造纸院是最早开展颜料涂布技术研究的研究机构之一,早在上世纪七十年代即开始相关研究,已成为本院重点而且具有优势的研究领域,开发的研磨碳酸钙制备技术、国产瓷土流变性改进技术、涂布箱纸板技术、轻量涂布纸技术、重涂高档铜版纸技术等为中国颜料涂布技术的技术进步做出了重要贡献。

涂布技术研发中心拥有专业的研发团队和先进的研究装备,团队成员中高级职称4人、博士2人、硕士3人,人员配置合理,研发经验丰富。本中心在深化涂布技术开发的基础上,加强和拓展了特种涂布纸、纤维素基材料、白色矿物颜料和高得率浆应用等领域的研发,到目前为止,获得授权专利20项,其中发明专利18项,涵盖特种涂布纸、帘式涂布、涂料除气、涂布牛卡纸、碱回收白泥改性、改良苛化工艺和生物胶乳等方面;发表论文130余篇,研究成果获得了国家科技进步二等奖和轻工联合会二等和三等奖。

 

主要研究领域

1 颜料涂布

本研究领域包括三个研究方向,即涂布工艺及涂布纸、帘式涂布和涂料制备系统设计。在本院过去扎实的研究基础之上,经过近二十年的不断技术积累,形成了丰富的研究成果,涵盖了主要的颜料涂布技术和产品,既有坚实的应用基础研究,又有深入的应用技术开发,进一步巩固了本中心的技术优势。近几年,主要关注了帘式涂布和淀粉基生物胶乳的开发及应用,以及涂布纸板相关技术如滑石粉替代瓷土及纸板折叠开裂性能和吸塑性能改进等。

2 特种涂布纸

特种涂布纸是特种纸或功能纸的重要分支,通过表面处理可以更方便和更好地赋予纸张各种功能性。到目前为止,涂布中心已开发了二十种特种涂布纸或原纸,在阻隔用纸、转印用纸、胶粘用纸、数码印刷用纸和镀铝原纸等技术开发方面积累了丰富的经验。

3 纤维素基材料

纤维素作为自然界最丰富的一种资源,具有环境友好、可持续和可再生的优势,已成为化石资源最具潜力的替代者之一。近年来本中心高度聚焦该领域的研发,主要研究课题包括纳米纤维素高效率制备、生物质阻隔涂料的开发、纳米纤维素改性填料的制备及其在复合材料中的应用以及纳米纤维素基薄膜成形技术开发等。

4 白色矿物颜料

在纸张生产中,白色矿物颜料主要用于改善成纸光学、表面和印刷性能,并显著降低原料成本。 本领域的主要研究成果包括(1)碱回收白泥精制碳酸钙填料技术:在解决白泥处置所带来的环保问题的同时,部分替代常规填料用于纸张加填,降低填料成本;(2)胶乳改性填料技术:在强度维持不变的条件下,灰分可以增加三个点以上,有效降低生产成本;(3)石膏耐水改性技术:通过改性显著降低石膏的溶解性,使纸张灰分含量达到了常规填料的水平。

承担的国家级科研项目

1、中加(安大略省)政府间合作项目《新型生物质基纳米复合功能涂料在可持续包装材料中的应用》2017.12-2020.11;

2、“十三五”国家重点研发计划课题《基于造纸过程的纤维原料各组分清洁分离利用及环境评价》2017.07-2021.06;

3、国家自然基金青年基金项目《基于水润胀效应和微粒特征的淀粉基生物胶乳涂层微孔结构形成机制及界面行为研究》2015.01-2017.12;

4、研究院所专项资金项目《纳米纤维素的研磨法制备及在造纸中应用研究》2013.01-2014.12;

5、“十二五”科技支撑计划课题《3万吨/年草浆碱回收白泥精制碳酸钙技术及示范》2011.01-2013.12;

6、中加政府间合作项目《环境友好性高得率浆(HYP)的生产及在高档涂布纸中的有效利用》2009.01-2011.12;

7、“十一五”科技支撑计划课题《速生材高得率浆的高效利用技术的研发与产业化应用示范》2007.01-2010.12;

8、科研院所技术开发研究专项资金项目《涂布牛卡纸工艺技术的研究开发》2006.06-2008.12。

 

重要研究成果

1、 帘式涂布技术

帘式涂布为一种非接触式预计量涂布方式,具有非常突出的优势,如理想的仿形涂层效果,可在低涂布量下实现高的涂布质量;机械结构简单,维护费用低;可以操作低强度纸幅,没有或只有极少量的涂料回流;简单通过涂料流量就可以控制或确定涂布量等。帘式涂布方式特有的结构及应用特点,特别适合于要求较好覆盖性的涂布纸板和特种涂布纸的生产,可以完全替代刮棒和气刀涂布,实现更高固含量、更高车速的涂布。

(1)研究基础及成果转化实力

经过近十年的研发,突破了帘式涂布关键技术,形成了系统、全面的帘式涂布技术理论体系和关键设备制造技术,是国内该研究领域的开拓者和引领者。建立了小试及中试试验平台,在此基础上,已开发出了多种适合帘式涂布方式的颜料涂布纸和特种涂布纸。

2017年帘式涂布技术通过了中国轻工业联合会的科技成果鉴定,该成果已获得7项专利授权,其中6项为发明专利。帘式涂布技术成果已实现了产业化,成功应用在特种涂布纸生产线上。

(2)服务范围及能力

具备了适合帘式涂布方式的各种纸种涂料配方的开发能力及帘式涂布生产线调试、生产的能力。可承接帘式涂布新建线及改建线设计、关键设备制造、生产线调试、涂料配方及工艺开发、产品质量优化等一站式服务项目。可实现帘式涂布技术及设备的完全国产化,明显降低生产线的投资成本,为用户带来切实的效益。

 

生产示范线

 

帘式涂布

 

产业化应用的真空除气器

 

 实验室帘式涂布

 

中试帘式涂布机

2、 涂料制备系统设计

(1)涂料制备系统

涂料制备系统包括涂料制备和涂料流送两个部分,担负着准确制备和稳定输送涂料的重任,直接影响涂布稳定性和涂布纸质量。制备精度、自动化程度、配方调整的灵活程度及操作的方便程度决定了制备系统的优劣。

(2)我们的服务范围及能力

本中心长期从事涂料配方工艺研究及涂布纸种的开发,对涂料制备工艺有着深入的认识,并拥有丰富的实际生产经验。先后完成7家纸厂,10条涂料制备系统的设计,包括涂料制备工艺设计、设备选型、关键设备的制造、土建布置及管路设计、阀门仪表选型、自动化配料系统设计与制造。

我们具备承接涂料制备系统交钥匙工程的实施能力,可提供全自动化、半自动化涂料制备系统设计及制造。设计制备系统时充分考虑不同纸种调整、配方变化的兼容性,设计的自控系统应用方便,操作灵活,配料准确,节省人力。

土建布置及管线设计

 

全自动配料系统控制台

 

涂料制备自控系统控制柜

 

全自动配料控制画面

 

设计实施的涂料制备及供料现场

 

3、 纳米纤维素制备

(1)纳米纤维素连续化制备技术

本中心凭借多年的纳米纤维素制备经验,形成了一整套连续化、高效率、低能耗、环境友好型的纳米纤维素制备工艺,可提供微纤化纤维素(MFC)、纳纤化纤维素(NFC)和纤维素纳米晶须(NCC)等的悬浮液、分散液、凝胶、粉末等多种形态的纳米纤维素产品。

(2)羧乙基化纳米纤维素制备工艺及其产品

中心自主开发的羧乙基化纳米纤维素制备工艺,具有原料适应性广、预处理成本低、机械能耗少、易规模化生产等优点,通过该工艺能够制得羧基含量在0-2.5 mmol/g 之间的系列纳米纤维素产品,具有良好的保水性、悬浮稳定性、增稠性等,可广泛用于造纸、复合材料、涂料、化妆品等领域。

(3)纳米纤维素/填料改性技术

该改性技术是在一定的反应条件下,将填料附着在纳米纤维素表面,形成较大尺寸的复合体,通过架桥作用提高填料的留着率,同时增强填料间以及填料与其它组分的结合,从而提高材料的整体强度特性。该技术在造纸和复合材料领域具有显著的增强效果。

(4)纳米纤维素基薄膜成形技术

该成形技术具有原料浓度高、干燥时间短、孔结构可调控的优点,适用于针叶浆、阔叶浆、竹浆、棉浆、麦草浆等漂白或未漂白原料所得不同尺寸的纳米纤维素,可制得孔隙率在10-70%之间、孔径在100nm-100um之间的纳米纤维素基薄膜,用于阻隔、分离、吸附、电子、能源等领域。

4、 颜料加工利用技术

(1)碱回收白泥精制碳酸钙填料技术

本中心以国家科技支撑计划项目《3万吨/年草浆碱回收白泥精制碳酸钙技术的研究》为依托,形成了一套完整的以非木材制浆碱回收白泥为原料精制碳酸钙填料技术,重点包括改良苛化工艺技术、白泥碳化和研磨技术。所精制的白泥碳酸钙填料用于纸张加填可实现填料替代比例在50%以上。

改良苛化工艺制备白泥精制碳酸钙

(2)胶乳改性填料技术

本技术可用于碳酸钙和滑石粉填料的改性。在相同纸张抄造工艺条件下,在保证纸张强度性能不变的条件下,采用本技术可提高纸张灰分含量在3个百分点以上;高加填情况下可实现AKD施胶性能提高50%。

  

GCC改性前后SEM图

  

滑石粉改性前后SEM图

(3)石膏耐水改性技术

本技术采用采用无机改性的方法可显著降低石膏的溶解率,由初始35%的溶解率降低至3.5%,耐水性提高近90%。经过耐水改性的硫酸钙用于纸张加填,在保持强度相近条件下,纸张中灰分含量提高近7个百分点。

  

石膏改性前后溶解状况

5、 纸张可完全生物降解阻隔涂层

纸塑复合包装(淋膜原纸+PE膜,PE膜+液体食品包装原纸+PE膜+铝箔+沙林树脂+PE膜)难以自然降解、同时高效回收利用的难度较大,不利于环境的保护和资源的充分利用。

 

项目基于聚合物纳米复合材料技术,用纳米添加剂来对聚合物基体材料进行改性,制备适用于纸和纸板的可完全生物降解、具有良好阻隔性能的涂层,以满足日益提高的绿色包装、可持续发展和循环经济的要求。采用的基体材料有聚乙烯醇、壳聚糖等,纳米材料有高岭土、纳米纤维素、研磨淀粉等。产品的Cobb值(1800s)小于5 g/m2、阻油等级12级、水蒸气透过率小于10 g/m2·24h(23℃,50%RH);采用传统的废纸处理方式,浆渣率低于1%;在土壤中自然降解40天后,纸张体积减少约90%。

    

    联系电话:010-64778073