塑料的绿色替代→透气防水的纸质"铠甲"！

想象一下，如果能给纸张穿上一件既柔软又防水的"铠甲"，让它像塑料一样不漏水，却又能像纸一样自然降解,那该有多好?

现在，这个梦想已经成为现实。日本科学家开发出了这种创新技术，能让普通的纸张摇身一变成为塑料的绿色替代品。更不可思议的是，这种纸飞机能够承受7马赫的风洞试验！

【注：原始图片源于此论文。上图（a)为涂层纸飞机在风洞中。下图是在7马赫风力下产生的冲击波。】

这项技术就像是给纸纤维穿上了一件特殊的"透气雨衣"。科学家们使用一种叫做硅烷的化合物，让它在纸纤维表面形成一层仅有几微米厚的多孔涂层。这层涂层就像是由无数微小的"蜂窝"组成，让纸张既能防水又保持柔韧。通过将纸或纸制品浸入主要由烷氧基硅烷组成的低粘度液体中，然后在环境条件下干燥，在纤维素的纤维上会均匀形成几微米厚的多孔二氧化硅树脂层，多孔的二氧化硅树脂层为纸提供了出色的耐久性和防水性，同时保留了纸张原有的质地和柔韧性。由此得到的有机-无机复合材料可以替代许多塑料产品，并且在自然环境中很容易分解，不会造成污染。

【此图为论文中利用超涂层在构成纸的纤维素纤维上形成二氧化硅膜的示意图。首先，涂料溶液中的甲基三甲氧基四氢化硅分子（图左上方）会与纸和空气中存在的水分子发生水解反应，生成Si–OH四氢化硅醇基。然后，两个甲基三甲氧基四氢化硅分子的四氢化硅醇基通过脱水反应形成硅氧烷键连接。最后，甲基三甲氧基四氢化硅分子的四氢化硅醇基与纤维素纤维上的羟基发生脱水反应，通过Si–O–C键固定在纤维的表面（图右下方）。在生成的硅氧烷网络中有大量空隙，因此纸张非常柔软，而残留在空隙中的甲基（R）具有防水性。】

这个过程设计的非常巧妙，就像是在纸纤维上编织一张精密的网。首先，科学家们用一种特殊的"引子"(四异丙基钛酸酯)来启动反应，就像是编织时的第一针。然后，硅烷分子们就会自动地"手拉手"，在纸纤维表面形成一层保护网。这层网既紧密地"握住"纸纤维，又保持着呼吸般的多孔结构。这种二氧化硅涂层纸对人体无害，因为添加物不含有有机氟化合物、硼化合物或烷基三烷氧基硅烷。经过处理的纸张展现出了令人惊叹的性能：

Ⅰ.它能在水中泡上72小时而不变形

Ⅱ.保持原有的柔韧度，可以随意折叠

Ⅲ.强度大大提升，甚至能制作经得起高速气流冲击的纸飞机

Ⅳ.最重要的是，它在自然环境中可以安全降解

【注：图(b) 为涂料溶液固化后形成的块状体。图(c)为滴到涂层纸上的水滴 。图(e)为涂布了超涂层的纸制品 。图(d)为有涂层（左）和无涂层（右）纸吸管在水中浸泡3天后的照片。】

这项技术的意义远不止于此。在我们的世界里，每年有数以百万吨的塑料垃圾进入海洋和土壤，形成难以降解的微塑料，威胁着海洋和陆地生态系统。这种改良后的纸张，不仅能在日常生活中替代大量的一次性塑料制品，还能在使用后安全地回归自然界，不会留下永久的环境负担。

这好比一个循环：从树木和植物中获取纤维造纸，通过环保的方式强化纸张性能，使用后又重新回归自然。这种技术展示了科学创新的力量，也体现了人们追求与自然和谐共处的智慧。

对于未来，这项创新具有深远的意义。它告诉我们，解决环境问题并非只有依赖限制和禁止。通过科技创新，我们可以找到既满足人们的需求，又友善于环境的方案。这也是可持续发展的真谛:在满足当代人需求的同时，不影响下一代人满足其需求的一种能力。

正如这项研究展示的那样，人类的创造力是无限的。通过不断创新，人们是能够找到与自然和谐共处的方式,并为以后留下一个蓝色星球。

图片引用及论文出处：

Modern Alchemy: Making “Plastics” from Paper. Yoko Iwamiya, Masayoshi Kawai, Daisuke Nishio-Hamane, Mitsuhiro Shibayama, and Zenji Hiroi. Industrial & Engineering Chemistry Research 2021 60 (1), 355-360。DOI: 10.1021/acs.iecr.0c05173