凹凸棒土增韧环保型氨基模塑料开发项目可行性研究报告.doc

序号：
编码：

第一届全国大学生高分子材料创新创业大赛
作品申报书

作品（项目）名称：凹凸棒土增韧环保型氨基模塑料开发
学 校 全 称： 南京化工职业技术学院
申报者姓名
（团队名称）： “南化院高材生“梦之队

类别：
√项目报告
□设计方案
□专利
□其它
报送级别：
√初赛报送作品
□决赛报送作品
说明
1. 申报者应认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。
2. 申报者在填写申报作品情况时，只需根据项目填写A表B表，所有申报者可根据情况填写C表。
3. 表内项目填写时一律用签字填写或打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。
4. 序号、编码由第一届全国大学生高分子材料创新创业大赛组委会填写。
5. 填写内容必须是中文。
6. 作品申报书须按要求由各校大赛组织协调机构统一上传/寄送。
7. 其它参赛事宜请向本校大赛组织协调机构咨询。
8. 请选择如下方式提交您的参赛作品：
⑴登录大赛官网提交作品
⑵请发送您的作品至大赛官方邮箱pmc@
⑶请将您的参赛作品邮寄：青岛市市北区郑州路43号橡胶谷A栋407室 康在龙（收）
邮编266045 联系电话：[phone] 传真：[phone]

第一届全国大学生高分子材料创新创业大赛
参赛承诺书
项目参赛个人（团队）已充分阅读、理解并接受第一届全国大学生高分子材料创新创业大赛参赛项目要求的有关内容，并承诺如下：
1.本次申报的 凹凸棒土增韧环保型氨基模塑料开发 （参赛项目名称）项目及产品中所涉及的知识产权、专利或技术秘密，均为本团队核心成员自身拥有或通过合法途径经权利人授权获得，承诺人对该参赛项目及产品拥有完整、独立、合法的权利，绝无剽窃或抄袭等违法行为。
2.若在参赛过程中发现参赛项目及产品知识产权、专利或技术秘密等权利归属不明晰或承诺人弄虚作假、被投诉等情况，承诺人自愿接受暂停项目个人（团队）参赛资格的处理，并自愿根据事实情况由第一届全国大学生高分子材料创新创业大赛组委会（以下简称大赛组委会）决定是否恢复承诺人的参赛资格。
3.若在赛后发现参赛项目及产品知识产权、专利秘密或技术秘密等权利归属不明晰或承诺人弄虚作假、被投诉等情况，承诺人自愿根据事实情况由大赛组委会决定是否取消获奖资格及收回奖金。
4.如有参赛个人（团队）的参赛项目及产品因所有权、知识产权、专利秘密、技术秘密或使用权（授权）等法律纠纷问题而造成对组委会不良影响或损失的，根据事实情况，将视情节轻重保留追究相关人员法律责任的权利。
5.承诺人因参赛项目及产品的所有权、知识产权、专利秘密、技术秘密或使用权（授权）等原因而发生团队成员之间、团队之间或与其他权利主体之间的法律纠纷或矛盾的，承诺人承诺由此产生的一切责任与义务均由承诺人自行承担，与大赛组委会无关。
6.若申报项目最终获奖，承诺人承诺大赛组委会对该项目后续的经营情况和资金使用情况有知情权和调查权，承诺人应全力配合大赛组委会行使上述权利。大赛组委会在调查过程中如发现承诺人有任意违法、违规、违反第一届全国大学生高分子材料创新创业大赛相关要求或违反本承诺书行为时，有权单方收回资助资金，承诺人应无条件配合。
7.若由于承诺人有任意违法、违规、违反本届大赛相关要求或违反本承诺书的行为而造成大赛组委会损失的，由承诺人负责全额赔偿。
8.本承诺书自本团队所有团队成员签字后立即生效，本承诺书真实可靠，承诺人自愿签订并严格、善意履行本承诺书，其中承诺事项自承诺书生效时即对各承诺人产生法律约束力，本承诺书为不可撤销承诺书，承诺人无权撤回本承诺书中的各项承诺事项。
参赛个人（团队全体成员）签名：王庚生、杨萌、赵振通、王凯
2013年8月30日

授权书
兹同意无偿授权第一届全国大学生高分子材料创新创业大赛组织委员会,同意将本队的参赛作品产生的技术成果优先授权给第一届全国大学生高分子材料创新创业大赛组织委员会主办单位进行技术成果交易，并进一步推进作品成果的产业化大规模推广。授权大赛全国组委会进行数字化珍藏、复制，通过网络、数字光盘公开传播，转授权他人下载、打印、出版、发行等。为符合“全国大学生高分子材料创新创业大赛”的需要，可进行统一格式的变更。 
本队师生声明并保证上述作品为共同著作权人，有权为本同意之各项授权。且上述授权作品未侵害任何第三人知识产权。本授权书为专属利用授权，本队师生对上述授权作品仍拥有原始著作权。

立授权书人(授权代表)：王庚生

身份证号：320981199204011733 联系电话：[phone]

指导老师：(签名) 关琦
身份证号：23230119791229251X 联系电话：[phone]
学校地址：江苏省南京市六合区葛关路625号

A 申报者情况（个人\团体项目）
说明：1. 必须由申报者本人按要求填写。
2. 申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列。
3. 本表中的学籍管理部门签章视为对申报者情况的确认。
申报者代表情况
姓名
王庚生
性别
男
出生年月
1992.4
学校
南京化工职业技术学院
学历
大专
专业
高分子材料应用技术
入学时间
2011.9
学制
三年
作品名称
凹凸棒土增韧环保型氨基模塑料开发
通讯地址
江苏省南京市六合区葛关路625号
其他作者情况
姓名
性别
年龄
学历
所在单位
杨萌
女

大专
南京化工职业技术学院
赵振通
男

大专
南京化工职业技术学院
王凯
男

大专
南京化工职业技术学院
资格认定
学校学籍管理部门
意见
以上作者是否为2011年9月正式注册的在校全日制
高校：√专科 □本科 □硕士 □博士学生。

√是 □否
（签章）
年 月 日
院系负责人或导师
意见
本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果
√是 □否
负责人签名：
年 月 日

B 申报作品情况
说明：1. 必须由申报者本人填写。
2. 本部分科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认。
3. 作品分类请按作品学术方向或所涉及的主要学科领域填写。（可另附页）
作品（项目）
全称
凹凸棒土增韧环保型氨基模塑料开发
作品分类
材料与能源类
作品撰写的目的和基本思路
本项目是依托南京市氨基模塑料工程技术研究中心平台，属于南京市科技发展资助项目（编号201202044）“凹凸棒土增韧环保型氨基模塑料产业化研究”和南京市六合区科技发展资助项目“凹凸棒土增韧氨基模塑料的开发”2个在研的立项科研项目的子项目。
本项目研究的基本思路是采用从微型试验（实验室的小批量制备）：凹凸棒土经纯化、改性处理后，与脲醛树脂（三聚氰胺甲醛树脂）采用一步法工艺得产品，到工业化生产试验（在氨基模塑料的生产企业进行试生产）形成产业化成果。
作品的科学性、先进性及独特之处
（1）本项目的科学性及先进性：
经过前期对凹凸棒土增韧氨基模塑料的探索实验，借鉴GB13454-92《氨基模塑料》中冲击强度测试标准，采用GB1043-1993中规定的方法测定，且试样缺口采用模压法加工，氨基模塑料制品的增韧程度在15%以上，实现了凹凸棒土增韧氨基模塑料的最初设计开发，从而使氨基模塑料产品附加值增高，通过进一步的小试和扩大试验，使目的产品各项性能指标全面超过国家标准，扩大产品应用领域，并能替代进口产品，技术水平达到国内领先，对增强国际竞争力具有显著意义。
（2）本项目的独特之处：
①探索作为氨基模塑料增韧剂的凹凸棒土改性处理技术；
②研究凹凸棒土不同添加工艺（混合、捏合）对氨基模塑料固化成型性能、力学性能等得影响，以确定最佳工业化生产配方及工艺条件；
③采用碱-酸-碱工艺，添加共聚改性剂，提高甲醛迁移量，降低氨基模塑料制品的游离甲醛含量，实现环保型氨基模塑料的开发。
作品的实际应用价值和现实意义
我国是煤炭资源的大国，大力发展煤化工产品是一项具有重大意义的工作，本项目所研制的凹凸棒土增韧氨基模塑料产品，所用的主要原料都是煤化工衍生产品，产品在目前价格上具有竞争优势，随着石油价格的不断攀升，优势将更加明显。我们所开发的凹凸棒土增韧氨基模塑料产品在性能方面同样优势明显，可替代进口产品，应用于高档电器、工程塑料、日常用品等，部分产品可供出口。此项目开发具有较好的实际应用价值和现实意义。
目前在氨基模塑料产品价格一般为6000元/t左右，高档进口产品8000元/t以上，随着氨基模塑料工业高速发展以及人们的需求增大、消费者对氨基模塑料的性价比要求也越来越高，提高产品的性能或降低成本乃是企业竞争的关键，本项目开发的凹凸棒土增韧环保型氨基模塑料产品的平均价格可达6500元/t以上，所需的各项成本在5500元/t左右。
本项目扩大试验的规模为10t左右，一旦产品的质量达到指标要求，市场开发取得成效，就可将生产能力扩大到1500t/a，按6500元/t计算，年产值可达975万元以上，利润可达150万元左右，利税达62万元左右。
请提供对于理解、审查、评价所申报作品既有参考价值的现有技术及技术文献的检索目录
（1）学术论文目录：
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（2）专利
[1]一种凹凸棒土增韧氨基模塑料的制备工艺.杨小燕,杨福兴,关琦,刘山,伍凯飞.南京化工职业技术学院.申请号：201110350653；
[2]一种改进的网带干燥设备.杨玉明,杨小燕,刘山,许宁,苏建华,伍凯飞,关琦.南京湘宝钛白制品实业有限公司,南京化工职业技术学院.专利号：ZL 2011 2 0000402.3；
[3]一种孔板式网带干燥设备.杨小燕,杨玉明,许宁,苏建华,刘山,关琦,伍凯飞.南京化工职业技术学院,南京湘宝钛白制品实业有限公司.专利号：ZL 2010 2 0022525.2；
[4]一种节能型自动卸料器.杨玉明,杨小燕,杨桂明,孔月红,许宁,刘山,伍凯飞,关琦.南京化工职业技术学院,南京湘宝钛白制品实业有限公司.专利号：ZL 2010 2 0172372.X；
[5]一种简易的捏合机盖升降装置.杨小燕,杨玉明,伍凯飞,刘山,关琦,苏建华.南京化工职业技术学院,南京湘宝钛白制品实业有限公司.申请号：ZL 201120425439.0；
[6]一种简易的捏合机盖开合方法及应用.杨小燕,杨玉明,伍凯飞,刘山,关琦,苏建华.南京化工职业技术学院,南京湘宝钛白制品实业有限公司.申请号：201110339232.6；
[7]一种改进的网带干燥技术及应用.杨玉明,杨小燕,刘山,许宁,苏建华,伍凯飞,关琦.南京湘宝钛白制品实业有限公司,南京化工职业技术学院.申请号：201110000229.1；
[8]一种孔板式网带干燥技术及应用.杨小燕,杨玉明,许宁,苏建华,刘山,关琦,伍凯飞.南京化工职业技术学院,南京湘宝钛白制品实业有限公司.申请号：201010018326.9；
[9]一种节能型自动卸料器及应用.杨玉明,杨小燕,杨桂明,孔月红,许宁,刘山,伍凯飞,关琦.南京化工职业技术学院,南京湘宝钛白制品实业有限公司.申请号：201010157473.4；
[10]一种耐电击穿环保型氨基模塑料及生产工艺.许宁,关琦,刘山,伍凯飞,杨小燕,杨玉明,苏建华.南京化工职业技术学院,南京湘宝钛白制品实业有限公司.申请号：201110104363.6；
[11]仿木氨基模塑料专用料.冯绍华,章庆乐,刘光烨,彭建军.专利号：CN201010211843.8；
[12]一种氨基模塑料颗粒的造粒工艺.姚李,卓建平.嘉善中奥复合材料有限公司.申请号：CN201310119816.1；
[13]氨基模塑料表面材料，陶维敏，专利号：CN200610088381.9；
[14]一种应用于氨基模塑料制备的卸料收集器.陈洪祖,肖和平,曹大伟.常州乔尔塑料有限公司.专利号：CN201120009762.X；
[15]一种速固化长储存氨基模塑料.肖和平,陈洪祖.常州乔尔塑料有限公司.专利号：CN201110374919.3；
[16]用于制造氨基模塑料的粉碎装置.无锡众望四维科技有限公司.专利号：CN201220626087.X；
[17]一种抗低湿干裂氨基模塑料.肖和平,曹大伟.常州乔尔塑料有限公司.专利号：CN201110374918.9；
[18]一种新型低收缩率氨基模塑料及其制备方法.詹茂盛,董绪超,肖和平,陈洪祖,曹大伟.常州乔尔塑料有限公司,北京航空航天大学.专利号：CN201010186569.3.
申报材料清单（申报论文一篇，相关资料名称及数量）
《凹凸棒土增韧环保型氨基模塑料的开发》研究报告 1份；
凹凸棒土增韧环保型氨基模塑料的产品图片（产品代号A108） 1份。

C 当前国内外同类课题研究水平概述
说明：1. 申报者可根据作品类别和情况填写。
2. 填写此栏有助于评审。（可另附页）
氨基模塑料（俗称电玉粉）是采用氨基树脂为基体，以天然纤维等作为增强材料，再与各种助剂复合而成的一种复合高分子材料。该复合材料具有逼真的陶瓷风格，表面光滑、色泽鲜艳、无毒、无味。因氨基模塑料产品同时具有不易破碎、耐腐蚀、抗老化、耐摩擦等优势，近年来被广泛应用于餐具、洁具、日用电器配件、汽车配件、工业电气配件、电脑配件等领域。中国目前是氨基模塑料的生产和消费大国，2005年消耗氨基模塑料14万吨，2009年召开的“首届中国密胺行业发展峰会”消息，到2008年中国氨基模塑料生产能力翻两翻，年产量达到40万吨，已位居世界第一，年平均年增长率在20%以上，超过了热塑性塑料年增长率15%的速度。其中密胺餐具出口额突破10亿美元，占国际市场份额80%以上。但我国的氨基模塑料大部分都是性能一般的低端产品，要提高产品性能，进一步扩大产品应用范围和领域，必须开展以下几个方面的工作：一是着力开发氨基模塑料高性能品种，逐步实现产品系列化；二是研发注塑型品种，稳定和提高产品质量；三是加强对氨基模塑料市场的研究，不断拓宽应用领域，如餐具、日用电器、电子电气、泡沫塑料等。
1 国内外发展趋势及本项目技术所处的地位
随着科学技术的发展，对聚合物材料性能的要求越来越高，为了改善传统高分子材料存在的局限性，高分子纳米复合材料的研究和应用正处于蓬勃的发展之中。所谓高分子纳米复合材料是指无机粒子在高分子基体中以纳米粒子的形式均匀分布，纳米粒子是指该粒子至少在一维尺度上的尺寸小于100 nm[1]。此类复合材料克服了单一材料和传统复合材料性能上的缺陷，使材料既具有无机材料的优点（如刚性、高热稳定性和特殊的光电磁性能等）又具有聚合物材料的优点（如弹性、介电性、延展性和可加工性等），而且由于无机粒子以纳米粒子的形式均匀分布，这种纳米复合材料往往还具有在电学、光学、光电和非线性光学等领域的一些特殊应用。20世纪80、90年代发现的C-60和碳纳米管[2-3]，一些以前未进行过深入研究的纳米粘土如凹凸棒土等已开始进行研究和应用。
凹凸棒土是一种具链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物[4]，其理想化学式为：Mg5Si8O20(OH2)2(OH)4·4H2O。凹凸棒土的结构已由Bradley[5]于1940年提出，可以分为3个层次：显微结构包括3个层次：(1)基本结构单元为棒状或纤维状单晶体，棒晶的直径为0.01 μm数量级，长度可达0.1～1 μm；(2)由单晶平行聚集而成的棒晶束；(3)由晶束(包括棒晶)相互聚集堆砌而形成的各种聚集体，粒径通常为0.01～0.1 mm数量级[6]。凹凸棒土特殊的纤维结构使其具有优异的吸附、脱色等性能[7-9]，广泛应用于化工、石油、硅酸盐工业、环保及原子能工业等领域，故赢得“千土之王”等美誉。
氨基模塑料是由甲醛与尿素或三聚氰胺共缩聚而成的树脂，再与各种助剂复合而成的一种热固性塑料[10]。其产品具有逼真的陶瓷风格，表面光滑、色泽鲜艳、无毒、无味。因氨基模塑料产品同时具有不易破碎、耐腐蚀、抗老化、耐摩擦等优势，近年来被广泛应用于餐具、洁具、日用电器配件、汽车配件、工业电气配件、电脑配件等领域。中国目前是氨基模塑料的生产和消费大国，2005年消耗氨基模塑料14万吨，2009年召开的“首届中国密胺行业发展峰会”消息，到2008年中国氨基模塑料生产能力翻两番，年产量达到40万吨，已位居世界第一，年平均年增长率在20%以上，超过了热塑性塑料年增长率15%的速度。其中密胺餐具出口额突破10亿美元，占国际市场份额80%以上。但我国的氨基模塑料大部分都是性能一般的低端产品，要提高产品性能，进一步扩大产品应用范围和领域，必须开展以下几个方面的工作：一是着力开发氨基模塑料高性能品种，逐步实现产品系列化；二是研发注塑型品种，稳定和提高产品质量；三是加强对氨基模塑料市场的研究，不断拓宽应用领域，如餐具、日用电器、电子电气、泡沫塑料等，加大低游离醛氨基模塑料的开发。
文献检索结果显示，在众多的研究领域和方向中，有关凹凸棒土在增韧氨基模塑料的研究方面更是鲜有报道。
1.1 国内氨基模塑料制品的研究现状
早在1920年德国BASF就已经开始氨基树脂的研究。1922年英国BIP公司第一个有了工业产品(BEETLE)，氨基模塑料发展至今已有80年的历史。美国、日本、西欧等先进国家已逐渐把这一古老的塑料产品转移到发展中国家生产，尤其是中国。中国最早生产氨基模塑料的工厂是上海天山塑料厂，1957年从前苏联引进生产技术，然后逐渐工业化生产。经过40多年的发展，在工艺和设备上都得到了改进。
目前氨基模塑料的生产工艺路线有2条，一条是大多数国家所采用的湿法路线，另一条是瑞士BUSS公司创造的BUSS法。湿法路线是：尿素(三聚氰胺)和甲醛在反应釜内首先生成树脂，然后把填料及其他辅料在捏合机内和树脂混合，再在干燥器内干燥，然后粉碎、球磨、过筛成最后成品。而BUSS法只有2步：尿素和甲醛在反应釜内反应，然后在高速混炼机内加入其他填料和树脂，高速混炼脱水即直接得粒状产品。这2条工艺都相当成熟，但以第1条路线为主。
国内目前的生产设备已逐渐与国外接近，干燥器由原来的厢式烘箱发展到现在的网带烘箱，自动化程度高，产量大，易于控制。粉碎机也由锤片式发展为水冷式高速万能粉碎机，球磨机已模仿国外采用水冷式，衬壁已从原来的10 cm改为3~4 cm的瓷衬，球磨机的排列也有并联和串联2种方式，使产量大大提高、降低工人的劳动强度。为了使树脂到捏合机的时间缩短，已经减少了树脂储槽，将捏合机容量从500 dm3改为1500 dm3，使每一反应釜的全部树脂正好放入1500 dm3的捏合机内，保持使用的树脂是新鲜的。聚合度为1~3，相对分子质量只有20~30，有利于纸浆的浸渍，也有利于纸浆中的羟甲基和树脂中的羟甲基反应。目前1条生产线产量已从原来的2kt提高到4kt。车间内除尘与通风都作了较大的改进，使车间粉尘与废气达到环保要求。
在近几年，魏卫[11]用酚醛树脂对氨基模塑料进行改性，使其成型性得到改善，制品的韧性增强。朱永茂等人[12]用偶联剂对α-纤维处理，来提高塑料的缺口冲击强度，产品达到德国大众标准VW50180的要求，适于制造高档轿车的内饰件。范宏等人[13]通过在合成氨基树脂中添加增塑剂KLS，复配以补强剂KLB，经特殊烘干工艺制备了抗老化黑色氨基模塑料，产品具有优异的抗老化性。叶云等[14]对以三聚氰胺、聚乙烯醇为改性剂合成脲醛树脂(UF)的各种影响因素进行了较深入的探讨。从树脂的耐水性、降低游离甲醛含量、树脂的储存稳定性以及耐老化性等方面进行了较广泛的阐述，指出了其反应机理，并提出了相应的解决措施及方法。
由此可见，氨基模塑料改性具体从如下两个方面来进行。
1）配方的改进。我国现有氨基模塑料生产厂家约40余家，配方几乎都一样，来源于40年前的前苏联，各个企业都没有大的创新。所以产品的技术水平、质量、性能大同小异，虽然都符合一定的标准，但都是低标准，特别是外观（光洁度，鲜艳性）和国外先进水平有较大的差异。最直接的表现是我们制件的外观不鲜艳，不光亮，制品的价格低。另外，我们生产的模塑料的填料质量分数低（约25%），因此强度低，容易引起制件的开裂或破损。尤其是生产的麻将牌容易引起破损。当然填料含量低生产容易掌握，流动性不易丧失。
2）设备的改进。我们现在生产设备，模仿的多，独立设计的少。设备性能、效率、寿命比较差。尤其是自动化控制方面更有待改进。如干燥器的风量，蒸汽的控制都是人工操作，而国外先进的干燥器已实现全自动化，干燥温度恒定在80 ℃，产品质量可以保证，尤其是流动性。由于我国的颜料质量尚不稳定，干法着色还不是很成功，仍需要人工翻料的厢式干燥器(俗称土烘箱)来生产彩色粉。但有些氨基模塑料生产企业已经采用网带干燥技术，在产品的品质和稳定性方面取得了明显进步。
总之，国内氨基模塑料在工艺和设备上还有许多不足，其中普遍存在的脆性，更使其不能被用来制造薄壁绝缘零件。而在需求上还不得不依赖于进口产品，因此迫切需要不断创新，提升氨基模塑料的技术水平。
1.2 国外氨基模塑料制品的研究现状
国外氨基模塑料的生产装置大量采用20世纪90年代先进的设备和技术，如美国的氰胺公司(American Cyanamid Co)、日本的住友电木(Sum-itomo Bokelite)、松下电工(Matsush