基本信息
- 项目名称：
- 微孔结构石头纸的制备研究--利用“聚乙二醇-水洗”技术表面增孔
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 对碳酸钙表面改性，使其与高分子树脂相容造芯材颗粒；“聚乙二醇——水洗”增加表面微孔；利用适合调整表面采用芯层不同的成分的三层流延工艺制备复合薄膜。
- 详细介绍：
- 对碳酸钙表面改性，使其与高分子树脂相容造芯材颗粒；“聚乙二醇——水洗”增加表面微孔；利用适合调整表面采用芯层不同的成分的三层流延工艺制备复合薄膜。实验结果表明：偶联剂用量为2～3份时，可实现碳酸钙在高分子材料中的均匀分布;选择600～800目粒径的碳酸钙为最佳填料；轻钙重钙配合使用，减少了材料内部缺陷，提高了材料的综合性能；电镜显示800目填料的合成纸表面比600目的合成纸光滑，且碳酸钙填充量相同，纸张厚度越小，表面越粗糙。
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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
- 1．作品设计、发明的目的： 在全球号召节能减排的大背景下,以碳酸钙为主要原料的低碳“石头纸”的出现，不仅践行了两会所倡导的“低碳”主题，还给今后人们的用纸需求提供了多一种选择。然而由于传统合成纸在吸附性和高速印刷方面的不足，我们提出了以专用功能化碳酸钙为填料制备多孔合成纸。 2．基本思路： 为了解决一般合成纸吸附性的不足，提高石头纸的吸墨性，在原有制造石头纸的三层共挤流延技术的基础上，对填料碳酸钙进行进一步改性处理，使其能与聚乙二醇很好的结合，在碳酸钙外面均匀的包一层造孔剂聚乙二醇，在纸成型以后进行后处理时，将聚乙二醇用水从纸张中萃取出来，从而在纸张表面形成微米级的小孔，赋予该种纸张良好的印刷性能。 3．创新点： 该法在碳酸钙外面包覆一层易水解同时与聚合物有良好的相容性的聚乙二醇，在纸成型以后进行后处理时，将聚乙二醇用水洗去，留下许多微孔，聚乙二醇及水可循环利用。 4．技术关键： 通过有效的表面处理技术，并科学控制此过程中的速度和温度，达到了有效的控制合成纸表面的孔隙尺寸的目的，从而充分保证了环保合成纸具有良好的可印刷性和可书写性。 5．技术指标： 本技术可制备厚度在60～200μm范围，无机含量为50%～65%的合成纸，其外观光滑、均匀，放大可见有尺寸在0.1～0.5µm之间的微孔结构。采用本技术制备的合成纸进行油墨吸收性能测试，测得油墨吸收性达到19%，达到了涂布铜版纸的标准（15%～28%）。
科学性、先进性
- 为了更好地反映本发明的特色与创新之处，我们分别将其与传统纸及现有的技术进行对比，具体如下： 1．与传统纸的对比： 传统造纸业用水多、污染重,造成了水质的污染、森林资源的破坏。碳酸钙合成纸原料主要为石头（CaCO3），不需要砍伐树木，因此可以最大限度的保护人类生活的自然环境。此外，这种纸张还具有优于传统木浆纸的多项功能，如防水、防潮、防蛀、耐化学腐蚀、清晰度高、机械性能好、耐折叠好、展平性好、表面平滑度好和可降解等多种特性。 2、与当前市场普通碳酸钙合成纸（石头纸）的对比： 现在生产的产品的厚度要达到较薄的程度很难，尤其对印刷方式的适应性差，难以适应于高速印刷。合成纸表面质量是决定性能的关键，该法在现有生产技术的基础上在碳酸钙外面包裹一层易水解同时与聚合物有良好的相容性的材料。在纸成型以后进行后处理时，将这层材料（比如聚乙二醇）用水洗去（无毒），留下许多微孔，使纸张表面和内部都形成了均匀的毫微米级的小孔，很好的弥补了合成纸印刷性能差这一大缺陷。
获奖情况及鉴定结果
- 1、“挑战杯”山东科技大学第六届学生课外学术科技作品竞赛二等奖
作品所处阶段
- 暂处于中试阶段
技术转让方式
- 暂无
作品可展示的形式
- 图片
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
- 1、使用说明： 本品完全可以代替传统印刷用纸，提高印刷速度，以达到高速印刷和书写的相应要求。 2、作品的技术特点和优势： 本产品在传统合成纸的基础之上，采用“聚乙二醇—水洗”表面增孔技术，通过在其内部做孔的形式，增强产品对水的吸附能力，从而达到与传统木浆纸相同的印刷效果 。 3、适应范围： 本产品在合成纸应用的基础之上进一步扩大其在印刷领域的应用，可用于印刷纸、书写纸、涂布纸、图画纸、打字纸等。 4、推广前景的技术性说明： 本品将碳酸钙专用母料和高分子材料经高速预混做成预混料，采用多层流延共挤技术成膜，后经水洗处理进行表面造孔。 5、市场分析和经济效益预测： 本产品完全可以替代传统木浆纸，按照我国目前对印刷用纸的需求量，如果建成年产4000吨的复合生产线，以铜版纸为核算依据，生产成本6000元/吨，销售价格为10000元/吨，年产值4000万元，企业利润1600元/吨，资源消耗2400万元，毛利占资源投入的66%。
同类课题研究水平概述
- 1、一般合成纸应用现状： 目前国外只有日本王子、美国杜邦及台湾南亚等少数几个厂家能生产高品质的合成纸，且仅用于印刷品，并未涉及其他生活用纸领域；在国内还处于初试阶段，产品质量大多不太稳定。其应用主要在于以下几个方面： 1.传统印刷。如海报、画报、图片、地图、年历、书籍等。 2.包装用途。如手提袋、包装盒、工业产品包装等。 3.特种用途。如模内标签、压敏标签、热敏标签、纸币用纸、彩色像纸等。 2、国际各大造纸企业“石头纸”生产技术： 主要的生产方法有：（1）日本单轴拉伸专利法(46-40764,56-141339及56-118437)。该方法采用双向拉伸聚丙烯的方法得到芯层基材，表层采用合成纸剂，通过在线层压机与单轴拉伸聚丙烯(UOPP)压延复合加工生产。其中表层以无机粉末为合成纸剂，因此纸上有很多小孔洞，表面有很多条不规则条纹，该合成纸表层必须涂布一层水性溶液，然后进行烘干才能投入使用。（2）美国 、台湾三层双向拉伸方法(美国专利5552011)。此种方法采用了聚丙烯双向拉伸技术，合成纸制品有三层结构。该法生产的合成纸比上一种方法生产的产品机械强度好，而且合成纸的厚薄均匀度好，是目前国际上采用最多的生产方法。 3、一般合成纸填料制备： 目前国内外多以纳米碳酸钙为合成纸填料，最早的制备方法是用苛化法，生成的碳酸钙中含有微量碱，且难以去除，故限制了它的实际应用。工业上主要采用间歇碳化法和连续喷雾碳化法两种方法制备纳米碳酸钙。近年来，又开发了新的纳米碳酸钙的制备方法，比如超重力法、微乳液法和沉淀法等。这些填料的传统制备方法繁琐且没有对碳酸钙表面进行功能化改性，导致所生产出的纸张微孔少，不具备良好的吸附性。 4、表面多孔薄膜生产现状： 微孔薄膜的生产，在国内还处于起步阶段，有些企业刚刚开始生产透气薄膜，如浙江大东南塑胶集团开发PE透气薄膜，投入生产较早的是福建恒安集团；在国外，日本武藏野公司不但拥有微孔薄膜的专利技术而且还能生产制膜设备，奥地利兰精公司使用聚烯烃流延拉伸设备，将透气薄膜与无纺布在线复合生产出高性能的复合薄膜。这些生产表面多孔薄膜的技术流程复杂，设备需求量大，成本非常高，并且生产出的薄膜表面孔洞不均匀，不宜应用于合成纸的生产。
