专利名称：环保石头纸及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种以无机矿物粉体材料为主要原料制成的环保石头纸及其制备方
法。
背景技术：
纸是中国的四大发明之一。传统造纸都是采用木材、秸杆等植物纤维作原料，配以酸、碱、添加剂等化工原料加工制造成纸，消耗大量的自然资源，造成严重的环境污染。传统纸不耐潮湿、腐蚀，其尺寸稳定性和各项物理机械性能差，已不能满足社会发展的需要。为了保护自然资源和人类生存环境，科研人员尝试各种技术，改变因造纸业带来的各种弊端。上世纪50年代，随着高分子材料的发明使用，开始出现了由高分子树脂、碳酸钙以及多种化工助剂为原料，采用塑料制备中的吹膜法、流延法生产合成纸，因含有大量的无机粉体成分而被称为“石头纸”，其特点是各项物理机械性能优于传统纸，满足了一些特殊领域的要求，是造纸工业的一次改革。由于传统的合成纸是以合成树脂为主，无机粉体材料低于40%，成本高，又依赖于石油工业，使其应用和发展受到限制和影响。随着科学技术的突破和快速发展，新型高分子功能材料、加工助剂、加工机械等也不断创新发展，使石头纸中无机粉体材料的含量大大提高，生产成本大幅降低，逐步形成了以无机粉体材料为主要成分的石头纸，快速演变出了第二代、第三代石头纸，这些新型的石头纸薄型如膜、厚型如板，具有防水、防雾、防油、防虫、防折、高强度等优异性能，能够广泛应用在文化纸、包装纸、装饰纸等许多领域，替代传统纸。由于生产石头纸的主要原料为无机粉体材料和少量的合成树脂，加工时采用吹塑或压延，只使用少量的机械运转冷却水，因而制造过程中不消耗大量的木材、秸杆等植物纤维，不排放废水、废气，不需添加强酸、强碱、漂白剂等，不会对环境造成污染，生产成本也大大低于传统造纸。因此，它是一种环保节能纸，符合现代社会发展的方向与要求，具有极大的发展潜力和市场需求。中国专利公开号CN1378909A提出了一种环保纸，将56 80%的无机矿物粉体与43 18%的聚乙烯树脂以及助剂通过挤压造粒，在O型模口形成筒膜，吹塑使双向拉伸得到环保纸。该专利利用偶联剂和分散剂对无机矿物粉体只做了简单的表面处理，矿物粉体含量无法进一步提高，对加工设备及工艺进行了严格的限制和要求，工业化生产难度大。现有的石头纸生产技术，存在无机粉体材料改性不佳，造成无机粉体材料在石头纸中的含量低，不能达到无机粉体材料占石头纸中80%以上的要求。因无机粉体材料的密度高，加工助剂也多为固体粉末状，使得石头纸的比重高于传统纸，降低了性价比，影响了石头纸的整体质量和使用。另外将碳酸钙等无机粉体加工成薄纸张，一般选用粒度在微米级的粉体。由于微米级粉体颗粒的表面能高，处于热力学不稳定状态，极易产生团聚，颗粒表面亲水疏油，极性很高，在有机介质中难以分散，与合成树脂基料的结合力差，容易形成界面缺陷。现有粉体改性技术为偶联技术，只是对粉体进行简单的表面处理，粉体是以填充的形式存在，这样就需要依靠大量的合成树脂作为支撑材料，造成生产成本较高，加工性能较差，不能进行快速均匀的纵横向拉伸取向，纸张定量高，缺乏纸感。
发明内容
本发明的目的在于提供一种密度低、机械力学性能好、制造成本低的环保石头纸。本发明的另一目的在于公开该种环保石头纸的制备方法。本发明是这样实现的一种环保石头纸，其特征在于由重量份数的以下原材料制成无机矿物粉体85 90份，表面活性成分3 5份，高聚物单体4 6份，引发剂O. 01 O. 05份，合成树脂8 10份，抗静电剂O. 5 O. 7份，柔软剂O. 3 O. 5份以及发泡剂；所述发泡剂的量为其余原材料总重量的4%。-8%。；其中，所述无机矿物粉体为重质碳酸钙、高岭土、硅藻土、滑石粉、轻质碳酸钙、膨润土中的一种或一种以上的混合物，所述无机矿物粉体的平均粒径为1250-2500目、水分含量小于O. 3%、重金属含量小于O. 03% ；所述表面活性成分为无机酸酯的阴离子表面活性剂中的至少一种；所述高聚物单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、醋酸乙烯酯、苯乙烯 中的一种或一种以上的混合物；所述引发剂为偶氮二异丁酸二甲酯或叔丁基过氧化苯甲酸酯；所述合成树脂为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物等中的一种或一种以上的混合物；所说的发泡剂为二氧化碳、氮气的一种或两种的混合。采用上述技术方案，表面活性成分结构中均含有亲水/亲油基团，表面活性剂中的亲水基团，能够与无机粉体材料表面的自由质子发生化学反应，减少无机粉体材料的吸水值和吸油率，也就降低了无机矿物粉体材料的表面能，避免发生颗粒团聚，增加无机矿物粉体活性，有利于无机矿物粉体粉体材料与树脂的结合以及后续加工处理。合成树脂在耐受高温与机械摩檫过程中不发生分解和挥发。加入抗静电剂，无机矿物粉体材料表面的无机和有机抗静电剂与高分子聚合物的不相容性，使电荷向石头纸表面迁移，降低了纸张表面的电阻，抑制了石头纸在生产过程和使用过程中产生静电的条件；柔软剂的加入，增加了石头纸的抗折和抗拉强度；发泡剂采用气体发泡剂而不使用化学物质作为发泡剂，一方面成本低、体现了环保的作用，避免在石头纸中添加多余的化学成分，另一方面惰性气体在螺杆挤出机料筒中产生直径2 4微米的微气泡，在石头纸中占据位置，形成了填料，降低了石头纸的比重，使其石头纸的柔韧性更优越。本发明采用高分子界面化学原理和高分子材料功能性的特点，用表面活性成分与高聚物单体对无机矿物粉体进行化学包覆及机械力化学改性，辅以合成树脂，用惰性气体作发泡剂，纸张纵横向取向明显，挺度好、刚性强、抗折，外观质感更接近于传统纸。该环保石头纸中无机粉体含量高，惰性超微气泡成为石头纸中的填充材料，降低了石头纸的密度，柔韧性更优越。本发明大量采用无极矿物粉体，只使用少量的合成树脂，制造成本低。作为本发明的优选所述无机矿物粉体为重质碳酸钙。作为本发明的优选所述表面活性成分为磷酸酯或钛酸酯或它们的混合物。作为本发明的优选所述抗静电剂为非离子型的乙氧基化脂肪族烷基胺、乙氧基月桂酸胺中的一种或一种以上的混合物。作为本发明的优选所述柔软剂为双酚A。
作为本发明的优选为了保证合成树脂与无机粉体材料的充分混合均匀，改善物料中各组分的分散性，降低物料界面的黏附，以利后续的加工成型，合成树脂必须加工粉粹成粉状，所述合成树脂为粉末状。本发明的另一目的是这样实现的一种制备环保石头纸的方法按下述步骤进行(I)将所述无机矿物粉体加热至100 130°C，控制无机矿物粉体水分低于O. 3%,再加入表面活性成分充分混合均匀后，然后加入所述高聚物单体充分混合均匀，再加入所述合成树脂充分混合均匀，最后加入所述抗静电剂和柔软剂充分混合搅拌至混合物呈丝团状，得到混合均匀的混合物料；(2)将步骤(I)所得的混合物料冷却至50 60°C，送入密炼机中，加入引发剂，在60 200°C条件下进行混炼，使高聚物单体与引发剂进行聚合反应； (3)将步骤(2)所得的混合物料在190 220°C下挤成条状，再进行风冷拉条切成颗粒，得到石头纸母料颗粒；(4)将步骤(3)所得的石头纸母料颗粒，加入螺杆挤出机的料筒中，通入发泡剂，在140 165°C进行低温发泡或在200 30(TC高温发泡、或高温发泡与低温发泡交替进行，使石头纸母料颗粒和气体发泡剂混合均匀后发泡；(5)将步骤(4)所发泡的物料送至压延机设备，直接加工成片状环保石头纸。本发明的采用高分子界面化学原理和高分子材料功能性的特点，用表面活性成分与高聚物单体对无机矿物粉体进行化学包覆及机械力化学改性，辅以合成树脂，用惰性气体作发泡剂，运用热塑加工设备进行压延拉伸成型，纸张纵横向取向明显，挺度好、刚性强、抗折，外观质感更接近于传统纸。惰性气体在螺杆挤出机料筒中产生直径2 4微米的微气泡，在石头纸中占据位置，形成了填料，降低了石头纸的比重，使其石头纸的柔韧性更优越。制备方法简单、制造成本低。作为本发明的优选所述步骤(I)的具体操作步骤为将所备无机矿物粉体搅拌加热至100 130°C，恒温10分钟，使无机矿物粉体材料水分低于O. 3%，加入表面活性剂，搅拌5分钟，加入高聚物单体，继续搅拌10分钟使高聚物单体均匀涂覆在无机矿物粉体表面，然后加入合成树脂，再搅拌5分钟使混合均匀，最后加入抗静电剂、柔软剂，搅拌至呈丝团状，得到混合物料。作为本发明的优选步骤(2)中，加入引发剂后，先在60 80°C下混炼10分钟，再在100 150°C混炼5分钟，最后在160 200°C混炼5分钟。有益效果本发明采用高分子界面化学原理和高分子材料功能性的特点，用表面活性成分与高聚物单体对无机矿物粉体进行化学包覆及机械力化学改性，辅以合成树脂，用惰性气体作发泡剂，运用热塑加工设备进行压延拉伸成型，纸张纵横向取向明显，挺度好、刚性强、抗折，外观质感更接近于传统纸。该环保石头纸中无机粉体含量高，惰性超微气泡成为石头纸中的填充材料，降低了石头纸的密度，柔韧性更优越。是一种新型环保石头纸。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明
实施例I(I)按下列质量称量各组分备用
权利要求
1.一种环保石头纸，其特征在于由重量份数的以下原材料制成 无机矿物粉体85 90份，表面活性成分3 5份，高聚物单体4 6份，引发剂O. 01 O.05份，合成树脂8 10份，抗静电剂O. 5 O. 7份，柔软剂O. 3 O. 5份以及发泡剂；所述发泡剂的量为其余原材料总重量的4%。-8%。； 其中，所述无机矿物粉体为重质碳酸钙、高岭土、硅藻土、滑石粉、轻质碳酸钙、膨润土中的一种或一种以上的混合物，所述无机矿物粉体的平均粒径为1250-2500目、水分含量小于O. 3%、重金属含量小于O. 03% ； 所述表面活性成分为无机酸酯的阴离子表面活性剂中的至少一种； 所述高聚物单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、醋酸乙烯酯、苯乙烯中的 一种或一种以上的混合物； 所述弓I发剂为偶氮二异丁酸二甲酯或叔丁基过氧化苯甲酸酯； 所述合成树脂为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物等中的一种或一种以上的混合物； 所说的发泡剂为二氧化碳、氮气的一种或两种的混合。
2.根据权利要求I所述环保石头纸，其特征在于所述无机矿物粉体为重质碳酸钙。
3.根据权利要求I所述环保石头纸，其特征在于所述表面活性成分为磷酸酯或钛酸酯或它们的混合物。
4.根据权利要求I所述环保石头纸，其特征在于所述抗静电剂为非离子型的乙氧基化脂肪族烷基胺、乙氧基月桂酸胺中的一种或一种以上的混合物。
5.根据权利要求I所述环保石头纸，其特征在于所述柔软剂为双酚A。
6.根据权利要求I所述环保石头纸，其特征在于所述合成树脂为粉末状。
7.一种制备权利要求1-6任一项所述环保石头纸的方法其特征在于按下述步骤进行 (1)将所述无机矿物粉体加热至100 130°c，控制无机矿物粉体水分低于O.3%，再加入表面活性成分充分混合均匀，然后加入所述高聚物单体充分混合均匀，再加入所述合成树脂充分混合均匀，最后加入所述抗静电剂和柔软剂充分混合搅拌至丝团状，得到混合均匀的混合物料； (2)将步骤(I)所得的混合物料冷却至50 60°C，送入密炼机中，加入引发剂，在60 200°C条件下进行混炼，使高聚物单体与引发剂进行聚合反应； (3)将步骤(2)所得的混合物料在190 220°C下挤成条状，再进行风冷拉条切成颗粒，得到石头纸母料颗粒； (4)将步骤(3)所得的石头纸母料颗粒，加入螺杆挤出机的料筒中，通入发泡剂，在140 165°C进行低温发泡或在200 300°C高温发泡、或高温发泡与低温发泡交替进行，使石头纸母料颗粒和气体发泡剂混合均匀后发泡； (5)将步骤(4)所发泡的物料送至压延机压延，直接加工成片状环保石头纸。
8.根据权利要求7所述环保石头纸的制备方法，其特征在于所述步骤(I)的具体操作步骤为将所备无机矿物粉体搅拌加热至100 130°C，恒温10分钟，使无机矿物粉体材料水分低于O. 3 %，加入表面活性剂，搅拌5分钟，然后加入高聚物单体，继续搅拌10分钟使高聚物单体均匀涂覆在无机矿物粉体表面，然后加入合成树脂，再搅拌5分钟使混合均匀，最后加入抗静电剂、柔软剂，搅拌至呈丝团状，得到混合物料。
9.根据权利要求7所述环保石头纸的制备方法，其特征在于步骤(2)中，加入引发剂后，先在60 80°C下混炼10分钟，再在100 150°C混炼5分钟，最后在160 200°C混炼5分钟。
全文摘要
本发明公开了一种环保石头纸，由重量份数的以下原材料制成无机矿物粉体85～90份，表面活性成分3～5份，高聚物单体4～6份，引发剂0.01～0.05份，合成树脂8～10份，抗静电剂0.5～0.7份，柔软剂0.3～0.5份以及发泡剂；本发明还提供了该种环保石头纸的制备方法。本发明采用高分子界面化学原理和高分子材料功能性的特点，用表面活性成分与高聚物单体对无机矿物粉体进行化学包覆及机械力化学改性，辅以合成树脂，用惰性气体作发泡剂，运用热塑加工设备进行压延拉伸成型，纸张纵横向取向明显，挺度好、刚性强、抗折，外观质感更接近于传统纸。该环保石头纸中无机粉体含量高，惰性超微气泡成为石头纸中的填充材料，降低了石头纸的密度，柔韧性更优越。
文档编号C04B26/04GK102849985SQ20121034932
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月19日 优先权日2012年9月19日
发明者周永华, 杨蓉, 朱建华 申请人:重庆五明科技有限责任公司