功能紙的特性與發(fā)展

馬龍 胡紹進(jìn) 萬俊杰 操歡

湖北工業(yè)大學(xué)制漿造紙工程研究所 湖北 武漢（430068）

功能紙的特性與發(fā)展

馬龍 胡紹進(jìn) 萬俊杰 操歡

湖北工業(yè)大學(xué)制漿造紙工程研究所 湖北 武漢（430068）

本文對于功能紙的研究發(fā)展作了概略敘述。介紹了功能紙的特點、加工工藝、商品設(shè)計、研制及功能紙新進(jìn)展情況。

功能紙；加工技術(shù)；發(fā)展趨勢

1 功能紙定義

功能紙是在紙張原有性能的基礎(chǔ)上增添功能的一種新型紙。它同時具有紙的本質(zhì)和新賦予的功能[1]，英語用(High performance paper)來描述。功能紙這個名字是早些年才叫出來的，1962年開始日本叫化纖紙，1982年改稱為功能紙。功能紙是具有某種特殊功能的紙張，用于某些特殊領(lǐng)域。隨著信息產(chǎn)業(yè)、能源領(lǐng)域、電子工學(xué)、生命科學(xué)和醫(yī)療工業(yè)的進(jìn)步和需要，功能紙將會有更大的發(fā)展。根據(jù)功能紙的要求，除了利用纖維固有的性能之外，還需要采取一些相應(yīng)的工藝和技術(shù)，并添加專門的“化學(xué)品”（如化學(xué)合成樹脂、助劑），以增加紙的特殊功能，如導(dǎo)電性、絕緣性、壓電性、熱電性、感光性、熱敏性、電磁性等。

2 功能紙的特點

功能紙雖然是具有特殊用途的紙種，但與特種紙還是有所不同。首先功能紙不僅采用植物纖維，也可用化學(xué)纖維、合成纖維、碳纖維、陶瓷纖維、金屬纖維等非植物纖維原料。特種紙是主要采用較好的植物纖維如韌皮纖維以及木材纖維為基本原料的高附加值紙[2]；其次，功能紙還必須具有某些特殊的特性，不是一般的經(jīng)典力學(xué)性，而是量子力學(xué)、電磁效應(yīng)、生物化學(xué)性以及生理適應(yīng)性等，而特種紙多為改善強度、增加耐濕性、擴(kuò)大防護(hù)性等；第三，功能紙應(yīng)用領(lǐng)域的專業(yè)性、針對性比較強，日常生活中使用的比較少，而特種紙除了用于某些特殊工業(yè)領(lǐng)域外，生活中也常能見到，如熱敏紙、無碳復(fù)寫紙等。

3 功能紙加工技術(shù)

3.1 通過傳統(tǒng)造紙（成形）方法生產(chǎn)功能紙

通過造紙纖維和填料的功能化改性可以生產(chǎn)功能紙。纖維功能化具有幾個方面的優(yōu)勢：功能物質(zhì)可以被均勻地分布在整個紙的結(jié)構(gòu)中，并被有效地固定。從理論上講，為了進(jìn)一步功能化，在紙漿中的所有組分（纖維素、木素、半纖維素）均可通過化學(xué)手段被活化。造紙纖維可以按多種方式被功能化，功能成分可以被直接添加到纖維表面；纖維可以通過化學(xué)處理被活化，以便使它們變得更適于功能分子的添加；或者不同的材料可以被添加，以便使它們在纖維的表面形成具有不同性質(zhì)的層。纖維和功能物質(zhì)之間的鍵可以是化學(xué)鍵或靜電鍵，纖維功能化也可以在酶處理的幫助下進(jìn)行。

3.2 通過紙加工方法生產(chǎn)功能紙

紙加工方法通常用于紙或紙板的表面性質(zhì)的改變，可對紙或功能紙進(jìn)行二次或三次加工，以進(jìn)一步增加其功能。由加工所賦予的功能有：導(dǎo)電性、絕緣性、難燃性、磁記錄性、熱敏記錄性、防水性、耐水性、透明性、感光性、自動粘結(jié)性、生物體親和性、憎水性、親水性、耐藥品性、防霉性、防蟲性、除臭性等。加工方法有：涂布、層合、浸漬、蒸鍍、噴膜等物理或化學(xué)處理法。

3.3 通過紙印刷方法生產(chǎn)功能紙

由不同印刷方法印刷的圖像的質(zhì)量和特點迥異，最具潛力的大規(guī)模生產(chǎn)功能紙制品的印刷方法包括凹版印刷、柔版印刷、絲網(wǎng)印刷、噴墨印刷。

4 功能紙的發(fā)展

功能紙目前仍是小批量、多樣化、高附加值的產(chǎn)品，根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料，在日本它也只占紙種中極少的一部分，僅為紙市場總銷量的1%～2%。但造紙工業(yè)和造紙技術(shù)的迅猛發(fā)展和社會多方面的需求，勢必增加對不同紙種的要求。因此，發(fā)展功能紙的必要性顯而易見，但是還要全面考慮功能紙的技術(shù)、成本、制造和銷售等諸多問題：（1）造紙業(yè)的技術(shù)儲備有待加強，業(yè)內(nèi)人士比較熟悉的植物纖維在功能紙的開發(fā)中，不能夠“挑起大梁”，而對特種纖維又缺乏深刻認(rèn)識。這些高附加值產(chǎn)品，除了優(yōu)質(zhì)纖維、特殊配料外，還有賴于基礎(chǔ)科學(xué)、精密儀器、專用設(shè)備和雄厚財力的支持，因此，我國欲發(fā)展功能紙還要進(jìn)行一段時期的準(zhǔn)備工作，收集和消化各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料十分必要。（2）一定要設(shè)法擺脫仿制，而應(yīng)在功能紙的原創(chuàng)上下大功夫，爭取在不太長的時間內(nèi)做出較大的成績。（3）功能紙的使用范圍正在擴(kuò)大，要適當(dāng)鼓勵科技人員做一些功能紙研發(fā)工作。功能紙今后的發(fā)展動向可以從四個方面加以考慮：功能的進(jìn)一步提高；功能缺陷的改善，不相容功能和多功能化；新功能的賦予；新材料的利用[3]。

關(guān)于功能的進(jìn)一步提高，以涂料印刷紙為例，可通過改善打漿工藝、添加助劑、加強表面施膠來改善印刷適應(yīng)性及紙張強度?？赏ㄟ^中性抄紙來提高紙的保存功能。改善紙的抗水功能可添加各類抗水劑及強度劑，最早使用的濕強度劑有聚乙烯亞胺，以及三聚氰胺甲醛鹽酸膠體。由于摻用了無機(jī)或有機(jī)的材料可以獲得難燃或緩燃的功能紙，摻用金屬纖維或者以金屬箔裱糊能得到形穩(wěn)性極高的功能紙。

5 功能紙的商品設(shè)計

功能紙的開發(fā)是一項知識密集和技術(shù)密集性工作，要進(jìn)行功能紙產(chǎn)品設(shè)計時，必須對其應(yīng)用領(lǐng)域的知識和信息要有較詳細(xì)的了解。另外在設(shè)計中，不僅要掌握原來紙的物理特性，還要掌握耐熱性、電絕緣性、粘合粘結(jié)性、吸附和解吸性等片狀新材料的廣泛物理性能的測定技術(shù)，便依此要求針對其功能性來進(jìn)行廣泛而嚴(yán)格的商品設(shè)計[4]。

功能紙是以其用途來滿足社會需求的片狀新材料，既有日常生活中，如醫(yī)療等方面的應(yīng)用。又有用于工業(yè)領(lǐng)域的耐熱性功能紙和電絕緣功能紙等。功能紙的開發(fā)需密切關(guān)注社會發(fā)展對各行業(yè)的影響。

6 功能紙產(chǎn)業(yè)的技術(shù)環(huán)境變化

功能紙的技術(shù)開發(fā)，與高分子工業(yè)具有直接或間接的關(guān)聯(lián)性。因此，制造新功能紙，有必要熟悉了解技術(shù)體系隨著高分子領(lǐng)域構(gòu)造的時代性變化，發(fā)生了哪些變遷。

6.1 高分子產(chǎn)業(yè)的構(gòu)造變化

高分子產(chǎn)業(yè)這一工業(yè)至上世紀(jì)80年代迎來了第一個成熟時期，繼續(xù)摸索和探求新型技術(shù)體系[5]。只需看一下組成高分子產(chǎn)業(yè)主體的合成纖維、合成樹脂以及合成橡膠的變化便可得到了解?？傊谝淮问臀C(jī)以后，這種需要迅速上升是顯而易見的，同一產(chǎn)業(yè)在注重高分子功能材料的同時，試制在高分子功能商品范疇中的新商品開發(fā)，開始跨入高級系統(tǒng)商品產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)域，以脫離高分子為目標(biāo)，正在逐步深入至先進(jìn)的技術(shù)領(lǐng)域中去。

這種結(jié)構(gòu)變化能適用于與紙漿產(chǎn)業(yè)具有大同小異類似性質(zhì)的物質(zhì)，由此也可以推測今后的技術(shù)開發(fā)，對功能紙領(lǐng)域是相當(dāng)重要的。功能紙領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)，其原料的供給依賴于高分子產(chǎn)業(yè)，值得引起重視的應(yīng)該是高分子產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)變化和高性能或高功能高分子材料的研究。

6.2 纖維性能和功能的要求

功能紙研究開發(fā)的重要一條，就是紙張的功能性。在紙張領(lǐng)域需要哪幾種功能，這在紙漿技術(shù)預(yù)測研究會上有專題調(diào)查報告，但是這并不完全，有關(guān)纖維，化學(xué)纖維技術(shù)改善研究委員會撰寫的“關(guān)于革新功能纖維的工藝學(xué)評價”的報告，有較為詳細(xì)的調(diào)查結(jié)果。纖維是構(gòu)成紙張的要素，可以說與紙張有著巨大的聯(lián)系。所以，有關(guān)未來高功能纖維的開發(fā)和研究，是功能紙的研究重點之一。

7 尖端技術(shù)引入至功能紙

尖端技術(shù)的電工學(xué)，似乎是作為人工頭腦而發(fā)展起來的一門學(xué)科。生物工藝學(xué)領(lǐng)域中的生物反應(yīng)體bioreactor是利用生物功能的學(xué)科，最近在人工酵母等仿生化學(xué)的學(xué)術(shù)領(lǐng)域中進(jìn)行了廣泛的研究，將新的功能應(yīng)用于紙張方面，可以說這是對致力于精細(xì)生物功能的一個提示。

8 結(jié)束語

伴隨著情報產(chǎn)業(yè)、能源領(lǐng)域、電子產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)工程、生理、醫(yī)療等有關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，功能紙的重要性也越來越引起了人們的注意。功能紙的制造和質(zhì)量管理要求格外精密化，譬如說在制造過濾細(xì)菌的濾紙時，由于一個針孔眼的缺陷，會使所得的結(jié)果喪失，而導(dǎo)致不必要的誤差。

為了提高功能紙的質(zhì)量，作為原料的一個方面，不但要開發(fā)功能纖維用于人們的衣料，而且還要發(fā)展與功能相適應(yīng)的纖維品種。功能化程度越高，技術(shù)要求越嚴(yán)格，以功能材料為主體纖維做成的紙，成為高附加價值的紙。紙的概念，從制造方法講是以濕法開始的，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展了溶融法、干法。所采取的造紙原料從天然木材開始，依次發(fā)展到化學(xué)纖維、合成纖維等。

功能雖然在紙張類別中占比不大，但隨著社會的進(jìn)步和科技發(fā)展，仍具有較大的發(fā)展前景。

我國功能紙的制造，目前還處于萌芽階段，雖然在過去的多年內(nèi)開始研制了玻璃纖維濾紙、空氣濾紙、以及類似Nomex的電機(jī)絕緣紙、碳纖維紙之類的功能紙。但就其質(zhì)精水平，對比國外產(chǎn)品，還是有很大差距的，因而我國功能紙的品種和技術(shù)的開發(fā)和研究將面臨更大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

[1]蘇慶年.功能紙[J].上海造紙,1989,(Z1)

[2]劉仁慶.功能紙∶概念與概況[J].中國造紙,2004,(03)

[3]王少強,邱化玉.功能紙的新進(jìn)展[J].黑龍江造紙,2006,(03)

[4]勵鑄.功能紙的研究開發(fā)及其尖端(1)[J].上海造紙,1986,(04)

[5]孫萍萍.功能包裝紙的新進(jìn)展與發(fā)展趨勢 [J].上海造紙,2007,(06).

馬龍，在讀碩士研究生，主要研究方向為功能性紙張與化學(xué)品。

2011-11-1