一种耐高温石头纸及其制备方法与应用与流程

1.本发明涉及造纸技术领域，具体提供一种耐高温石头纸及其制备方法与应用。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
3.石头纸是一种介于纸张和塑料之间的新型材料，它既可替代传统的部分功能性纸张、专业性纸张，又能替代传统的大部分塑料包装物。且石头纸具有成本低、可控性降解的特点，能够为使用者节省大量的成本，且不会产生污染。
4.然而，发明人发现，石头纸在制作过程中，依旧需要掺入少量木浆，否则石头纸表面会有少许粉尘，严重影响石头纸的质量；且现有技术中的石头纸通常作为包装用纸，应用领域较窄。


技术实现要素：

5.针对现有技术中石头纸制作过程中需掺入少量木浆，否则石头纸品质不佳，以及石头纸应用领域较窄的问题，本发明提供一种耐高温石头纸及其制备方法与应用，本发明所述的耐高温石头纸具备耐高温阻燃性能，可以作为烧烤纸使用，且本发明所述的石头纸主要成分均为无机矿物粉，无需添加木浆，大大节约了木材，保护生态环境。
6.本发明一个或一些实施方式中，提供一种耐高温石头纸，按重量计包括：无机矿物粉80-100份、树脂3-5份、抗氧化剂1-2份、偶联剂0.5-3份、润滑剂2-5份、阻燃剂5-7份。
7.本发明一个或一些实施方式中，提供上述耐高温石头纸的制备方法，包括如下步骤：
8.1)将无机矿物粉、树脂、抗氧化剂、偶联剂、润滑剂按比例进行配料，混合后造粒；
9.2)将造粒好的粒子挤压成型，在挤压过程中，按比例将阻燃剂加入，得到石头纸物料；
10.3)对石头纸物料进行拉伸处理；
11.4)对拉伸处理后的石头纸进行冷却。
12.本发明一个或一些实施方式中，提供上述耐高温石头纸或上述耐高温石头纸的制备方法制得的产品作为烧烤用纸的应用。
13.本发明一个或一些实施方式中，提供上述耐高温石头纸或上述耐高温石头纸的制备方法制得的产品作为书写纸的应用。
14.上述技术方案中的一个或一些技术方案具有如下优点或有益效果：
15.1)本发明在石头纸中添加阻燃剂，使石头纸具备阻燃性能，扩展了石头纸应用领域，具备阻燃性能的石头纸可以作为烧烤用纸，也可以作为特殊书写用纸，在高温环境中得以保存。
16.2)现有技术中石头纸存在浮粉问题，而本发明在石头研磨过程中即加入阻燃剂，阻燃剂具备一定粘度，与石头纸其它配方混合后，使各组分混合紧密，避免了石头纸浮粉问
题。
17.3)本发明所述的耐高温石头纸仅以无机矿物粉作为主要成分，不添加木浆成分，大大节约了木材，保护环境。
具体实施方式
18.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
19.针对现有技术中石头纸制作过程中需掺入少量木浆，否则石头纸品质不佳，以及石头纸应用领域较窄的问题，本发明提供一种耐高温石头纸及其制备方法与应用，本发明所述的耐高温石头纸具备耐高温阻燃性能，可以作为烧烤纸使用，且本发明所述的石头纸主要成分均为无机矿物粉，无需添加木浆，大大节约了木材，保护生态环境。
20.本发明一个或一些实施方式中，提供一种耐高温石头纸，按重量计包括：无机矿物粉80-100份、树脂3-5份、抗氧化剂1-2份、偶联剂0.5-3份、润滑剂2-5份、阻燃剂5-7份。
21.本发明所述的原料中不含木浆成分，一方面主成分均为无机矿物粉，节约了木材，保护环境；另一方面，木浆燃点较低，而主成分均为无机矿物粉进一步降低了燃点，提高了阻燃性能。
22.优选的，所述无机矿物粉包括碳酸钙粉、硅酸钙粉、氧化钙粉中的一种或多种；其中，碳酸钙粉为最常见的无机矿物粉，大多数石头均可磨成碳酸钙粉，价格低廉，为本发明优选的无机矿物粉。
23.或，所述树脂包括脲醛树脂、pp中的一种或多种；所述树脂作用主要在于粘合无机矿物粉，使无机矿物粉塑型成纸，而脲醛树脂固化性能好，进一步提高塑型能力。
24.或，所述抗氧化剂包括二苯胺、对苯二胺中的一种或多种；所述抗氧化剂主要作用在于防止配料中各种成分氧化变色，延长纸张使用寿命。
25.或，所述偶联剂包括邻苯二甲酸、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的一种或多种。
26.或，所述润滑剂包括矿物润滑油、动植物油中的一种或多种；所述润滑油一方面在于促进各组分相融，一方面使纸张表面润滑，减少粗糙度。
27.或，所述阻燃剂包括聚磷酸铵、氢氧化铝、三(二甲苯基)磷酸酯中的一种或多种。所述阻燃剂优选为聚磷酸铵，聚磷酸铵粘度大，进一步促进造粒后的粒子粘合，且由于聚磷酸铵较大的粘性，减少了石头纸表面的浮粉。
28.本发明一个或一些实施方式中，提供上述耐高温石头纸的制备方法，包括如下步骤：
29.1)将无机矿物粉、树脂、抗氧化剂、偶联剂、润滑剂按比例进行配料，混合后造粒；
30.2)将造粒好的粒子挤压成型，在挤压过程中，按比例将阻燃剂加入，得到石头纸物料；
31.3)对石头纸物料进行拉伸处理；
32.4)对拉伸处理后的石头纸进行冷却。
33.本发明耐高温石头纸的制备方法主要包括造粒、挤出、拉伸、冷却，其中，阻燃剂在挤出过程中加入。虽然在造粒过程中加入阻燃剂也能实现阻燃功能，但在挤出过程中加入
阻燃剂可以消除石头纸表面的浮粉。
34.优选的，步骤1)中，所述造粒包括如下步骤：
35.将混合后的配料进行球磨，然后送入增湿造粒机中进行造粒，对造粒后的粒子进行干燥，降低含水率，即得。
36.球磨过程使各组分混合均匀，且进一步减小原料粒径，增加石头纸细腻度，进行造粒时，可以加入一定量水分使各组分更好的融合，具体加入量可以以满足80wt％的物料成粒为准。
37.本发明所用的造粒机包括流化床造粒机、转动造粒机、混合造粒机等。
38.优选的，步骤2)中，所述挤出成型包括如下步骤：
39.将造粒后的粒子与阻燃剂按比例加入挤压机中，挤出片层状石头纸物料。
40.具体的，可以在挤出机出口出安装特定形状的挤出嘴，使得石头纸物料出料呈片层状。
41.优选的，步骤3)中，所述拉伸处理包括如下步骤：对石头纸物料进行预热，然后放入拉伸装置中，进行横向和纵向拉伸。
42.所述预热目的在于提高石头纸物料的流动性，便于拉伸延展。
43.所述预热温度为100-150℃，在该温度范围内预热，成型的石头纸表面光滑，若预热温度过高，则容易导致石头纸物料各组分分离，无法成型，若预热温度过低，则容易导致拉伸过程中出现裂纹、气孔等。
44.所述预热过程温升速度为20-25℃/min，若升温速度过快，则容易导致散热不均匀，局部升温过快，最终成型的石头纸密度不均，若升温速度过慢，则造纸效率较低。
45.优选的，步骤4)中，所述冷却为分段冷却，包括如下步骤：
46.将温度降至80-90℃保持一段时间，再将温度降至60-70℃保持一段时间，再将温度降至25-40℃保持一段时间；再将温度降至10-15℃，使石头纸定型。
47.分段冷却使石头纸在各温度下均保持一段时间，一方面促进石头纸内部各组分充分铺展，保持纸张韧性，另一方面，避免石头纸冷却过快，使石头纸密度不均。
48.优选的，在各温度下保持时间为5-10min。
49.优选的，在步骤3)与步骤4)之间，还包括电晕处理。电晕处理原理是利用高频率高电压在被处理的塑料表面电晕放电(高频交流电压高达5000-15000v/m2)，而产生低温等离子体，使石头纸表面产生游离基反应而使聚合物发生交联.表面变粗糙并增加其对极性溶剂的润湿性-这些离子体由电击和渗透进入被印体的表面破坏其分子结构，进而将被处理的表面分子氧化和极化，离子电击侵蚀表面，以致增加承印物表面的附着能力。
50.即电晕处理可以提高石头纸在书写时油墨的附着能力。
51.本发明一个或一些实施方式中，提供上述耐高温石头纸或上述耐高温石头纸的制备方法制得的产品作为烧烤用纸的应用。从本发明实施例来看，本发明所述的耐高温石头纸极限氧指数高，阻燃性好，可以作为烧烤纸使用。
52.本发明一个或一些实施方式中，提供上述耐高温石头纸或上述耐高温石头纸的制备方法制得的产品作为书写纸的应用。
53.实施例1
54.本实施例提供一种耐高温石头纸的制备方法，包括如下步骤：
55.1)按碳酸钙粉90份、脲醛树脂4份、二苯胺1.5份、邻苯二甲酸2份、十二烷基苯3份的重量比例进行配料，混合后球磨，然后送入增湿造粒机中进行造粒，对造粒后的粒子进行干燥，使含水率降至8～10wt％，即得。
56.2)将造粒好的粒子挤压成型，按比例将6份聚磷酸铵加入挤压机中，挤出片层状石头纸物料。
57.3)对石头纸物料进行拉伸处理：对石头纸物料进行预热，预热温度为120℃，然后放入拉伸装置中，以3倍率进行横向和纵向拉伸。
58.4)对拉伸处理后的石头纸进行冷却，所述冷却分四段进行，将温度降至85℃保持一段时间，再将温度降至65℃保持一段时间，再将温度降至35℃保持一段时间；再将温度降至15℃，使石头纸定型。
59.实施例2
60.本实施例提供一种耐高温石头纸的制备方法，包括如下步骤：
61.1)按碳酸钙粉80份、脲醛树脂5份、二苯胺1份、邻苯二甲酸0.5份、十二烷基苯4.5份的重量比例进行配料，混合后球磨，然后送入增湿造粒机中进行造粒，对造粒后的粒子进行干燥，使含水率降至8～10wt％，即得。
62.2)将造粒好的粒子挤压成型，按比例将5份聚磷酸铵加入挤压机中，挤出片层状石头纸物料。
63.3)对石头纸物料进行拉伸处理：对石头纸物料进行预热，预热温度为100℃，然后放入拉伸装置中，以2倍率进行横向和纵向拉伸。
64.4)对拉伸处理后的石头纸进行冷却，所述冷却分四段进行，将温度降至80℃保持一段时间，再将温度降至70℃保持一段时间，再将温度降至40℃保持一段时间；再将温度降至15℃，使石头纸定型。
65.实施例3
66.本实施例提供一种耐高温石头纸的制备方法，包括如下步骤：
67.1)按碳酸钙粉100份、脲醛树脂3份、二苯胺2份、邻苯二甲酸2份、十二烷基苯2份的重量比例进行配料，混合后球磨，然后送入增湿造粒机中进行造粒，对造粒后的粒子进行干燥，使含水率降至8～10wt％，即得。
68.2)将造粒好的粒子挤压成型，按比例将7份聚磷酸铵加入挤压机中，挤出片层状石头纸物料。
69.3)对石头纸物料进行拉伸处理：对石头纸物料进行预热，预热温度为150℃，然后放入拉伸装置中，以6倍率进行横向和纵向拉伸。
70.4)对拉伸处理后的石头纸进行冷却，所述冷却分四段进行，将温度降至80℃保持一段时间，再将温度降至65℃保持一段时间，再将温度降至25℃保持一段时间；再将温度降至10℃，使石头纸定型。
71.实施例4
72.本实施例提供一种耐高温石头纸的制备方法，包括如下步骤：
73.1)按硅酸钙粉90份、脲醛树脂4.5份、对苯二胺1.5份、邻苯二甲酸2份、花生油4份的重量比例进行配料，混合后球磨，然后送入增湿造粒机中进行造粒，对造粒后的粒子进行干燥，使含水率降至8～10wt％，即得。
74.2)将造粒好的粒子挤压成型，按比例将6份聚磷酸铵加入挤压机中，挤出片层状石头纸物料。
75.3)对石头纸物料进行拉伸处理：对石头纸物料进行预热，预热温度为120℃，然后放入拉伸装置中，以5倍率进行横向和纵向拉伸。
76.4)对拉伸处理后的石头纸进行冷却，所述冷却分四段进行，将温度降至85℃保持一段时间，再将温度降至60℃保持一段时间，再将温度降至35℃保持一段时间；再将温度降至13℃，使石头纸定型。
77.实施例5
78.本实施例提供一种耐高温石头纸的制备方法，包括如下步骤：
79.1)按硅酸钙粉90份、脲醛树脂4份、对苯二胺2.5份、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚2份、花生油4份的重量比例进行配料，混合后球磨，然后送入增湿造粒机中进行造粒，对造粒后的粒子进行干燥，使含水率降至8～10wt％，即得。
80.2)将造粒好的粒子挤压成型，按比例将7份聚磷酸铵加入挤压机中，挤出片层状石头纸物料。
81.3)对石头纸物料进行拉伸处理：对石头纸物料进行预热，预热温度为120℃，然后放入拉伸装置中，以2.5倍率进行横向和纵向拉伸。
82.4)对拉伸处理后的石头纸进行冷却，所述冷却分四段进行，将温度降至85℃保持一段时间，再将温度降至70℃保持一段时间，再将温度降至35℃保持一段时间；再将温度降至15℃，使石头纸定型。
83.对比例1
84.本实施例提供一种耐高温石头纸的制备方法，包括如下步骤：
85.1)按碳酸钙粉82份、木浆8份、脲醛树脂4份、二苯胺1.5份、邻苯二甲酸2份、十二烷基苯3份的重量比例进行配料，混合后球磨，然后送入增湿造粒机中进行造粒，对造粒后的粒子进行干燥，使含水率降至8～10wt％，即得。
86.2)将造粒好的粒子挤压成型，按比例将6份聚磷酸铵加入挤压机中，挤出片层状石头纸物料。
87.3)对石头纸物料进行拉伸处理：对石头纸物料进行预热，预热温度为120℃，然后放入拉伸装置中，以3倍率进行横向和纵向拉伸。
88.4)对拉伸处理后的石头纸进行冷却，所述冷却分四段进行，将温度降至85℃保持一段时间，再将温度降至65℃保持一段时间，再将温度降至35℃保持一段时间；再将温度降至15℃，使石头纸定型。
89.对比例1与实施例1的区别在于，在原料中加入木浆，与碳酸钙粉一起作为主成分。
90.对比例2
91.本实施例提供一种耐高温石头纸的制备方法，包括如下步骤：
92.1)按碳酸钙粉90份、脲醛树脂4份、二苯胺1.5份、邻苯二甲酸2份、十二烷基苯3份、聚磷酸铵6份的重量比例进行配料，混合后球磨，然后送入增湿造粒机中进行造粒，对造粒后的粒子进行干燥，使含水率降至8～10wt％，即得。
93.2)将造粒好的粒子加入挤压机中挤压成型，挤出片层状石头纸物料。
94.3)对石头纸物料进行拉伸处理：对石头纸物料进行预热，预热温度为120℃，然后
放入拉伸装置中，以3倍率进行横向和纵向拉伸。
95.4)对拉伸处理后的石头纸进行冷却，所述冷却分四段进行，将温度降至85℃保持一段时间，再将温度降至65℃保持一段时间，再将温度降至35℃保持一段时间；再将温度降至15℃，使石头纸定型。
96.对比例2与实施例1的区别在于，将阻燃剂在造粒过程中加入，而非后续挤出过程中加入。
97.实施例6
98.本实施例对实施例1-5、对比例1-2所述的耐高温石头纸的制备方法制得的石头纸性能进行测试，测试结果如表1所示。
99.表1
[0100][0101]
如表1所示，从实施例1-5、对比例1-2可以看出，纸张厚度有些许差异，这是由于造粒大小不同和拉伸过程中拉伸倍数不同导致的，本实施例在多组平行实验中选择了厚度最接近的若干组进行对比。
[0102]
挺度反映了石头纸的平整度，其中，对比例1制得的石头纸挺度最小，显然加入木浆能够增加石头纸的柔软度，但平整度变差。
[0103]
对比例1的阻燃性能明显差于其它组，显然，即使在加入阻燃剂的前提下，加入木浆使石头纸更加容易燃烧。
[0104]
对比例2制得的石头纸表面有浮粉，这是由于对比例2在造粒过程中即加入阻燃剂，而造粒干燥后表面会产生浮粉，而其它组实施例在挤出过程中加入阻燃剂，由于阻燃剂有一定粘度，将浮粉重新粘连，因此其他组实施例制得的石头纸表面均无浮粉。
[0105]
从实施例1-5来看，实施例1-5制得的石头纸性能相似，显然在本发明限定的范围内，石头纸的品质差异较小。
[0106]
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。