CN113774725A - 含有石墨烯导热层且吸墨性好的白板纸的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了含有石墨烯导热层且吸墨性好的白板纸的制备方法，包括如下步骤：步骤1：制备石墨烯渗透型芯层纸层以及石墨烯渗透型面层纸层；步骤2：施胶；步骤3：将石墨烯渗透型芯层纸层以及石墨烯渗透型面层纸层经二叠网成形，压榨；剥离形成基纸；步骤4：对基纸表面性状进行检测；步骤5：在基纸的底部复合形成油纸层；步骤6：对通过步骤5的基纸进行表面施胶，涂布；步骤7：干燥定型；本申请采用真空抽滤的方式将氧化石墨烯吸附在白板纸的内层纸基上；表层和内层表面石墨烯由于抽滤方式也使得石墨烯重新分布，提高石墨烯发布均匀性；另外，实时检测内层纸基在生产时的表面形状；提高印刷表面性能；并具有良好的三维导热性。

Description

含有石墨烯导热层且吸墨性好的白板纸的制备方法
技术领域
本发明涉及白板纸的制作技术领域，具体为含有石墨烯导热层且吸墨性好的白板纸的制备方法。
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。
然而，现有技术中，大多为石墨烯薄膜；主要应用于半导体领域；如专利201410361337.5；银掺杂石墨烯复合纸及其制备方法；公开了制备氧化石墨烯，将所述氧化石墨烯进行超声处理，制备得到氧化石墨烯悬浮液；向所述氧化石墨烯悬浮液中加入硝酸银得到混合液；将所述混合液进行蒸发处理，得到银掺杂氧化石墨烯复合纸；及将所述银掺杂氧化石墨烯复合纸放入含有还原剂的溶液中进行还原处理，得到银掺杂石墨烯复合纸；这种复合纸无法直接作为特种纸在包装行业使用；还有直接将石墨烯混合在纸浆中制备复合特种纸，这种纸存在的缺陷在于：石墨烯在纸张中中的分布很不均匀；导致，做成纸盒或是其他产品之后，产品的局部受热不均，同时，石墨烯材料并不能得到充分良好的利用。
针对以上问题，实有必要进行研究，以提供含有石墨烯导热层且吸墨性好的白板纸的制备方法，使得能够达到快速受热且受热均匀，同时纸品质量高的白板纸。
发明内容
本发明的目的在于提供含有石墨烯导热层且吸墨性好的白板纸的制备方法，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：
含有石墨烯导热层且吸墨性好的白板纸的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：制备石墨烯渗透型芯层纸层以及石墨烯渗透型面层纸层；具体包括如下子步骤：
A1:配置芯层浆料以及面层浆料；将芯层浆料和面层浆料分别送入流浆箱形成芯层湿纸基及面层湿纸基；对芯层湿纸基及面层湿纸基采用带刺压榨辊进行预压榨，使其含水率为60％-65％；同时，压榨后芯层湿纸基及面层湿纸基表面形成均匀排布的孔洞；
A2:氧化石墨烯分散液附着:对氧化石墨烯分散液进行超声处理得到分散均匀的石墨烯悬浮液，将步骤A1中完成预压榨的芯层湿纸基及面层湿纸基输送至氧化石墨烯分散液池中；将氧化石墨烯分散液池中的溶液分别附着在芯层湿纸基及面层湿纸基上；对附着完成后纸基进行预蒸发干燥；提高芯层湿纸基及面层湿纸基的张力；预蒸发干燥后芯层湿纸基为64％-68％；及面层湿纸基的含水量68％-72％；
A3:将步骤A2中的芯层湿纸基及面层湿纸基分别与微孔滤膜复合；微孔滤膜孔径为0.02～2μm，复合后分别一起送入抽滤装置中，芯层湿纸基及面层湿纸基顶部的氧化石墨烯分散液部分由纸基表面的孔洞渗透至纸基的内部以及背部；
步骤2：对芯层湿纸基无微孔滤膜的一侧进行施胶；
步骤3：将石墨烯渗透型芯层纸层以及石墨烯渗透型面层纸层经二叠网成形；成型时；两者复合的微孔滤膜朝向外侧；成型后继续进行后压榨；同时剥离滤膜层进行前段干燥形成基纸；其中，后压榨过程中，对辊轴进行加热，加热温度为60-85℃，施加的压力为75Mpa～100Mpa；
步骤4：对基纸表面性状进行检测，判断基纸表面平整度；若不平整则调整前道工序中的参数；
步骤5：在基纸的底部复合形成油纸层；
步骤6：对通过步骤5的基纸进行表面施胶；施胶量为1-2g/m 2，后进行后段干燥；在完成后段干燥后进行压光；并进入涂布系统完成涂布；
步骤7：将步骤6中完成涂布的纸张经过热风干燥箱干燥定型。
其中，芯层浆料的制备方法为将针叶材和阔叶材以3:7的质量比混合，疏解，并加水打浆，得到浆料；所述浆料的浓度为15～18％，打浆度为30～40°SR。面层浆料的制备方法为将高弹性聚乙稀纤维、吸水树脂颗粒、针叶材和阔叶材以6：5：3:7的质量比混合；疏解，并加水打浆，得到浆料；所述浆料的浓度为11～15％，打浆度为25～30°SR。其中，吸水树脂颗粒的粒径为100～120μm。
优选的，步骤5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Gt进行对比，若得到的差值绝对值Gn≤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Gt相同；若首次得到的Gn＞5；则重新寻找，直到找到Gn≤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，抽滤装置包括输送平台，沿所述输送平台的横向设置有抽滤箱体，所述抽滤箱体连接有抽滤泵；所述抽滤箱体与输送平台顶部之间设置有若干抽滤通道；通过所述抽滤通道对湿纸基进行抽滤。
优选的，氧化石墨烯分散液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分散于去离子水中并使用超声仪分散稀释得到0.05-5mg/mL的氧化石墨烯分散液。
其中，超声仪分散稀释时间为0.9-1.5H；得到稳定的氧化石墨烯分散液。
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℃.
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。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供含有石墨烯导热层且吸墨性好的白板纸的制备方法，本申请
采用真空抽滤的方式将氧化石墨烯吸附在白板纸的内层纸基上；达到石墨烯发布均匀的目的；同时，表层和内层表面石墨烯由于抽滤方式也使得石墨烯重新分布；进一步提高石墨烯发布均匀性；另外，实时检测内层纸基在生产时的表面形状；提高印刷表面性能；且杂质含量少、具有良好的三维导热性，拉伸强度高且具有良好的各向延伸性。
附图说明
图1为本发明的白板纸结构示意图
图2为本发明的抽滤装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：
含有石墨烯导热层且吸墨性好的白板纸的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：制备石墨烯渗透型芯层纸层1以及石墨烯渗透型面层纸层2；具体包括如下子步骤：
A1:配置芯层浆料以及面层浆料；将芯层浆料和面层浆料分别送入流浆箱形成芯层湿纸基及面层湿纸基；对芯层湿纸基及面层湿纸基采用带刺压榨辊进行预压榨，使其含水率为60％-65％；同时，压榨后芯层湿纸基及面层湿纸基表面形成均匀排布的孔洞；
A2:氧化石墨烯分散液附着:对氧化石墨烯分散液进行超声处理得到分散均匀的石墨烯悬浮液，将步骤A1中完成预压榨的芯层湿纸基及面层湿纸基输送至氧化石墨烯分散液池中；将氧化石墨烯分散液池中的溶液分别附着在芯层湿纸基及面层湿纸基上；对附着完成后纸基进行预蒸发干燥；提高芯层湿纸基及面层湿纸基的张力；预蒸发干燥后芯层湿纸基为64％-68％；及面层湿纸基的含水量68％-72％；
A3:将步骤A2中的芯层湿纸基及面层湿纸基分别与微孔滤膜复合；微孔滤膜孔径为0.02～2μm，复合后分别一起送入抽滤装置中，芯层湿纸基及面层湿纸基顶部的氧化石墨烯分散液部分由纸基表面的孔洞渗透至纸基的内部以及背部；
其中，复合微孔滤膜，在抽滤时，附着在纸基上的石墨烯分散液在吸力的作用下沿滤膜孔均匀流动；使得石墨烯得以重新分布，在纸基表面形成均匀的石墨烯层。
步骤2：对芯层湿纸基无微孔滤膜的一侧进行施胶；
步骤3：将石墨烯渗透型芯层纸层以及石墨烯渗透型面层纸层经二叠网成形；成型时；两者复合的微孔滤膜朝向外侧；成型后继续进行后压榨；同时剥离滤膜层进行前段干燥形成基纸；其中，后压榨过程中，对辊轴进行加热，加热温度为60-85℃，施加的压力为75Mpa～100Mpa；
步骤4：对基纸表面性状进行检测，判断基纸表面平整度；若不平整则调整前道工序中的参数；
步骤5：在基纸的底部复合形成油纸层3；
步骤6：对通过步骤5的基纸进行表面施胶；施胶量为1-2g/m 2，后进行后段干燥；在完成后段干燥后进行压光；并进入涂布系统完成涂布层4；
步骤7：将步骤6中完成涂布的纸张经过热风干燥箱干燥定型。
其中，芯层浆料的制备方法为将针叶材和阔叶材以3:7的质量比混合，疏解，并加水打浆，得到浆料；所述浆料的浓度为15～18％，打浆度为30～40°SR。面层浆料的制备方法为将高弹性聚乙稀纤维、吸水树脂颗粒、针叶材和阔叶材以6：5：3:7的质量比混合；疏解，并加水打浆，得到浆料；所述浆料的浓度为11～15％，打浆度为25～30°SR。其中，吸水树脂颗粒的粒径为100～120μm。
其中；步骤5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Gt进行对比，若得到的差值绝对值Gn≤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Gt相同；若首次得到的Gn＞5；则重新寻找，直到找到Gn≤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。
抽滤装置包括输送平台5，沿所述输送平台的横向设置有抽滤箱体6，所述抽滤箱体连接有抽滤泵；所述抽滤箱体与输送平台顶部之间设置有若干抽滤通道；通过所述抽滤通道对湿纸基进行抽滤。
氧化石墨烯分散液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分散于去离子水中并使用超声仪分散稀释得到0.05-5mg/mL的氧化石墨烯分散液。
其中，超声仪分散稀释时间为0.9-1.5H；得到稳定的氧化石墨烯分散液。
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℃.
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 (4)

1.含有石墨烯导热层且吸墨性好的白板纸的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：制备石墨烯渗透型芯层纸层以及石墨烯渗透型面层纸层；具体包括如下子步骤：
A1:配置芯层浆料以及面层浆料；将芯层浆料和面层浆料分别送入流浆箱形成芯层湿纸基及面层湿纸基；对芯层湿纸基及面层湿纸基采用带刺压榨辊进行预压榨，使其含水率为60％-65％；同时，压榨后芯层湿纸基及面层湿纸基表面形成均匀排布的孔洞；
A2:氧化石墨烯分散液附着:对氧化石墨烯分散液进行超声处理得到分散均匀的石墨烯悬浮液，将步骤A1中完成预压榨的芯层湿纸基及面层湿纸基输送至氧化石墨烯分散液池中；将氧化石墨烯分散液池中的溶液分别附着在芯层湿纸基及面层湿纸基上；对附着完成后纸基进行预蒸发干燥；提高芯层湿纸基及面层湿纸基的张力；预蒸发干燥后芯层湿纸基为64％-68％；及面层湿纸基的含水量68％-72％；
A3:将步骤A2中的芯层湿纸基及面层湿纸基分别与微孔滤膜复合；微孔滤膜孔径为0.02～2μm，复合后分别一起送入抽滤装置中，芯层湿纸基及面层湿纸基顶部的氧化石墨烯分散液部分由纸基表面的孔洞渗透至纸基的内部以及背部；
步骤2：对芯层湿纸基无微孔滤膜的一侧进行施胶；
步骤3：将石墨烯渗透型芯层纸层以及石墨烯渗透型面层纸层经二叠网成形；成型时；两者复合的微孔滤膜朝向外侧；成型后继续进行后压榨；同时剥离滤膜层进行前段干燥形成基纸；其中，后压榨过程中，对辊轴进行加热，加热温度为60-85℃，施加的压力为75Mpa～100Mpa；
步骤4：对基纸表面性状进行检测，判断基纸表面平整度；若不平整则调整前道工序中的参数；
步骤5：在基纸的底部复合形成油纸层；
步骤6：对通过步骤5的基纸进行表面施胶；施胶量为1-2g/m2，后进行后段干燥；在完成后段干燥后进行压光；并进入涂布系统完成涂布；
步骤7：将步骤6中完成涂布的纸张经过热风干燥箱干燥定型。
2.根据权利要求1所述的含有石墨烯导热层且吸墨性好的白板纸的制备方法，其特征在于：步骤5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Gt进行对比，若得到的差值绝对值Gn≤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Gt相同；若首次得到的Gn＞5；则重新寻找，直到找到Gn≤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。
3.根据权利要求1或2所述的含有石墨烯导热层且吸墨性好的白板纸的制备方法，其特征在于：氧化石墨烯分散液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分散于去离子水中并使用超声仪分散稀释得到0.05-5mg/mL的氧化石墨烯分散液。
4.根据权利要求3所述的含有石墨烯导热层且吸墨性好的白板纸的制备方法，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℃。
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