《上海硅酸盐所研制出新型耐火“宣纸”》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2018-12-27
  • 宣纸是中华文化的瑰宝,迄今已有一千多年的历史。宣纸以安徽泾县青檀皮为原料,采用传统手工工艺抄造而成,具有颜色洁白、纹理细密、质地坚韧、润墨性好、耐老化等优点,享有 “ 纸中之王、纸寿千年 ” 的美誉。但是,传统宣纸也存在一些问题:例如,由于安徽泾县地理环境的特殊性,所产宣纸原料具有不可替代性,其原料紧缺;宣纸采用手工制作,需要 100 多个工序,生产周期长达 1~2 年,使其生产效率低、产量小、成本高;此外,宣纸易燃,历史上有不少艺术作品都因火灾而付之一炬。   最近,中国科学院上海硅酸盐研究所朱英杰研究员带领的科研团队,针对传统宣纸存在的问题,以无机纳米材料 — 羟基磷灰石超长纳米线为主要构建材料,成功研制出新型耐火 “ 宣纸 ” ,该“宣纸”具有易于书写性,优异的润墨性、抗霉性、耐久性、耐高温性和耐火性等性能。实验结果表明,新型耐火 “ 宣纸 ” 白度高( ~92% ),高于传统宣纸的白度( ~70% )。新型耐火“宣纸”比传统宣纸具有更加优越的防霉性能,实验结果表明,多种霉菌在新型耐火“宣纸”上均不能生长。新型耐火 “ 宣纸 ” 的使用寿命可达至少 3000 年,其性能明显优于传统宣纸。加速模拟老化 2000 年后,新型耐火“宣纸”的白度仍然为 91.6% ,白度保持率高达 99.6% ;而传统宣纸加速模拟老化 2000 年后,其白度只有 47% 左右,白度保持率较低,只有大约 67% 。新型耐火“宣纸”加速模拟老化 3000 年后的白度为 86.7% ,白度保持率仍高达 94.2% ;而传统宣纸加速模拟老化 3000 年后,其白度低于 42.5% ,白度保持率低于 60% 。新型耐火“宣纸”加速模拟老化 3000 年后的白度甚至仍然明显高于没有老化的传统宣纸。在加速模拟老化过程中,新型耐火“宣纸”表现出优异的力学性能,加速模拟老化 3000 年后,耐火“宣纸”的拉伸强度保持率为 81.3% ;而相比之下,传统生宣纸加速模拟老化 3000 年后的拉伸强度保持率仅为 38% ,传统熟宣纸加速模拟老化 3000 年后的拉伸强度保持率为 52.7% 。耐火性能测试表明,传统宣纸在火中仅仅几秒钟就迅速燃烧化为灰烬;而新型耐火“宣纸”具有优异的耐高温和耐火性能,长时间在火中灼烧也不会燃烧并保持完好。此外,新型耐火 “ 宣纸 ” 的制备只需 3 至 4 天,制备周期短,制备效率高。新型耐火 “ 宣纸 ” 有望作为耐高温、耐火书法绘画纸,应用于保护珍贵的艺术作品和重要文件免于火灾的损毁。 相关研究工作发表在美国化学学会期刊 ACS Sustainable Chemistry & Engineering (Li-Ying Dong, Ying-Jie Zhu. Fire-Resistant Inorganic Analogous Xuan Paper with Thousands of Years ’ Super-Durability. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2018, 6, 17239 – 17251) 。   相关研究工作得到国家自然科学基金等项目的资助。 新型耐火 “ 宣纸 ” 具有良好的柔韧性,可以任意卷曲,白度高,生物相容性好,制备过程环境友好 传统宣纸在火中几秒钟即快速燃烧化为灰烬;而新型耐火“宣纸”白度高,具有优异的耐高温、耐火性能,长时间在火中灼烧也不会燃烧 新型耐火“宣纸”具有独特的润墨性能。

相关报告
  • 《上海硅酸盐所研制出新型柔性防水导电耐火纸》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:姜山
    • 发布时间:2017-12-13
    • 因具有优异的性能、适应物理形变的能力以及便于使用等优点,近年来柔性电子器件和可穿戴电子设备倍受人们的青睐。然而,传统的电子器件难以满足柔性和在严酷环境下工作的要求,电子器件的性能易受到周围环境的影响。例如,金属是导电材料的首选,但金属易被氧化和腐蚀,从而降低其性能,甚至导致功能故障;污染物、湿气、雨水、结冰和降雪也会影响电子器件的性能;在水灾、高温或火灾中电子器件也容易毁坏。因此,能在严酷环境中稳定工作的全天候型柔性电子设备引起人们极大的兴趣。     最近,中国科学院上海硅酸盐研究所朱英杰研究员带领的研究团队在羟基磷灰石超长纳米线耐火纸的研究工作基础上,采用羟基磷灰石超长纳米线作为主要原料并负载导电碳黑,再用聚二甲基硅氧烷进行涂层化处理,研制出了新型羟基磷灰石超长纳米线基柔性防水导电耐火纸,集成了防水、导电、电热、耐火阻燃等多个功能,能够在各种严酷的环境例如强酸、强碱、高湿、高温、水下、冰雪天气中全天候稳定工作。羟基磷灰石超长纳米线和导电碳黑构筑了多级粗糙结构,聚二甲基硅氧烷涂层化提供了疏水性,多级粗糙结构和疏水性的协同作用使柔性导电耐火纸具有超疏水表面,具有防水性能、自清洁功能和高热稳定性,还能够耐受各种严酷环境。更重要的是,即使该新型柔性防水导电耐火纸浸泡在水中也能够稳定工作,连接的小灯可持续发光。新型柔性导电耐火纸还具有电热效应,通电后能在短时间内快速升温,有望应用于高效快速除冰。新型柔性防水导电耐火纸还具有优异的耐高温和耐火性能,即使在火中灼烧也可以稳定工作,连接的小灯可持续发光。由于具有多种优异性能,新型柔性防水导电耐火纸在高性能柔性电子器件和可穿戴电子设备中具有良好的应用前景。相关研究结果发表在美国化学会“应用材料与界面 ” 期刊上( Fei-Fei Chen, Ying-Jie Zhu, Zhi-Chao Xiong, Li-Ying Dong, Feng Chen, Bing-Qiang Lu, Ri-Long Yang, ACS Applied Materials & Interfaces2017 , 9 , 39534– 39548) ( 第一作者为上海硅酸盐所在读博士生陈飞飞),并申请了一项发明专利。     该研究工作得到国家自然科学基金、上海市科委、中国科学院上海硅酸盐研究所创新重点项目等资助。
  • 《上海硅酸盐所研制出新型水净化过滤纸》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-03-20
    • 随着水资源短缺和水污染问题的日益加重,研发各种水处理技术或新型过滤材料迫在眉睫。其中,膜分离技术具有操作简单、设备要求低、分离效率高等优势,已成为当今分离科学中最重要的手段之一。目前,尽管商业化的各种水处理过滤膜在生产和生活中得到广泛应用,但是仍然存在一些需要解决的问题。例如,一些过滤膜材料存在生物相容性差、制备过程使用或产生有害化学物质、分离效率不理想等缺点。此外,很多过滤膜功能单一,在实际应用中往往需要通过多级过滤系统联合使用来提高水处理效率,但这无疑会使水处理设备更加复杂化而随之增加成本。因此,环境友好、多功能和更高效的过滤材料的研究引起人们极大的关注。 相关研究工作 最近,中国科学院上海硅酸盐研究所朱英杰研究员带领的科研团队,在羟基磷灰石超长纳米线应用于环境保护领域研究工作的基础上 (Small,2018, 14, 1803387; I.F.=9.598;Journal of Materials Chemistry A, 2017, 5, 17482–17491; I.F.=9.931),以具有良好生物相容性的羟基磷灰石超长纳米线作为主要构建材料,与天然植物纤维复合,成功研制出新型水净化过滤纸,相关研究结果发表在美国化学会“应用材料与界面”期刊上(Qiang-Qiang Zhang, Ying-Jie Zhu, et al.,ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11, 4288–4301; I.F.=8.097)。羟基磷灰石超长纳米线与天然植物纤维的复合使新型水净化过滤纸的力学强度得到显著提高,而聚酰胺环氧氯丙烷树脂的加入使得新型水净化过滤纸的湿态力学强度得到有效增强;羟基磷灰石超长纳米线相互交织缠绕形成纳米级多孔网络结构,可显著提高新型水净化过滤纸的孔隙率并可调控孔径大小,赋予其优异的超亲水性、表面拦截和吸附能力,使其具有优异的分离性能,可有效去除水中的各种污染物,且去除效率高;而羟基磷灰石超长纳米线本身良好的吸附和离子交换性能使其能够高效去除有机染料和重金属离子等污染物。该新型水净化过滤纸兼具优异的过滤性能和吸附性能,能够重复使用和长时间使用,在高性能水净化、清洁水再生等领域具有良好的应用前景。 实验结果表明,新型水净化过滤纸的纯水通量随着羟基磷灰石超长纳米线含量的增加而提高,当羟基磷灰石超长纳米线的含量为80 wt.% (添加聚酰胺环氧氯丙烷树脂)时其水通量高达287.28 L m–2 h–1 bar–1,与高打浆度植物纤维过滤纸(添加聚酰胺环氧氯丙烷树脂)相比纯水通量可提高约3200倍。新型水净化过滤纸可应用于微米颗粒、纳米颗粒、细菌等污染物的高效过滤和去除,其去除效率可达到或接近100%。此外,新型水净化过滤纸对有机染料和重金属离子尤其是Pb2 离子具有高吸附量,对较低浓度的有机染料和重金属离子具有100%的去除效率。 该科研团队发展了油酸钙前驱体水热法并结合真空抽滤成型方法制备大尺寸新型水净化过滤纸,目前科研团队已经在实验室实现了羟基磷灰石超长纳米线的100升反应釜放大制备技术,该方法环境友好,具有批量化生产的潜力。新型水净化过滤纸是羟基磷灰石超长纳米线在环境保护领域应用的又一个新的研究进展。 相关研究工作得到国家自然科学基金等资助。