包火不焚·沾水不湿，颠覆传统的“神奇白纸”

肖溪树

水珠滑过带走灰尘，烈火焚烧安之若素——这不是《西游记》中唐三藏的神奇袈裟，而是中国科学家研发出的新型无机防水耐火紙。

俗话说“纸包不住火”，大火曾无数次吞噬人类宝贵的纸质文物，顷刻间将其化为灰烬。没办法，谁让纸张既怕火又怕水呢，这已经成为了纸张的致命弱点，可是，这种新型纸张为何具有“包火不焚”“沾水不湿”的神奇特性？这真是一张颠覆传统的“神奇白纸”啊。

何以“包火不焚”能耐高温？

在我国，造纸业具有悠久的历史。用于造纸的原料资源十分丰富，但大多含有植物纤维原料，难怪自古就有“纸包不住火”的说法。中国科学院上海硅酸盐研究所研制的新型防水耐火纸，具有一些颠覆传统的优秀品质，这是科技创新塑造的传奇。

耐火和耐高温是这种新型无机防水耐火纸的“拿手好戏”。那么，这种纸为什么具有如此神奇的效果呢？这还得从造纸的原料说起。我国科学家在造纸原料技术路线上独辟蹊径，采用了一种新的原料——羟基磷灰石来制作新型无机防水耐火纸。羟基磷灰石为无机矿物质，具有耐高温、不燃烧的特点，用其制作的耐火纸“包火不焚”就不难理解了。说起羟基磷灰石，大家也许会觉得陌生，其实，脊椎动物骨骼和牙齿的主要成分就是羟基磷灰石，呈现优质的白色，具有良好的生物相容性。近些年来，以羟基磷灰石为代表的骨替代材料也正逐渐成为临床应用的宠儿。

不过，羟基磷灰石的硬度非常高，质脆易断是其致命的弱点。上海硅酸盐研究所的科学家们从2008年就开始研究羟基磷灰石这种材料，到了2013年，他们把羟基磷灰石超长纳米线合成出来了，并将其成功应用于新型耐火纸制造，成功研制出大尺寸、厚度可调控、符合复印纸国家标准的新型无机防水耐火纸。由于羟基磷灰石超长纳米线具有高柔韧性的特点，因此就解决了羟基磷灰石材料的高脆性难题。

何以“沾水不湿”而能自洁？

用植物纤维类原料制作的传统纸张既不耐火也不防水，这些都限制了传统纸张的应用。那么，新型无机防水耐火纸是如何解决防水问题的？为了说明这个问题，不妨先谈谈“荷叶效应”。有科学家早就发现了“荷叶效应”，即水滴落在荷叶上会形成透明水珠而滚落下来。那么，荷叶不沾水的秘密是什么呢？科学家认为荷叶具有的超疏水性表面是产生“荷叶效应”的原因。

为了模仿荷叶的超疏水性表面，人们进行了许多科学探索和实验。在此之前，关于超疏水粗糙表面的研制已取得了一定的进展，但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，往往不能很好保持超疏水状态。所以，制备高稳定性的超疏水表面仍然是一个不小的挑战。中国科学院上海硅酸盐研究所的研究团队采用经表面修饰的羟基磷灰石超长纳米线作为原料，制备出了具有层状结构的新型防水耐火纸。

该新型防水耐火纸不仅在表面层呈现出超疏水状态，而且在其内部也呈现出了超疏水状态。特别是当其表面层受到物理破坏后，暴露出来的内部新层也能保持超疏水状态，这样就实现了耐火纸超疏水性能的高稳定性。该所制备的防水耐火纸不仅对水具有优良的超疏水性能，而且还对多种商业饮料（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。

它又何以能抗菌呢？

作为纸张，在许多场合抗菌是十分必要的。比如，像钞票、票据、病历本等用途的纸张，就非常容易携带细菌等致病微生物，会通过这些纸张的交换而传播疾病。同时，传统纸张携带的霉菌还是纸质文件的重要“杀手”呢！

研制具有抗菌功能的新型纸张，对于满足重要纸质文件的保存以及防止在传递过程中的交叉感染具有重要的意义。为了赋予新型纸张以抗菌功能，上海硅酸盐研究所的科学家通过一步溶剂热法制备出分散性好、含量可调控的纳米银复合羟基磷灰石超长纳米线，进而成功研发出了具有优良抗菌性能的新型无机防水耐火纸。

新型纸张未来大有可为

据专家介绍，随着新型无机防水耐火纸性能的提高，其主要性能指标已经达到了国家复印纸标准，尺寸也由原来的几厘米放大到A4尺寸。因此，这种新型无机防水耐火纸有望应用于书写、复印机、打印机等特种办公用纸，以及用于书法、绘画纸、档案以及耐高温标签纸等场合。

该纸具有的防水和自洁功能，也具有很好的市场应用前景。如果把该纸应用于露天广告牌等，则可以利用其超疏水的性能对雨水的抗拒作用，让雨水在纸的表面自由滚动并带走灰尘等污染物，从而实现自洁的目的。这样不仅可以省去人工清洗的麻烦，还可以降低不少成本呢！

据悉，中国科学院上海硅酸盐研究所还将继续探索新型无机防水耐火纸的低成本批量制备技术，进一步拓展新型纸张的应用领域，包括特种无机耐火纸、功能化耐火纸、高效吸附过滤纸、阻燃材料和生物医用材料等。随着新型无机防水耐火纸的推广和应用，将更好地服务于国民经济建设，并开启造福人类的新篇章。

（责任编辑：白玉磊 责任校对：夏越）endprint