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基本信息

項(xiàng)目名稱：
功能型石頭紙包裝材料
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
石頭紙具有塑料和紙雙重性能，其能耗低、環(huán)保易降解、 防潮性好、物理性能優(yōu)良。目前主要用于新聞出版紙、地圖、墻紙等，在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用較少。本項(xiàng)目基于石頭紙的性能分析，采用集成創(chuàng)新思想，結(jié)合石頭紙的優(yōu)良性能與蜂窩紙板和瓦楞紙板的力學(xué)結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)出具有多種功能的石頭紙復(fù)合瓦楞紙板和石頭紙蜂窩紙板，并創(chuàng)造性地將聚合物發(fā)泡技術(shù)引入石頭紙的生產(chǎn)中，降低了石頭紙的比重和生產(chǎn)成本，促進(jìn)了石頭紙?jiān)诎b領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
詳細(xì)介紹：
低碳時(shí)代的到來(lái)，使得全球綠色環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，世界各國(guó)都在大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)。在這種大的環(huán)境下，石頭紙作為一種低能耗、環(huán)保易降解的新材料受到了廣泛的關(guān)注。許多研究人士在石頭紙方面做了大量研究，投入了大量的人力和物力，但都過(guò)度地關(guān)注于石頭紙的生產(chǎn)技術(shù)，忽視了石頭紙相關(guān)的后續(xù)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，從而造成了石頭紙生產(chǎn)出現(xiàn)“一頭熱”的現(xiàn)象。為了解決石頭紙生產(chǎn)和應(yīng)用“一頭熱”現(xiàn)象，促進(jìn)石頭紙產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，本項(xiàng)目注重開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)石頭紙新產(chǎn)品，并拓寬石頭紙的應(yīng)用領(lǐng)域。 石頭紙是一種集合塑料和紙雙重性能的新型環(huán)保材料，具有良好的理化性能，特別是在抗拉伸性、防潮性等方面與普通纖維紙相比有明顯的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，與塑料相比，其生產(chǎn)原料充足、成本低、環(huán)保性能好，節(jié)省石油資源。 本項(xiàng)目致力于集成創(chuàng)新地研究開(kāi)發(fā)石頭紙應(yīng)用新配方和新的生產(chǎn)工藝，提高其應(yīng)用性能；通過(guò)將在石頭紙材料引入包裝行業(yè)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)基于石頭紙的新產(chǎn)品，拓寬石頭紙的應(yīng)用范圍，減輕包裝行業(yè)的環(huán)保壓力；加快石頭紙的相關(guān)技術(shù)研究，引起更多人對(duì)石頭紙的關(guān)注和相關(guān)產(chǎn)品的使用，進(jìn)一步為石頭紙的發(fā)展注入資金和科研活力，從而推動(dòng)石頭紙?jiān)趪?guó)內(nèi)更好更快更穩(wěn)的發(fā)展，促成石頭紙產(chǎn)業(yè)鏈形成，為我國(guó)的低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出卓越的貢獻(xiàn)。 本項(xiàng)目基于石頭紙的性能分析，借鑒瓦楞紙板和蜂窩紙板等包裝材料的優(yōu)良結(jié)構(gòu)性能，提出并制備以石頭紙為原料的石頭紙蜂窩紙板和石頭紙復(fù)合瓦楞紙板。 針對(duì)傳統(tǒng)蜂窩紙板存在生產(chǎn)線不完整、蜂窩成型水平低、紙板防潮防水性差以及膠粘復(fù)合成板工藝缺陷大等不足之處，石頭紙蜂窩紙板的芯層采用生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單高效的鏈?zhǔn)侥悍绞街频茫瑢⑿緦蛹埌逋ㄟ^(guò)帶有凸出蜂窩狀六棱柱結(jié)構(gòu)的鏈?zhǔn)侥貉b置并經(jīng)模壓得到帶一層面紙的單層蜂窩狀紙芯或者帶夾芯紙的雙層蜂窩狀紙芯。然后運(yùn)用熱熔復(fù)合工藝將石頭紙面紙與制得的芯紙復(fù)合成板，此工藝不需粘合劑，而且粘合強(qiáng)度好，遇水不裂開(kāi)。制得的石頭紙蜂窩紙板較傳統(tǒng)蜂窩紙板強(qiáng)度高、防潮防水性好、綠色環(huán)保、成箱簡(jiǎn)單，可以廣泛應(yīng)用于包裝運(yùn)輸行業(yè)、建筑業(yè)、車船制造業(yè)、家俱業(yè)、農(nóng)業(yè)、廣告、裝飾、體育器材等領(lǐng)域。 常用的普通瓦楞紙板耐破性能和防潮性能差，儲(chǔ)存或者運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中因受力不均造成紙板破裂，損壞被包物，或者因?yàn)榄h(huán)境潮濕等而使得紙板受潮，影響內(nèi)容物的質(zhì)量。針對(duì)傳統(tǒng)瓦楞紙板的上述缺陷，本項(xiàng)目將擠出流壓延制芯工藝與熱熔復(fù)合工藝結(jié)合，即將石頭紙通過(guò)模口為瓦楞形的模頭直接擠出并冷卻制得芯層，而后將石頭紙面紙和芯層的兩個(gè)粘合面經(jīng)過(guò)預(yù)熱，通過(guò)瞬間高溫熔融粘合制造出防潮性能好、耐破能力強(qiáng)，能更好地保護(hù)內(nèi)包裝物的功能型石頭紙復(fù)合瓦楞紙板。 石頭紙具有良好的耐撕、耐折，防水、防潮等優(yōu)良性能，但是其高比重的碳酸鈣成分使得其克重大，這導(dǎo)致石頭紙的運(yùn)輸成本增高。針對(duì)石頭紙的不足，本項(xiàng)目根據(jù)其含有的塑料特性，利用集成創(chuàng)新的方法，尋找到適合石頭紙發(fā)泡溫度的發(fā)泡劑，利用擠出成型和熱壓發(fā)泡的方法生產(chǎn)出發(fā)泡石頭紙。該發(fā)泡石頭紙具有良好的緩沖減震性能、良好的隔熱隔音性能、良好的防潮保鮮性能、定量小等多種性能優(yōu)勢(shì)，并能作為包裝材料、緩沖材料、裝潢材料、印刷材料等得到廣泛地應(yīng)用。 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的努力，本項(xiàng)目現(xiàn)階段已向國(guó)家專利局申請(qǐng)了包括《石頭紙蜂窩紙板及其制造方法》、《一種石頭紙瓦楞紙板及其制造方法》、《一種輕質(zhì)石頭紙的制造方法》三項(xiàng)發(fā)明專利，目前均已取得專利受理通知書(shū)。同時(shí)，本項(xiàng)目在中文核心期刊《包裝工程》雜志上連續(xù)發(fā)表論文《石頭紙力學(xué)性能研究》、《石頭紙蜂窩紙板力學(xué)試驗(yàn)研究》、《發(fā)泡石頭紙的制備及性能檢測(cè)》三篇。

作品圖片

  • 功能型石頭紙包裝材料
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

本項(xiàng)目致力于功能型石頭紙包裝材料的開(kāi)發(fā)和研究。運(yùn)用集成創(chuàng)新的思想，以石頭紙為原料，將石頭紙的優(yōu)良性能與蜂窩紙板和瓦楞紙板的力學(xué)性能相結(jié)合，開(kāi)發(fā)出具有多種功能性的石頭紙復(fù)合瓦楞紙板和石頭紙蜂窩紙板及其相關(guān)生產(chǎn)工藝，同時(shí)創(chuàng)造性地將發(fā)泡技術(shù)引入石頭紙的生產(chǎn)制造之中，降低石頭紙材料的比重和成本。通過(guò)對(duì)其生產(chǎn)工藝的研發(fā)和性能特點(diǎn)的探究，推進(jìn)石頭紙材料在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用。 石頭紙蜂窩紙板芯層采用鏈?zhǔn)侥撼尚凸に嚕葱緦油ㄟ^(guò)芯層紙板經(jīng)帶有凸出的蜂窩狀的六棱柱結(jié)構(gòu)的鏈?zhǔn)侥貉b置模壓得到，然后將制得的芯層和石頭紙面紙?jiān)谒查g高溫下使熔融粘合。 與相同規(guī)格的傳統(tǒng)瓦楞紙板相比較，厚度為4.50mm的石頭紙復(fù)合瓦楞紙板的耐破度至少是傳統(tǒng)瓦楞紙板的2.5倍，戳穿強(qiáng)度是其1.7倍。 石頭紙瓦楞紙板芯層則采用擠出流壓延成型工藝，即讓石頭紙?jiān)谌廴跔顟B(tài)通過(guò)?？跒橥呃阈蔚哪ｎ^直接擠出冷卻成型得到芯層，將得到的芯層和面紙的兩個(gè)粘合面經(jīng)過(guò)預(yù)熱，通過(guò)瞬間高溫?zé)崛壅澈稀? 制得的定量為202 g/m2的蜂窩紙板和相同規(guī)格的傳統(tǒng)蜂窩紙板比較，平壓強(qiáng)度是傳統(tǒng)蜂窩紙板的2.6倍，耐破度至少是其2.5倍。 輕質(zhì)石頭紙，即發(fā)泡后的石頭紙和未發(fā)泡的石頭紙復(fù)合而成的克重較輕的多層石頭紙，以發(fā)泡和熱熔復(fù)合為技術(shù)關(guān)鍵，使用多流道擠出機(jī)，之后進(jìn)行熱壓發(fā)泡制得。 輕質(zhì)石頭紙生產(chǎn)過(guò)程中，選用重量百分比為0.1~0.7%的AC發(fā)泡劑進(jìn)行發(fā)泡工藝，控制擠出機(jī)的多層流道溫度為160~170℃，熱壓發(fā)泡溫度為180-200℃。

科學(xué)性、先進(jìn)性

科學(xué)性 當(dāng)今，石頭紙這一新型環(huán)保包裝材料是發(fā)展綠色包裝的關(guān)鍵。但是，人們?cè)陉P(guān)注石頭紙生產(chǎn)技術(shù)的同時(shí)，忽視了石頭紙性能研究和應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)發(fā)。 本項(xiàng)目針對(duì)傳統(tǒng)瓦楞紙板和蜂窩紙板的材耗和污染大，并且無(wú)防潮保鮮性，提出將石頭紙?jiān)O(shè)計(jì)制造成復(fù)合瓦楞紙板和蜂窩紙板，增強(qiáng)其功能性；針對(duì)石頭紙的比重大、成本偏高，采用聚合物發(fā)泡技術(shù)，降低比重和成本。 先進(jìn)性 （1）石頭紙復(fù)合瓦楞紙板生產(chǎn)中采用擠出流壓延技術(shù)，成型工藝簡(jiǎn)單。采用預(yù)印后的印刷效果優(yōu)良，且環(huán)保易降解。 （2）石頭紙蜂窩采用鏈?zhǔn)侥撼尚?，可生產(chǎn)各種尺寸的蜂窩紙板，具有抗壓強(qiáng)度高、隔音隔熱功能。 （3）在石頭紙復(fù)合瓦楞紙板和蜂窩紙板制備過(guò)程中采用熱熔復(fù)合工藝，粘合強(qiáng)度好，遇水不開(kāi)裂。 （3）輕質(zhì)石頭紙的制備采用發(fā)泡技術(shù)，原理是用發(fā)泡產(chǎn)生的氣體替代石頭紙中的部分填料。與同等厚度的普通石頭紙相比，比重降低了20%-30%，而且挺度顯著提高，降低了生產(chǎn)成本。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無(wú)

作品所處階段

本項(xiàng)目研究功能型石頭紙包裝材料已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)階段，進(jìn)入中期實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試階段，已獲得部分調(diào)試產(chǎn)品。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

本項(xiàng)目研發(fā)技術(shù)因?qū)W校資助的原因，暫時(shí)未提出技術(shù)轉(zhuǎn)讓。

作品可展示的形式

試驗(yàn)品和上機(jī)調(diào)試產(chǎn)品的圖片及部分實(shí)物。

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出的功能型石頭紙包裝材料包括石頭紙蜂窩紙板、石頭紙復(fù)合瓦楞紙板、輕質(zhì)石頭紙。石頭紙蜂窩紙板較傳統(tǒng)蜂窩紙板強(qiáng)度高、防潮防水性好、緩沖環(huán)保、成箱簡(jiǎn)單；石頭紙復(fù)合瓦楞紙板較傳統(tǒng)瓦楞紙板防潮性、防水性、阻隔性更好，強(qiáng)度高。石頭紙蜂窩紙板和石頭紙復(fù)合瓦楞紙板可廣泛替代傳統(tǒng)紙板，應(yīng)用于包裝運(yùn)輸行業(yè)、建筑業(yè)、制造業(yè)、家具業(yè)、農(nóng)業(yè)、廣告裝飾、醫(yī)藥業(yè)、體育器材等領(lǐng)域。輕質(zhì)石頭紙降低了石頭紙的比重，提高了其挺度，成本低廉，對(duì)塑料和傳統(tǒng)纖維紙有很大的替代潛力。 我國(guó)目前已躋身于世界包裝大國(guó)的行列，早在2008年全國(guó)包裝工業(yè)總產(chǎn)值就已達(dá)1260億美元，其中紙制品包裝如蜂窩紙板與瓦楞紙板以及各種輕質(zhì)發(fā)泡材料給整個(gè)包裝行業(yè)創(chuàng)造了約40％的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值。相較于傳統(tǒng)包裝材料，本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的功能型石頭紙包裝材料在性能與價(jià)格上的雙重優(yōu)勢(shì)將獲得巨大的市場(chǎng)空間。同時(shí)在國(guó)家大力支持節(jié)約型環(huán)保材料和國(guó)際綠色包裝盛行的背景下，功能型石頭紙包裝材料在環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約上的優(yōu)勢(shì)也會(huì)促進(jìn)其在包裝材料甚至更廣泛的領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用。

同類課題研究水平概述

國(guó)內(nèi)外瓦楞紙板研究狀況 1、瓦楞輥壽命的研究。國(guó)外將高質(zhì)長(zhǎng)壽的瓦楞輥?zhàn)鳛樘岣咄呔€總體技術(shù)的關(guān)鍵，使整條瓦線寬幅、 高速和全自動(dòng)化；國(guó)內(nèi)瓦楞紙板生產(chǎn)仍采用單面瓦楞機(jī)作業(yè)，對(duì)瓦楞輥研究很少。 2、瓦楞原紙的成型工藝研究。國(guó)外已研究出特點(diǎn)為使纖維沿造紙機(jī)縱向45°角分布的造紙工藝，但尚未形成工業(yè)化；國(guó)內(nèi)主要對(duì)瓦楞原紙高濃成形裝置進(jìn)行研究。 3、瓦楞原紙的纖維原料分析。國(guó)外對(duì)廢紙纖維進(jìn)行深入分析，以提高瓦楞原紙的質(zhì)量。國(guó)內(nèi)對(duì)廢紙纖維原料的研究力度不夠。 4、F- 瓦楞紙板。國(guó)內(nèi)外目前研究出了一種堆碼強(qiáng)度優(yōu)良和印刷適性好的新型F-瓦楞紙板。 5、將瓦楞紙板與蜂窩紙復(fù)合運(yùn)用。國(guó)內(nèi)依據(jù)仿生學(xué)原理將紙蜂窩與瓦楞紙板或三合板復(fù)合開(kāi)發(fā)出新型的復(fù)合包裝材料。 國(guó)內(nèi)外蜂窩紙板研究狀況 1、不同厚度的蜂窩紙板緩沖性能并比較其影響研究 國(guó)內(nèi)外均分析不同厚度的蜂窩紙板的準(zhǔn)靜態(tài)緩沖曲線,研究提高蜂窩紙板力學(xué)性能的最佳途徑； 2、蜂窩紙板靜態(tài)壓縮特性研究。國(guó)外基于實(shí)驗(yàn)建立了蜂窩紙板靜態(tài)壓縮的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并對(duì)其模型參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化；國(guó)內(nèi)利用有限元程序?qū)Ψ涓C紙板的壓縮進(jìn)行了模擬； 3、新型紙蜂窩芯的結(jié)構(gòu)性能研究。國(guó)外發(fā)明了瓦楞紙板狀紙蜂窩芯；國(guó)內(nèi)主要研究正六棱柱和瓦楞狀兩種紙蜂窩芯的結(jié)構(gòu)性能。 國(guó)內(nèi)外石頭紙研究狀況 （1）國(guó)外研究狀況 1、改進(jìn)合成紙生產(chǎn)技術(shù)，使用大型壓延機(jī)生產(chǎn)的技術(shù)，使合成面積大、速度快，使厚度薄、成本低； 2、基于填料改性高密度聚乙烯膜研制合成紙； 3、基于溶劑處理聚苯乙烯聚氯乙烯膜改善合成紙性能； 4、基于二氧化欽填充同質(zhì)異晶聚合物膜制成合成紙； 5、改變合成紙表面性質(zhì)使其具有可熱熔封、可印刷性，如定向聚丙烯膜為基礎(chǔ)的合成紙。 （2）國(guó)內(nèi)研究狀況 國(guó)內(nèi)石頭紙研究還處于剛剛發(fā)展階段。 1、研制壓延法石頭紙技術(shù)，并通過(guò)小試鑒定和涂布法合成紙小試； 2、內(nèi)地石頭紙尚無(wú)大規(guī)模生產(chǎn), 利用進(jìn)口聚丙烯合成紙加工成制品； 4、將石頭紙研究用作鈣塑箱； 5、對(duì)石頭紙的環(huán)保性能加以研究，符合低碳潮流； 6、研究石頭紙的性能加以研究，探究其應(yīng)用領(lǐng)域； 7、石頭紙仍未被國(guó)內(nèi)市場(chǎng)接受，銷量低迷。 國(guó)內(nèi)外均大力倡導(dǎo)低碳社會(huì)，設(shè)計(jì)制造環(huán)保綠色功能型石頭紙包裝材料，更好地挖掘石頭紙的優(yōu)勢(shì)并應(yīng)用，推動(dòng)了石頭紙的發(fā)展。
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