层状结构合成纸及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种合成纸及其制作方法，特别是涉及一种类层状结构合成纸及其制作方法。
【背景技术】
[0002]合成纸(synthetic paper)，又叫石膜纸、化工薄膜纸、聚合物纸、塑料纸等，是以聚烯烃等树脂和无机填充物为主要原料，通过挤、延压出或吹膜工艺加工而成的，同时具有塑料和纸的特征的多功能性材料。合成纸是一种新型的塑料材料产品，也是一种环保产品，具有比重轻、强度大、抗撕裂，印刷性好，遮光、抗紫外线，经久耐用，经济环保等特点。
[0003]合成纸在国外已有三十多年的发展史，尤其在美国、日本、加拿大等发达国家，中国台湾地区起步较早，发展较快。随着全球环保意识的加强，加快了合成纸的发展，新的合成纸品种的不断出现，扩大了合成纸的应用范围。目前，合成纸产品的世界销售额每年以10%的速度递增，合成纸部分取代普通纤维纸的步伐在加快。
[0004]按结构的不同，合成纸分为单层合成纸、三层合成纸、五层合成纸等。合成纸的制作常需采挤出机为生产设备，具有层状结构的合成纸通常需多个工序，或采用多台挤出机。一种方法是将树脂和无机填充物挤出成型后，作为内层或外层再在其表面层贴合聚丙烯等树脂膜后，再延伸形成得到所需的多层结构，如CN96105403.4、CN99808806.4。另一种方法是采用多个挤出机共挤出的方法得到所需的多层结构，如CN94217511.5公开了一种聚丙烯合成纸及其制造装置，是以三层共挤压方式，对聚丙烯树脂组合物及树脂组合物分由一台主押出机及二台副押出机加以挤压，并汇流经同一 T形模头压出而构成纸面层/中间层/纸面层的板片，再经冷却成型、双轴延伸、电晕等处理，及视厚度需要再予以积层贴合后经卷取的合成纸。采用这一方法制作的层状合成纸还包括CN97104273.X、CN99105768.6、CN99111159.UCN03135321.5 和 CN201210031029.7 等。CN03156314.7,200510095687.2 则公开了五层合成纸及其制备方法，系采用5台押出机共挤出的方法制作。
[0005]如上所述，目前业界制作的既有层状合成纸在实施方法上相当多，其中不乏藉多台押出机或多道制造工艺程序来成型出所需复数层及所需增加厚度的合成纸。为揭举既有层状合成纸及其制作方法，在此再列举数例相关实施手段，如台湾公告号:305805、“组合之合成纸”发明案、日本王子油化合成纸株式会社日本特公昭46-40794号、日本特开平3-87255号专利案，该种中间夹层内含无机矿粉之聚丙烯合成纸在藉押出机成型出所需厚度的合成纸，尚需藉于双外表面进一步贴合聚丙烯膜并作延伸使形成两外表面具纯聚丙烯膜料的包覆，以改善中间含碳酸钙粉末之聚丙烯合成纸表面有松散粉尘结构且于后接续之表面印刷易有印刷掉粉之缺陷。又如台湾的专利公告号:379272、“环保纸的制造方法”发明案，所披露的单层或多层共吹聚乙烯合成纸藉吹膜制程(blown film)成形出所得的中空管膜，絶对存在有厚度不均及表面因高度延伸制程而有掉粉现象，因此得再施行后续工序补强如:加热延压整平与表面涂布保护膜层以防掉粉尘现象。再如台湾的公告号:252174、“三层共挤压双轴延伸聚丙烯(BOPP)珠光合成纸之制造方法”发明案，此三层共押出的合成纸外侧为纯塑料层，用以保护高比例碳酸钙含量易掉粉之中间夹层结构，此藉增加合成纸两外侧共押出PP纯塑料保护中间高碳酸钙含量与PP均混合成纸所需，得增加额外的共押出机硬件，将使制造成本增加。
【发明内容】
[0006]本发明依据既有的层状合成纸在制作上存有的缺失，就材料结构设计、降低材料成本与简化制造工艺来作进一步改善，旨在提供一种层状结构合成纸及其制作方法，通过单一螺杆押出机押出而直接获得一种内层为聚烯烃树脂和无机填充物、外表面包覆聚烯烃树脂层的类层状结构，以极大地提高合成纸中碳酸钙等无机矿粉的含量，降低设备投资和制作成本，同时达到简化制造工艺之目的。
[0007]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下:
[0008]一种层状结构合成纸，系以聚烯烃树脂和无机矿粉为主要原料通过押出工艺加工而成，其特征在于，所述的合成纸包含由中间层和中间层两侧的包覆层所组成的类层状结构，所述的中间层为经混炼后均匀分布的无机矿粉和无机矿粉外周包覆的聚烯烃的均匀混质层；所述的包覆层为中间层藉由扩散、迁移所形成的聚烯烃树脂层。
[0009]本发明的层状结构合成纸其中的类层状结构系由单一的螺杆押出机押出成型、延伸后形成。原料聚烯烃树脂和无机矿粉组合物在押出机中熔融、混炼，物料主体为主要由无机矿粉和熔融聚烯烃组成的均匀的混合物，部分聚烯烃藉由温度梯度与粘度梯度逐渐扩散、迁移至物料的外表面，经T型模头押出后得到包覆在中间层两侧的聚烯烃树脂层。不同于多押出机共挤出方法，所述的聚烯烃树脂层极薄，厚度约0.5?5微米，仍能形成均一的包覆层，并足以防止中间层在后续加工及使用中出现掉粉现象。
[0010]所述的合成纸中类层状结构能显著提高合成纸中无机矿粉的含量，以重量百分组成计，本发明所述合成纸的类层状结构包括56%至80%无机矿粉，另含18%至43%聚烯烃和1%至2%添加剂。可将56%至80%重量无机矿粉、18%至43%重量聚烯烃及1%至2%重量添加剂制作成预设形态物料，以引入专属的押出机进行熔融、混练，使形成外侧为聚烯烃层、及中间部位为结合以无机矿粉和外周包覆聚烯烃的均混层的熔融聚烯烃无机矿粉组合物，再经押出后为一中间层包含有均匀无机矿粉和外周包覆以聚烯烃的混质层、及两外侧为聚烯烃层构成的具预设厚度的类层状结构合成纸膜。
[0011]本发明的另一目的在于提供一种所述层状合成纸的制作方法，以聚烯烃树脂和无机矿粉为主要原料，优选56%至80%重量无机矿粉、18%至43%重量聚烯烃及1%至2%重量添加剂的组合物，将所述的组合物经过连续混合密炼制成预设形态，送入温度设定的单一螺杆押出机中，组合物在押出机中熔融、混合、真空排气，经T型模头押出成型，形成类层状结构纸膜；再经延压、纵向延伸、横向延伸、定型冷却、消除应力处理，制得所述的层状合成纸。
[0012]本发明中，所述的螺杆押出机包括料筒和其间结合的螺杆，所述的螺杆沿物料流动方向由入料段、压缩段和混练扩散段所构成，所述混练扩散段包含至少两种以上螺杆表面设置不同预设形态凸部结构的阻隔(扩散迁移)区，并使混练扩散段螺杆表面的凸部结构呈彼此交错的分布形态，物料流动中得以多次分流与多次回流使更均匀混炼及最后达到层流化结构。
[0013]本发明中类层状结构纸膜由单一的螺杆押出机直接押出成型，因应具有层状结构合成纸膜的押出加工成型，对结合在押出机其间料筒内部的螺杆进行新的设计。押出机螺杆通常区分有入料段、压缩段、计量段(靠后段落)所构成；本发明对押出机螺杆进行的结构改良包括，螺杆的靠后段落是设为一长度为整体螺杆长度的1/2至1/3的混练扩散段，在该混练扩散段螺杆面是设置至少两种以上包含不同预设形态凸部结构(包括但不限于横向矩形、方形、半圆形、弧突形等)的阻隔区，并使混练扩散区螺杆面分布的凸部结构是呈彼此交错开形态；以利熔融聚烯烃和无机矿粉在引入该混练扩散段时，在其间分布的包含凸部结构的阻隔区形成逐步往复前移的循环分流及回流，使该熔融无机矿粉聚烯烃组合物能获得充分的均匀混练，并藉由熔融无机矿粉和聚烯烃其间包含至少两种上不同比热的成份，能在多次循环分流及多次回流过程中使比热较高的聚烯烃被扩散迁移至外层、而比热较低的无机矿粉聚烯烃组合物则沿着螺杆表层面逐步在分流及回流下前移，以使类层状熔融无机矿粉聚烯烃组合物在引至螺杆末端能为料筒一端结合的T型模头押出而形成一所需的类层状合成纸膜。
[0014]本领域技术人员不难理解，本发明所述的层状结构合成纸，还可以在类层状结构的一侧或两侧增加至少一层以上的附加层。附加层可以是聚烯烃树脂、聚烯烃组合物等，附加层形成的方式包括多层共押出(co-extrus1n)、淋膜贴合(extrus1n laminat1n)和乾式贴合(dry laminat1n)等工艺。所述的层状结构合成纸,亦可根据现有技术视用途对其进行表面处理，改变合成纸表面特性以适应不同的使用场合与需要，如提供印刷性、阻氧性、阻油水性等特殊功能。
[0015]下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的保护范围并不以【具体实施方式】为限，而是由权利要求加以限定。
【附图说明】
[0016]图1本发明的三层式层状合成纸的截面示意图。
[0017]图2本发明的五层式层状合成纸的截面示意图。
[0018]图3本发明中类层状结构的SEM/EDS谱图。
[0019]图4本发明中类层