中師范大學(xué)納米科技研究院采用國際最先進的納米技術(shù)，在普通紙表現(xiàn)制備納米結(jié)構(gòu)層，成功研制出新型的防水納米紙。這種納米紙除保持紙張原有的書寫、復(fù)印等功能外，還具有普通紙所不具備的超級疏水性和防潮、提高印刷表面強度、降低伸縮率的特殊性能。
此外，在科技高速發(fā)展的今天，人們對紙張性能、質(zhì)量等將有更高的要求，除了常規(guī)的印刷、書寫紙張外，對于具有特殊功能紙張的需求也不斷增多。而納米材料作為特種紙張制造的一種特殊助劑，正越來越引起人們的重視。目前，在造紙行業(yè)中，納米材料主要用于抗水、抗菌、抗靜電，抗老化以及加香、阻燃、變色等功能性用紙的開發(fā)，而且已有一些產(chǎn)品面市。
1．具抗菌功能的納米紙
許多有機抗菌劑都存在著耐熱性差、易揮發(fā)，易分解產(chǎn)生有害物質(zhì)、安全性能差等缺點。為此，人們積極開發(fā)研究無機抗菌劑，而利用超微細技術(shù)能夠生產(chǎn)亞微米及納米級的無機抗菌劑，可以很好地解決有機抗菌劑的缺點。將納米無機抗菌劑混人造紙漿料及表面施膠液中，就可將紙張抗菌產(chǎn)業(yè)化，如物理抗菌復(fù)合纖維無紡布，醫(yī)用食品包裝紙、高級生活用紙等。
2．有抗靜電。耐磨功能的納米紙
在多樣化的工業(yè)用品包裝中，特別是高精密儀表電器、光潔度要求很高的不銹鋼材料及各種合金材料的包裝襯紙，不僅要求包裝用紙具有防水、防油、防銹性能，而且要求具有強度高、耐磨擦、抗靜電，抗老化的特點，而一般的紙張都很難同時具有這些特點。但如果將0.1％-0.3％左右的納米二氧化鈦，三氧化二鉻、氧化鋅、三氧化二鐵、二氧化錫等粉體摻入到造紙漿料中而制作(深圳名片制作)的這種特種紙，就可以具有優(yōu)良的耐磨、抗水、耐腐蝕等作用，而且它同時還會產(chǎn)生良好的靜電屏蔽性能，大大降低其靜電效應(yīng)，從而可大幅度地提高包裝產(chǎn)品的安全系數(shù)。
3．具染色功能納米紙
用于紙張著色的色料可分為染料和顏料兩大類。染色用顏料多屬天然無機顏料，也有部分是有機合成的。顏料不溶于水，與纖維無親和力，染色性能不如染料，但是顏料耐光性強，對酸、堿等化學(xué)藥劑的抗拒性能也較強。染料雖然容易上色，但是易水解，在濕部流失大，污染性強，成紙的色牢度差，且不耐酸、堿等化學(xué)藥劑。如果采用納米級顏料，就可以解決有色紙的色牢度問題。最近研究發(fā)現(xiàn)，將納米二氧化鈦，鉻黃、氧化鐵紅等粉體添加到化學(xué)纖維中，可以屏蔽紫外線的過度照射。利用電子計算機模擬設(shè)計發(fā)現(xiàn)，二氧化鈦微粒粒徑在50-120lm時，吸收紫外線效果最好，把這種粒徑范圍的屏蔽粉體微粒加入到纖維中，可以制作成耐光的亞光高白紙，以及色彩鮮艷的有色紙，并且可以達到抗紫外線的效果。
4．無機纖維納米紙
造紙工業(yè)主要是以植物纖維為原料，現(xiàn)在也有用無機化合物來生產(chǎn)特種紙張的。由于這些無機物加工制成的無機纖維具有良好的尺寸穩(wěn)定性、耐熱性、抗化學(xué)性、阻燃性和電絕緣性，這些性質(zhì)都是植物纖維所望塵莫及的。而具有代表性的無機纖維-玻璃纖維，因經(jīng)不起打漿，玻璃纖維之間又缺乏粘結(jié)和，抄成的紙頁很脆弱，但是如果把玻璃絲直徑控制在100納米以下，那么就可以解決玻璃絲的伸縮小、柔軟性差而造成的成紙難的現(xiàn)象，有利于纖維的互相交織成形。
5．彩色加香納米紙
隨著科技的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，對紙的質(zhì)量要求也越來越高，如今已開發(fā)并生產(chǎn)出各種香型、各種顏色的膠版印刷紙、書寫紙等系列用紙。這種加香紙不僅色澤柔和細膩，而且含有淡淡的清香。而將納米技術(shù)應(yīng)用于加香紙的研制，將使加香紙的質(zhì)量、印刷適性等大為提高，印刷的高檔印刷晶的圖像將更加細膩、逼真。將彩色加香紙應(yīng)用于印制書刊、中小學(xué)課本、練習(xí)本、筆記本及各種兒童讀物等，人們在閱讀時不會因為紙的白度高而感到刺眼，從而可減輕長時間閱讀的疲勞，對保護視力、預(yù)防近視有一定作用。因此，這種加香紙一經(jīng)推出，就受到廣大用戶的好評。
6．納米阻燃紙
就是能阻止著火燃燒的紙，對它來說，無論多大的火力，都不會引起燃燒，是任何火種的克星，它只能燒焦、等經(jīng)常要與火打交道人員的衣服，防止衣服燃燒，起到阻燃作用。外，將阻燃紙應(yīng)用于干式變壓器上，具安全、無毒、阻碳化，但不著火。這種紙使用后，可作廢紙?zhí)幚?，在自然降解中無任何有害物釋放，阻燃紙一般可用于煙花、禮花、彩炮、圣誕玩具，旅游炊具等。是當今節(jié)日用品中理想的綠色環(huán)保產(chǎn)品。甚至有人提出用這種紙做成消防隊員揮著特殊的功效。如變色紙、儲能紙等高性能特種紙產(chǎn)品的開發(fā)和研究。此外，由于納米材料的化學(xué)活性優(yōu)異，作為催化劑在造紙化學(xué)晶、廢水處理方面也有廣闊的應(yīng)用前景。納米技術(shù)除了在紙張上的應(yīng)用外，目前在包裝印刷行業(yè)中還有不少用途，如包裝印刷中的納米粘合劑和密封膠，納米磁性材料，納米基板包裝材料，納米催化劑與凈水劑，納米發(fā)光材料與防偽印刷等等。總之，納米作為近年來研究發(fā)展迅速的高新技術(shù)，它在印刷領(lǐng)域的應(yīng)用也將和其它領(lǐng)域一樣，將在深度和廣度上不斷發(fā)展。
雖然納米材料及納米復(fù)合材料在造紙領(lǐng)域有著良好的性能和廣泛的用途，但是，目前納米材料的研制開發(fā)還不太成熟，它還有一些問題需要進一步解決，如破碎、團聚、分散技術(shù)等還不夠理想，有待于進一步提高，對于納米制品的性能檢測，產(chǎn)品標準還有待進一步完善。但可以預(yù)言，隨著納米粒子生產(chǎn)成本的降低，功能性納米粒子品種的增多，納米技術(shù)將在印刷領(lǐng)域和造紙工業(yè)中發(fā)揮更大的作用，給印刷和相關(guān)行業(yè)帶來無限的生機和活力。
