基本信息
- 项目名称：
- 纳米碳酸钙基耐水浸型特种合成纸
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 该作品借鉴内墙壁在经涂料粉刷后具有较好可书写性的原理，选用水基高分子材料和纳米碳酸钙作为主要原料，利用高分子界面化学原理和无机矿物质填充改性技术，经常规高分子制膜工艺加工而成的一种新型合成纸产品。该合成纸产品不仅具有优异的可书写性、印刷性；还具有一些新颖的特性，比如耐水浸性、阻燃性、防霉、手感柔和等。该合成纸产品，可广泛用于档案用纸、高质量的印刷、包装用纸、野外作业用纸等领域，用途极其广泛。
- 详细介绍：
- 本作品选择水基高分子材料和无机矿粉（纳米碳酸钙）作为主要原料，利用高分子界面化学原理和无机矿物质填充改性技术，经常规高分子制膜工艺加工而成一种新型的纳米碳酸钙基耐水浸型特种合成纸产品。采用黑色水性笔对合成纸的可书写性进行了测试表明，该合成纸表面较光滑，书写性良好，上墨效果优异；对合成纸的可印刷性测试可以看出，合成纸与传统纸张的打印效果基本相同，吸墨率较高，字迹清晰可见；从合成纸对图画打印效果可以看出，图中蝴蝶、花草、蓝天、白云等均清晰可见，图的渲染效果较好；将打印后的合成纸浸入水中数天后发现，由于纳米级碳酸对墨的高固定性，合成纸上的墨迹依然清晰可见，表明该合成纸产品具有优异的耐水浸性；此外，合成纸产品还具有机械强度高、阻燃、可降解、生产工艺简易、环保等特性。可见，该纳米碳酸钙基耐水浸型特种合成纸产品具有出色的可书写、印刷、耐水浸等性能，在档案用纸、广告用纸、野外作业用纸、包装用纸、纸币用纸、彩色相纸、快递信封等领域均显示了潜在的应用价值。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计的目的：本作品主要是为了制备一种具有特殊用途的合成纸产品，要求该合成纸具有可书写、印刷、耐水浸、制作简便等特性，并且能在档案用纸、广告用纸、野外作业用纸等方面具有广阔的应用价值。基本思路：作品的设计思路来源于内墙壁在经涂料粉刷后具有较好的可书写性，且墨迹不易被水擦去的生活现象。通过对上述原理的分析和探讨，本作品选用水基高分子材料和无机矿粉为主要原料，通过共混、搅拌、涂膜、干燥等工序制备一种具有可书写、印刷、耐水浸等功能的特种合成纸产品。其中，水基高分子材料提供合成纸的吸水性和机械强度；纳米级碳酸钙粉提供产品的吸墨性，即可书写、印刷性，同时，纳米级碳酸钙粉对墨具有极高的附着力，即使将合成纸浸入水中，墨迹也不易褪色。技术关键：如何选择合适种类的水基高分子材料和无机矿粉制造合成纸产品，解决产品的可书写、印刷等特性以及寻求工艺简单、低能耗、低污染的制备方法是该类合成纸制备的关键。作品主要创新点：1.设计理念独到。创作思路来源于对生活细节的观察和思考。借鉴于内墙壁的可书写性，利用水基高分子材料和纳米碳酸钙为主要原料，开发了一种合成纸产品。 2.选用材料科学。水基高分子材料提供合成纸的吸水和机械强 度；纳米级碳酸钙提供产品的吸墨性，即可书写、印刷性。 3.特种功能显著。由于采用了大量的纳米碳酸钙作为填充材料，该合成纸还具有耐水浸性、阻燃、耐撕裂、防霉等特种功能。主要技术指标：1）具有可书写、印刷等特性；2）吸墨牢固，上墨率高；3）防水，防潮，浸水不易褪色；4）生成工艺简单，便于投资等。
科学性、先进性
- 合成纸，又被称为第二代纸。它是以高分子树脂和无机填充物为主要原料，通过挤出工艺加工而成的，同时具有塑料和纸特征的多功能性复合材料。合成纸是一种新型塑料材料产品，具有比重轻、强度大、抗撕裂，印刷性好，遮光、抗紫外线，经久耐用，经济低廉等特点。目前的合成纸产品存在制备能耗高、生产工艺复杂、降解周期长、性能不突出等问题。本作品主要选择水基（水溶性和水分散性）高分子材料和纳米碳酸钙粉作为主要原料，利用高分子界面化学原理和无机矿物质填充改性技术，经常规高分子制膜工艺加工而制成了一种新型特种合成纸产品。本合成纸产品选用的水基高分子材料主要有完全水溶性的高分子材料（聚乙烯醇、聚环氧乙烷）和水分散性的高分子材料（水性聚氨酯）。选用的无机矿粉主要为纳米碳酸钙，一般可从天然的方解石、石灰石、白垩、贝壳等制得。其中，水基高分子材料可提供产品的机械强度和吸水性等；纳米碳酸钙提供吸墨性和耐水浸性等。因此，该合成纸产品具有良好的可书写、印刷、耐水浸等功能。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年2月10日，作品在湖南长沙被“湖南凯联投资管理有限公司”认定为“极具投资价值的品”。 2011年3月，该作品荣获校第四届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛“特等奖”。 2011年5月，该作品荣获湖南省第九届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛“特等奖”。
作品所处阶段
- 实验室研发阶段
技术转让方式
- 合作生产
作品可展示的形式
- （1）实物、产品；（2）产品基本性能展示；（3）测试后的实物样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该合成纸产品不仅具有可书写性、印刷性和机械强度等性能，还具有独特的耐水浸性、阻燃性、手感柔和等新颖特性。本作品的纳米碳酸钙基耐水浸型特种合成纸产品在生产过程中既不需要木材及天然植物纤维，也不需要添加强酸、强碱、漂白粉及众多有机氯化物，从根本上杜绝了造纸过程中因产生废水、废气以及其他有害废弃物而造成的污染问题。同时，该合成纸是以大量的无机矿粉完全溶入少量的水基无毒性树脂，生产过程十分环保，使用后即会降解成粉末，回归自然，不会污染环境。由于使用大量价格低廉的无机矿粉，该合成纸产品生产成本更为便宜，比普通木浆纸还要低10%左右。如果它能在某些特种领域替代部分传统纸张，那么，所创造的经济效益、生态效益将是巨大的。初步估计在以下方面会得到广泛的应用：1）档案材料用纸，2）高质量的印刷， 3）包装用途，4）野外作业用纸等。该合成纸的大力发展不仅可以满足众多特殊领域的应用要求，还可以带来巨大的经济效益和生态效益。因此，市场推广前景十分广阔！
同类课题研究水平概述
- 目前的合成纸是以普通的碳酸钙粉结合环保聚乙烯（PE）材料，通过原料兼容混合、造粒、成膜等技术，开发的一种低价、高质量的薄膜产品。固然，该合成纸产品采用了大量的普通碳酸钙粉作为填料，该类填料在降解后可以转变为土壤的主要成分；但所采用的高分子为聚烯烃类（聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等）类的材料，该材料是人们所熟悉的塑料袋的主要成分，曾经为白色污染的主要来源。因此，该类高分子材料阻碍了合成纸的可降解性，必将限制合成纸行业的发展。由此可以看出，选择合适的可降解的高分子材料才是合成纸行业发展的关键。本作品选择对环境更加友好的水基高分子材料，利用高分子界面化学原理和填充改性技术，经常规高分子制膜工艺加工而制成一种新型的纳米碳酸钙基耐水浸型特种合成纸产品。本作品的合成纸产品，选用水基的高分子材料（水性聚氨酯、聚乙烯醇、聚环氧乙烷）与纳米级无机矿粉（主要成分为纳米碳酸钙，一般可从天然的方解石、石灰石、白垩、贝壳等制得）为主要原料，利用高分子成膜技术制备而成。所选用的高分子材料为具有热加工性能，实际生产中无须使用任何溶剂；选用的填料为纳米级无机材料，两种主要原料对环境均不会造成污染。该合成纸产品在使用以后还可进行多次回收循环利用。该种合成纸产品无论在加工过程中，还是在后期处理上均对环境不会造成污染，并且该种材料的生物可降解性大大高于聚烯烃类材料。可见，该产品无论从原料选材，还是生产过程均不会造成环境污染，且能耗也较低。另外，即使将此类合成纸产品进行丢弃处理，也不会对环境造成白色污染。这主要是因为所选用的高分子材料均具有良好的生物相容性和降解性；无机矿粉可转变成粉末，还原土地，可以继续作为土壤成分，回归自然。选择无机矿粉——纳米碳酸钙作为合成纸的填充材料，这主要是由于纳米碳酸钙表面亲油疏水，合成纸中大量纳米碳酸钙的存在，会使合成纸吸墨牢固，喷墨列印不会被水浸蚀，即使浸入水中数天，墨迹也不会散开。同时，纳米碳酸钙粉比普通碳酸钙粉更加细腻，用它来生产合成纸，纸张表面会更加平整、光滑，手感会更加柔和。通过以上分析可以看出，用易于降解的水基高分子材料与纳米级无机矿粉兼容混合来制备的合成纸才能生产出性能更加优异的产品；才能真正的符合环保的要求；才能具有较好的经济效益和生态效益；才能真正走入市场，满足某些特种领域的使用要求！
