【连载】纳米技术在造纸工业中的应用（四）无机纳米粒子的应用（作填料、涂料）

无机纳米粒子在造纸工业中主要扮演造纸填料、造纸涂料以及特种纸（抗菌纸、光催化纸和储电纸等）的角色。无机纳米粒子的添加可以改善纸张的性能，使纸张具备特殊的性质，如抗水、导电、抗菌和光催化等。...

由中华纸业杂志社组织主办的第七届中华纸业浆纸技术论坛，于2016年10月8日-10日在江苏无锡召开，会议主题为“降本•提质•增效——产品创新与供给优化”。会上，国家纳米科学中心高级工程师查瑞涛博士作了题为《纳米技术在造纸工业中的应用》的报告。该报告要点，分八次在本微信平台连续发表。相关报道：

【连载】纳米技术在造纸工业中的应用—— （一）纳米技术简介


【连载】纳米技术在造纸工业中的应用（二）纳米纤维素的制备


【连载】纳米技术在造纸工业中的应用（三）纳米纤维素在造纸工业中的应用
无机纳米粒子在造纸工业中主要扮演造纸填料、造纸涂料以及特种纸（抗菌纸、光催化纸和储电纸等）的角色。无机纳米粒子的添加可以改善纸张的性能，使纸张具备特殊的性质，如抗水、导电、抗菌和光催化等。造纸工业中常用的无机纳米粒子包括纳米TiO2、纳米CaCO3、纳米ZnO和纳米SiO2等。

1  无机纳米粒子作造纸填料

填料在造纸过程中添加的主要作用有减少纸张的生产成本和使纸张获得一定特殊性能。

1.1  纳米CaCO3

20世纪80年代，纳米CaCO3作为一种新型纳米级粉末状固体材料得到迅速发展，其尺寸大小介于10-100nm之间。超细化处理后得到的纳米CaCO3粒子，改变了其内部结构和表面电子结构，从而引起了量子尺寸、小尺寸、表面和宏观量子等效应。

纳米CaCO3存在高不透光性、高亮度和高膨胀性等性能，可以提高填料量，降低原料成本，同时赋予纸张白度和不透光性；粒度细小、均匀，使产品更加平滑；彩色纸的色彩稳定性增加等优点。在高白度铜版纸、卷烟纸、纸尿片、记录纸和薄页印刷纸等方面有广泛的应用。




1.2  改性纳米无机物

改性纳米无机物主要包括纳米包覆白云石、纳米包覆重质CaCO3、吸附Ca2+纳米4A沸石和碳酸钙复配等。

（1）纳米包覆白云石：改善了白云石的表面性质，增加了白云石与纸张的作用力，从而保证了其留着率；提高了纸张的各项性能，比如抗张、耐破、耐撕裂和耐折度等。

（2）纳米包覆重质CaCO3（GCC）：在Ca(OH)2-H2O-CO2体系，纳米包覆后GCC的表面性质得到改善，提高了填料留着率，纸张吸收率降低，相应的纸张强度提高。

2  无机纳米粒子作造纸涂料

用于作造纸涂料的无机纳米粒子主要有纳米SiO2、纳米SiOx、硅溶胶、纳米CaCO3等。这些无机纳米粒子的加入，可以改善涂料剪切稀化和粘弹特性。

2.1  纳米SiO2

SiO2可快速形成相互交错的网状结构，可用于填充有机材料，增加其使用寿命、光洁度和强度。纳米SiO2对紫外线和红外线具有特殊的性质（强紫外线吸收、红外线反射特性），SiO2填充的有机材料表现出更强的抗紫外线和防热老化的能力，并且可以提高涂层的隔热效果，其结构如图所示。

王进等人研究了纳米SiO2的加入对纸张打印性能的影响，发现纳米SiO2的添加提高了纸张打印性能和强度，延长了纸张的使用寿命。

2.2  其他纳米粒子

SiOx：改进涂料的含水率，增加纸张表面强度，提高涂布纸的表面平滑度、光泽度，降低表面吸收量，并使涂布纸的油墨吸收性下降。

CaCO3：改善纸张的老化性，使其具有较好的隔热性，并提高涂层的平滑性和强度。

硅溶胶：改善纸张的防滑性，增加纸张的耐湿性和强度，在玻璃纸、感光纸、复印纸和胶印纸中应用广泛。



下期报道：纳米技术在造纸工业中的应用——（五）无机纳米粒子在特种纸中的应用。敬请关注与浏览。

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