特種紙一般是指擁有某一特定性能和用途、附加值比較高的紙種。特種紙大致可分為傳統特種紙和專門特種紙。傳統特種紙用於特殊的包裝、印刷及裝飾用途;專門特種紙則需要獨特的加工手段和專門的技術來製造,產品具有獨特的性能,通常市場容量較小。
特種紙這個名稱大約是20世紀60年代以後才逐漸流傳起來的,也有人稱之為特種加工紙。一般認為,特種紙源於1945年美國國立現金出納機公司(National Cash Register Co.)研製成功的無碳複寫紙。後來,其它特種紙不斷地推出,拓展了人們的視野,改變了人們對紙的傳統看法。在原料方面,特種紙不限於植物纖維,非植物纖維如礦物纖維、動物纖維、人造纖維(包括無機纖維、合成纖維)也可;在結構上,除纖維交織層外,還增加了塗布層數;在效果上,可根據需要按設計來抄造。這些都是過去所沒有的。
當今世界已有的約5000多種紙中,直接以水為介質的溼法抄造的天然植物纖維紙僅佔少數,大多數是經過加工的紙,以及部分非植物纖維抄造的紙。賦予紙及紙製品各種功能,僅僅利用紙原料纖維本身的性能是遠遠不夠的,還要利用纖維二維平面狀展開後聚集體的性能,例如利用氣孔等;利用紙在二次加工後產生的各種功能,例如經過塗布、複合、成型、變性、整飾加工等過程,來改變或提高紙張原有的形狀、外觀和物理化學特性。
從市場發展角度看,由於新技術不斷進步,特種紙生命周期變化越來越快。如打字蠟紙、複寫紙已被電腦製版和無碳複寫紙取代;在原材料優劣的比較方面,如紙與塑料、紙與無紡布之爭,特種紙也可能被其他材料取代。如電容器紙被聚酯膜取代、玻璃紙被聚乙烯膜取代等。除市場因素外,特種紙在技術上對原材料、紙機、塗布機、化學助劑(如高分子聚合物、表面活性劑、防水劑、防油劑、抗靜電劑、阻燃劑、膠粘劑)等都有較高的要求。
在中國臺灣和日本,造紙界還提出了功能紙的概念(也有人稱為機能紙)。所謂的功能紙—般是指以非植物纖維抄造而成、具有特殊功能的紙種。1962年9月,日本造紙界的一些人士成立了「機能紙」研究會,把開發新紙種作為該會的奮鬥目標。
日本的特種紙生產水平在國際上處於領先地位,目前從事特種紙生產的企業有近百家。1998年日本特種紙的總產量為90萬噸,佔紙張總產量的5%左右,其產品價格是普通紙張價格的1.6-6倍。在美國和日本,小紙廠靠生產多品種、小批量的各種工業用紙、特殊生活用紙單獨供應具有特殊需求的用戶也能生機勃勃,穩定發展。
我國在特種紙開發、生產領域滯後於美國、日本和歐洲國家,從整體上講與國外的先進水平有很大差距。但通過近幾年的調整發展、優化創新,也湧現出一批品種比較齊全、具有特色的企業,在國內的特種紙市場上有較強的競爭力,部分產品已經開始出口。目前國產特種紙在一些品種方面已經佔據國內市場的主導地位,但在一些具有較高技術含量的、在國內有一定市場的特種紙方面,仍然是國外的產品佔據主導地位。
另一方面,我國造紙企業與國外造紙巨頭比規模,明顯底氣不足,不具備競爭優勢,中小企業尤其受到技術、資金和管理水平的局限。因此,中小造紙企業應更多地朝多化方向發展;並且,便於生產多品種的紙機是小紙機,而非大紙機。大型紙機產量高、設備先進、自動化程度高、單位能耗低,但其投資大、風險大、對多紙種生產的適應性較差。而新型的小紙機投資較少、風險小、設備結構緊湊、佔地面積小,並且採用了壓力成型、直接引紙、熱壓榨、軟壓光等先進技術,使紙機的裝備水平有很大提升;不僅克服了傳統小紙機自動化程度低、單位能耗高等缺點,同時也克服了大紙機投資大、風險大的缺點,而且融入了大型紙機自動化程度高、單位能耗低、操作容易等優點,對紙種具有更廣泛的適應性。我國中小造紙企業應另闢蹊徑,著力引進、研發、配置新型小紙機,既可滿足普通紙生產的要求,又可生產特種紙,從而增強市場競爭能力。
因此,加快發展中國自己的特種紙和功能紙製品,參與國際市場的競爭是中國特種紙企業提高競爭力和產品附加值的當務之急。我國特種紙的研究開發起步較晚,但隨著人們生活和文化水平的提高、科技的進步,必將推進特種紙在新材料應用領域有更大的拓展,前景十分廣闊;同時我國加入WTO後,經濟交往更加頻繁,有利於開發小批量特種紙出口市場,其前景將更好,機遇更多。
現將筆者經營、了解、熟悉,以及從各種渠道獲悉的部分特種紙介紹如下,以期拋磚引玉,引起業內學者、企業對特種紙領域的關注。限於筆者的水平、知識面和寫作時間,本文介紹的特種紙僅是目前國際上已有的特種紙產品家族中的一小部分。希望有更多的專家發表高見。造紙術的發明是中國對人類的巨大貢獻,相信在業內同行的共同努力下,中國的特種紙產業將得到更大的發展,並儘快縮小與發達國家的差距,為造紙古國增添新的光彩。
一、文化類特種紙
1) 無碳複寫紙(無碳紙)
國際上一般認為,首開先河的特種紙是1945年由美國國立現金出納機公司National Cash Register 公司研製成功的NCR紙。這種紙從外表看與普通紙並無明顯的不同,但是它可用來複寫,產生與藍色複寫紙相同的效果,並且不會玷汙手指和衣物、更方便衛生。由於製造這種紙沒有採用複寫的碳料成分,因此把它取名為無碳複寫紙,簡稱無碳紙。
為什麼要把無碳複寫紙歸入特種紙之列呢?首先,紙的結構特殊。無碳紙一般分為上、中、下頁紙,每頁紙上又有三層不同的結構,這是過去的普通紙所沒有的;其次,添加的化學品特殊。例如無碳紙需要製備微囊,使用無色染料、顯色劑等,而普通紙卻只需添加一般的化學品(如松香膠、變性澱粉)就可以了;第三、加工工藝特殊。無碳紙的塗抹作業依不同面層面而異,需要經過多次塗抹,而且加工技術難度較高。而普通紙有時就不必另行加工了;第四,應用領域特殊。無碳紙多數用於金融財政、航空航天、電子通訊、國防軍事等部門。
2) 特種書刊印刷紙
一般認為書刊印刷出版離不開膠版紙、膠印書刊紙、銅版紙之類。但是,由於印刷技術的突飛猛進和多媒體的互相競爭,許多高級印刷花紙(名稱五花八門,如蒙肯紙、壓紋紙等),已經成為圖書出版業的新選擇。這些適合特殊印刷/包裝的特種紙品,名目繁多,快步擠進書刊出版業,打破了原來「印刷用紙」的一統天下和標準開本的老一套,讓特種(藝術)紙異軍突起,使書刊面貌煥然一新,吸引了更多的讀者和收藏家。
3) 防洩密紙
加拿大公司研製出的一種表面經過特殊處理的紙。在需要保密的地方,只需用配套的專用鋼筆---劃線器劃分出來即可。這種鋼筆水透明無色,與紙面接觸會產生一條複雜的花紋。花紋不妨礙文章的閱讀,但會破壞複印機敏感件的正常工作,使複印後的文章中的保密地方出現一條黑帶,從而達到保密的目的。
4) 防篡改紙
法國開發了一種防篡改安全紙張「Secura"。它採用先進的壓縮印刷技術,筆尖、點陣印表機或凸版印刷產生的壓力作用於「Secura" 紙上時,會與紙張纖維的內部及紙背面引起化學反應,一分鐘後即在紙背面上出現記號或文字圖案。而在紙的正面,有一層化學製劑,可防止文件被塗、擦、劃、刮和彩色複印。如果用有機溶劑、氧化還原劑、酸、鹼等溶劑來塗改時,製劑會進入紙張纖維,並在其中留下一個彩色記號。該紙的表面還附有一層調色劑,如用橡皮擦或用刀刮劃,也會在紙張表面對紙纖維內部產生一個彩色記號。
5) 會發聲紙
日本奧林巴斯光學工業公司開發出一種會發聲的紙,用特殊掃描筆讀取印在紙上的細點條碼,就能聽到聲音。該公司和出版社合作,出版會發聲的書。該書用寬8.4毫米的細點條碼記錄聲音,藉助掃描筆幫助,讀者可以從耳機中聽到聲音。
6) 耐壓紙
在木材纖維中加入合成纖維,再經過特殊加工處理後製成的一種彈性強、韌性好的紙種。用它可印書報雜誌、名片等,經久耐用。
7) 納米防水紙
在日常生活中,普通的紙張怕水、怕潮;膠版印刷紙和靜電複印紙雖然防水、防潮,但書寫不便。納米防水紙除保持紙張原有的書寫、複印等功能外,還具有普通紙所不具備的超級疏水性和防潮、提高印刷表面強度、降低伸縮率的特殊性能。由於其增加的成本僅為普通紙成本的10%左右,這種納米防水紙具有良好的市場潛力,可以用來印刷耐水書刊、長期保存的文件、軍事地圖等。
8) 安全線紙
安全線又稱防假線、張伯倫線,它是在抄紙時利用特殊裝置將由金屬或塑料製成的線加入紙頁中特定位置的一種防偽標誌。隨著科學技術的發展及工藝的改進,安全線技術不斷發展,品種也很多。
目前常用的有:隱形單色與雙色螢光安全線;在室溫下呈現不透明粉紅色,當用手指給以局部達到37℃ 時,加熱處顯示縮微印刷文字的熱敏安全線;印有紫外螢光文字的安全線;顏色隨觀察角度而變化的安全線;不僅可以顏色變化還含有圖案變化功能的雷射全息安全線;用特定儀器檢測的金屬和磁性安全線;防止利用彩色複印機造假的段間隔暴露於紙面的開窗安全線,此安全線,對光觀察是一條可見的完整或斷續(開窗)的線埋子紙基中,線的形狀有直線形、波浪形、鋸齒形等。當用複印機複印採用此技術的印刷品時,暴露的金屬線會變成黑色間斷的虛線;用磁性塗料塗敷、施加染料、局部鍍金屬、力口網孔等措施,製成的磁性安全線等。安全線紙技術常用於煙包等盒式包裝材料上。
9) 防複印紙
所謂防複印就是防止將原件經過複印機複印出和原件完全一樣的製品,避免其達到偽造的目的。利用底色花紋印刷,隱藏文字、花紋、圖案的防複印紙的特點,是在紙上印有閱讀或辨認時幾乎沒有任何障礙的底色花紋,這是一種極細的網點花紋或隱藏的文字、圖案印刷。一旦複印後,花紋或隱藏的文字、圖案就鮮明地顯現出來。
A VIOD標識紙
含有一種防止彩色複印的物質,當將商標等防偽印刷品用彩色複印機複印或掃描儀掃描時,它會清楚地顯示「VIOD"字樣,標識印成黑白兩色。這種VIOD標識可用於CD-ROM、電腦軟體、化妝品等的包裝上。
B 著色防複印紙
其原理是用特定的染料和顏料將基紙著色,複印時經曝光,因文字圖像部分和背景有相同的吸收,反差消失。對感光體曝光時幾乎全曝光,沒有反差,複印件全部變黑而不可能形成圖像。這種方式的缺點是原件不容易辨認。目前已實用化的顏色是紅褐色。
C 光致變色防複印紙
所謂光致變色就是某些特質經光照後顏色發生變化,離開光照後返回原色。光致變色防偽紙就是含有這些物質的防偽紙。這種防複印紙是在紙基上塗上化學變色(著色或消色)材料,在複印過程中利用曝光被激發而變色,使背景部分和圖像部分的反差沒有差別而不能被複印。原件離開複印機後,背景部分再度回復到無色狀態。
D 光致發光防偽紙
在複印曝光時由於光激發而發光,複印物變成白色狀態而不能被複印。
E 螢光紙
利用紙基上含有螢光物質(造紙過程添加螢光助劑或採用螢光纖維),在複印過程中利用螢光物質的發射波長的長短,使複印件變成全黑色或全白,達到防複印的目的。
F 漫射防複印紙
此類防複印紙在紙基表面塗上一層直徑很小而發射率較大的材料,如鋁粉、10粒徑的二氧化鈦、吸收紅內線的玻璃粒子等,通過紙面的漫發射來覆蓋或減少紙與圖像的反差,使複印件呈現黑色而達到防複印的目的。
G 偏振防複印紙
這種防複印紙是將偏振片製成膜覆蓋在紙基上,在複印時利用光的二色性,減少字與紙對感光鼓的反差,使複印件呈黑色。
H 熱致變色防複印紙
這種防複印紙是在紙基上塗有常溫時為無色的熱致變色材料,當進行複印時,由於複印機的發熱而發色,使圖像部分和背景之間的反差消失而不能複印。當恢復到常溫時消色,背景部分即原件變成原來無色狀態。目前採用的是熒烷素消色的無色材料、苯酚顯色劑,氨基苯基汞雙硫腙鹽等。