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石油基包裝材料（如購物袋、塑料書皮、文件袋等）具有耐水耐用、成本較低、多功能性等特點，使用量較大。然而，塑料制品帶來的白色污染問題日益突出，因此，尋找生物質(zhì)基包裝材料成為學(xué)界關(guān)注的熱點。來源于生物質(zhì)材料的紙張因具有可降解、可再生、易于表面修飾等優(yōu)勢，作為一種通用型基材獲得廣泛認(rèn)可。但是，紙張固有的親水性較強，因此如何提高紙張的疏水和防水性能，進而擴大其應(yīng)用范圍成為研究的熱點。

對于改善紙張疏水和防水性能，常用的技術(shù)包括表面淋膜、漿內(nèi)施膠和表面施膠。商業(yè)中常使用聚乙烯、聚丙烯等通過淋膜技術(shù)來提高紙張的防水性，如一次性紙杯、食品包裝盒和包裝袋等，造紙工業(yè)中常使用AKD乳液通過施膠工藝來改善紙張的抗水性能，但存在紙張回收困難、難以降解等問題。表面施膠能賦予紙張優(yōu)異的疏水和防水性能，與上述改性紙張相比，提高了水珠在紙面的滾落能力，改善了紙張的防水性和耐用性，且解決了回收再利用的問題，能夠達到與塑料相媲美的效果。

基于以上原則，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所功能高分子材料研究中心研究員吳敏課題組提出了一種賦予紙張表面高疏水性能的策略，該方法的實施是基于對纖維素材料進行形貌和性能的調(diào)控。該課題組首先利用組內(nèi)已有的技術(shù)制備出不同尺度的疏水片狀纖維素（圖1b-d），然后通過調(diào)控不同片狀纖維素的含量制備出環(huán)保型水基紙用防水劑。隨著防水劑中疏水片狀纖維素含量的增加，水接觸角呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢（圖2）。該紙張具有優(yōu)異的耐水性能，即使在水中浸泡8小時，仍能保持其原有的狀態(tài)（圖3）。

盡管如此，仍無法完全體現(xiàn)出該疏水紙的優(yōu)勢，因此，研究人員通過實驗室已有技術(shù)制備了克重為80 g/m2的輕量化牛皮紙張，并利用片狀纖維素基涂層進行疏水改性。與市面上已有的A品牌和B品牌使用的包裝袋比較（表1），研究人員發(fā)現(xiàn)該包裝紙在相對較低的定量下具有優(yōu)異的力學(xué)性能和疏水性能。其中，該紙張的橫、縱向濕抗張強度最高可達1.12 kN/m 和1.81 kN/m，相比于A品牌和B品牌分別提高了387% 、364%與918% 、1545%。該紙張的Cobb值約為16 g/m2，水接觸角最高可達140°，具有優(yōu)異的疏水和抗水性能。此外，紙張改性前后的顏色無明顯變化，具有良好的可印刷性能（圖3）。這種紙張疏水改性的方式為“以紙代塑”提供了一條簡單高效的途徑。

圖1 （a-d）分別為機械處理0 h、4 h、8 h、12 h的片狀纖維素；（e）未改性紙；（f）疏水紙的SEM形貌圖

圖2 紙用防水劑中疏水片狀纖維素基含量對靜態(tài)接觸角的影響

圖3 耐水性實驗（a）初始狀態(tài)；（b）浸泡0.5 h；（c）浸泡8 h

圖4 改性紙的宏觀形貌及其印刷性能