宣紙是中華文化的瑰寶,迄今已有一千多年的歷史。宣紙以安徽涇縣青檀皮為原料,采用傳統手工工藝抄造而成,具有顏色潔白、紋理細密、質地堅韌、潤墨性好、耐老化等優點,享有“紙中之王、紙壽千年”的美譽。但是,傳統宣紙也存在一些問題:例如,由于安徽涇縣地理環境的特殊性,所產宣紙原料具有不可替代性,其原料緊缺;宣紙采用手工制作,需要100多個工序,生產周期長達1~2年,使其生產效率低、產量小、成本高;此外,宣紙易燃,歷史上有不少藝術作品都因火災而付之一炬。
有鑒于此,中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員朱英杰帶領的科研團隊,針對傳統宣紙存在的問題,以無機納米材料——羥基磷灰石超長納米線為主要構建材料,成功研制出新型“耐火宣紙”,該“耐火宣紙”具有易于書寫性,優異的潤墨性、抗霉性、耐久性、耐高溫性和耐火性等性能。
新型“耐火宣紙”具有良好的柔韌性,可以任意卷曲,白度高,生物相容性好,制備過程環境友好
實驗結果表明,新型“耐火宣紙”白度高(~92%),高于傳統宣紙的白度(~70%)。新型“耐火宣紙”比傳統宣紙具有更加優越的防霉性能,實驗結果表明,多種霉菌在新型“耐火宣紙”上均不能生長。新型“耐火宣紙”的使用壽命可達至少3000年,其性能明顯優于傳統宣紙。加速模擬老化2000年后,新型“耐火宣紙”的白度仍然為91.6%,白度保持率高達99.6%;而傳統宣紙加速模擬老化2000年后,其白度只有47%左右,白度保持率較低,只有大約67%。新型“耐火宣紙”加速模擬老化3000年后的白度為86.7%,白度保持率仍高達94.2%;而傳統宣紙加速模擬老化3000年后,其白度低于42.5%,白度保持率低于60%。新型“耐火宣紙”加速模擬老化3000年后的白度甚至仍然明顯高于沒有老化的傳統宣紙。在加速模擬老化過程中,新型“耐火宣紙”表現出優異的力學性能,加速模擬老化3000年后,“耐火宣紙”的拉伸強度保持率為81.3%;而相比之下,傳統生宣紙加速模擬老化3000年后的拉伸強度保持率僅為38%,傳統熟宣紙加速模擬老化3000年后的拉伸強度保持率為52.7%。耐火性能測試表明,傳統宣紙在火中僅僅幾秒鐘就迅速燃燒化為灰燼;而新型“耐火宣紙”具有優異的耐高溫和耐火性能,長時間在火中灼燒也不會燃燒并保持完好。
此外,新型“耐火宣紙”的制備只需3至4天,制備周期短,制備效率高。新型“耐火宣紙”有望作為耐高溫、耐火書法繪畫紙,應用于保護珍貴的藝術作品和重要文件免于火災的損毀。
傳統宣紙在火中幾秒鐘即快速燃燒化為灰燼;而新型“耐火宣紙”白度高,具有優異的耐高溫、耐火性能,長時間在火中灼燒也不會燃燒
新型“耐火宣紙”具有獨特的潤墨性能: (a, d) 傳統生宣紙的潤墨性能以及水墨在紙表面的接觸角; (b, e) 傳統熟宣紙的潤墨性能以及水墨在其表面的接觸角; (c, f) 新型“耐火宣紙”的潤墨性能以及水墨在其表面的接觸角
通過加速模擬老化方法評估所制備的新型“耐火宣紙”的白度穩定性,并與傳統宣紙做比較: (a) 加速模擬老化至3000年的過程中,三種紙的白度變化; (b) 加速模擬老化至3000年的過程中,三種紙的白度變化曲線圖; (c) 加速模擬老化2000年和3000年后,三種紙張的白度和白度保持率
參考文獻: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
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acssuschemeng.8b04630