CN113737564A - 高饱和度石墨烯油墨在白板纸上的涂覆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高饱和度石墨烯油墨在白板纸上的涂覆方法，包括如下步骤：步骤1：预涂石墨烯油墨以及表层石墨烯油墨的制备：步骤2：制备白板纸纸基；步骤3：对步骤2白板纸纸基表面性状进行检测；步骤4：形成一石墨烯预涂层；并干燥；步骤5：在石墨烯预涂层上多孔结构制备；并干燥；步骤6：在步骤5中的石墨烯预涂层上继续涂覆一层石墨烯油墨；并干燥；本申请印刷时，对纸基表面形状进行实时检测，以保证油墨具备良好的附着基地；其次，采用多次涂布的方式结合在各层涂层之间形成多孔结构；由于多层涂覆使得隔层的厚度显著降低，附着力增强，同时配合多孔结构使得各层涂层之间结合更牢固；从而制得高品质石墨烯特种纸。

Description

高饱和度石墨烯油墨在白板纸上的涂覆方法

技术领域

本发明涉及白板纸的制作技术领域，具体为高饱和度石墨烯油墨在白板纸上的涂覆方法。

背景技术

在我们的日常生活当中，对纸张有着不同性能的要求，便促使了特种纸产业的发展，例如抗酸、抗菌、疏油等特殊性能。另一方面，在生活中纸张的需求量很大，导致有关特种纸的研究与生产也变成了一类热门产业和研究热点。特种纸及纸板的消费量连续三年正增长，并且遥遥领先其它纸种的增长率，特别是在行业情况不景气的情况下，需要把负增长的文化用纸转型为特种纸。

在现今生活节奏越来越快的社会里，快餐文化在我们城市里极为盛行，在年轻人的生活方式里，快销、电商、外卖已经深入生活，街道、商场里随处可见的汉堡店、快餐店，与此同时，饿了吗已覆盖全国2000个城市,加盟餐厅130万家,用户量达2.6亿，市场广阔。物流、淘宝推动了箱板纸的发展，我相信，饿了么和美团等外卖平台也会对速热食品包装材料有所要求和需求。被称为“新材料之王”的石墨烯作为新型材料还有很多未知的可能性，而造纸业是经过千年传承的传统行业，需要新技术的支持以实现可持续发展。虽然石墨烯材料在实际生产中仍存在制备成本较高等困难，但随着科学技术的突破和行业间的相互合作，基于石墨烯材料的特种纸的开发具有光明的前景。

而在现有白板纸上涂覆石墨烯油墨是最简单的制造特种纸的方法，但是若直接将石墨烯油墨涂覆在白纸板表面，由于白板纸表面涂布有涂布层；其粘附性不佳，因此石墨烯油墨涂层涂覆后的牢固度以及均匀性，在很大程度上取决于涂布层的性能；如何提高石墨烯油墨在白板纸上的涂覆后性能，提高纸品的质量是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供高饱和度石墨烯油墨在白板纸上的涂覆方法，用以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

高饱和度石墨烯油墨在白板纸上的涂覆方法，包括如下步骤：

步骤1：预涂石墨烯油墨以及表层石墨烯油墨的制备：

步骤2：制备白板纸纸基；并完成涂布；其涂布层的厚度为0.01-0.03mm；

步骤3：对步骤2白板纸纸基表面性状进行检测，判断纸基表面平整度；若不平整则调整前道工序中的参数；

步骤4：将石墨烯油墨通过涂布机在白板纸纸基的涂布层上均匀涂覆，形成一石墨烯预涂层；并干燥；

步骤5：在石墨烯预涂层上多孔结构制备；并干燥；

步骤6：在步骤5中的石墨烯预涂层上继续涂覆一层石墨烯油墨；并干燥。

优选的，其中，步骤5中制备多孔结构的方法为在石墨烯预涂层上喷涂一层蚀刻剂；停留10-15S后，过毛辊，将石墨烯预涂层上剩余蚀刻剂清除；由此在石墨烯预涂层上形成分布均匀的多孔结构。

优选的，步骤3中对基纸表面性状进行检测，判断基纸表面平整度的方法包括如下子步骤：

S1:取标准样品纸基，以一标准光源照射；

S2:通过高清照相摄像头装置拍摄样品纸基的表面性状图像；提取样品纸基边缘后并转换为标准灰度值图像；

S3:在同一标准光源照射的前提下；通过在线摄像装置获取生产实际纸基的表面性状图像；提取实际纸基边缘后并转换为实际灰度值图像；并在实际灰度值图像上建立位置坐标系；以实际灰度值图像的一个端点为基准点，实际灰度值图像宽度方向为X轴；以实际灰度值图像长度方向为Y轴；

S4:将实际灰度值图像与标准灰度值图像一一对应于坐标系中；

S5:任取实际灰度值图像的一像素点，其灰度值为G₀，将其与标准灰度值图像的平均灰度值G_t进行对比，若得到的差值绝对值G_n≤5，则以改点作为基准点像素灰度值，将相邻点像素灰度值与基准点像素灰度值做差值比较运算，得到差值绝对值为T1；并记录对比数量为S1；若T1≤10；则记录该相邻点灰度值；若T1＞10，则舍弃该相邻点灰度值；依此类推，直到找出所有差值绝对值≤10的像素点；并将这些像素点的灰度值调整至与平均灰度值G_t相同；若首次得到的G_n＞5；则重新寻找，直到找到G_n≤5的点；

S6:将实际灰度值图像与标准灰度值图像做“与”运算，得到实际灰度值图像中区别于标准灰度值图像的像素点；同时得出“与”运算后灰度值；

S7:标记出每块异常区域的外轮廓；并确定该异常区域的坐标区域：从而得出异常发生的实际位置；便于后续在实际生产线中调整工艺参数；其中，确定坐标区域的方法为：以异常区域上下左右四边最外缘点为切点，做切线，以切线所在坐标确定异常区域所占的范围；

S8:判断异常区域为凹陷或是凸起；以异常区域中心点为圆心向外呈圆周辐射；分别标记“与”运算后灰度值大于0以及小于0的像素点；则由“与”运算后灰度值大于0像素点形成的区域判定为凹陷；“与”运算后灰度值小于0像素点形成的区域判定为凸起。

优选的，预涂石墨烯油墨的制备方法包括如下步骤：

(a)取固态氧化石墨烯；加热固态氧化石墨烯，加热的环境为：以80℃-200℃/min的速率升温至1000℃-1300℃；持续20min-35min,并迅速降温；

(b)对完成急速冷冻固态氧化石墨烯使用超声仪分散得到纳米氧化石墨烯粉末；

(c)将纳米氧化石墨烯粉末加入树脂浆体；充分搅拌的同时加入分散剂以及助剂制得预涂石墨烯油墨；其中，纳米氧化石墨烯粉末的质量百分比为25％-35％。

其中，超声仪分散时间为0.9-1.5H。

优选的，步骤(a)中，为在惰性气体环境下，在10-25s迅速降温至零下140℃-280℃。

优选的，表层石墨烯油墨的制备方法包括如下步骤：

(d)取固态氧化石墨烯；加热固态氧化石墨烯，加热的环境为：以80℃-200℃/min的速率升温至1000℃-1300℃；持续20min-35min,并迅速降温；

(e)对完成急速冷冻固态氧化石墨烯使用超声仪分散得到纳米氧化石墨烯粉末；

(f)将纳米氧化石墨烯粉末与钛白粉充分混合后加入树脂浆体；充分搅拌的同时加入分散剂以及助剂制得预涂石墨烯油墨；其中，纳米氧化石墨烯粉末的质量百分比为6％-15％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供高饱和度石墨烯油墨在白板纸上的涂覆方法，本申请印刷时，对纸基表面形状进行实时检测，以保证油墨具备良好的附着基地；其次，采用多次涂布的方式结合在各层涂层之间形成多孔结构；由于多层涂覆使得隔层的厚度显著降低，附着力增强，同时配合多孔结构使得各层涂层之间结合更牢固；从而制得高品质石墨烯特种纸。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供一种技术方案：

高饱和度石墨烯油墨在白板纸上的涂覆方法，包括如下步骤：

步骤1：预涂石墨烯油墨以及表层石墨烯油墨的制备：

步骤2：制备白板纸纸基；并完成涂布；其涂布层的厚度为0.01-0.03mm；

步骤3：对步骤2白板纸纸基表面性状进行检测，判断纸基表面平整度；若不平整则调整前道工序中的参数；

步骤4：将石墨烯油墨通过涂布机在白板纸纸基的涂布层上均匀涂覆，形成一石墨烯预涂层；并干燥；

步骤5：在石墨烯预涂层上多孔结构制备；并干燥；

步骤6：在步骤5中的石墨烯预涂层上继续涂覆一层石墨烯油墨；并干燥。

其中，步骤5中制备多孔结构的方法为在石墨烯预涂层上喷涂一层蚀刻剂；停留10-15S后，过毛辊，将石墨烯预涂层上剩余蚀刻剂清除；由此在石墨烯预涂层上形成分布均匀的多孔结构。刻蚀剂采用氢氧化钠溶液，刻蚀剂采用雾化方式喷洒于预涂层上；雾化装置外围采用隔板进行防护；

步骤3中对基纸表面性状进行检测，判断基纸表面平整度的方法包括如下子步骤：

S1:取标准样品纸基，以一标准光源照射；

S2:通过高清照相摄像头装置拍摄样品纸基的表面性状图像；提取样品纸基边缘后并转换为标准灰度值图像；

S3:在同一标准光源照射的前提下；通过在线摄像装置获取生产实际纸基的表面性状图像；提取实际纸基边缘后并转换为实际灰度值图像；并在实际灰度值图像上建立位置坐标系；以实际灰度值图像的一个端点为基准点，实际灰度值图像宽度方向为X轴；以实际灰度值图像长度方向为Y轴；

S4:将实际灰度值图像与标准灰度值图像一一对应于坐标系中；

S5:任取实际灰度值图像的一像素点，其灰度值为G₀，将其与标准灰度值图像的平均灰度值G_t进行对比，若得到的差值绝对值G_n≤5，则以改点作为基准点像素灰度值，将相邻点像素灰度值与基准点像素灰度值做差值比较运算，得到差值绝对值为T1；并记录对比数量为S1；若T1≤10；则记录该相邻点灰度值；若T1＞10，则舍弃该相邻点灰度值；依此类推，直到找出所有差值绝对值≤10的像素点；并将这些像素点的灰度值调整至与平均灰度值G_t相同；若首次得到的G_n＞5；则重新寻找，直到找到G_n≤5的点；

S6:将实际灰度值图像与标准灰度值图像做“与”运算，得到实际灰度值图像中区别于标准灰度值图像的像素点；同时得出“与”运算后灰度值；

S7:标记出每块异常区域的外轮廓；并确定该异常区域的坐标区域：从而得出异常发生的实际位置；便于后续在实际生产线中调整工艺参数；其中，确定坐标区域的方法为：以异常区域上下左右四边最外缘点为切点，做切线，以切线所在坐标确定异常区域所占的范围；

S8:判断异常区域为凹陷或是凸起；以异常区域中心点为圆心向外呈圆周辐射；分别标记“与”运算后灰度值大于0以及小于0的像素点；则由“与”运算后灰度值大于0像素点形成的区域判定为凹陷；“与”运算后灰度值小于0像素点形成的区域判定为凸起。

预涂石墨烯油墨的制备方法包括如下步骤：

(a)取固态氧化石墨烯；加热固态氧化石墨烯，加热的环境为：以80℃-200℃/min的速率升温至1000℃-1300℃；持续20min-35min,并迅速降温；

(b)对完成急速冷冻固态氧化石墨烯使用超声仪分散得到纳米氧化石墨烯粉末；

(c)将纳米氧化石墨烯粉末加入树脂浆体；充分搅拌的同时加入分散剂以及助剂制得预涂石墨烯油墨；其中，纳米氧化石墨烯粉末的质量百分比为25％-35％。

其中，超声仪分散时间为0.9-1.5H。

优选的，步骤(a)中，为在惰性气体环境下，在10-25s迅速降温至零下140℃-280℃。表层石墨烯油墨的制备方法包括如下步骤：

(d)取固态氧化石墨烯；加热固态氧化石墨烯，加热的环境为：以80℃-200℃/min的速率升温至1000℃-1300℃；持续20min-35min,并迅速降温；

(e)对完成急速冷冻固态氧化石墨烯使用超声仪分散得到纳米氧化石墨烯粉末；

(f)将纳米氧化石墨烯粉末与钛白粉充分混合后加入树脂浆体；充分搅拌的同时加入分散剂以及助剂制得预涂石墨烯油墨；其中，纳米氧化石墨烯粉末的质量百分比为6％-15％。

其中，固态氧化石墨烯的制备方法为：

将天然石墨和硝酸钠混合均匀，加入浓硫酸，搅拌10min～150min，然后加入高锰酸钾，继续搅拌10min～150min，得到混合液；

将所述混合液移入20℃～40℃恒温水浴中，搅拌反应15min～180min；向所述混合液中加入去离子水，反应30min～60min，然后将所述20℃～40℃恒温水浴的温度升至80℃～100℃，搅拌30min～300min；最后加入双氧水，反应30min～90min，洗涤、干燥得到氧化石墨烯。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.高饱和度石墨烯油墨在白板纸上的涂覆方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：预涂石墨烯油墨以及表层石墨烯油墨的制备：

步骤2：制备白板纸纸基；并完成涂布；其涂布层的厚度为0.01-0.03mm；

步骤3：对步骤2白板纸纸基表面性状进行检测，判断纸基表面平整度；若不平整则调整前道工序中的参数；

步骤4：将石墨烯油墨通过涂布机在白板纸纸基的涂布层上均匀涂覆，形成一石墨烯预涂层；并干燥；

步骤5：在石墨烯预涂层上多孔结构制备；并干燥；

步骤6：在步骤5中的石墨烯预涂层上继续涂覆一层石墨烯油墨；并干燥。

2.根据权利要求1所述的高饱和度石墨烯油墨在白板纸上的涂覆方法，其特征在于：步骤5中制备多孔结构的方法为在石墨烯预涂层上喷涂一层蚀刻剂；停留10-15S后，过毛辊，将石墨烯预涂层上剩余蚀刻剂清除；由此在石墨烯预涂层上形成分布均匀的多孔结构。

3.根据权利要求1所述的高饱和度石墨烯油墨在白板纸上的涂覆方法，其特征在于：步骤3中对基纸表面性状进行检测，判断基纸表面平整度的方法包括如下子步骤：

S1:取标准样品纸基，以一标准光源照射；

S2:通过高清照相摄像头装置拍摄样品纸基的表面性状图像；提取样品纸基边缘后并转换为标准灰度值图像；

S3:在同一标准光源照射的前提下；通过在线摄像装置获取生产实际纸基的表面性状图像；提取实际纸基边缘后并转换为实际灰度值图像；并在实际灰度值图像上建立位置坐标系；以实际灰度值图像的一个端点为基准点，实际灰度值图像宽度方向为X轴；以实际灰度值图像长度方向为Y轴；

S4:将实际灰度值图像与标准灰度值图像一一对应于坐标系中；

S5:任取实际灰度值图像的一像素点，其灰度值为G₀，将其与标准灰度值图像的平均灰度值G_t进行对比，若得到的差值绝对值G_n≤5，则以改点作为基准点像素灰度值，将相邻点像素灰度值与基准点像素灰度值做差值比较运算，得到差值绝对值为T1；并记录对比数量为S1；若T1≤10；则记录该相邻点灰度值；若T1＞10，则舍弃该相邻点灰度值；依此类推，直到找出所有差值绝对值≤10的像素点；并将这些像素点的灰度值调整至与平均灰度值G_t相同；若首次得到的G_n＞5；则重新寻找，直到找到G_n≤5的点；

S6:将实际灰度值图像与标准灰度值图像做“与”运算，得到实际灰度值图像中区别于标准灰度值图像的像素点；同时得出“与”运算后灰度值；

S7:标记出每块异常区域的外轮廓；并确定该异常区域的坐标区域：从而得出异常发生的实际位置；便于后续在实际生产线中调整工艺参数；其中，确定坐标区域的方法为：以异常区域上下左右四边最外缘点为切点，做切线，以切线所在坐标确定异常区域所占的范围；

S8:判断异常区域为凹陷或是凸起；以异常区域中心点为圆心向外呈圆周辐射；分别标记“与”运算后灰度值大于0以及小于0的像素点；则由“与”运算后灰度值大于0像素点形成的区域判定为凹陷；“与”运算后灰度值小于0像素点形成的区域判定为凸起。

4.根据权利要求1-3任一项所述的高饱和度石墨烯油墨在白板纸上的涂覆方法，其特征在于：预涂石墨烯油墨的制备方法包括如下步骤：

(a)取固态氧化石墨烯；加热固态氧化石墨烯，加热的环境为：以80℃-200℃/min的速率升温至1000℃-1300℃；持续20min-35min,并迅速降温；

(b)对完成急速冷冻固态氧化石墨烯使用超声仪分散得到纳米氧化石墨烯粉末；

(c)将纳米氧化石墨烯粉末加入树脂浆体；充分搅拌的同时加入分散剂以及助剂制得预涂石墨烯油墨；其中，纳米氧化石墨烯粉末的质量百分比为25％-35％。

其中，超声仪分散时间为0.9-1.5H。

5.根据权利要求4所述的高饱和度石墨烯油墨在白板纸上的涂覆方法，其特征在于：步骤(a)中，为在惰性气体环境下，在10-25s迅速降温至零下140℃-280℃。

6.根据权利要求4所述的高饱和度石墨烯油墨在白板纸上的涂覆方法，其特征在于：表层石墨烯油墨的制备方法包括如下步骤：

(d)取固态氧化石墨烯；加热固态氧化石墨烯，加热的环境为：以150℃-190℃/min的速率升温至800℃-1100℃；持续20min-35min,并迅速降温；

(e)对完成急速冷冻固态氧化石墨烯使用超声仪分散得到纳米氧化石墨烯粉末；

(f)将纳米氧化石墨烯粉末与钛白粉充分混合后加入树脂浆体；充分搅拌的同时加入分散剂以及助剂制得预涂石墨烯油墨；其中，纳米氧化石墨烯粉末的质量百分比为6％-15％。