本发明公开了一种轻质抗拉型石头纸的制备方法，属于高分子材料
技术领域：
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背景技术：
：纸张作为印刷复制中一种最为重要的承印材料，一直以来因其良好的印刷适性而广受欢迎。但是传统纸张在给人们生活带来便利的同时，也给环境造成了极大的影响。石头纸主要是以为无机填料加工原料，通常占生产成分的，其余为有机聚合物通过髙温造粒，然后经过压延、拉伸、流延等生产工序制成需要的纸张。石头纸系列产品具有防水、防潮、耐折、防腐、防虫、防冻、阻燃、无毒等特点，在建材行业、包装、印刷、餐盒、不干胶、打印喷墨等诸多领域有广阔的应用前景，是可替代传统纸张、塑料薄膜、部分片材等的新型环保材料。作为纤维纸的替代品，石头纸具有广阔的发展前景。石头纸中的无机填料占70%～80%，无机填料对石头纸的各方面性能有着重要影响。有机聚合物中作为填料使用的无机填料种类繁多，添加不同无机填料的石头纸在性能上有明显差异。由于石头纸自身材料的原因，其光泽度和平滑度不佳，而且质地较软、挺度差、易变形，拉伸强度差。胶印中其印刷密度、油墨干燥速度都不及传统的纸张。目前市场上已经投产并推广使用石头纸，其在新闻出版领域、文化用纸、地图、墙纸等方面得到了较好的应用，但是根据生产厂家的分析，目前石头纸的重量比普通植物纤维纸大30%～50%，这在很大程度上限制了石头纸的应用范围。因此，如何改善传统石头纸重量大，强度低的缺点，以获取更高综合性能的石头纸，是其推广与应用于更广阔的领域，满足工业生产需求亟待解决的问题。技术实现要素：本发明主要解决的技术问题是：针对传统石头纸重量大，强度低的缺点，提供了一种轻质抗拉型石头纸的制备方法。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：（1）将硝酸钙与水按质量比1：80～1：100混合，并加入硝酸钙质量2～3倍的尿素和硝酸钙质量0.6～0.8倍巴氏芽孢杆菌，搅拌混合后，恒温静置，旋蒸浓缩，干燥，得预处理填料；（2）将预处理填料低温炭化，得炭化填料，将炭化填料与偶联剂按质量比1：3～1：5混合，并加入炭化填料4～5倍的水，搅拌混合后，过滤，干燥，得改性填料；（3）将淀粉与聚乙烯醇按质量比1.5：1.0～1.3：1.0混合，并加入淀粉质量0.1～0.2倍的乙二醛和淀粉质量0.1～0.2倍的甘油，搅拌混合后，得淀粉聚乙烯醇混合物；（4）将硼酸与石蜡按质量比1：10～1：15混合，并加入硼酸质量0.2～0.4的聚二甲基硅氧烷，搅拌混合后，冷冻粉碎，过筛，得改性石蜡；（5）按重量份数计，依次称取50～60份改性填料，12～16份淀粉聚乙烯醇混合物，20～30份聚乙烯，5～8份氧化石墨烯，3～6份改性石蜡，将聚乙烯与改性填料混合，并依次加入淀粉聚乙烯醇混合物，氧化石墨烯和改性石蜡，搅拌混合后，得基纸层混合料，将基纸层混合料经密炼，造粒，挤出，拉伸后，得基纸层，将基纸层进行电晕处理，得预处理基纸层；（6）按重量份数计，依次称取15～18份聚乳酸，30～40份水，2～3份氨水，1～2份抗静电剂，8～10份立德粉，将聚乳酸与水混合，并依次加入氨水，立德粉和抗静电剂，搅拌混合后，得涂布料；（7）将涂布料以10～30g/m2涂覆量涂抹于基层纸两面，即得轻质抗拉型石头纸。步骤（2）所述偶联剂为铝酸酯偶联剂，硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中任意一种。步骤（3）所述淀粉为玉米淀粉，木薯淀粉或马铃薯淀粉中任意一种。步骤（4）所述石蜡为碳原子数在22～28之间的石蜡混合物。步骤（5）所述基层纸厚度为0.2～0.8mm。步骤（6）所述氨水为质量分数为15～22%。本发明的有益效果是：（1）本发明在制备轻质抗拉型石头纸时使用巴氏芽孢杆菌制备原料碳酸钙，首先，在制备碳酸钙时使用巴氏芽孢杆菌可使形成的碳酸钙晶体以纳米级状态存在于细胞表面，从而使碳酸钙不易聚集，进而使碳酸钙能更加均匀的分布于产品中，使产品的抗拉性能提高，其次，再将预处理填料炭化后，包覆着碳酸钙的巴氏芽孢杆菌变为碳酸钙空心微球，在加入产品中后，碳酸钙空心微球可在填料的同时，显著减小所用碳酸钙的用量，从而使产品的密度减小，质量减轻；（2）本发明在制备轻质抗拉型石头纸时加入淀粉聚乙烯醇混合物和改性石蜡，一方面，淀粉聚乙烯醇混合物中的聚乙烯醇可与在产品制备过程中与融化石蜡中的硼酸反应，形成交联，从而使产品的抗拉性能进一步提高，另一方面，预处理填料在炭化过程中包覆着碳酸钙的巴氏芽孢杆菌变为碳酸钙空心微球并且巴氏芽孢杆菌变为炭质骨架存在于碳酸钙空心微球中，并且由于预处理填料中含有硝酸铵晶体，可在炭化过程中爆炸式分解，将部分碳酸钙空心微球炸裂，避免在炭化过程中纳米碳酸钙的团聚，且使部分碳酸钙带有炭质骨架，在加入产品中后，聚乙烯和淀粉聚乙烯醇混合物可在炭质骨架上进行缠绕，从而使产品的抗拉性能进一步提高。具体实施方式将硝酸钙与水按质量比1：80～1：100混合于烧杯中，并向烧杯中加入硝酸钙质量2～3倍的尿素和硝酸钙质量0.6～0.8倍巴氏芽孢杆菌，于温度为28～35℃，转速为250～300r/min的条件下搅拌混合45～80min后，于温度为28～35℃的条件下恒温静置1～2h后，得混合物，将混合物移入旋转蒸发仪，于温度为45～65℃，转速为120～150r/min，压力为500～600kpa的条件下旋蒸浓缩1～2h后，得旋蒸物，将旋蒸物于温度为75～85℃的条件下干燥30～40min后，得预处理填料；将预处理填料移入炭化炉，向炭化炉中以15～25ml/min的速率通入氮气，于温度为300～450℃的条件下低温炭化30～45min后，得炭化填料，将炭化填料与偶联剂按质量比1：3～1：5混合，并向炭化填料与偶联剂的混合物中加入炭化填料4～5倍的水，于温度为30～45℃，转速为280～380rmin的条件下搅拌混合30～40min后，过滤，得滤饼，将滤饼于温度为80～95℃的条件下，干燥45～55min后，得改性填料；将淀粉与聚乙烯醇按质量比1.5：1.0～1.3：1.0混合烧瓶中，并向烧瓶中加入淀粉质量0.1～0.2倍的乙二醛和淀粉质量0.1～0.2倍的甘油，于温度为45～75℃，转速为280～380r/min的条件下搅拌混合1～2h后，得淀粉聚乙烯醇混合物；将硼酸与石蜡按质量比1：10～1：15混合，并向硼酸与石蜡的混合物中加入硼酸质量0.2～0.4的聚二甲基硅氧烷，于温度为45～55℃，转速为250～350r/min的条件下搅拌混合25～35min后，得石蜡混合物，将石蜡混合物冷冻粉碎，过120～220目筛，得改性石蜡；按重量份数计，依次称取50～60份改性填料，12～16份淀粉聚乙烯醇混合物，20～30份聚乙烯，5～8份氧化石墨烯，3～6份改性石蜡，将聚乙烯与改性填料混合于搅拌机中，并依次向搅拌机中加入淀粉聚乙烯醇混合物，氧化石墨烯和改性石蜡，于温度为30～35℃，转速为250～380r/min的条件下搅拌混合20～45min后，得基纸层混合料，将基纸层混合料经密炼，造粒，挤出，拉伸后，得基纸层，将基纸层进行电晕处理，得预处理基纸层；按重量份数计，依次称取15～18份聚乳酸，30～40份水，2～3份氨水，1～2份抗静电剂，8～10份立德粉，将聚乳酸与水混合于混料机中，并依次向混料机中后加入氨水，立德粉和抗静电剂，于温度为28～45℃，转速为250～350r/min的条件下搅拌混合25～35min后，得涂布料；将涂布料以10～30g/m2涂覆量涂抹于基层纸两面，即得轻质抗拉型石头纸。所述偶联剂为铝酸酯偶联剂，硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中任意一种。所述淀粉为玉米淀粉，木薯淀粉或马铃薯淀粉中任意一种。所述石蜡为碳原子数在22～28之间的石蜡混合物。所述基层纸厚度为0.2～0.8mm。所述氨水为质量分数为15～22%。实例1将硝酸钙与水按质量比1：100混合于烧杯中，并向烧杯中加入硝酸钙质量3倍的尿素和硝酸钙质量0.8倍巴氏芽孢杆菌，于温度为35℃，转速为300r/min的条件下搅拌混合80min后，于温度为35℃的条件下恒温静置2h后，得混合物，将混合物移入旋转蒸发仪，于温度为65℃，转速为150r/min，压力为600kpa的条件下旋蒸浓缩2h后，得旋蒸物，将旋蒸物于温度为85℃的条件下干燥40min后，得预处理填料；将预处理填料移入炭化炉，向炭化炉中以25ml/min的速率通入氮气，于温度为450℃的条件下低温炭化45min后，得炭化填料，将炭化填料与偶联剂按质量比1：5混合，并向炭化填料与偶联剂的混合物中加入炭化填料5倍的水，于温度为45℃，转速为380rmin的条件下搅拌混合40min后，过滤，得滤饼，将滤饼于温度为95℃的条件下，干燥55min后，得改性填料；将淀粉与聚乙烯醇按质量比1.5：1.3：1.0混合烧瓶中，并向烧瓶中加入淀粉质量0.2倍的乙二醛和淀粉质量0.2倍的甘油，于温度为75℃，转速为380r/min的条件下搅拌混合2h后，得淀粉聚乙烯醇混合物；将硼酸与石蜡按质量比1：15混合，并向硼酸与石蜡的混合物中加入硼酸质量0.4的聚二甲基硅氧烷，于温度为55℃，转速为350r/min的条件下搅拌混合35min后，得石蜡混合物，将石蜡混合物冷冻粉碎，过220目筛，得改性石蜡；按重量份数计，依次称取60份改性填料，16份淀粉聚乙烯醇混合物，30份聚乙烯，8份氧化石墨烯，6份改性石蜡，将聚乙烯与改性填料混合于搅拌机中，并依次向搅拌机中加入淀粉聚乙烯醇混合物，氧化石墨烯和改性石蜡，于温度为35℃，转速为380r/min的条件下搅拌混合45min后，得基纸层混合料，将基纸层混合料经密炼，造粒，挤出，拉伸后，得基纸层，将基纸层进行电晕处理，得预处理基纸层；按重量份数计，依次称取18份聚乳酸，40份水，3份氨水，2份抗静电剂，10份立德粉，将聚乳酸与水混合于混料机中，并依次向混料机中后加入氨水，立德粉和抗静电剂，于温度为45℃，转速为350r/min的条件下搅拌混合35min后，得涂布料；将涂布料以30g/m2涂覆量涂抹于基层纸两面，即得轻质抗拉型石头纸。所述偶联剂为铝酸酯偶联剂。所述淀粉为玉米淀粉。所述石蜡为碳原子数在22～28之间的石蜡混合物。所述基层纸厚度为0.8mm。所述氨水为质量分数为22%。实例2将硝酸钙与水按质量比1：100混合于烧杯中，并向烧杯中加入硝酸钙质量3倍的尿素和硝酸钙质量0.8倍巴氏芽孢杆菌，于温度为35℃，转速为300r/min的条件下搅拌混合80min后，于温度为35℃的条件下恒温静置2h后，得混合物，将混合物移入旋转蒸发仪，于温度为65℃，转速为150r/min，压力为600kpa的条件下旋蒸浓缩2h后，得旋蒸物，将旋蒸物于温度为85℃的条件下干燥40min后，得预处理填料；将淀粉与聚乙烯醇按质量比1.5：1.3：1.0混合烧瓶中，并向烧瓶中加入淀粉质量0.2倍的乙二醛和淀粉质量0.2倍的甘油，于温度为75℃，转速为380r/min的条件下搅拌混合2h后，得淀粉聚乙烯醇混合物；将硼酸与石蜡按质量比1：15混合，并向硼酸与石蜡的混合物中加入硼酸质量0.4的聚二甲基硅氧烷，于温度为55℃，转速为350r/min的条件下搅拌混合35min后，得石蜡混合物，将石蜡混合物冷冻粉碎，过220目筛，得改性石蜡；按重量份数计，依次称取60份预处理填料，16份淀粉聚乙烯醇混合物，30份聚乙烯，8份氧化石墨烯，6份改性石蜡，将聚乙烯与预处理填料混合于搅拌机中，并依次向搅拌机中加入淀粉聚乙烯醇混合物，氧化石墨烯和改性石蜡，于温度为35℃，转速为380r/min的条件下搅拌混合45min后，得基纸层混合料，将基纸层混合料经密炼，造粒，挤出，拉伸后，得基纸层，将基纸层进行电晕处理，得预处理基纸层；按重量份数计，依次称取18份聚乳酸，40份水，3份氨水，2份抗静电剂，10份立德粉，将聚乳酸与水混合于混料机中，并依次向混料机中后加入氨水，立德粉和抗静电剂，于温度为45℃，转速为350r/min的条件下搅拌混合35min后，得涂布料；将涂布料以30g/m2涂覆量涂抹于基层纸两面，即得轻质抗拉型石头纸。所述淀粉为玉米淀粉。所述石蜡为碳原子数在22～28之间的石蜡混合物。所述基层纸厚度为0.8mm。所述氨水为质量分数为22%。实例3将硝酸钙与水按质量比1：100混合于烧杯中，并向烧杯中加入硝酸钙质量3倍的尿素和硝酸钙质量0.8倍巴氏芽孢杆菌，于温度为35℃，转速为300r/min的条件下搅拌混合80min后，于温度为35℃的条件下恒温静置2h后，得混合物，将混合物移入旋转蒸发仪，于温度为65℃，转速为150r/min，压力为600kpa的条件下旋蒸浓缩2h后，得旋蒸物，将旋蒸物于温度为85℃的条件下干燥40min后，得预处理填料；将预处理填料移入炭化炉，向炭化炉中以25ml/min的速率通入氮气，于温度为450℃的条件下低温炭化45min后，得炭化填料，将炭化填料与偶联剂按质量比1：5混合，并向炭化填料与偶联剂的混合物中加入炭化填料5倍的水，于温度为45℃，转速为380rmin的条件下搅拌混合40min后，过滤，得滤饼，将滤饼于温度为95℃的条件下，干燥55min后，得改性填料；将硼酸与石蜡按质量比1：15混合，并向硼酸与石蜡的混合物中加入硼酸质量0.4的聚二甲基硅氧烷，于温度为55℃，转速为350r/min的条件下搅拌混合35min后，得石蜡混合物，将石蜡混合物冷冻粉碎，过220目筛，得改性石蜡；按重量份数计，依次称取60份改性填料，30份聚乙烯，8份氧化石墨烯，6份改性石蜡，将聚乙烯与改性填料混合于搅拌机中，并依次向搅拌机中加入氧化石墨烯和改性石蜡，于温度为35℃，转速为380r/min的条件下搅拌混合45min后，得基纸层混合料，将基纸层混合料经密炼，造粒，挤出，拉伸后，得基纸层，将基纸层进行电晕处理，得预处理基纸层；按重量份数计，依次称取18份聚乳酸，40份水，3份氨水，2份抗静电剂，10份立德粉，将聚乳酸与水混合于混料机中，并依次向混料机中后加入氨水，立德粉和抗静电剂，于温度为45℃，转速为350r/min的条件下搅拌混合35min后，得涂布料；将涂布料以30g/m2涂覆量涂抹于基层纸两面，即得轻质抗拉型石头纸。所述偶联剂为铝酸酯偶联剂。所述石蜡为碳原子数在22～28之间的石蜡混合物。所述基层纸厚度为0.8mm。所述氨水为质量分数为22%。实例4将硝酸钙与水按质量比1：100混合于烧杯中，并向烧杯中加入硝酸钙质量3倍的尿素和硝酸钙质量0.8倍巴氏芽孢杆菌，于温度为35℃，转速为300r/min的条件下搅拌混合80min后，于温度为35℃的条件下恒温静置2h后，得混合物，将混合物移入旋转蒸发仪，于温度为65℃，转速为150r/min，压力为600kpa的条件下旋蒸浓缩2h后，得旋蒸物，将旋蒸物于温度为85℃的条件下干燥40min后，得预处理填料；将预处理填料移入炭化炉，向炭化炉中以25ml/min的速率通入氮气，于温度为450℃的条件下低温炭化45min后，得炭化填料，将炭化填料与偶联剂按质量比1：5混合，并向炭化填料与偶联剂的混合物中加入炭化填料5倍的水，于温度为45℃，转速为380rmin的条件下搅拌混合40min后，过滤，得滤饼，将滤饼于温度为95℃的条件下，干燥55min后，得改性填料；将淀粉与聚乙烯醇按质量比1.5：1.3：1.0混合烧瓶中，并向烧瓶中加入淀粉质量0.2倍的乙二醛和淀粉质量0.2倍的甘油，于温度为75℃，转速为380r/min的条件下搅拌混合2h后，得淀粉聚乙烯醇混合物；按重量份数计，依次称取60份改性填料，16份淀粉聚乙烯醇混合物，30份聚乙烯，8份氧化石墨烯，将聚乙烯与改性填料混合于搅拌机中，并依次向搅拌机中加入淀粉聚乙烯醇混合物，氧化石墨烯，于温度为35℃，转速为380r/min的条件下搅拌混合45min后，得基纸层混合料，将基纸层混合料经密炼，造粒，挤出，拉伸后，得基纸层，将基纸层进行电晕处理，得预处理基纸层；按重量份数计，依次称取18份聚乳酸，40份水，3份氨水，2份抗静电剂，10份立德粉，将聚乳酸与水混合于混料机中，并依次向混料机中后加入氨水，立德粉和抗静电剂，于温度为45℃，转速为350r/min的条件下搅拌混合35min后，得涂布料；将涂布料以30g/m2涂覆量涂抹于基层纸两面，即得轻质抗拉型石头纸。所述偶联剂为铝酸酯偶联剂。所述淀粉为玉米淀粉。所述基层纸厚度为0.8mm。所述氨水为质量分数为22%。实例5将硝酸钙与水按质量比1：100混合于烧杯中，并向烧杯中加入硝酸钙质量3倍的尿素和硝酸钙质量0.8倍巴氏芽孢杆菌，于温度为35℃，转速为300r/min的条件下搅拌混合80min后，于温度为35℃的条件下恒温静置2h后，得混合物，将混合物移入旋转蒸发仪，于温度为65℃，转速为150r/min，压力为600kpa的条件下旋蒸浓缩2h后，得旋蒸物，将旋蒸物于温度为85℃的条件下干燥40min后，得预处理填料；将预处理填料移入炭化炉，向炭化炉中以25ml/min的速率通入氮气，于温度为450℃的条件下低温炭化45min后，得炭化填料，将炭化填料与偶联剂按质量比1：5混合，并向炭化填料与偶联剂的混合物中加入炭化填料5倍的水，于温度为45℃，转速为380rmin的条件下搅拌混合40min后，过滤，得滤饼，将滤饼于温度为95℃的条件下，干燥55min后，得改性填料；将淀粉与聚乙烯醇按质量比1.5：1.3：1.0混合烧瓶中，并向烧瓶中加入淀粉质量0.2倍的乙二醛和淀粉质量0.2倍的甘油，于温度为75℃，转速为380r/min的条件下搅拌混合2h后，得淀粉聚乙烯醇混合物；将硼酸与石蜡按质量比1：15混合，并向硼酸与石蜡的混合物中加入硼酸质量0.4的聚二甲基硅氧烷，于温度为55℃，转速为350r/min的条件下搅拌混合35min后，得石蜡混合物，将石蜡混合物冷冻粉碎，过220目筛，得改性石蜡；按重量份数计，依次称取60份改性填料，16份淀粉聚乙烯醇混合物，30份聚乙烯，6份改性石蜡，将聚乙烯与改性填料混合于搅拌机中，并依次向搅拌机中加入淀粉聚乙烯醇混合物和改性石蜡，于温度为35℃，转速为380r/min的条件下搅拌混合45min后，得基纸层混合料，将基纸层混合料经密炼，造粒，挤出，拉伸后，得基纸层，将基纸层进行电晕处理，得预处理基纸层；按重量份数计，依次称取18份聚乳酸，40份水，3份氨水，2份抗静电剂，10份立德粉，将聚乳酸与水混合于混料机中，并依次向混料机中后加入氨水，立德粉和抗静电剂，于温度为45℃，转速为350r/min的条件下搅拌混合35min后，得涂布料；将涂布料以30g/m2涂覆量涂抹于基层纸两面，即得轻质抗拉型石头纸。所述偶联剂为铝酸酯偶联剂。所述淀粉为玉米淀粉。所述石蜡为碳原子数在22～28之间的石蜡混合物。所述基层纸厚度为0.8mm。所述氨水为质量分数为22%。对比例：山西某纸业有限公司生产的石头纸。将实例1至5所得的轻质抗拉型石头纸及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：拉伸强度：按照gb/t1040.3对试件进行检测；具体检测结果如表1所示：表1：拉伸强度具体检测结果检测项目实例1实例2实例3实例4实例5对比例拉伸强度/mpa15.9412.3410.769.117.634.58由表1检测结果可知，本发明技术方案制备的轻质抗拉型石头纸抗拉性能优异的特点，在石头纸行业的发展中具有广阔的前景。当前第1页12