تکنولوژی نانو تحول بزرگی در علم مواد ایجاد کرده است که برای صنعت کاغذ نیز اهمیت زیادی دارد. اگر ابعاد نانو مواد به پایین تر از طول بحرانی کاهش پیدا کند رفتار کاملا متفاوتی را می توان از آن مشاهده کرد . استفاده از خواص مواد در مقیاس نانو امکان ساخت مواد با کارایی و خواصی که دسترسی به آن ها قبلا ممکن نبوده است فراهم می شود . نانو ساختار ها در اشکال مختلفی از قبیل پودر ، کامپوزیت و دیگر شکل ها باعث ایجاد تحول در شماری از بخش های صنعتی می شوند که در ادامه به چند مورد از آن ها اشاره خواهیم کرد  :

• پوشش ها و رنگ
• چسب و پلیمر های رسانا
• حفاظت زیست محیطی
• حفاظت در برابر خوردگی
• حفاظ های کارکردی
• مواد زیست سازگار
• دارورسانی
• چاپ کارکردی
• مخابرات نوری
• تصفیه آب
• منابع انرژی قابل حمل
• جوهر و کاغذ های الکترونیکی
• منابع انرژی قابل حمل

نانومواد شامل موارد زیر می شود :

• خوشه های اتمی (نقاط کوانتومی ، نقاط نانومتری ، ماکرومولکول های معدنی)
• گلوله هایی با ابعاد کمتر از ۱۰۰ نانومتر (مواد نانوبلوری ، نانوفازی ، نانوساختاری)
• الیافی با قطر کمتر از ۱۰۰ نانومتر (نانومیله‌ها، نانوصفحه‌ها، نانولوله‌ها، نانوالیاف و سیم‌های کوانتومی)؛
• فیلم هایی با ضخامت کمتر از ۱۰۰ نانومتر
• نانوکامپوزیت ها
• نانو حفره ها

ترکیبات نانومواد

ترکیبات نانو مواد شامل عنصر طبیعی است که مهم ترین آن عبارتند از : سیلیکات‌ها، ‌ کاربیدها، ‌ نیتریدها، اکسیدها، بوریدها، ‌ سلنیدها، تلوریدها، ‌ سولفیدها، ‌ هالیدها، آلیاژها، ‌ فلزها و پلیمرهای آلی. هم اکنون فناوری نانوذرات بر تعدادی از محصولات و خدمات ، از جمله صنعت کاغذ تأثیر گذار است . پیشرفت های اخیر موجب کاهش نیاز به مواد برای ساخت محصولات و افزایش کارایی سوخت در خودرو ها و هواپیما ها شده است . علاوه بر آن کنترل ساختار مود در مقیاس نانو در بهبود کارآیی مواد مغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرد . این روند باعث افزایش کارآیی موتورها و ژنراتورهای الکتریکی خواهد شد. انواع مواد دیگر به خصوص آن هایی که در باتری ها و پیل های سوختی به کار می روند نیز به روش های مشابهی در حال بهبود و ترقی هستند. نتیجه این‌تلاش‌ها به صورت منابع تولید نیروی سبک و قابل حمل در تلفن‌های همراه، رایانه‌های کیفی و موارد دیگر دیده می‌شود. در زمینه کنترل خواص سطحی مواد در منسوجات، رنگ‌ها و پوشش‌ها نیز‌ خواصی همچون قابلیت نفوذ هوا در مواد، ضدآب و ضد لک بودن لباس‌ها و فرش‌ها دیده می‌شود.

کاربرد نانو ذرات

نانوذرات سطح ویژه بسیار بالایی دارند و کاتالیست های بسیار فعالی هستند . از نانو ذرات به منظور بهبود خواص و تنوع پلاستیک ها استفاده می شود . از دیگر کاربرد های نانو ذرات استفاده در کلوئیدها ، صفحات خورشیدی ، جوهر چاپگر ها و رنگ ها است .

رنگدانه برای جوهر

پیشرفت های اخیر در تکنولوژی نانو فرصت های جدیدی را برای سازندگان و مصرف کنندگان جوهر به وجود آورده است تا با استفاده از آن بتوانند خواص و کارایی جوهر را افزایش دهند . به طور مثال BASF تخمین می زند که این دسته از محصولات فناوری نانو ده درصد از فروش اخیرشان را شامل می شود . از محصولات فناوری نانو در این عرصه می توان به رنگدانه های نانومتری اشاره کرد که شامل دی اکسید تیتانیوم است و ظرفیت بالایی در جذب نور دارد . درحال حاضر محققان تلاش می کنند تا با استفاده از نانومواد ، بدون استفاده از رنگدانه های متفاوت به رنگ های متفاوت دست یابند . لازم به ذکر است این رنگ ها با توزیع نانوذرات هم اندازه ایجاد می شوند و دقیقا به همان شکلی که رنگ بخش های مختلف بال پروانه ها با هم تفاوت دارد می باشد . پژوهشگران برای حل مشکلات چاپگر های استفاده کننده از سیستم های جوهر متفاوت برای چاپ بر روی پلیمرهای قطبی مثل پلی‌استر و پلی‌آمید، پلاستیک‌های غیرقطبی مثل پلی‌اتیلن و پلی پروپیلن در حال توسعه پلیمر های چند شاخه از پلی یورتان ها هستند . تعداد بسیار فراوان گروه‌های عاملی بر روی پلیمرهای چند شاخه، گروه‌های پیوندی کافی برای اتصال جوهر به نقاط چسبنده بر سطح پلیمر را ایجاد می‌کند. از کاربرد های دیگر نانو ذرات ، چاپگرهای جوهر افشان است . به طور مثال شرکت دیگوسا از فناوری نانوذرات به منظور توسعه محدوده ای از رنگدانه های کوچک استفاده کرده است تا بتواند پایداری رنگ بر روی سطوح را افزایش دهد .شرکت Nano products  در آمریکا نیز خط تولید جدید خود را با استفاده از نانو ذرات راه اندازی کرده است . ترکیبات ، رنگدانه ها ، پوشش های دی الکتریک ، هادی و مغناطیسی، نمونه‌هایی از جوهر و فازهای پراکنده نانومتری هستند.

سیستم‌های نگهداری

صنعت کاغذ، سال‌های زیادی است که از اصول علوم و فناوری‌نانو به‌ویژه در زمینه شیمی‌ تَر، برای توسعه سیستم‌های نگهداری بهره گرفته است. یک سیستم نانوذره اولیه -که هنوز هم مورد استفاده قرار می‌گیرد- یک نانوذره آنیونی (سیلیکای کلوئیدی) و نشاسته کاتیونی را با هم ترکیب می‌کرد. نسل بعدی این سیستم که در سال ۱۹۹۲ به‌وجود آمد شامل ذرات سیلیکای ساختاری با طراحی خاص است که به منظور ترکیب با پلی‌اکریلامید کاتیونی (C-PAM) سنتزی به‌وجود آمده‌اند و مشخص شده است که ساختار بسیار مرتب این نانوذرات موجب واکنش بسیار بهتر آنها با C-PAM می‌شود. کره‌های سیلیکا در نانوذره ساختاری، ‌ پیوندهای کوالانسی بسیار قوی سیلوکسان را به وجود می‌آورند که تنش‌های‌ ماشین نمی‌توانند به‌راحتی آنها را بشکنند. در سال ۲۰۰۰ شرکت Eka Chemicals سیستم Compozil Select را ارائه کرد، که یک سیستم نانوذره‌ای مبتنی بر مولکول‌های کلوئیدی سیلیکای آنیونی و ترکیبات پلیمری کاتیونی مثل صمغ، گوار، پلی‌اکریلامیدها، ‌ نشاسته کاتیونی و آشغال‌گیرهای آنیونی است. مولکول‌های بسیار کوچک، سطح ویژه و دانستیه بار بسیار بالایی ایجاد می‌کنند. این خواص کلیدی موجب بهبود لخته‌شدن و بهبود سیستم نگهدارنده می‌شوند.

پوشش‌ها

پوشش‌‌ها یکی از نانومواد بسیار مهم هستند، که در موارد بسیاری، ‌ از پوشش‌های مقاوم نسبت به خش در شیشه‌ها گرفته تا وسایل خود تمیز کن کاربرد دارند. یک نمونه از این موارد، پوشش کامپوزیت نانوسرامیکی از جنس آلومینا و تیتانیا با نام تجاری Nanox۲۶۱۳ است که شرکت Inframat آن‌را ساخته است. دوام این نانوسرامیک آلومینا/تیتانیا در مقایسه با مشابه سرامیکی، بین چهار تا شش برابر است و در عین حال، فاکتور سختی آن نیز دو برابر بیشتر از نوع غیر نانومتری است. علی‌رغم قیمت بالای این محصول (۳۰ تا۵۰ دلار به ازای هر پوند) استفاده از آن از نظر اقتصادی به صرفه است. به عنوان مثال، نیروی دریایی آمریکا اکنون با استفاده از پوشش نانوساختاری در موارد زیادی از جمله شیرهای ورود و خروج هوا در زیردریایی‌ها حدود ۴۰۰ هزار دلار در هر کشتی و به طور تقریبی ۲۰ میلیون دلار در ده سال آینده صرفه‌جویی خواهد کرد. nanox به عنوان یکی از پوشش‌های مناسب برای تانک‌های شنی، شفت‌های پریسکوپ، شیرها و بسیاری از ادوات مورد استفاده در محیط‌های دریایی ارزیابی می‌شود. یکی از شرکت‌های معدنی که نیکل و کبالت را از سنگ‌های معدنی به دست می‌آورد، از پوشش Nanox در شیرهای موسوم به ball valve استفاده کرده است. چنین شیرهایی باید در مقابل عبور دوغابی از سنگ‌ریزه در محیط بسیار اسیدی و فشار بالا مقاومت کنند. شیرهای معمولی در چنین شرایطی فقط چند ساعت پس از جلادهی دوام می‌آورند، ‌ در حالی که دوره کار شیرهای پوشش‌دار به دو روز می‌رسد. nanox در صنعت خودروسازی نیز در مواردی همچون سیستم اگزوز مورد آزمایش قرار گرفته است. شرکت‌های نفت و گاز نیز در حال ارزیابی این پوشش برای پمپ‌های چرخشی هستند. دیگر کاربردهای پیشنهاد شده برای Nanox صنایع چاپ و کاغذسازی می‌باشد.

پیش بینی بازار فن آوری نانو در تولید کاغذ

نتیجه گیری