上海硅酸鹽所研發(fā)出新型防水耐火紙

　　紙是中國(guó)古代四大發(fā)明之一，紙的發(fā)明結(jié)束了古代簡(jiǎn)牘繁復(fù)的歷史，促進(jìn)了人類文化和科學(xué)技術(shù)的傳播與發(fā)展。即使是在科技發(fā)展一日千里的當(dāng)今電子信息時(shí)代，紙?jiān)谌藗兊娜粘９ぷ骱蜕钪腥匀话l(fā)揮著非常重要的作用。但是傳統(tǒng)的植物纖維紙既不防水、也不耐火，這些缺點(diǎn)不僅限制了傳統(tǒng)紙的應(yīng)用，而且為珍貴的紙質(zhì)文物的長(zhǎng)期保存埋下了巨大隱患。例如，2014年1月，法國(guó)國(guó)家圖書館遭遇水災(zāi)，超過(guò)一萬(wàn)冊(cè)書籍被水淹而受到損毀；而2004年同樣的悲劇在該圖書館也發(fā)生過(guò)。2015年1月30日，莫斯科社會(huì)科學(xué)信息研究所圖書館發(fā)生重大火災(zāi)，大火持續(xù)了十幾個(gè)小時(shí)，數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的珍貴古籍等圖書資料在大火中被燒毀；更為雪上加霜的是在噴水滅火過(guò)程中又使更多的圖書資料受到破壞?？梢栽O(shè)想如果能夠研發(fā)出既防水又耐火的“水火不侵”的紙就可以避免無(wú)數(shù)次類似悲劇的發(fā)生。

　　最近，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員朱英杰帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)在新型無(wú)機(jī)耐火紙研究中取得新進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)成功地研發(fā)出一種新型防水耐火紙。該防水耐火紙具有多種功能，例如高柔韌性、優(yōu)良穩(wěn)定的超疏水性、良好的自清潔功能和隔熱耐火性能。該防水耐火紙的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是其防水性能具有高穩(wěn)定性，耐火紙即使受到物理?yè)p傷或在高溫嚴(yán)酷環(huán)境中仍然能夠很好地保持防水性能。與傳統(tǒng)植物纖維紙相比，該防水耐火紙具有明顯的優(yōu)勢(shì)，在多個(gè)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。相關(guān)研究工作發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)應(yīng)用材料與界面》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))，并申請(qǐng)一項(xiàng)發(fā)明專利。這是該科研團(tuán)隊(duì)在成功研發(fā)出新型高柔韌性羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線耐火紙 (B. Q. Lu, Y. J. Zhu et al., Highly Flexible and Noninflammable Inorganic Hydroxyapatite Paper, Chemistry-A European Journal, 20, 1242-1246 (2014)) 和新型高效抗菌羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線耐火紙 (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)，入選前外封面論文和熱點(diǎn)論文) 之后取得的又一個(gè)新的重要研究進(jìn)展。

　　“出淤泥而不染，濯清漣而不妖”，宋代詩(shī)人周敦頤在《愛蓮說(shuō)》中用這樣的詩(shī)句表達(dá)了對(duì)蓮花品質(zhì)的熱愛。而在科技高度發(fā)展的今天，蓮花“出淤泥而不染”及荷葉的自清潔功能（荷葉效應(yīng)）引起了科學(xué)家們對(duì)超疏水材料的廣泛興趣。超疏水材料具有抗污、防霧、自清潔等優(yōu)點(diǎn)，在多個(gè)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。雖然學(xué)術(shù)界對(duì)于超疏水材料的制備方法已經(jīng)進(jìn)行了深入的研究，但是仍難于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可抗機(jī)械損傷和外界嚴(yán)酷環(huán)境的超疏水性能。超疏水表面遭受諸如刮擦、磨損等物理破壞或處于高溫等嚴(yán)酷環(huán)境中往往不能很好地保持超疏水狀態(tài)。目前，制備高穩(wěn)定性的超疏水表面仍然是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。針對(duì)這一難題，朱英杰團(tuán)隊(duì)提出了層狀結(jié)構(gòu)超疏水耐火紙的概念，采用經(jīng)表面修飾的羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線作為原料制備出具有層狀結(jié)構(gòu)的新型防水耐火紙，該防水耐火紙不僅表面層呈現(xiàn)超疏水狀態(tài)，而且其內(nèi)部也呈現(xiàn)超疏水狀態(tài)，當(dāng)表面層受到物理破壞后，內(nèi)部暴露出來(lái)的新層仍然保持超疏水狀態(tài)，從而可實(shí)現(xiàn)耐火紙超疏水性能的高穩(wěn)定性，在耐火紙受到機(jī)械損傷(例如手指摩擦、膠帶粘貼剝離、砂紙磨損、刀劃割等)或在高溫嚴(yán)酷環(huán)境中仍能完好保持防水性能，并可同時(shí)實(shí)現(xiàn)防水和隔熱耐火等多功能性。所制備的防水耐火紙不僅對(duì)水具有優(yōu)良的超疏水性能，對(duì)多種商業(yè)飲料如礦泉水、橙汁、紅茶、牛奶和咖啡等也具有良好的超疏水性能。另外，所制備的防水耐火紙具有良好的自清潔功能，落在耐火紙上的水會(huì)形成球形水珠在紙的表面自由地滾動(dòng)并帶走灰塵等污物而實(shí)現(xiàn)自清潔。如果防水耐火紙用于露天廣告牌等，利用雨水可自動(dòng)保持清潔而免去人工清洗的麻煩，并降低成本。另外，防水耐火紙?jiān)诔尸F(xiàn)超疏水性能的同時(shí)，也呈現(xiàn)超親油狀態(tài)，可應(yīng)用于油和水的快速高效分離。防水耐火紙還具有優(yōu)良的隔熱耐火性能，可應(yīng)用于保護(hù)易燃物品免于火災(zāi)焚毀。

　　以上研究工作是朱英杰團(tuán)隊(duì)新型無(wú)機(jī)耐火紙的系列研究工作之一。目前，該研究團(tuán)隊(duì)正在重點(diǎn)開展新型無(wú)機(jī)耐火紙的應(yīng)用探索，主要研究工作包括特種無(wú)機(jī)耐火紙、功能化耐火紙、耐高溫標(biāo)簽紙、光（電）纜阻燃包帶、高效吸附過(guò)濾紙、隔熱阻燃紙、生物醫(yī)用紙等。

　　相關(guān)研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市科委、中科院上海硅酸鹽所創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目等資助。

　　圖：新型防水耐火紙對(duì)水和多種商業(yè)飲料都呈現(xiàn)出優(yōu)良的穩(wěn)定的超疏水性能和自清潔功能，其防水性能具有高穩(wěn)定性，耐火紙即使受到物理?yè)p傷或在高溫嚴(yán)酷環(huán)境中仍然能夠很好地保持防水性能；防水耐火紙還表現(xiàn)出良好的隔熱耐火性能