科學家早已能用木材製造頭盔、電池甚至跑車,如今,他們又把目光投向日常幾乎人人接觸卻少有人在意的熱敏紙,這一變化有望在悄然間大幅降低環境與健康風險。
熱敏紙是超市小票、餐廳帳單、電影票、登機證等各種票據和收據的基礎材料,其特點是在紙張表面覆上一層特殊化學塗層,通過加熱即可顯色,無需墨水,既能長期保存信息,又便於大規模低成本生產。然而,這層塗層中通常含有雙酚A(BPA)或雙酚S(BPS)等有毒化學物質,熱敏紙在被當作普通廢紙回收時,這些毒物會擴散到水體和土壤中,長期頻繁接觸小票的人體內也檢測到相關成分,環境與健康隱患不容忽視。

要開發替代材料並不容易,新型熱感紙必須同時具備遇熱顯色、不易褪色、價格低廉且環境友善的多重特性。瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)的研究團隊近日提出了一種新的解決方案:用木材中的木質素配合源自植物糖的敏化劑,製備用於熱敏紙的功能性塗層,從而在不改變現有熱敏打印工藝的前提下,顯著降低毒性。
木質素是天然存在於木材中的「膠水」,負責將木纖維粘結在一起,但在造紙和木材工業中往往被當作廢料丟棄。研究人員發現,木質素本身含有可作為顯色劑的化學基團,其工作機制與傳統小票和票據中的顯色體系相似,可以在受熱時發生顏色變化。問題在於,未經處理的木質素結構複雜、顏色較深,不適合作為需要淺色背景的紙張塗層。
為此,團隊採用了一種名為「順序醛輔助分離」(sequential aldehyde‑assisted fractionation)的方法,對木質素進行處理,以獲得顏色較淺、結構更適合作為聚合物的木質素材料。隨後,他們將這種木質素聚合物與源自植物糖的敏化劑結合,使其在熱敏列印所需的高溫下更為活躍,再將二者混合成薄塗層施加到紙張表面,最終實現了在標準熱敏印表機中直接使用的新型紙張。
測試結果顯示,這種木質素基塗層既可持續又具有較好的耐久性:在暴露於直射陽光數月後,塗層狀態依舊穩定,打印出的字跡在存放一年後仍然清晰可辨。毒性方面,木質素塗層雖然並非完全無害,但其毒性水平比BPA低兩個到四個數量級,而糖基敏化劑則未顯示出任何毒性,整體風險大幅下降。
目前,此生物基熱敏紙仍有對比度不如傳統小票的缺點,也就是說列印出的黑白反差較弱,影響可讀性,研究團隊仍需繼續優化配方和工藝,以提高畫面品質並實現產業化生產。相關研究論文已發表於《Science Advances》,研究者認為,隨著技術成熟,這項利用木業廢料製備更安全熱敏紙的方案,有望在帳單、小票等日常載體上得到廣泛應用,在不改變用戶習慣的前提下,顯著減少有毒化學品的排放與暴露。








