CN103240885B - 印刷快干环保型双轴延伸聚丙烯合成纸 - Google Patents

Abstract

一种印刷快干环保型双轴延伸聚丙烯合成纸，以高结晶性聚丙烯树脂与碳酸钙复合粒，二氧化钛复合粒，抗静电剂，紫外线吸收剂所组成的聚丙烯树脂组合物和由聚丙烯、聚乙烯，抗黏剂组成的树脂组合物，分别由的一台主押出机及二台副押出机共挤押汇流经同一T模头押出成为三层结构的涂布素材膜片，经冷却定型后，将此膜片先作纵向延伸，再作横向延伸的预热、延伸、回火处理的双轴延伸；再经高周波电晕处理后，以卷取机卷取成为厚度250μm以下的涂布素材膜片。另再以含有压克力树脂，碳酸钙，白土，二氧化钛，水，抗静电剂所组成的纸面层处理剂，用凹版涂布轮对涂布素材板片施以涂布厚度10μ以下的纸面处理，成为厚度250μ以下的改良合成纸。

Description

印刷快干环保型双轴延伸聚丙烯合成纸

技术领域

本发明是有关印刷快干环保型双轴延伸聚丙烯合成纸，特别是关于以二个不同的聚丙烯树脂配合料分别由一台主压出机及二台副压出机与予共挤押汇流经同一T模头压出成为三层结构的涂布素材，通过冷却定型，双轴延伸后，再以水性无毒底涂涂料、上涂涂料作为纸面层处理剂表面处理成为聚丙烯合成纸。

背景技术

以聚烯烃合成纸取代天然抄造纸，目前是以聚丙烯的双轴延伸薄膜为中间基材层，于其表面贴或涂布含有无机盐微细粉末的聚丙烯单轴延伸薄膜作为纸面层构成合成纸，早已被日本王子油化公司开发提出专利申请(日本特公昭46-40794号、日本特开昭56-141339号及日本特开昭56-118437号)且已实用化。为提高合成纸的凹版印刷性，日本特开昭50-10624号、特开昭50-161478号等案在其纸面上涂布剂量在0.005～0.1g/m²内的丙烯酸系共聚体或聚伸乙基亚胺等的水溶液；另日本特开平3-87255号案采用含有顺式度98％以上的结晶性聚丙烯35～95重量％与滑石粉及/或云母粉末65～5重量％的树脂，经挤押、双轴延伸的涂布素材薄膜作为基材层(中间层)，并于此基材层的至少一面上贴合或涂布另由含有顺式度98％的高结晶性聚丙烯20～90重量％及无机盐微细粉末80～10重量％的树脂，经单轴延伸所形成的薄膜纸面层构成不透明度90％以上的复层树脂合成纸。

上述公开专利制得的合成纸，虽具有防水、抗撕裂、刚性、机械强度与打印头的密着性优点，然而在印刷的过程中由于油墨干燥速度不甚理想，未能广泛作为适用于书写用、印刷用文化用纸。其原因在于合成纸面的微细空孔量及空孔串联程度远比天然纸张不理想，使得印刷加工后，油墨的干燥时间相当长(4色印刷需约8小时)，必需再以晒纸的方式使油墨干燥，同时也会使堆叠量受到限制，造成背面反印。再以4色双面印刷而言，无形中需要增加印刷作业人员数，及预留等候干燥的作业空间外，又因其纸面是含有无机盐微细粉末的聚丙烯单轴延伸薄膜结构，着墨量也不如天然纸张理想，需由印刷机加强提供放墨量来达成色彩饱和度；同时亦需要为避免印墨中的溶剂侵入而造成纸面变形及尺寸变化而使用价格远比天然纸张印刷用油墨贵3-4倍的合成纸专用墨来印刷。换言之，以含有无机盐微细粉末的聚丙烯单轴延伸薄膜纸面结构的合成纸无法广泛取代天然纸类产品诸多用途的主因是，在于印刷加工及印刷过程所花费的费用与天然纸张的差异很大使然。

另日本日清纺绩株式会社，用表面处理方式在聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯或聚酯的有/无延伸膜片上作纸面层处理所得的合成纸，其合成纸的质量特性(印刷适性、干燥性)虽然远超越前述用含有无机盐微细粉末的聚丙烯单轴延伸薄膜作为纸面层的合成纸好，理应广泛取代天然纸张文化用纸的用途，但事实上以此法制得的合成纸的各项成本相当高，在市场的销售并不较利用含有无机盐微细粉末的聚丙烯单轴延伸薄膜作为纸面层的合成纸理想。因其工艺是利用二甲基甲酰胺(Dimethyl formamide,DMF)溶剂作为表面层处理用剂，涂布后的纸面层厚度相当厚，未能低于10μm以下的涂布厚度，溶剂的毒性又相当强，且在工艺中会硬化、在发泡的阶段又会副产大量具毒性废水，尚需投资价昻的废水处理设备作废水处理，否则会造成环境污染的公害问题。

为使合成纸的质量在适用上能广泛取代天然造纸的用途，同时亦为避免因制造成本过高造成合成纸的特性取代的较小使用范围；申请人在本发明申请的15年前亦提供有一种将聚丙烯树脂组合物经由一台主压出机及二台副压出机共挤押的挤押物汇流经同一T型模头挤押制成三层结构的聚丙烯白色不透明树脂涂布素材膜片，再经冷却定型、双轴延伸、电晕处理后，视厚度需要再以表面层处理机施予含有油性有机溶剂(氯化聚丙烯、苯)的无机盐类的纸面层处理剂涂布，构成印刷快干型双轴延伸聚丙烯珠光合成纸(TW288074，申请号85100270)。

此发明所制得的合成纸，因其纸面微细空孔量及空孔串联程度与天然纸类产品极为接近，在4色印刷的油墨能完全干燥的时间为10分钟，而避免反印的印刷印墨外层干燥时间为1分钟以内使印刷作业完全与天然纸张相当，并不需再作堆叠量控制、增加印刷厂作业人员及预留等候干燥作业时间之外，油墨被吸收亦只限于涂布层，并不会侵入涂布素材膜层，可使用一般印刷天然造纸类产品的油墨；同时其着墨量亦与天然纸张相当，不用再增加印刷机的放墨量。可见该发明所制得的合成纸，其质量特性已超越当时公知的一般合成纸，能广泛取代天然纸在印刷用、书写用的文化用纸用途。

惟上述申请人的发明，因其纸面层处理剂的无机盐类化合物使用有含毒性的氯化聚丙烯、苯有机溶剂的涂布配方，又必然在制造合成纸过程经过10～25M温度80℃～120℃的烘箱设备干燥，不但厂房及作业人员受到由干燥而产生的溶剂废气污染，合成纸亦尚残留有微量氯、苯的工安疑虑，为此本申请人乃再殚精竭虑经无数次的试验、检讨及改进发现，将该发明的双轴延伸聚丙烯白色不透明树脂的三层结构涂布素材膜片(中间层)，以一台主压出机对含有顺式97％以上的高结晶性聚丙烯90～40重量％与碳酸钙复合粒(碳酸钙45～85％及聚丙烯树脂55～15％组成)10～40重量％，二氧化钛复合粒(二氧化钛40～60重量％及聚丙烯树脂60～40重量％组成)0.1～15重量％及抗静电剂0.1～5重量％，紫外线吸收剂0.1～2％所组成的树脂组合物予以挤押；膜片上、下的表面以二台副压出机对含有聚丙烯50～99％、聚乙烯0.1～5％及抗黏剂5～0.1％组成的树脂组合物予以挤押的三台压出机共挤押挤押物汇流经同一T型模头压出形成三层结构的涂布素材膜片，经双轴延伸、电晕处理后，再以由压克力树脂8～20重量％，碳酸钙20～60重量％，白土0.1～5重量％，二氧化钛0.1～2重量％，水30～90％及抗静电剂0～2％组成的纸面层处理剂，用凹版涂布轮对涂布素材膜片施以厚度10μm以下涂布的纸面层处理，可得印刷快干环保型双轴延伸聚丙烯合成纸而完成本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种印刷快干环保型双轴延伸聚丙烯合成纸及其制法。

为实现上述目的，本发明提供的印刷快干环保型双轴延伸聚丙烯合成纸的制法，包括；

1)将顺式度97％以上的高结晶性聚丙烯树脂90～40重量％与碳酸钙复合粒10～40重量％、二氧化钛复合粒0.1～15重量％及抗静电剂0.1～5重量％、紫外线吸收剂0.1～2重量％组成的聚丙烯树脂组合物和由聚丙烯50～99重量％及抗黏剂5～0.1重量％组成的树脂组合物，分别由温度均设定在200～280℃的一台主压出机及二台副压出机予以挤压并予汇流经同一T模头挤压出成为三层结构的涂布素材膜片；

2)经15～80℃冷却轮冷却定型后对此膜片施予双轴延伸，即先于100～160℃下作4～6延伸倍率的纵向延伸的预热、延伸、回火处理，再送入温度设定在150～190℃下作5～10延伸倍率的横向延伸的预热、延伸、回火处理；

3)再经20～150KW功率高周波电晕处理成为具有厚度250μm以下的涂布素材膜片，其中；

4)在涂布素材膜片上，以含有压克力树脂8～20重量％或碳酸钙20～60重量％、白土0.1～5重量％、二氧化钛0.1～2重量％、水30～90重量％、抗静电剂0.1～2重量％所组成的纸面层处理剂，用100～400筛目，60μm～10μm版深的凹版涂布轮施予10μm以下厚度的纸面涂布处理后，通过10～25M、温度80℃～120℃的烘箱设备成为厚度250μ以下的合成纸。

附图说明

图1为本发明合成纸的断面结构图；

图2为本发明合成纸的制造装置流程图。

图3为本发明纸表面处理机装置示意图。

图4为本发明积层贴合装置示意图。

附图中主要符号标记说明：

图1中：A降低密度的发泡层；B纸面处理剂的接着层；C吸收印刷油墨的纸面层。

图2中：1压出机装置；2冷却成型装置；3纵向延伸装置；4横向延伸装置；5电晕处理装置；6卷取机。

图3中：(1)涂布发送段；(2)凹版涂布轮(第一版)；(3)版间干燥设备；(4)凹版涂布轮(第二版)；(5)下层干燥烘箱；(6)凹版涂布轮(第三版)；(7)版间干燥设备；(8)凹版涂布轮(第四版)；(9)上层干燥烘箱；(10)卷取机。

图4中：(1)上胶发送段；(2)凹版上胶轮；(3)胶槽；(4)干燥烘箱；(5)贴合发送段；(6)贴合轮；(7)卷取机。

具体实施方式

本发明为制出适于书写用、印刷用外尚可包装食品用的环保文化用纸，采用顺式97％以上的高结晶度聚丙烯树脂为主要原料，制成涂布素材膜片所用的聚丙烯树脂为选自熔流指数(以下简称MFI)2～6(230℃/2.16KgASTM D1238)的高结晶度顺式(Isotactic)均一聚合物，以丙烯为主成份而与乙烯、丁烯-1、己烯-1、庚烯-1、4-甲基戊烯----等α-烯烃共聚体。此共聚体为无规共聚体，亦可为嵌段共聚体，其熔流指数(JIS K 7210；230℃、2.16kg负载)为0.5～50g/10min，结晶化度(X射线法)为20％以上以40～75％为较宜，熔点在140～190℃之间。

本发明涂布素材所用的；

(1)填充剂碳酸钙；其主要作用是使于双轴延伸工艺中的涂布素材由该填充剂的不规则构造延伸出微细孔隙，使涂布素材的比重在未添加发泡剂下大幅降低至0.55～0.83以上，并赋与涂布素材极佳的不透明性。为虑及无机填充剂的分散性亦可使用无机填充剂与聚丙烯树脂先经捏练制成复合粒。另外无机填充剂除碳酸钙外，亦可用硅薄土、白土、硅酸钙、粘土等。

(2)二氧化钛为金红石型二氧化钛；其主要作用为调整合成纸的遮蔽性及强化抗紫外线效果。

(3)抗静电剂；是采用现行一般双轴延伸聚丙烯所用的抗静电剂，主要为一～三级胺，亦可由一～三级胺的电荷移行性以消除因涂布加工过程所产生的静电效应。

为防止涂布素材膜片卷取时的膜面相互黏结，于制造涂布素材膜片的过程，尚需加入现行一般双轴延伸聚丙烯所用的抗黏剂二氧化硅类。此外，由于涂布素材膜片是三层结构，其上、下素材层于膜片冷却工艺时能得到较佳的贴轮性而有较佳的膜面品质，使涂布素材膜片能有更佳的遮蔽性及涂布坚牢度，亦可考虑添加无机填充剂如碳酸钙、二氧化钛、白土、硅酸钙或粘土等，同时亦可只使用于上或下层仅单层结构。

(4)聚乙烯；其主要作用为热封性，同时另与PP混炼为母粒(MasterBatch,MB)时有利提升膜片的遮蔽性作为表层的纸面效果显现。

本发明的纸面层处理剂所使用的：

1)压克力树脂；其主要作用是改善涂层与素材的接着性，纸面的刚性及耐刮性，同时对耐候能力的改善亦有相当大的帮助，但为考虑纸面柔软性亦可选择不用。

2)碳酸钙及白土；其粒径范围为0.5～5μm，主要作用是改善印刷时的油墨干燥能力。除此之外硅藻土、硅酸钙、粘土或高岭土等亦可作为原料之一使用。

3)二氧化钛；主要是提供合成纸面有较佳的白度及视觉质感，同时对合成纸的遮蔽性及抗紫外线也有很大帮助。

4)抗静电剂；为水性型错化合物抗静电液，其主要成份为酰胺(amide)类，主要作用是消除印刷加工过程所产生的静电，及赋于激光列表机亦能打印合成纸。

为延长合成纸在户外使用的时间及防止合成纸受紫外线作用而老化分解，在三层结构的原料亦可采用少量紫外线吸收剂，其用量为1～2重量％。

本发明改良的印刷快干环保型双轴延伸聚丙烯合成纸制品比重可达0.55～0.83以下，较日本特开平3-87255号案的比重0.79低24％以上，较日本日清纺绩公司的合成纸0.85低29％以上，使消费用户可在相同单位重量下，在使用上有较多的使用面积及更加经济。

以下就本发明制造印刷快干环保型双轴延伸合成纸所采用的改良制法配以制造流程装置(附图)作进一步的详细说明：

图1为依本发明的改良方法制得的合成纸的断面结构示意图。

图2为本发明合成纸制造装置流程图。图中；

1)，1为压出机装置：包括一台主压出机及二台副压出机，其操作温度受树脂组合物的原料，MFI、结晶度、黏度、添加剂及生产线速(卷取速度)的不同而异，通常都设定在200～280℃范围内，采用三层共挤押方式进行，此三层的压出物是利用T型模头的流道设计组合，经汇流由T型模头压出。

2)，2为冷却定型轮装置：采用水冷式或气冷式冷却装置，对高温200～280℃三层共挤压出的挤押物加以冷却定型。此工艺的冷却温度控制成功与否，将对其后的执行步骤及工艺的顺利与否有很大关系，因之，冷却温度是视该涂布素材膜片的厚度及生产线速，通常都设定在15～80℃之间以此范围内的温度加以调整。

3)，3为纵向延伸装置：经冷却定型的涂布素材膜片送入本装置的前，先在100～160℃(视所需制造的涂布素材膜片厚度及生产线速设定)予以预热使素材软化，再以一段或二段延伸作低速及高速延伸，以加强涂布素材纵向的机械强度，再予以回火定形，通常的纵向延伸倍率都设定在4～6倍。

4)，4为横向延伸装置：是将经上述纵向延伸处理的较薄涂布素材膜片在150～190℃(视纸膜厚度及生产线速设定)予以预热软化，再作横向延伸，最后再以回火定形，使涂布素材膜片回缩增加尺寸安定性，通常横向延伸倍率都设定在5～10倍。

5)，5为电晕处理装置：系为使涂布素材膜片能改善表面特性质量，增进涂布素材膜片表面与纸面处理剂的坚牢度，采用功率为20～150KW高频放电装置(视生产线速调整)，使表面的润湿张力达到38～48dyne/cm²。

6)，6为卷取装置：是由一管状型物将上述所生产完成的涂布素材膜片卷取成8M宽成品的器具。

图3为表面层处理机装置：是对于由图2装置所生产的250μ以下厚度，及经图4积层贴合装置所制成300μm以上厚度的涂布素材膜片施以纸面处理形成含有多微细空孔量及空孔串联程度极佳如天然纸张般的纸面层的一种每面两版单或双面线上(on-line)的涂布装置。是一种可将300μ以下或以上的涂布素材膜片置于涂布发送段(图3的(1))，再经第1版的凹涂布轮(图3的(2))将纸面层处理剂涂布在涂布素材膜片表面，作第一道单面纸面处理。第一道单面纸面处理后的涂布素材膜片通过第一版与第二版间的10～25M、温度80℃～120℃烘箱设备(图3的(3))干燥后，再经第二版的凹版涂布轮(图3的(4))作第二道单面纸面处理。最后再进入10～25M、温度80℃～120℃烘箱设备(图3的(5))干燥。若需作双面涂布，可同上述第一道单面纸面处理步骤，将已完成第一面涂布的涂布素材膜片，经第三版凹版涂布轮(图3的(6))，10～25M、温度80℃～120℃烘箱设备(图3的(7))，第四版凹版涂布轮(图3的(8))，最后再进入10～25M、温度80℃～120℃烘箱设备(图3的(9))作第二面涂布及干燥。

上述装置为一种每面两版单或双面线上涂布装置，可依产品用途选择单或双面纸面涂布，或每面一或二道涂布；而凹版涂布轮的版深，可由10μm至60μm；网目可由100筛目至400筛目加以变化组合。

图4为积层贴合装置：是将两卷相同或不同低于200μm厚度的涂布素材膜片予以积层贴合；在贴合的前须对各该层的表面上胶成为涂布素材膜片厚度超过300μm的积层贴合装置。图4中的(2)为上胶轮，其型式(多线条浅版深或少线条深版深)决定于上胶的涂布量及底涂粘胶剂的黏度。其底涂粘胶剂可用适于聚丙烯材质贴合用的聚胺脂系或其他聚伸乙基酰亚胺、多元胺聚酰胺的伸乙基酰亚胺加成物或含四级铵的丙烯酸酯系聚合体。

将两卷相同或不同厚度的250μm以下的合成纸涂布素材膜片分别置于上胶及贴合的发送段(图4的(1)、(5))，在上胶发送段(图4的(1))的涂布素材膜片是由凹版上胶轮(图4的(2))的涂布置于涂液槽(图4的(3))的涂剂液进行上胶涂布素材膜片面，上胶后的涂布素材膜片通过温度为40～80℃的干燥烘箱(图4的(4))干燥，使涂粘胶剂液中的溶剂驱除，再将已驱除溶剂的涂布素材膜片在40℃～80℃的贴合轮(图4的(6))处与另一贴合发送段(图4的(5))发送的另一同或不同厚度的涂布素材膜片进行积层贴合，两者贴合后利用卷取机(图4的(7))卷取完成300μm以上的涂布素材膜片制品。

为使本发明的技术内容能进一步更加明了，以下以实施范例加以详细说明，但本发明的专利范围不受其限定。

实施例一：(厚度250μm以下的双面印刷快干环保型双轴延伸聚丙烯合成纸)

(1)取顺式度97％以上的聚丙烯(MFI：2.7～3.3)70重量％与聚乙烯3重量％，碳酸钙复合粒(60％)21重量％，二氧化钛复合粒(45％)5重量％及抗静电剂4重量％混合后，进入主压出机；另取聚丙烯99重量％，抗黏剂1重量％，以混合机混合后，进入二台副压出机；在主副压出机温度200～280℃下，以三层共压出汇流经同一T型模头压出涂布素材膜片，经冷却轮在15～80℃温度范围下，将此聚丙烯涂布素材膜片冷却定型，再进入纵向延伸装置，在温度设定在100～160℃下先予以预热再作4～6倍纵向延伸，延伸后予以回火冷却；冷却后再进入横向延伸装置，在温度设定150～190℃下，先予以预热，再作5～10倍延伸，延伸后再予以回火冷却以控制涂布素材膜片的回缩率；离开横向延伸装置后，再经电晕处理，使涂布素材膜片能在涂布后有更好的纸面层坚牢度，制成所需厚度250μm以下的涂布素材膜片。

(2)取厚度68μm的涂布素材膜片置于表面层处理机上，以压克力树脂8～20重量％、碳酸钙20～60重量％、白土0.1～5重量％、二氧化钛0.1～2重量％、水30～90重量％的纸面层处理剂，经第一版200筛目30～40μm版深的凹版涂布轮施行1～3μm厚度的第一面第一版纸面涂布，再经10～25M烘箱设备进行80～120℃干燥，干燥后再经第二版150筛目40～50μm版深的凹版涂布轮，以相近第一版处理剂调整其固形份达55～65％完成4～7μm厚度的第一面第二版纸面涂布，再进入10～25M烘箱设备作80～120℃的完全干燥然后再将已完成第一面两道涂布的素材再进入第三版200筛目30～40μ版深的凹版涂布轮，以同第一版处理剂施行第二面第三版涂布，再经80～120℃的烘箱设备干燥，干燥后再经第二面第四版150筛目40～50μm版深的凹版涂布轮，以相近第一版处理剂调整固形份达55～65％完成第二面第四版涂布，再进入10～25M烘箱设备作80～120℃的完全干燥，制得印刷干燥性极佳，在约1分钟以内使印刷层外层干燥，10分钟以内印刷层完全干燥，广泛用的于书写、印刷、包装等用的各类文化用纸用途的80μm双面印刷快干环保型双轴延伸聚丙烯合成纸。依上述步骤制得的合成纸各特性表示于表1。

实施例二：(厚度300μm以上的双面印刷快干环保型双轴延伸聚丙烯合成纸)

取两卷一为168μm一为170μm的涂布素材膜片，先分别置于积层贴合装置(图4)的上胶及贴合的发送段(图4的(1)(5))，使上胶发送段(图4的(1))的168μm涂布素材膜片，利用175线35μm版深的凹版上胶轮(图4的(2))涂布上胶置于涂剂液槽(如图4的(3))的涂液进行涂布素材膜面涂布；上胶后的168μm涂布素材膜片通过干燥温度40～80℃，10公尺长的干燥烘箱(图4的(4))将涂剂液中的溶剂驱除，再将已驱除溶剂的上胶后168μm涂布素材膜片在40℃～80℃贴合轮(图4的(6))处与另一贴合发送段(图4的(5))发送的另一170μm涂布素材膜片进行积层贴合，贴合后的338μm涂布素材膜片再以卷取机卷取作为待经表面处理机作纸面处理的338μm厚度涂布素材膜片。再与实施例一相同仅将涂布6μm厚度改为膜面每面各2μm厚度用表面层处理机处理纸面制得印刷分辨率佳，印刷干燥性佳的350μ双面印刷快干环保型双轴延伸聚丙烯合成纸。依上述步骤制得的合成纸各特性表示于表1。

表1

注：TAPPI-美国纸浆工业技术协会(Technical Association of Pulp andPaper Industry)。

Claims (1)

1.一种印刷快干环保型双轴延伸聚丙烯合成纸的制法，包括；

1)将顺式度97％以上的高结晶性聚丙烯树脂90～40重量％与碳酸钙复合粒10～40重量％、二氧化钛复合粒0.1～15重量％及抗静电剂0.1～5重量％、紫外线吸收剂0.1～2重量％组成的聚丙烯树脂组合物和由聚丙烯50～99重量％及抗黏剂5～0.1重量％组成的树脂组合物，分别由温度均设定在200～280℃的一台主压出机及二台副压出机予以挤压并予汇流经同一T模头挤压出成为三层结构的涂布素材膜片；

2)经15～80℃冷却轮冷却定型后对此膜片施予双轴延伸，即先于100～160℃下作4～6延伸倍率的纵向延伸的预热、延伸、回火处理，再送入温度设定在150～190℃下作5～10延伸倍率的横向延伸的预热、延伸、回火处理；

3)再经20～150KW功率高周波电晕处理成为具有厚度250μm以下的涂布素材膜片，其特征在于；

4)在涂布素材膜片上，以含有压克力树脂8～20重量％或碳酸钙20～60重量％、白土0.1～5重量％、二氧化钛0.1～2重量％、水30～90重量％、抗静电剂0.1～2重量％所组成的纸面层处理剂，用100～400筛目，60μm～10μm版深的凹版涂布轮施予10μm以下厚度的纸面涂布处理后，通过10～25M、温度80℃～120℃的烘箱设备成为厚度250μ以下的合成纸。