新颖！可重复利用的“花粉纸”，保护信息安全

研究背景

随着数字化程度的提高，无纸化数字技术受到越来越多的个人和商业通信的青睐。但是，纸仍然是世界上使用最广泛的材料之一。打印在纸上的墨水，仍然是安全、真实、长期存档存储和永久性方面最受信任的信息编码形式。因此，纸张的生产和使用仍然是自然资源可持续利用的一项重要研究。

虽然木质纸的基本成分是可再生的，但现代工业造纸是一个多步骤的过程，对环境造成严重的影响。制浆造纸工业消耗大量的自然资源（如木材和水）和能源，并产生废物（如化学品）。传统纸张生产也会产生温室气体、废水和排放物，并导致森林砍伐和不可逆转的环境污染，从而导致全球变暖。为了实现碳中性，需要付出很多努力来实现纸质回收；然而，传统纸张回收所涉及的过程，包括再造纸、去色和重建，是能源消耗、有毒化学品释放和温室气体排放的最重要因素。

近年来，“取消打印”的概念被提出，在保持纸张完整的同时去除打印纸上的墨粉。因为它不需要制浆，可作为取消色调的替代方案。既可以减少温室气体的排放，又可以通过取消打印实现废纸的真正就地再利用。现在已经开发了几种实现取消打印的途径。

考虑到碳粉是一种塑料物质，通常采用氯仿、二甲基亚砜和丙酮等有机化学物质，通过物理去胶或振荡将调色剂材料从木基纸上去除。但是，这些化学物质的使用会带来环境和健康风险，且墨粉的机械擦除还可能会损坏纸张的完整性。在光学取消打印的方法中，使用具有高强度光输出的激光或氙灯烧蚀打印纸上的墨粉，可以将化学用途的依赖程度降到最低，但纸张的机械完整性仍可能受损。且氙气灯对浅色调色剂的去除率低于黑色调色剂，进一步限制了其实用性。

鉴于纤维素和墨粉对绿色溶剂的天然惰性，纸张和墨粉之间的机械分离可能是最有前途的去色方法；但是，墨粉的机械剥离可能会破坏纤维素纤维，从而影响再生纸的再利用。因此，寻找一种可持续的、无破坏性打印，且在不使用对环境不利的化学品或光学干预的情况下进行无损和机械回收的纸张，显得至关重要。

研究成果

鉴于环境挑战、对自然资源的有害影响以及与传统木基纸制造相关的废物，制定可持续的战略，从天然材料中获取、生产和回收纸张至关重要。近日，新加坡南洋理工大学Nam-Joon Cho教授通过环保、经济、可扩展和低能耗的制造方法，报道了基于天然植物材料的可重复使用和可回收纸张的开发和生产，为非过敏性天然花粉粒的产生提供了一种简单的途径路线。研究表明，基于花粉的纸张具有高质量的可打印性、可读性和可擦除性，从而实现了其重复使用。

基于工程花粉材料的pH响应性，提出了一种湿度稳定打印（长期保护打印信息）和按需取消打印（完全删除所有打印内容）的方法，展示了该花粉纸的独特功能。无论是纸张的重复使用性，还是确保打印信息的隐私和机密性，内容的擦除都更具挑战性，所以花粉纸比传统的单打印木基纸更具优势。这项研究为利用非过敏性花粉（可再生、自然丰富）作为可持续且可重复使用纸张提供了可能。本研究所使用方法可以很容易地扩展到其他产品的大规模生产，如用于储存、运输液体和固体材料的纸箱和容器。相关研究工作以“Recyclable and reusable natural plant-based paper for repeated digital printing and unprinting”为题发表在国际顶级期刊《Advanced Materials》上。

图文速递

图1. 示意图展示了花粉纸的打印和取消打印，以及通过溶胀引起的墨粉脱落进行的原位回收

图2. 利用原始花粉粒生产花粉纸的工艺

图3. 用于保存印刷内容的花粉纸的酸介导湿稳定性增强

图4. 浸泡在碱性溶液中时，用碳粉打印的花粉纸的擦除

图5. 花粉纸的脱印和后续原位回收机制

图6. 花粉纸的可转印性

结论与展望

在这项研究中，非过敏性花粉纸被提出并证明是一种木材印刷纸的环保替代品。这种花粉纸是由可再生的花粉粒通过一种快速直接的化学方法制备而成，无需进行繁重的机械加工。该纸展现出良好的柔韧性、半透明光学特性、高表面粗糙度和优异的数字印刷适性。值得注意的是，利用工程花粉材料的pH响应性，研究者可以轻松地使用酸性和碱性溶液，将花粉纸在墨粉稳定和墨粉可擦除之间切换，这是传统木质纸无法实现的。且可以无破坏性地回收花粉纸，并将其重复使用多次打印循环。

因此，这种既可回收又可重复使用的花粉纸有很大的市场潜力，开发用于一系列与信息安全和数据保护相关的可持续信息媒体产品。此外，将导电材料与花粉纸相结合，以生产具有特征pH响应性和自然粗糙度的创新纸质材料，可以在软电子、绿色传感器和发电机中找到潜在的应用，以实现先进的功能和性能。

文章链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202109367