专利名称：五层可分解或降解的环保纸及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种五层可分解或降解的环保纸及其制造方法。特定言之，本发明涉及一种主要原料为由植物淀粉提炼的聚乳酸树脂(PLA)、无机矿粉、助剂及吸墨性材料的五层可分解或降解的环保纸及其制造方法。
背景技术：
目前普遍使用的纸张可分为两大类木浆纸及合成纸。木浆纸以木浆为主要原料， 木浆的主要来源为树木，为了取得木浆纸的原料，必须砍伐树木，往往容易造成滥砍树木之情形，导致地球表面森林总面积逐渐缩小，造成地球生态失去平衡，进而引发许多灾害。为了避免上述情形，已发展出多种合成纸来取代木浆纸，例如，一种以聚丙烯塑料为主要材料及以无机矿粉为填料的单层或多层合成纸。此合成纸虽然亦具有优点，但与木浆纸比较，其性能仍待改进，例如，此合成纸具有折叠性不良、横向与纵向撕裂性相差太多或根本没有撕裂性的缺点。以聚丙烯塑料为主要材料制得的合成纸，使用后如丢弃在户外， 无法在短时间内在大自然环境下氧化分解，故不能减少二次污染，不符合环保之要求。再者，合成纸之成本比木桨纸之成本高出甚多。因此，合成纸一直未能受消费者青睐。再者，传统合成纸(环保纸)纸张制程的第一步骤为将原料混练后制成颗粒，第二步骤为将颗粒送入挤出机中，经过三层T型模头及压延辊轮，作出三层薄纸，然后利用卷取机卷成原纸纸卷，第三步骤为将该原纸纸卷架到释卷机上，放出薄纸穿过涂布机，于薄纸上涂布吸墨性材料层之后，再用卷取机卷取成为成品纸卷。上述三个步骤都需要人力搬运，相当浪费人力。尚且，第一步骤混练后的原料制成颗粒后，必须冷却才能搬运，该颗粒送入第二步骤的挤出机后，必须再加热使颗粒软化。如此冷热更替造成更多的能源浪费。此外，传统木浆纸纸张制程需要添加水，故会产生废水，废水的处理也是一项严重的环保问题。本发明针对上述技艺中遭遇之问题提供一种解决方案。
发明内容
本发明提供一种真正可分解或降解的环保纸，其完全不使用木浆，故不需砍伐树木，其主要塑料为由植物淀粉提炼的聚乳酸树脂，其系环保绿色材料应用的先驱。本发明环保纸使用后如丢弃在室外受到阳光照射，会被紫外线破坏而分解，可以被太阳光照射分解， 如掩埋在土壤里，也可以被微生物馋食而分解。本发明环保纸之制程不需添加水，故无废水产生。本发明环保纸的生产过程中只需把各种原料依比例进料后，便可连续生产，一气呵成，不仅节省人力，且可节省能源，达到节能减碳之目的，符合环保之要求。根据一项实施方式，本发明提供一种五层可分解或降解的环保纸，其具有以下结构及组成-中间层，其包含聚乳酸树脂、无机矿粉、发泡剂胶料及助剂，-分别互熔粘合于该中间层的两表面的两层聚乳酸树脂薄膜层(上下内层)，及
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-分别密着粘合于该两层聚乳酸树脂薄膜层的表面的两层吸墨性材料层(上下表层)。本发明使用的主要原料为由植物淀粉提炼的聚乳酸树脂，这是环保绿色材料应用的先驱。适当的植物淀粉的实例包括树薯淀粉、地瓜淀粉、高梁淀粉、玉米淀粉及小麦淀粉寸。无机矿粉在本领域中已知，例如碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、高岭土、云母粉、氧化锌、 白云石粉、硅酸钙、玻璃纤维、空心玻璃微珠、硅石粉、白垩粉、滑石粉、二氧化钦、二氧化硅、 膨润土、白土、硅藻土及其混合物。此无机矿粉可为经过锻烧或未经锻烧者。在本发明中，发泡剂胶料可为任何习知者，例如由聚乳酸树脂(PLA)及发泡剂所组成。所述发泡剂可为任何习知的发泡剂，例如经改性的偶氮二甲酰胺(modified azondicarbonamide)(其化学式为NH2-CO-N = N-CO-NH2)或碳酸氢钠(其化学式为 NaHCO3) ο助剂在本领域中已知，例如可使用滑剂(分散剂)、偶合剂及抗静电剂等习用原料。滑剂可为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁、N-油基棕榈酸酰胺，偶合剂可为β-(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷，抗静电剂可为N，N-双(2-羟乙基)硬脂酰胺及N，N-双 (2-羟乙基)椰子胺。吸墨性材料亦为本领域中已知，例如可使用二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、三氧化铝、白土及硫酸钡。聚乳酸树脂的功能是作为黏结剂，以将无机矿粉黏结在一起。同时利用发泡剂把聚乳酸树脂的分子颗粒的间隙撑开，使得整体密度降低，在相同的体积之下，重量变得更轻，也就是纸张的重量达到轻量化。优选地，该中间层系由聚乳酸树脂、碳酸钙、发泡剂胶料及助剂。进言之，根据一项优选实施方式，本发明五层可分解或降解的环保纸具有以下之结构及组成-中间层，其包含聚乳酸树脂、碳酸钙、发泡剂胶料及助剂，-分别互熔黏合于该中间层的两表面的两层聚乳酸树脂薄膜层(上下内层)，及-分别密着粘合于该两层聚乳酸树脂薄膜层的表面的两层吸墨性材料层(上下表层)。以环保纸的总重为基础，本发明五层可分解或降解的环保纸包含25至40重量％ 的聚乳酸树脂，42至71重量％的无机矿粉，0. 5至5重量％的助剂，0. 3至1. 5重量％的发泡剂，及1至20重量％的吸墨性材料。本发明的五层可分解或降解的环保纸具有80 μ m至800 μ m的厚度，比重范围0. 8 至 1. 3。本发明五层可分解或降解的环保纸之一项例示性实例如
图1所示，其包含中间层 11，由聚乳酸树脂、碳酸钙、助剂及发泡剂胶料组成，分别互熔粘合于该中间层11的两表面的两层聚乳酸树脂薄膜层(上下内层)12及12’，及分别密着粘合于该两层聚乳酸树脂薄膜层12及12’的表面的两层吸墨性材料层(上下表层)13及13’。根据另一项实施方式，本发明提供一种上述五层可分解或降解的环保纸之制造方法，其主要使用以下机具(1)自动配料机。
(2)混练机。(3)第1号挤出机。(4)第2号挤出机。(5)第3号挤出机。(6)第4号挤出机。⑵三层T型模头。(8)多辊式压延机。(9)双面性涂布机。(10)卷取机。本发明制造五层可分解或降解的环保纸之方法包括以下步骤(a)在自动配料机设定所需的聚乳酸树脂、无机矿粉及助剂的比例，并将上述各成分混合后，经由混练机混练成面团状的混练料，并进入第1号挤出机中，(b)在第1号挤出机螺杆的第一段作均勻的输送，到达螺杆的第二段处时，用第2 号挤出机把发泡剂胶料挤压进入第1号挤出机内，(c)在第1号挤出机内使发泡剂胶料与混练料互相融合后推送到三层T型模头的中间层，在三层T型模头的上下层分别由第3号挤出机及第4号挤出机把聚乳酸树脂挤压到中间层的上下表面，然后使三层原料同时离开模头，(d)由三层T型模头吐出来三层原料，经3支以上的多辊式压延机压延成所要的纸张厚度，以获得基纸， (e)将基纸引入双面涂布机中，在基纸的上下表面各涂上一层吸墨性材料层。上述步骤(a)的混练机温度为自160°C至185°C，优选为自165°C至175°C。步骤(c)的三层T型模头的出口温度为自200°C至250°C，优选为自220°C至 230°C。第3号及第4号挤出机的螺杆缸(cylinder)各点的温度为自170°C至190°C，优选为自 175°C 至 185°C。本发明五层可分解或降解的环保纸的制造方法的一项优选实施方式如图2A及2B 所示，其中将适当比例的聚乳酸树脂①-1、无机矿粉①_2及助剂①-3经自动配料机①混合后，经过混练机②混练成面团状的混练料，并进入第1号挤出机③，在第1号挤出机③螺杆的第一段作均勻的输送，到达螺杆的第二段处时，用第2号挤出机④把发泡剂胶料④-1挤压进入第1号挤出机①内，使发泡剂胶料与混练料互相融合后推送到三层T型模头⑦的中间层，在三层T型模头⑦的上下层分别由第3号挤出机⑤及第4号挤出机④把聚乳酸树脂 ⑤-1及④-1挤压到中间层的上下表面，如此三层原料同时离开模头，在中间层的发泡剂， 因挤出机及模头的内部压力瞬间释放，使发泡剂体积膨胀而达到降低密度的功能。由三层T型模头⑦吐出来三层原料经3支以上的多辊式压延机⑧，将它压延成所要的纸张厚度，称为基纸。该基纸立即被引入双面涂布机⑨，在基纸之上下表面各涂上一层吸墨性材料层。如此，本发明五层可分解或降解的环保纸可一气呵成地制造，中间没有间断地连续生产。
具体实施方式
1.自动配料机①设定配方为聚乳酸树脂25至40重量％，碳酸钙(无机矿粉)42 至71重量％，硬脂酸钙(滑剂)0.5至5重量％。2.混练机②为双螺杆挤出机，依生产配方不同设定，螺杆缸各点温度160°C 185°C，启动双螺杆回转，将自动配料机①的配方料导入混练机②双螺杆的入口，经螺杆缸的电热片加温及双螺杆的强力推送磨擦力，使聚乳酸树脂熔化并融入碳酸钙，最后揉搓成如面团状的“混合料”，再从混练机②的出口落下，掉入第1号挤出机(主挤出机)③的入3.第1号挤出机(主挤出机)③是单螺杆挤出机，其主要功能是将揉搓好的混合料推送列三层T型模头⑦的中间层流道，并且接受第2号挤出机④推送进来的“发泡剂胶料”，同时把混合料及发泡剂胶料做均勻的混练后，成为“发泡剂混合料”，再推向三层T型模头⑦的中间层流道。4.第2号挤出机④是单螺杆挤出机，其主要功能是将发泡剂胶料加温软化推送进入第1号挤出机③混练段之前的入口，使熔融的发泡剂胶料进入第1号挤出机③的螺杆内， 随后在第1号挤出机③螺杆的混练段把“混合料”及“发泡剂胶料”均勻的混练后，再被推送到三层T型模头⑦的中间层流道。5.三层T型模头⑦的结构有三个流道上层流道足走第3号挤出机(副挤出机)⑤推送过来的熔融“聚乳酸树脂胶料”。中层流道是走第1号挤出机(主挤出机)③推送过来的熔融“发泡剂混合料”。下层流道是走第4号挤出机(副挤出机)④推送过来的熔“聚乳酸树脂胶料”。上、中、下层流道各自流动的胶料在三层T型模头⑦内部做平面式的重叠粘合，成为三层的板状，从三层τ型模头⑦出来被接引到多辊式压延机④，厚度0. 5mm 1. 5mm,模头的出口温度200°C 250°C，依生产成品的厚度而定。6.第3号及第4号挤出机(副挤出机)( ， )为单螺杆挤出机，主要功能是把聚乳酸树脂胶料熔化，并推送到三层T型模头⑦的上层和下层，其螺杆缸各点的操作温度 170°C 190°C，依生产成品厚度而定。同时可调整螺杆转速控制其出料量，也就是控制上、 下层的聚乳酸树脂层的厚度。7.多辊式压延机⑧是利用每支辊轮转速不同的速度差，来把三层T型模头⑦出来的厚板状料做延伸变薄的加工，调整辊轮间的速度差及各辊轮表面温度(辊轮中心有冷却水循环)，即可以调整“半成品纸”的厚度，将此半成品接到双面涂布机④的入口。8.双面涂布机⑨主要用途是在“半成品纸”的表面上浆，涂布一层吸墨性材料， 以增加纸张印刷的吸墨能力，此涂布机有两个烘箱，两个涂布头，第一次涂布及第一次干燥后，可以经过导轮转向继续涂布第二面，中间不须要停顿，涂布机所上涂的浆料是水溶性乳胶加上二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、三氧化铝、白土及硫酸钡等吸墨性材料，因为是水性， 所以须要长的烘箱才能把水份蒸发烘干。其烘箱的温度在80°C 130°C。涂布烘干后的纸， 称为“成品纸”。9.卷取机⑩主要功能足把涂布烘干后的成品纸卷收起来成为纸卷，可以直接贩售给客户，或送到裁纸机栽切成单张，供客户印刷或制成成品。实施例生产实例1 厚度为80 μ m的五层可分解或降解的环保纸
生产成品厚度80 μ m,比重0. 8，克重64克每米M2，宽度1000mm。混练机自动配方比例为PLA20重量％ ；碳酸钙(无机矿粉)73. 7重量％ ；硬脂酸钙(滑剂)1重量％。进入混练机进料口后，经双螺杆揉搓后如面团状的混合料，从混练机出口转入第1 号主挤出机入口，在主挤出机的混练段前由第2号挤出机强挤压“发泡剂胶料”5. 3重量％， 经混练均勻后，被推送到三层T型模头的中间层流道。(发泡剂胶料原料成分为发泡剂9. 5 重量％、聚乳酸树脂(PLA) 90. 5重量％ )。第3号、第4号挤出机分别输送熔融PLA塑胶进入三层T型模头的上下两层入口，在三层T型模头内，上中下三层的料互相重叠热粘合成三层夹心式的板状料，从模头出口出来后，引接到多辊式压延机，延伸达到68 μ m后，接到涂布机上下两面涂布吸墨性材料层，干燥后总厚度80 μ m。
权利要求
1.五层可分解或降解的环保纸，其包含中间层，其包含聚乳酸树脂(PLA)、无机矿粉、发泡剂胶料及助剂，上下内层，其为分别互熔粘合于所述中间层的两表面的两层聚乳酸树脂薄膜层，及上下表层，其为分别密着粘合于所述两层聚乳酸树脂薄膜层的表面的两层吸墨性材料层。
2.根据权利要求1所述的五层可分解或降解的环保纸，其中所述聚乳酸树脂由选自树薯淀粉、地瓜淀粉、高梁淀粉、玉米淀粉及小麦淀粉的植物淀粉提炼得到。
3.根据权利要求1所述的五层可分解或降解的环保纸，其中所述无机矿粉选自碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、高岭土、云母粉、氧化锌、白云石粉、硅酸钙、玻璃纤维、空心玻璃微珠、 硅石粉、白垩粉、滑石粉、二氧化钛、二氧化硅、膨润土、白土、硅藻土及其混合物。
4.根据权利要求1所述的五层可分解或降解的环保纸，其中所述发泡剂胶料由聚乳酸树脂及发泡剂组成。
5.根据权利要求4所述的五层可分解或降解的环保纸，其中所述发泡剂选自经改性的偶氮二甲酰胺或碳酸氢钠。
6.根据权利要求1所述的五层可分解或降解的环保纸，其中所述助剂选自滑剂(分散剂)、偶合剂及抗静电剂及其混合物。
7.根据权利要求1所述的五层可分解或降解的环保纸，其中所述吸墨性材料选自二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、三氧化铝、白土及硫酸钡及其混合物。
8.根据权利要求1所述的五层可分解或降解的环保纸，其中，以环保纸之总重为基础， 其包含25至40重量％的聚乳酸树脂，42至71重量％的无机矿粉，0. 5至5重量％的助剂， 0. 3至1. 5重量％的发泡剂，及1至20重量％的吸墨性材料。
9.根据权利要求1所述的五层可分解或降解的环保纸，其包含 中间层，其包含聚乳酸树脂、碳酸钙、发泡剂胶料及助剂，上下内层，其为分别互熔粘合于所述中间层的两表面的两层聚乳酸树脂薄膜层，及上下表层，其为分别密着粘合于所述两层聚乳酸树脂薄膜层的表面的两层吸墨性材料层。
10.根据权利要求1所述的五层可分解或降解的环保纸，其具有80μ m至800 μ m的厚度，且比重范围为0.8至1.3。
11.制造五层可分解或降解的环保纸的方法，其包含以下步骤(a)在自动配料机设定所需的聚乳酸树脂、无机矿粉及助剂的比例，并将上述各成分混合后，经由混练机混练成面团状的混练料，并进入第1号挤出机中，(b)在第1挤出机螺杆的第一段作均勻的输送，到达螺杆的第二段处时，用第2号挤出机把发泡剂胶料挤压进入第1号挤出机内，(c)在第1号挤出机内使发泡剂与混练料互相融合后推送到三层T型模头的中间层，在三层T型模头的上下层分别由第3号挤出机及第4号挤出机把聚乳酸树脂挤压到中间层的上下表面，然后使三层原料同时离开模头，(d)由三层T型模头吐出来三层原料，经3支以上的多辊式压延机压延成所要的纸张厚度，以获得基纸，及(e)将基纸引入双面涂布机中，在基纸的上下表面各涂上一层吸墨性材料层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在步骤(a)中设定聚乳酸树脂的比例为25至 40重量％，无机矿粉的比例为42至71重量％，及助剂的比例为0. 5至5重量％，并且在步骤(b)所添加的发泡剂胶料中发泡剂的比例为0. 3至1. 5重量％。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，在步骤(a)中，密炼机温度为自160°C至 185 "C。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，在步骤(c)中，三层T型模头的出口温度为自 200°C至250°C，第3号及第4号挤出机的螺杆缸各点的温度为自170°C至190°C。
15.根据权利要求11所述的方法，其获得具有以下结构及组成的五层可分解或降解的环保纸中间层，其包含聚乳酸树脂、无机矿粉、发泡剂胶料及助剂，上下内层，其为分别互熔粘合于所述中间层的两表面的两层聚乳酸树脂薄膜层，及上下表层，其为分别密着粘合于该两层聚乳酸树脂薄膜层的表面的两层吸墨性材料层。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述聚乳酸树脂由选自树薯淀粉、地瓜淀粉、高梁淀粉、玉米淀粉及小麦淀粉的植物淀粉提炼得到。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述无机矿粉选自碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、高岭土、云母粉、氧化锌、白云石粉、硅酸钙、玻璃纤维、空心玻璃微珠、硅石粉、白恶粉、滑石粉、二氧化钛、二氧化硅、膨润土、白土、硅藻土及其混合物。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述发泡剂胶料由聚乳酸树脂及发泡剂组成。
19.根据权利要求11所述的方法，其中所述发泡剂选自经改性的偶氮二甲酰胺或碳酸氢钠。
20.根据权利要求11所述的方法，其中所述助剂选自滑剂(分散剂)、偶合剂及抗静电剂及其混合物。
全文摘要
本发明公开了一种五层可分解或降解的环保纸，其具有以下结构及组成中间层，其包含聚乳酸树脂、无机矿粉、发泡剂胶料及助剂，上下内层，其为分别互熔粘合于该中间层的两表面的两层聚乳酸树脂薄膜层，及上下表层，其为分别密着粘合于该两层聚乳酸树脂薄膜层的表面的两层吸墨性材料层。本发明还提供了该五层可分解或降解的环保纸的制造方法。
文档编号B32B29/00GK102444056SQ20101050420
公开日2012年5月9日 申请日期2010年10月12日 优先权日2010年10月12日
发明者梁石辉 申请人:梁石辉, 龙盟环保纸(集团)有限公司