功能纸的特性与发展

马龙 胡绍进 万俊杰 操欢

湖北工业大学制浆造纸工程研究所 湖北 武汉（430068）

功能纸的特性与发展

马龙 胡绍进 万俊杰 操欢

湖北工业大学制浆造纸工程研究所 湖北 武汉（430068）

本文对于功能纸的研究发展作了概略叙述。介绍了功能纸的特点、加工工艺、商品设计、研制及功能纸新进展情况。

功能纸；加工技术；发展趋势

1 功能纸定义

功能纸是在纸张原有性能的基础上增添功能的一种新型纸。它同时具有纸的本质和新赋予的功能[1]，英语用(High performance paper)来描述。功能纸这个名字是早些年才叫出来的，1962年开始日本叫化纤纸，1982年改称为功能纸。功能纸是具有某种特殊功能的纸张，用于某些特殊领域。随着信息产业、能源领域、电子工学、生命科学和医疗工业的进步和需要，功能纸将会有更大的发展。根据功能纸的要求，除了利用纤维固有的性能之外，还需要采取一些相应的工艺和技术，并添加专门的“化学品”（如化学合成树脂、助剂），以增加纸的特殊功能，如导电性、绝缘性、压电性、热电性、感光性、热敏性、电磁性等。

2 功能纸的特点

功能纸虽然是具有特殊用途的纸种，但与特种纸还是有所不同。首先功能纸不仅采用植物纤维，也可用化学纤维、合成纤维、碳纤维、陶瓷纤维、金属纤维等非植物纤维原料。特种纸是主要采用较好的植物纤维如韧皮纤维以及木材纤维为基本原料的高附加值纸[2]；其次，功能纸还必须具有某些特殊的特性，不是一般的经典力学性，而是量子力学、电磁效应、生物化学性以及生理适应性等，而特种纸多为改善强度、增加耐湿性、扩大防护性等；第三，功能纸应用领域的专业性、针对性比较强，日常生活中使用的比较少，而特种纸除了用于某些特殊工业领域外，生活中也常能见到，如热敏纸、无碳复写纸等。

3 功能纸加工技术

3.1 通过传统造纸（成形）方法生产功能纸

通过造纸纤维和填料的功能化改性可以生产功能纸。纤维功能化具有几个方面的优势：功能物质可以被均匀地分布在整个纸的结构中，并被有效地固定。从理论上讲，为了进一步功能化，在纸浆中的所有组分（纤维素、木素、半纤维素）均可通过化学手段被活化。造纸纤维可以按多种方式被功能化，功能成分可以被直接添加到纤维表面；纤维可以通过化学处理被活化，以便使它们变得更适于功能分子的添加；或者不同的材料可以被添加，以便使它们在纤维的表面形成具有不同性质的层。纤维和功能物质之间的键可以是化学键或静电键，纤维功能化也可以在酶处理的帮助下进行。

3.2 通过纸加工方法生产功能纸

纸加工方法通常用于纸或纸板的表面性质的改变，可对纸或功能纸进行二次或三次加工，以进一步增加其功能。由加工所赋予的功能有：导电性、绝缘性、难燃性、磁记录性、热敏记录性、防水性、耐水性、透明性、感光性、自动粘结性、生物体亲和性、憎水性、亲水性、耐药品性、防霉性、防虫性、除臭性等。加工方法有：涂布、层合、浸渍、蒸镀、喷膜等物理或化学处理法。

3.3 通过纸印刷方法生产功能纸

由不同印刷方法印刷的图像的质量和特点迥异，最具潜力的大规模生产功能纸制品的印刷方法包括凹版印刷、柔版印刷、丝网印刷、喷墨印刷。

4 功能纸的发展

功能纸目前仍是小批量、多样化、高附加值的产品，根据有关统计资料，在日本它也只占纸种中极少的一部分，仅为纸市场总销量的1%～2%。但造纸工业和造纸技术的迅猛发展和社会多方面的需求，势必增加对不同纸种的要求。因此，发展功能纸的必要性显而易见，但是还要全面考虑功能纸的技术、成本、制造和销售等诸多问题：（1）造纸业的技术储备有待加强，业内人士比较熟悉的植物纤维在功能纸的开发中，不能够“挑起大梁”，而对特种纤维又缺乏深刻认识。这些高附加值产品，除了优质纤维、特殊配料外，还有赖于基础科学、精密仪器、专用设备和雄厚财力的支持，因此，我国欲发展功能纸还要进行一段时期的准备工作，收集和消化各种技术经济资料十分必要。（2）一定要设法摆脱仿制，而应在功能纸的原创上下大功夫，争取在不太长的时间内做出较大的成绩。（3）功能纸的使用范围正在扩大，要适当鼓励科技人员做一些功能纸研发工作。功能纸今后的发展动向可以从四个方面加以考虑：功能的进一步提高；功能缺陷的改善，不相容功能和多功能化；新功能的赋予；新材料的利用[3]。

关于功能的进一步提高，以涂料印刷纸为例，可通过改善打浆工艺、添加助剂、加强表面施胶来改善印刷适应性及纸张强度。可通过中性抄纸来提高纸的保存功能。改善纸的抗水功能可添加各类抗水剂及强度剂，最早使用的湿强度剂有聚乙烯亚胺，以及三聚氰胺甲醛盐酸胶体。由于掺用了无机或有机的材料可以获得难燃或缓燃的功能纸，掺用金属纤维或者以金属箔裱糊能得到形稳性极高的功能纸。

5 功能纸的商品设计

功能纸的开发是一项知识密集和技术密集性工作，要进行功能纸产品设计时，必须对其应用领域的知识和信息要有较详细的了解。另外在设计中，不仅要掌握原来纸的物理特性，还要掌握耐热性、电绝缘性、粘合粘结性、吸附和解吸性等片状新材料的广泛物理性能的测定技术，便依此要求针对其功能性来进行广泛而严格的商品设计[4]。

功能纸是以其用途来满足社会需求的片状新材料，既有日常生活中，如医疗等方面的应用。又有用于工业领域的耐热性功能纸和电绝缘功能纸等。功能纸的开发需密切关注社会发展对各行业的影响。

6 功能纸产业的技术环境变化

功能纸的技术开发，与高分子工业具有直接或间接的关联性。因此，制造新功能纸，有必要熟悉了解技术体系随着高分子领域构造的时代性变化，发生了哪些变迁。

6.1 高分子产业的构造变化

高分子产业这一工业至上世纪80年代迎来了第一个成熟时期，继续摸索和探求新型技术体系[5]。只需看一下组成高分子产业主体的合成纤维、合成树脂以及合成橡胶的变化便可得到了解。总之，第一次石油危机以后，这种需要迅速上升是显而易见的，同一产业在注重高分子功能材料的同时，试制在高分子功能商品范畴中的新商品开发，开始跨入高级系统商品产业的领域，以脱离高分子为目标，正在逐步深入至先进的技术领域中去。

这种结构变化能适用于与纸浆产业具有大同小异类似性质的物质，由此也可以推测今后的技术开发，对功能纸领域是相当重要的。功能纸领域的技术开发，其原料的供给依赖于高分子产业，值得引起重视的应该是高分子产业的结构变化和高性能或高功能高分子材料的研究。

6.2 纤维性能和功能的要求

功能纸研究开发的重要一条，就是纸张的功能性。在纸张领域需要哪几种功能，这在纸浆技术预测研究会上有专题调查报告，但是这并不完全，有关纤维，化学纤维技术改善研究委员会撰写的“关于革新功能纤维的工艺学评价”的报告，有较为详细的调查结果。纤维是构成纸张的要素，可以说与纸张有着巨大的联系。所以，有关未来高功能纤维的开发和研究，是功能纸的研究重点之一。

7 尖端技术引入至功能纸

尖端技术的电工学，似乎是作为人工头脑而发展起来的一门学科。生物工艺学领域中的生物反应体bioreactor是利用生物功能的学科，最近在人工酵母等仿生化学的学术领域中进行了广泛的研究，将新的功能应用于纸张方面，可以说这是对致力于精细生物功能的一个提示。

8 结束语

伴随着情报产业、能源领域、电子产业、生物技术工程、生理、医疗等有关产业的发展，功能纸的重要性也越来越引起了人们的注意。功能纸的制造和质量管理要求格外精密化，譬如说在制造过滤细菌的滤纸时，由于一个针孔眼的缺陷，会使所得的结果丧失，而导致不必要的误差。

为了提高功能纸的质量，作为原料的一个方面，不但要开发功能纤维用于人们的衣料，而且还要发展与功能相适应的纤维品种。功能化程度越高，技术要求越严格，以功能材料为主体纤维做成的纸，成为高附加价值的纸。纸的概念，从制造方法讲是以湿法开始的，现已经发展了溶融法、干法。所采取的造纸原料从天然木材开始，依次发展到化学纤维、合成纤维等。

功能虽然在纸张类别中占比不大，但随着社会的进步和科技发展，仍具有较大的发展前景。

我国功能纸的制造，目前还处于萌芽阶段，虽然在过去的多年内开始研制了玻璃纤维滤纸、空气滤纸、以及类似Nomex的电机绝缘纸、碳纤维纸之类的功能纸。但就其质精水平，对比国外产品，还是有很大差距的，因而我国功能纸的品种和技术的开发和研究将面临更大的机遇和挑战。

[1]苏庆年.功能纸[J].上海造纸,1989,(Z1)

[2]刘仁庆.功能纸∶概念与概况[J].中国造纸,2004,(03)

[3]王少强,邱化玉.功能纸的新进展[J].黑龙江造纸,2006,(03)

[4]励铸.功能纸的研究开发及其尖端(1)[J].上海造纸,1986,(04)

[5]孙萍萍.功能包装纸的新进展与发展趋势 [J].上海造纸,2007,(06).

马龙，在读硕士研究生，主要研究方向为功能性纸张与化学品。

2011-11-1