第三方帐号登录

第三方帐号登录

使用邮箱登录

找回密码

全站搜索 传播新资讯,发掘源创意!

产业研究未来,纸向何方?

2019-01-18  2092

这次的互联网和电子载体虽然来势汹汹且全方位影响了我们的生活,可纸并不会像竹简和羊皮纸那样彻底消失,而是会改变姿态继续存在于我们的生活之中。

谈到纸,很容易就和书写、印刷联系起来,因为最早发明纸就是为了书写、为了文字记录。在电脑早已成为重要工具的今天,有多少人长久不写字,以至于提笔忘字?写字少了,用纸自然也少了,一年用不完一个笔记本也是很多人的常态。

不止是书写,阅读也是如此。十多年前网络真正普及时,就有人提出传统媒体将要消亡的观点。大概五六年前,当智能手机普及之后,人们普遍意识到,传统出版和阅读也要消亡了——现在,人们不止用电子产品进行碎片化阅读,也开始用手机、电子书等产品替代传统书籍。

在这样的背景之下,报纸、杂志等传统纸质媒体的发行量早已开始了下滑之路,甚至很多媒体不得不宣布倒闭。虽然近几年纸质书市场有回暖的迹象,可长远来看纸质书的出版仍然面临很大压力,道理很简单——近2000 年前,纸张成为文字记录载体之后,竹简、羊皮纸便从历史中消失了。方便、好用、高效率永远是人类对工具的选择趋势,在这种趋势之下,纸张会不会有一天也从人类的历史中消失,只是成为部分藏家的玩物呢?

过于遥远的未来究竟是什么样的,我们无法预测,我们只能从当下看到不久的将来——也许纸的未来不会那么悲观。

环保基调下,特殊材料制作的纸

众所周知,造纸业是高污染行业,因为造纸需要的草类原料会产生黑液,要想让纸张可以正常使用不可避免地要去除草浆中的黑液,而去除方法基本就是漂白。草浆漂白需要大量的化学药品,漂白后的废气和废液排到空中或水中都会对环境造成污染。黑浆的处理问题在全世界范围内仍是难题,任何的造纸企业都很难做到真正的零污染排放。

正因为如此,在环境问题日趋严重的今天,环保问题便成为造纸业的头等大事,也有越来越多的造纸企业通过技术手段来解决污染问题,而解决方案一般就是制造环保纸、再生纸。当然,还有一些新材料纸被发明出来,比如石头纸、污泥纸、甚至粪便纸。

再生纸与环保纸

我们经常能看到再生纸、环保纸这样的概念,在多数人眼中,再生纸和环保纸似乎是一个意思,事实上这两者还是不一样的。再生纸是一种以废纸为原料,经过分选、净化、打浆、抄造等十几道工序生产出来的纸张, 其原料的80% 来源于回收的废纸,因而被誉为低能耗、轻污染的环保型用纸。城市废纸多种多样,以不同类别的废纸为原料再制成不同的再生复印纸、再生包装纸等。

而环保纸则是一种统称,是一种商业分类——所有纸张,不论是其物料或制作过程,只要能有助保护环境便可算是环保纸。现在最常见的环保纸可分为再生纸及无氯漂染纸。氯气是用于漂白纸张,但由于漂染过程中当氯气混合木浆中一些物质会产生化学反应而生产出对人体及环境有害的物质,因此现时有很多家所制造的纸张已不用氯气而改用一些较天然的用料去漂白纸张,这种科技就是无氯元素科技。

石头纸

顾名思义,石头纸应该是用石头为原料制造的纸——当然,也有可能是一种像石头一样坚硬的纸。我们这里所说的石头纸,指的是以石头为原料制造的纸。石头纸主要利用石头中的碳酸钙成分,以高分子聚合物为辅料(含量为20-30%),利用高分子界面化学原理和高分子改性的特点,经特殊工艺处理后,采用聚合物挤出、吹制成型工艺制成。石头纸具有与植物纤维纸张同样的书写性能和印刷效果。同时具有塑料包装物所具有的核心性能。

从性质上来说,石头纸是一种介于纸张和塑料之间的新型材料,既可替代传统的部分功能性纸张、专业性纸张,又能替代传统的大部分塑料包装物,具有成本低、可控性降解的特点,能够为使用者节省大量的成本,且不会产生污染。由于石头在自然界广泛分布,可以说是近乎无限的资源,因此制造石头纸可以节省大量木材,保护自然生态。此外,制造石头纸不需要添加强酸、强碱、漂白剂等化学原料,不排放废水、废渣和有毒有害气体,属于绿色环保产品。

当然,石头纸现在仍然处于试验阶段,是不是真的具有相关企业宣传的环保特性以及超强性能,还需要市场和时间的检验。

石头造纸是对传统材料的一种反思

污泥纸和粪便纸

为了让造纸更加环保,人们可谓脑洞大开。除了石头纸,还有人发明了污泥纸和粪便纸,这让造纸本身不但不造成污染,甚至还可以减轻已有的污染源。

所谓污泥造纸就是指利用造纸过程中形成的污泥来造纸。一般造纸企业污泥包括一次污泥和二次污泥。用原木浆造纸产生的污泥,叫作一次污泥;二次纤维利用在脱墨过程中产生的污泥, 叫作脱墨污泥;经过二次生化处理产生的活性污泥叫作二次污泥。当然,污泥并不能制造印刷或书写用纸,只能制造板材。用污泥制作生化纤维板,主要是利用活性污泥中所含粗蛋白(有机物)与球蛋白(酶)能溶解于水及稀酸、稀碱和中性盐的水溶液这一性质,在碱性条件下加热、干燥、加压后,发生蛋白质的变性作用,从而制成活性污泥树脂(又称蛋白胶),使之与漂白、脱脂处理的废纤维压制成板材。

还有一种更奇葩的粪便造纸法。粪便造纸是维也纳大学一个研究小组的发明,所用的原材料也不是人类的粪便,而是食草动物的粪便。其实原理也很容易理解——牧场上的食草动物排除的粪便大都没有经过完全消化,因而含有大量的植物纤维,这些植物纤维可以用来造纸。我们知道,内蒙古、西藏的牧民就有用牛粪生火的习惯,那也是对粪便中植物纤维的再利用。

为了用粪便造出纸制品,粪便首先需要用氢氧化钠处理。这种处理去除木质素,可以重新用作肥料或燃料,以及其他杂质。该材料用次氯酸钠漂白以除去木质素的其余部分并制成用于纸张的白色纸浆。“动物吃含有纤维素的低等级生物质,将其咀嚼并将其暴露于胃内的酶和酸中,然后产生粪便。根据动物的不同,高达40%的肥料是纤维素,因此易于获得。”维也纳大学的Alexander Bismarck博士说道。

适应现代需求的特种纸

为了少砍伐树木、为了在更广范围内的环保,各种堪称奇葩的造纸材料纷纷登场。在造纸材料的范围被拓展得更广的同时,纸张的用途也在得到不断扩展,现在的纸早已不是单纯用来书写、印刷、包装的材料了。

据统计,目前纸的种类已经有1000种以上,除了常见的有白纸、宣纸、蜡纸、新闻纸、包装纸等,还有更多新型用途的纸张出现,比如防水纸、电子纸、防伪纸、石墨烯纸、纳米纸等。

石墨烯纸是利用石墨烯为原料制造的高科技材料

防水、防火纸

纸在书写方面有着全面的优势,可也有许多不可忽视的缺点,其中最重要的就是怕水、怕火,也正因为如此,自从纸被发明以来,世界上无数记载在纸上的典籍被水泡、火烧,最终消失在人类历史的长河中,十分可惜。现在已经是互联网时代,文字、图片资料有着更丰富的备份,被彻底毁灭的可能性正在变小,可纸质文献的保存仍有其重要意义。因此,耐水纸、耐火纸一直是造纸技术的重要研究方向。

在这种背景下,有研究团队利用纳米生物材料中天然矿物质羟基磷灰石超长纳米线为原料,研发出外观呈白色、柔韧、隔热、无需工业漂白、耐1000℃高温不燃烧的新型无机耐火纸。并在无该基础上,研发既耐火又防水的新型纸。虽新型纸已具备防水和耐高温的特性,但是在机械损伤、严峻外界环境下,新型纸的超疏水性能是否稳定无法得到保障。为此,研究人员制备出具有层状结构的新型防水耐火纸,升级后的纸在受到机械损伤或在户外严峻环境中仍能保持良好的防水性能。如将该纸用作户外广告牌,利用雨水可自动清洁,免去人工清洗的麻烦。

现在还不知道这种防水防火的新型纸到底性能如何,如果可以做出传统纸所具有的性能——比如像宣纸那样的晕染效果——的话,对于艺术品的保存着实是不错的消息。

电池纸

巴塞罗那自治大学国家电子中心的电子工程师Juan Pablo Esquivel,研发了一种微型纸质电池,用体液做燃料,可以在进行简单的诊断时为设备供电。发明者Esquivel说,通常电子血糖仪、验尿仪等家用检测仪器都是一次性的,不能更换里面的纽扣锂电池,电量少于1%时就会丢弃。

而他们研发的微型纸质电池,可以在用体液作为检测样本的同时,给仪器提供所需要的电力。微型纸质电池主要以纸张为基础材料,然后用印刷电子技术集成纸和其它电子组件,形成一个封闭的电化学体系。Esquivel介绍说,这种电池体积小、成本低而且无污染,被扔掉后不会污染环境,不需要回收。

在电池纸这个方向上做研究的人或者团队并不在少数,更早的时候,芬兰环保纸电池公司Enfucell曾研发出柔性电池纸质电池,电量为1.5伏,厚度只有0.5毫米,可以在一定的温度和适度范围内以恒定速度产生电流,很容易吸附在纸张或织物的表面,可剪裁,也可弯曲。2015年,美国汉姆顿大学的研究员研发出了一种可以用细菌发电的纸质柔性电池,大小跟火柴盒差不多,造价只有5美分,可以为一盏小LED灯提供所需电量。

如果这些电池纸能够找到合适的应用场景,并且能够降低成本、售价的话,在未来也许会有其一席之地,毕竟便携式设备的普及需要各种不同的电池。

石墨烯纸

在各种新材料、新技术轮番试水造纸技术的今天,近几年的“网红”材料石墨烯自然也不能缺席。

先将石墨原材料进行精细研磨,随后采用化学方法对其净化。然后在纳米尺度上对其进行重塑,得到薄如纸张的石墨烯合成材料。最终的产品比钢材料轻6倍,密度比钢低5至6倍,但硬度要高出2倍,抗弯刚度则是钢材的13倍。这种新型材料名为“石墨烯纸”,这是一种基于石墨原料的合成材料。事实证明它不仅重量轻,强度好,硬度高,具有比钢更好的柔韧性,并且还是一种环保材料

当然,石墨烯纸已经不是传统纸的概念了,而是一种综合了各种尖端技术的全新材料。比如2012年9月,美国伦斯勒理工学院的研究人员将石墨烯纸用激光或照相机闪光灯的闪光震击,将其弄成千疮百孔状,致使该片材内部结构间隔扩大,以允许更多的电解质“润湿”及锂离子电池中的锂离子获得高速率通道的性能。这种石墨烯阳极材料比如今锂离子电池中惯用的石墨阳极充电或放电速度快10倍,未来可驱动电动车。

纳米纸

纳米纸也是近些年出现的造纸新技术,是基于滤纸和二氧化钛薄膜制作出的一种新型纸张。通过前体物溶液浸润再水解的方式,可以让二氧化钛薄膜包裹在滤纸的纳米纤维上,之后再用含有其他化学分子的溶液继续浸润纳米纸,就能制造出不同用途的新材料。这种材料能继续与多种化学分子结合并展现不同特性,实现材料应用上的“百搭”。在纳米纸的纳米纤维外层包裹不同的物质后,可以实现不同的功能,例如,防水防菌、检测食品是否安全等。

通过描述我们可以看出,纳米纸也不是日常用纸,而是可以用在各种不同的领域,和其他技术发生有趣的反应——确切地说,纳米纸并不算某一种纸,而是利用纳米技术制造的一种试验用材料。

纸与电子产品相结合

通过近些年出现的各种不同的造纸技术和新型纸张,我们可以看出,和上次纸替代竹简、羊皮纸不同,这次的互联网和电子载体虽然来势汹汹且全方位影响了我们的生活。可纸并不会像竹简和羊皮纸那样彻底消失,而是会改变姿态继续存在于我们的生活之中。比如具有特殊功能的特种纸,并不承载记录信息的功能,也没有其他东西可以取代。

甚至,有人把纸和现代信息技术进行结合。英国谢菲尔德大学与印刷电子公司Novalia合作开发了一种新型纸质包装触屏,它由低成本印刷电路、便宜的纸张和LED显示屏构成,通过印刷电子技术将电路印刷在纸张上,然后使用电导粘合剂将聚合物LED显示屏与纸张粘合在一起。

这种新型纸质触屏除了能方便消费者获取产品信息外,还能以更为复杂的方式帮助产品生产商传达品牌意识,而这也正是很多科幻作品中所描述的未来的样子。纸不会消亡,不过可能会变成我们所不熟悉的模样。

和高科技、电子产品相互融合,也是纸的一种未来图景




诚邀设计同行分享干货、文章、报告等
投稿请发邮件 service@gewuer.com
新闻报道及人物专访 1748825663
0   523

文章评论(0)

发 表