石油基包裝材料（如購物袋、塑膠書皮、檔案袋等）具有耐水耐用、成本較低、多功能性等特點，使用量較大。然而，塑膠製品帶來的白色汙染問題日益突出，因此，尋找生物質基包裝材料成為學界關注的熱點。來源於生物質材料的紙張因具有可降解、可再生、易於表面修飾等優勢，作為一種通用型基材獲得廣泛認可。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效能，進而擴大其應用範圍成為研究的熱點。
對於改善紙張疏水和防水效能，常用的技術包括表面淋膜、漿內施膠和表面施膠。商業中常使用聚乙烯、聚丙烯等透過淋膜技術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，造紙工業中常使用AKD乳液透過施膠工藝來改善紙張的抗水效能，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異的疏水和防水效能，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，能夠達到與塑膠相媲美的效果。
基於以上原則，中國科學院理化技術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效能的策略，該方法的實施是基於對纖維素材料進行形貌和效能的調控。該課題組首先利用組內已有的技術製備出不同尺度的疏水片狀纖維素（圖1b-d），然後透過調控不同片狀纖維素的含量製備出環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，水接觸角呈現出先上升後下降的趨勢（圖2）。該紙張具有優異的耐水效能，即使在水中浸泡8小時，仍能保持其原有的狀態（圖3）。
儘管如此，仍無法完全體現出該疏水紙的優勢，因此，研究人員透過實驗室已有技術製備了克重為80 g/m2的輕量化牛皮紙張，並利用片狀纖維素基塗層進行疏水改性。與市面上已有的A品牌和B品牌使用的包裝袋比較（表1），研究人員發現該包裝紙在相對較低的定量下具有優異的力學效能和疏水效能。其中，該紙張的橫、縱向溼抗張強度最高可達1.12 kN/m 和1.81 kN/m，相比於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°，具有優異的疏水和抗水效能。此外，紙張改性前後的顏色無明顯變化，具有良好的可印刷效能（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接觸角的影響
圖3 耐水性實驗（a）初始狀態；（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效能
來源：中國科學院理化技術研究所
