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专业知识 | 高性能纤维与纸基功能材料(1)

特种纸作为一种高新技术产品,广泛应用于航空、航天、交通、电子、金融、医疗、食品、装饰等多个领域,具有技术含量高、附加值高、应用范围广的特点。据国家统计局统计2020中国特种纸及纸板生产量405万吨,较上年增长6.58%消费量330万吨较上年增长6.80%20112020年生产量年均增长率7.57%消费量年均增长率7.03%。据Smithers Pira的统计数据显示,到2024年,特种纸市场容量将达到2802万吨,以2.3%的复合年均增长率增长。

由于特种纸应用领域广,对纸张性能的要求千差万别。植物纤维的理化特性造成其制造的纸张在结构与性能存在一定的局限性:植物纤维糖苷键不稳定,纤维表面羟基易氧化,导致纸张易老化、返黄、不耐化学腐蚀;纤维表面的亲水基团导致纸张抗水性差,易吸湿变形;由于纤维相互交织形成纸页,因此纸张表面平滑度和光泽度不会太高,需要加填或者涂布以改善纸张相关性能;此外,纸张耐温性差、易燃烧,这些缺陷使得植物纤维纸张无法满足特殊功能需求,必须通过提高制造成本,采用特殊化学品,或者通过物理、化学加工,甚至采用合成纤维来改善其性能缺陷。常用的合成纤维主要有涤纶PET、维纶PVA、氨纶PU、锦纶PA、丙纶PP、腈纶PAN。与植物纤维不同,合成纤维的化学结构、分子质量以及纺丝和后加工工艺可灵活设计,通过纤维形态结构设计、纤维的复合或组合,可极大地丰富造纸纤维原料。通过对合成纤维自身进行功能化,还可赋予纸张新的功能。一些合成纤维在光、热、电、力信号作用发生可逆伸缩或变色,该类纤维在防伪纸、纸基传感器领域具有潜在应用价值。有的纤维对电磁波有屏蔽作用,甚至可吸收或反射放射线等功能,用于制备屏蔽纸;大多数合成纤维具有抗水性,无需添加施胶剂来提高纸张的抗水性。因此,合成纤维纸在纤维原料的可设计性以及纸张的功能性方面具有植物纤维无法比拟的优势,作为造纸纤维原料的有力补充,可极大地拓宽纸张的应用领域。

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