基本信息
- 項目名稱：
- 功能型石頭紙包裝材料
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 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，促進了石頭紙在包裝領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
- 詳細介紹：
- 低碳時代的到來，使得全球綠色環(huán)保意識不斷增強，世界各國都在大力發(fā)展低碳經(jīng)濟。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，促進石頭紙產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，本項目注重開發(fā)設(shè)計石頭紙新產(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。同時，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。 本項目致力于集成創(chuàng)新地研究開發(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；通過將在石頭紙材料引入包裝行業(yè)，開發(fā)設(shè)計基于石頭紙的新產(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，引起更多人對石頭紙的關(guān)注和相關(guān)產(chǎn)品的使用，進一步為石頭紙的發(fā)展注入資金和科研活力，從而推動石頭紙在國內(nèi)更好更快更穩(wěn)的發(fā)展，促成石頭紙產(chǎn)業(yè)鏈形成，為我國的低碳經(jīng)濟的發(fā)展做出卓越的貢獻。 本項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)工藝簡單高效的鏈式模壓方式制得，將芯層紙板通過帶有凸出蜂窩狀六棱柱結(jié)構(gòu)的鏈式模壓裝置并經(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，而且粘合強度好，遇水不裂開。制得的石頭紙蜂窩紙板較傳統(tǒng)蜂窩紙板強度高、防潮防水性好、綠色環(huán)保、成箱簡單，可以廣泛應(yīng)用于包裝運輸行業(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，儲存或者運輸?shù)倪^程中因受力不均造成紙板破裂，損壞被包物，或者因為環(huán)境潮濕等而使得紙板受潮，影響內(nèi)容物的質(zhì)量。針對傳統(tǒng)瓦楞紙板的上述缺陷，本項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粘合面經(jīng)過預(yù)熱，通過瞬間高溫熔融粘合制造出防潮性能好、耐破能力強，能更好地保護內(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)致石頭紙的運輸成本增高。針對石頭紙的不足，本項目根據(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，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)過長期的努力，本項目現(xiàn)階段已向國家專利局申請了包括《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》三項發(fā)明專利，目前均已取得專利受理通知書。同時，本項目在中文核心期刊《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)試驗研究》、《發(fā)泡石頭紙的制備及性能檢測》三篇。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 本項目致力于功能型石頭紙包裝材料的開發(fā)和研究。運用集成創(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。通過對其生產(chǎn)工藝的研發(fā)和性能特點的探究，推進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式模壓成型工藝，即芯層通過芯層紙板經(jīng)帶有凸出的蜂窩狀的六棱柱結(jié)構(gòu)的鏈式模壓裝置模壓得到，然后將制得的芯層和石頭紙面紙在瞬間高溫下使熔融粘合。 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，即讓石頭紙在熔融狀態(tài)通過?？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粘合面經(jīng)過預(yù)熱，通過瞬間高溫熱熔粘合。 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，之后進行熱壓發(fā)泡制得。 輕質(zhì)石頭紙生產(chǎn)過程中，選用重量百分比為0.1~0.7%的AC發(fā)泡劑進行發(fā)泡工藝，控制擠出機的多層流道溫度為160~170℃，熱壓發(fā)泡溫度為180-200℃。
科學(xué)性、先進性
- 科學(xué)性 當今，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，人們在關(guān)注石頭紙生產(chǎn)技術(shù)的同時，忽視了石頭紙性能研究和應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)。 本項目針對傳統(tǒng)瓦楞紙板和蜂窩紙板的材耗和污染大，并且無防潮保鮮性，提出將石頭紙設(shè)計制造成復(fù)合瓦楞紙板和蜂窩紙板，增強其功能性；針對石頭紙的比重大、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）石頭紙蜂窩采用鏈式模壓成型，可生產(chǎn)各種尺寸的蜂窩紙板，具有抗壓強度高、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程中采用熱熔復(fù)合工藝，粘合強度好，遇水不開裂。 （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。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 本項目研究功能型石頭紙包裝材料已經(jīng)通過實驗室試驗階段，進入中期實際生產(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
- 本項目研發(fā)技術(shù)因?qū)W校資助的原因，暫時未提出技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- 試驗品和上機調(diào)試產(chǎn)品的圖片及部分實物。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本項目設(shè)計開發(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)蜂窩紙板強度高、防潮防水性好、緩沖環(huán)保、成箱簡單；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，對塑料和傳統(tǒng)纖維紙有很大的替代潛力。 我國目前已躋身于世界包裝大國的行列，早在2008年全國包裝工業(yè)總產(chǎn)值就已達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)泡材料給整個包裝行業(yè)創(chuàng)造了約40％的經(jīng)濟產(chǎn)值。相較于傳統(tǒng)包裝材料，本項目開發(fā)的功能型石頭紙包裝材料在性能與價格上的雙重優(yōu)勢將獲得巨大的市場空間。同時在國家大力支持節(jié)約型環(huán)保材料和國際綠色包裝盛行的背景下，功能型石頭紙包裝材料在環(huán)境保護和資源節(jié)約上的優(yōu)勢也會促進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
- 國內(nèi)外瓦楞紙板研究狀況 1、瓦楞輥壽命的研究。國外將高質(zhì)長壽的瓦楞輥作為提高瓦線總體技術(shù)的關(guān)鍵，使整條瓦線寬幅、 高速和全自動化；國內(nèi)瓦楞紙板生產(chǎn)仍采用單面瓦楞機作業(yè)，對瓦楞輥研究很少。 2、瓦楞原紙的成型工藝研究。國外已研究出特點為使纖維沿造紙機縱向45°角分布的造紙工藝，但尚未形成工業(yè)化；國內(nèi)主要對瓦楞原紙高濃成形裝置進行研究。 3、瓦楞原紙的纖維原料分析。國外對廢紙纖維進行深入分析，以提高瓦楞原紙的質(zhì)量。國內(nèi)對廢紙纖維原料的研究力度不夠。 4、F- 瓦楞紙板。國內(nèi)外目前研究出了一種堆碼強度優(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)合運用。國內(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)合開發(fā)出新型的復(fù)合包裝材料。 國內(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 國內(nèi)外均分析不同厚度的蜂窩紙板的準靜態(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。國外基于實驗建立了蜂窩紙板靜態(tài)壓縮的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并對其模型參數(shù)進行了優(yōu)化；國內(nèi)利用有限元程序?qū)Ψ涓C紙板的壓縮進行了模擬； 3、新型紙蜂窩芯的結(jié)構(gòu)性能研究。國外發(fā)明了瓦楞紙板狀紙蜂窩芯；國內(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。 國內(nèi)外石頭紙研究狀況 （1）國外研究狀況 1、改進合成紙生產(chǎn)技術(shù)，使用大型壓延機生產(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）國內(nèi)研究狀況 國內(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)，并通過小試鑒定和涂布法合成紙小試； 2、內(nèi)地石頭紙尚無大規(guī)模生產(chǎn), 利用進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、石頭紙仍未被國內(nèi)市場接受，銷量低迷。 國內(nèi)外均大力倡導(dǎo)低碳社會，設(shè)計制造環(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)勢并應(yīng)用，推動了石頭紙的發(fā)展。
