【纸能包住火】新型绿色环保多功能耐火纸

传统纸采用植物纤维作为主要原料,很容易燃烧。技术团队将纳米技术应用于造纸领域,在国际上独创发明了新型耐火纸,使“纸能包住火”成为现实。耐火纸采用羟基磷灰石超长纳米线作为构建材料,目前已完成中试。而且团队还开发了羟基磷灰石超长纳米线的替代材料—较低成本的磷酸钙纤维及其耐火纸,也已经完成中试待产业化。

装备制造

中试

技术详情

解决传统纸质变黄易燃性难题,减少大量纸质文物损毁消失,急需一种高性能耐火纸

由木材纸浆制成的传统纸含有较高比例木质素,因木质素在空气中和光照下会逐渐变黄,使得一些书籍和报纸保存一段时间后会变黄。植物纤维素本身也会产生一些酸性物质,时间久了会使纸腐蚀降解。

另外,传统植物纤维纸的易燃性致命弱点使得书籍和纸质文件在火灾中会被完全烧毁,这也是很多世纪以来众多纸质文物损毁消失的一个主要原因。


一、基于羟基磷灰石超长纳米线的新型绿色环保多功能耐火纸

羟基磷灰石,又称羟基磷酸钙或碱式磷酸钙,是一种天然矿物质,也是一种重要的生物材料,是人体骨骼和牙齿的主要无机成份,人体骨骼中含有约70%的羟基磷灰石,牙釉质中含有高达90%以上的羟基磷灰石。羟基磷灰石具有优良的生物相容性和生物活性,可诱导和促进骨再生,环境友好,在生物医学领域具有良好的应用前景。


羟基磷灰石是一种具有广泛分布的天然矿物质,具有优良生物相容性,环境友好,呈现优质白色,耐高温不燃烧的特性,是构建新型无机耐火纸的理想材料

本团队采用最新纳米技术,以羟基磷灰石超长纳米线作为原料制成,可有效解决羟基磷灰石材料的柔韧性差高脆性这一难题。

技术团队经过多年研究发展了新的低成本合成方法,采用环境友好的单一水作为溶剂取代油酸/醇/水混合溶剂,产物浆料白度高,减少了乙醇的使用量,并且不需要使用油酸,降低了成本。该制备方法环境友好,所用原料是普通、易得、廉价的化工原料。

并且初步实现了羟基磷灰石超长纳米线的小规模放大制备,研发了100升反应釜的制备技术,并且具有良好的重复性和稳定性。

100升反应釜

 目前已完成可自动化控制的大尺寸耐火纸中试制备平台搭建


该新型羟基磷灰石耐火纸呈现优质白色,具有高柔韧性,可任意卷曲,以及优异的阻燃、耐火和隔热性能,主要性能指标达到国家标准。

普通纸火烧几秒钟即快速燃烧化为灰烬。

新型耐火纸即使火烧到红热仍然不燃烧,可耐1300℃以上的高温。


新型耐火纸的优点 

1. 新型耐火纸具有优良的生物相容性,环境友好,造纸原料人工合成,无需消耗树木等宝贵的自然资源

2. 白度高,自然白色,无需加漂白剂

3. 耐高温,不燃烧,即使在1300℃高温下仍然可以保持其完整性

4. 可用于书写和彩色打印,有望应用于重要文件例如档案、证书的长久安全保存,免于火灾损毁

5. 具有多种用途,在多个领域具有良好的应用前景

6. 制造过程环境友好,具有良好产业化应用前景

该技术已通过中试放大,完成小批量生产,应用领域广泛

新型耐火纸可用于书写和彩色打印,适用于档案证书的长久安全保存,除此之外,还有其它广泛应用:



二、羟基磷灰石超长纳米线的替代材料— 较低成本的磷酸钙纤维及其耐火纸

磷酸钙是一种典型的生物医用材料,无毒无害,环境友好,生物相容性好,生物体内可降解,耐高温,耐火,白度高,隔热保温性能好。

医学应用: 可用作骨缺损修复材料,能促进骨生长;医药上用作制酸剂(胃酸过多患者用);磷酸钙能补充缺钙,骨折时也可以食用来促进骨折痊愈。也可用作牙科修复材料。

用作食品添加剂:抗结剂、酸度调节剂、营养增补剂、增香剂、稳定剂、水分保持剂。

用作家禽饲料添加剂:能促使饲料消化,使家禽体重增加。还可治疗牲畜的佝偻病、软骨病等。

用于涂料的着色和塑料稳定剂:用于制造陶瓷、彩色玻璃、磨光粉。也用于橡胶和印染行业等。

技术团队发展了低温(95 ℃)、敞开体系、低成本、环境友好的中试制备技术,可制备磷酸钙纤维,采用廉价、普通的化工原料,用自来水代替价格高的去离子水,该制备技术易实现批量化生产和产业化。


采用磷酸钙纤维制备的耐火纸具有优异的耐高温、 耐火性能。实验表明较低成本的磷酸钙纤维可以替 代较高成本的羟基磷灰石超长纳米线制备耐火纸。



该新型羟基磷灰石耐火纸的研究工作受到国内外广泛关注,并进行了大量报道

除本所最近发表的新型高柔韧性羟基磷灰石耐火纸的研究工作外,国际和国内尚未见到相关报道, 因此该研究工作属于原创性研究成果,在国际上处于领先地位。本项目已获得三项国家发明专利授权和一项美国发明专利。

传统宣纸遇到火仅仅几秒钟即燃烧化为灰烬,而新型无机耐火纸可长时间在火中不燃烧并保存完好。图5、图6来源于中央电视台科教频道«我爱发明»节目“纸能包住火”:

希望与功能纸业、耐高温电池隔膜、防火光(电)缆等领域企业合作,可进行技术入股、技术转让商务合作,延拓技术应用

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