CN103448332B - 一种低密度高张力的石头纸及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低密度高张力的石头纸及其制备方法，所述低密度高张力的石头纸由基层和膜层，所述膜层设置于基层的两面。所述的制备方法包括前处理、制备、冷却成型、拉伸、后处理步骤，具体包括：按配方计重称量，混匀干燥；分别将各混合料熔融塑化挤入模头上层、中层、下层流道中得到膜层、基层、膜层，再经同一模头挤出得到三层叠加熔融状挤出物，通过激冷辊冷却成型得到膜片，送入纵向拉伸装置中，作预热、延伸、定型纵向拉伸得到目标物，厚度测定，电晕处理，收卷。本发明具有密度低，挺度高、表面张力保持高等特点，本发明三层共挤单向拉伸的PP石头纸制备工艺，工艺流程优化，适合自动化生产，高效稳定，浪费少，节约生产成本。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种低密度高张力的石头纸及其制备方法。
背景技术
现今，纸已经成为人们生活中必不可少的一部分，它作为最传统、历史最悠久的一种信息记录载体，又被广泛应用于包装材料、卫生材料、环保餐具等领域，而中国已经成为最大的纸制品消费国。随着经济的高速发展和人们生活水平的不断提高，人们对纸的过度使用和过度依赖，使得人们对纸的需求仍逐年增加，从而导致大量的树木被砍伐，加上纸张生产过程中伴随的“三废”污染问题，造成的综合环境问题亟待一种新的解决方案。
在这样的历史背景下，石头纸材料应运而生。石头纸主要是以20-30% 高分子聚合物填加70-80% 矿石粉制成。这种纸在整个生产过程无需用水，不需要添加强酸、强碱、漂白粉及众多有机氯化物，比传统造纸工艺省去了蒸煮、洗涤、漂白等几个重要的污染环节，从根本上杜绝了造纸过程中因产生“三废”而造成的污染问题；这种纸以价格低廉的矿石粉为主要原材料，成本较低；防水性好；防油防虫性好；耐撕裂性、耐折性好；阻燃性好；亲油墨性好，印刷牢度好；喷墨清晰度高。
石头纸是一种新型的石塑复合材料产品。石头纸既具有与传统纸张相同的白度和不透明度，又具有传统纸张所不具备的多项性能，如防水、防潮、防蛀、耐化学腐蚀、高的印刷清晰度、良好的机械性能、展平性能、表面平滑度和可降解性等多种特点。石头纸在国内属于发展中的产品，国内多采用吹膜技术、吹膜与压延相结合技术等，多为一层、二层、三层结构，普遍存在比重大、挺度差、印刷适应性不足等问题。因此，开发一种密度低、挺度高、印刷适应性好的石头纸是非常必要的。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种低密度高张力的石头纸；第二目的在于提供所述低密度高张力的石头纸的制备方法。
本发明的第一目的是这样实现的，所述低密度高张力的石头纸由基层和膜层，所述膜层设置于基层的两面。
本发明的第二目的是这样实现的，包括前处理、制备、冷却成型、拉伸、后处理步骤，具体包括：
A、前处理：按配方计重称量，混匀在60~120℃下干燥1~4h；
B、制备：分别在140~270℃下将各混合料熔融塑化挤入模头上层、中层、下层流道中得到膜层、基层、膜层，将得到的三个膜层再在180~260℃下经同一模头挤出得到三层叠加熔融状挤出物；
C、冷却成型：将制备得到的叠加熔融状挤出物通过15~40℃激冷辊冷却成型得到膜片；
D、拉伸：将冷却成型得到的膜片送入设定温度在115~140℃的纵向拉伸装置中，作预热、延伸、定型的1~5倍拉伸倍率的纵向拉伸得到目标物；
E、后处理：将目标物进行厚度测定，然后进行电晕处理，收卷。
本发明的石头纸，中间基层采用有机发泡剂（PBT）来降低密度保持挺度，上/下膜层利用EMMA和聚丙烯相容性好，本身就是极性材料，有利于表面张力保持较高。因此，本发明具有密度低，挺度高、表面张力保持高等特点，本发明三层共挤单向拉伸的PP石头纸制备工艺，工艺流程优化，适合自动化生产，高效稳定，浪费少，节约生产成本。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图中：1-基层，2-膜层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明所述的低密度高张力的石头纸由基层和膜层，所述膜层设置于基层的两面。
所述的基层为有机发泡层或非发泡层。
所述的基层由重量百分比5~10%的聚丙烯树脂、0~10%的PBT母粒和80~95%的石头纸专用母粒构成。
所述的膜层为白色消光层和/或高光亮树脂层。
所述的白色消光层由重量百分比80~89%的聚丙烯树脂、10~15%的EMMA母粒和1~5%的TiO2母粒构成。
所述的高光亮树脂层由重量百分比85~90%的聚丙烯树脂和EMMA母粒。
本发明所述的低密度高张力的石头纸的制备方法，包括前处理、制备、冷却成型、拉伸、后处理步骤，具体包括：
A、前处理：按配方计重称量，混匀在60~120℃下干燥1~4h；
B、制备：分别在140~270℃下将各混合料熔融塑化挤入模头上层、中层、下层流道中得到膜层、基层、膜层，将得到的三个膜层再在180~260℃下经同一模头挤出得到三层叠加熔融状挤出物；
C、冷却成型：将制备得到的叠加熔融状挤出物通过15~40℃激冷辊冷却成型得到膜片；
D、拉伸：将冷却成型得到的膜片送入设定温度在115~140℃的纵向拉伸装置中，作预热、延伸、定型的1~5倍拉伸倍率的纵向拉伸得到目标物；
E、后处理：将目标物进行厚度测定，然后进行电晕处理，收卷。
B步骤所述的膜层、基层、膜层的分配比例为1~10:80~99:1~10。
所述的膜层、基层、膜层的最佳分配比例为7.5:85:7.5。
E步骤所述的电晕处理是用20~80W功率的高周波放电装置进行电晕处理。
实施例1
制备双面光亮三层共挤单向拉伸PP石头纸
第一步：对原料和母料进行干燥和混合
按上层、中间层、下层的配方要求，称量、计重、混均，在100℃进行3小时干燥处理待用。
第二步：三层共挤同一模头
1.上层为为高光亮树脂层。是由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂88%，EMMA母粒12%。将经混均、干燥后的混合料，分别由一台单螺杆挤出机（A机），在220℃下将混合料熔融塑化，挤入模头的上层（A层）的流道中；
2. 中间层为有机发泡层。是由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂8%， PBT母粒（有机发泡母粒）5%，石头纸专用母粒87%。将经混均、干燥后的混合料，分别由一台单螺杆挤出机（B机），在220℃下将混合料熔融塑化，挤入模头的中层（B层）的流道中；
3. 下层（C层）为高光亮树脂层。是由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂88%，EMMA母粒12%。将经混均、干燥后的混合料，分别由一台单螺杆挤出机（C机），在220℃下将混合料熔融塑化，挤入模头的下层（C层）的流道中；
4.石头纸上层/中间层/下层的分配比例为7.5：85：7.5。
第三步：同一模头三层共挤出
将第二步得到的三层共挤产物，经同一模头在240℃以三层共挤方式挤出，使之成为三层叠加熔融状挤出物；
第四步：冷却成型
将经同一模头三层叠加熔融状挤出物，通过30℃激冷辊冷却成型成膜片；
第五步：单向拉伸
将第四步得的膜片送入设定温度在120℃的纵向拉伸装置中，作预热、延伸、定型的3倍拉伸倍率的纵向拉伸；
第六步：自动测厚
将经过第五步得到的纸膜送入自动测厚装置，自动得出纸张的厚度。
第七步：将经自动测厚的石头纸，用60W功率的高周波放电装置进行电晕处理，再以收卷机收卷即可。
实施例2
制备一面光亮一面白色消光三层共挤单向拉伸PP石头纸
第一步：对原料和母料进行干燥和混合
按上层、中间层、下层的配方要求，称量、计重、混均，在100℃进行3小时干燥处理后备用。
第二步：三层共挤同一模头
1.上层为白色消光层。是由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂：85%，EMMA母粒12%，TiO2 母粒3%。将经混均、干燥后的混合料，分别由一台单螺杆挤出机（A机），在220℃下将混合料熔融塑化，挤入模头的上层（A层）的流道中；
2. 中间层为有机发泡层。是由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂8%， PBT母粒（有机发泡母粒）5%，石头纸专用母粒87%。将经混均、干燥后的混合料，分别由一台单螺杆挤出机（B机），在220℃下将混合料熔融塑化，挤入模头的中层（B层）的流道中；
3. 下层（C层）为高光亮树脂层。是由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂88%，EMMA母粒12%。将经混均、干燥后的混合料，分别由一台单螺杆挤出机（C机），在220℃下将混合料熔融塑化，挤入模头的下层（C层）的流道中；
4.石头纸上层/中间层/下层的分配比例为1：98：1。
第三步：同一模头三层共挤出
将第二步得到的三层共挤产物，经同一模头在220℃以三层共挤方式挤出，使之成为三层叠加熔融状挤出物；
第四步：冷却成型
将经同一模头三层叠加熔融状挤出物，通过30℃激冷辊冷却成型成膜片；
第五步：单向拉伸
将第四步得的膜片送入设定温度在130℃的纵向拉伸装置中，作预热、延伸、定型的3倍拉伸倍率的纵向拉伸；
第六步：自动测厚
将经过第五步得到的纸膜送入自动测厚装置，自动得出纸张的厚度。
第七步：将经自动测厚的石头纸，用50W功率的高周波放电装置进行电晕处理，再以收卷机收卷即可。
实施例3
制备双面光亮三层共挤单向拉伸PP石头纸
第一步：对原料和母料进行干燥和混合
按上层、中间层、下层的配方要求，称量、计重、混均，在60℃进行4小时干燥处理待用。
第二步：三层共挤同一模头
1.上层为高光亮树脂层。是由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂85%，EMMA母粒15%。将经混均、干燥后的混合料，分别由一台单螺杆挤出机（A机），在140℃下将混合料熔融塑化，挤入模头的上层（A层）的流道中；
2. 中间层为非发泡层。是由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂5%，石头纸专用母粒95%。将经混均、干燥后的混合料，分别由一台单螺杆挤出机（B机），在140℃下将混合料熔融塑化，挤入模头的中层（B层）的流道中；
3. 下层（C层）为高光亮树脂层。是由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂85%，EMMA母粒15%。将经混均、干燥后的混合料，分别由一台单螺杆挤出机（C机），在140℃下将混合料熔融塑化，挤入模头的下层（C层）的流道中；
4.石头纸上层/中间层/下层的分配比例为1：99：1。
第三步：同一模头三层共挤出
将第二步得到的三层共挤产物，经同一模头在180℃以三层共挤方式挤出，使之成为三层叠加熔融状挤出物；
第四步：冷却成型
将经同一模头三层叠加熔融状挤出物，通过15℃激冷辊冷却成型成膜片；
第五步：单向拉伸
将第四步得的膜片送入设定温度在115℃的纵向拉伸装置中，作预热、延伸、定型的1倍拉伸倍率的纵向拉伸；
第六步：自动测厚
将经过第五步得到的纸膜送入自动测厚装置，自动得出纸张的厚度。
第七步：将经自动测厚的石头纸，用20W功率的高周波放电装置进行电晕处理，再以收卷机收卷即可。
实施例4
制备双面光亮三层共挤单向拉伸PP石头纸
第一步：对原料和母料进行干燥和混合
按上层、中间层、下层的配方要求，称量、计重、混均，在120℃进行1小时干燥处理待用。
第二步：三层共挤同一模头
1.上层为为高光亮树脂层。是由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂90%，EMMA母粒10%。将经混均、干燥后的混合料，分别由一台单螺杆挤出机（A机），在270℃下将混合料熔融塑化，挤入模头的上层（A层）的流道中；
2. 中间层为有机发泡层。是由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂10%， PBT母粒（有机发泡母粒）10%，石头纸专用母粒80%。将经混均、干燥后的混合料，分别由一台单螺杆挤出机（B机），在270℃下将混合料熔融塑化，挤入模头的中层（B层）的流道中；
3. 下层（C层）为高光亮树脂层。是由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂90%，EMMA母粒10%。将经混均、干燥后的混合料，分别由一台单螺杆挤出机（C机），在270℃下将混合料熔融塑化，挤入模头的下层（C层）的流道中；
4.石头纸上层/中间层/下层的分配比例为10：80： 10。
第三步：同一模头三层共挤出
将第二步得到的三层共挤产物，经同一模头在260℃以三层共挤方式挤出，使之成为三层叠加熔融状挤出物；
第四步：冷却成型
将经同一模头三层叠加熔融状挤出物，通过40℃激冷辊冷却成型成膜片；
第五步：单向拉伸
将第四步得的膜片送入设定温度在140℃的纵向拉伸装置中，作预热、延伸、定型的5倍拉伸倍率的纵向拉伸；
第六步：自动测厚
将经过第五步得到的纸膜送入自动测厚装置，自动得出纸张的厚度。
第七步：将经自动测厚的石头纸，用80W功率的高周波放电装置进行电晕处理，再以收卷机收卷即可。
实施例5
制备一面光亮一面白色消光三层共挤单向拉伸PP石头纸
第一步：对原料和母料进行干燥和混合
按上层、中间层、下层的配方要求，称量、计重、混均，在60℃进行4小时干燥处理后备用。
第二步：三层共挤同一模头
1.上层为白色消光层。是由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂：80%，EMMA母粒10%，TiO2 母粒5%。将经混均、干燥后的混合料，分别由一台单螺杆挤出机（A机），在140℃下将混合料熔融塑化，挤入模头的上层（A层）的流道中；
2. 中间层为非发泡层。是由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂5%，石头纸专用母粒95%。将经混均、干燥后的混合料，分别由一台单螺杆挤出机（B机），在140℃下将混合料熔融塑化，挤入模头的中层（B层）的流道中；
3. 下层（C层）为高光亮树脂层。是由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂85%，EMMA母粒15%。将经混均、干燥后的混合料，分别由一台单螺杆挤出机（C机），在140℃下将混合料熔融塑化，挤入模头的下层（C层）的流道中；
4.石头纸上层/中间层/下层的分配比例为1：98：1。
第三步：同一模头三层共挤出
将第二步得到的三层共挤产物，经同一模头在180℃以三层共挤方式挤出，使之成为三层叠加熔融状挤出物；
第四步：冷却成型
将经同一模头三层叠加熔融状挤出物，通过15℃激冷辊冷却成型成膜片；
第五步：单向拉伸
将第四步得的膜片送入设定温度在115℃的纵向拉伸装置中，作预热、延伸、定型的1倍拉伸倍率的纵向拉伸；
第六步：自动测厚
将经过第五步得到的纸膜送入自动测厚装置，自动得出纸张的厚度。
第七步：将经自动测厚的石头纸，用20W功率的高周波放电装置进行电晕处理，再以收卷机收卷即可。
实施例6
制备一面光亮一面白色消光三层共挤单向拉伸PP石头纸
第一步：对原料和母料进行干燥和混合
按上层、中间层、下层的配方要求，称量、计重、混均，在120℃进行1小时干燥处理后备用。
第二步：三层共挤同一模头
1.上层为白色消光层。是由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂：89%，EMMA母粒10%，TiO2 母粒1%。将经混均、干燥后的混合料，分别由一台单螺杆挤出机（A机），在270℃下将混合料熔融塑化，挤入模头的上层（A层）的流道中；
2. 中间层为有机发泡层。是由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂10%， PBT母粒（有机发泡母粒）10%，石头纸专用母粒80%。将经混均、干燥后的混合料，分别由一台单螺杆挤出机（B机），在270℃下将混合料熔融塑化，挤入模头的中层（B层）的流道中；
3. 下层（C层）为高光亮树脂层。是由以下重量份的原料组成：聚丙烯树脂90%，EMMA母粒10%。将经混均、干燥后的混合料，分别由一台单螺杆挤出机（C机），在270℃下将混合料熔融塑化，挤入模头的下层（C层）的流道中；
4.石头纸上层/中间层/下层的分配比例为10：80：10。
第三步：同一模头三层共挤出
将第二步得到的三层共挤产物，经同一模头在260℃以三层共挤方式挤出，使之成为三层叠加熔融状挤出物；
第四步：冷却成型
将经同一模头三层叠加熔融状挤出物，通过40℃激冷辊冷却成型成膜片；
第五步：单向拉伸
将第四步得的膜片送入设定温度在140℃的纵向拉伸装置中，作预热、延伸、定型的5倍拉伸倍率的纵向拉伸；
第六步：自动测厚
将经过第五步得到的纸膜送入自动测厚装置，自动得出纸张的厚度。
第七步：将经自动测厚的石头纸，用80W功率的高周波放电装置进行电晕处理，再以收卷机收卷即可。
试验例1
通过试验检测，得出本发明石头纸与现有石头纸的对比试验数据
本发明石头纸与现有石头纸的试验数据对比表
| 项目 | 密度（g/cm3） | 润湿张力（mN/m） |
| 实施例1 | 0.97 | 40.3 |
| 实施例2 | 1.02 | 40.5 |
| 实施例3 | 1.48 | 38.1 |
| 实施例4 | 0.87 | 43.0 |
| 实施例5 | 1.47 | 38.4 |
| 实施例6 | 0.85 | 43.2 |
| 现有石头纸 | 1.65 | 36.7 |
Claims (5)
1.一种低密度高张力的石头纸，其特征在于所述低密度高张力的石头纸由基层和膜层构成，所述膜层设置于基层的两面；所述的基层由重量百分比5~10%的聚丙烯树脂、0~10%的PBT母粒和80~95%的石头纸专用母粒构成；所述的膜层为白色消光层和/或高光亮树脂层，所述的白色消光层由重量百分比80~89%的聚丙烯树脂、10~15%的EMMA母粒和1~5%的TiO2母粒构成，所述的高光亮树脂层由重量百分比85~90%的聚丙烯树脂和10~15%的EMMA母粒构成。
2.根据权利要求1所述的低密度高张力的石头纸，其特征在于所述石头纸的制备方法包括前处理、制备、冷却成型、拉伸、后处理步骤，具体包括：
A、前处理：按配方计重称量，混匀在60~120℃下干燥1~4h；
B、制备：分别在140~270℃下将各混合料熔融塑化挤入模头上层、中层、下层流道中得到膜层、基层、膜层，将得到的三个膜层再在180~260℃下经同一模头挤出得到三层叠加熔融状挤出物；
C、冷却成型：将制备得到的叠加熔融状挤出物通过15~40℃激冷辊冷却成型得到膜片；
D、拉伸：将冷却成型得到的膜片送入设定温度在115~140℃的纵向拉伸装置中，作预热、延伸、定型的1~5倍拉伸倍率的纵向拉伸得到目标物；
E、后处理：将目标物进行厚度测定，然后进行电晕处理，收卷。
3.根据权利要求2所述的低密度高张力的石头纸，其特征在于B步骤所述的膜层、基层、膜层的分配比例为1~10:80~99:1~10。
4.根据权利要求3所述的低密度高张力的石头纸，其特征在于所述的膜层、基层、膜层的分配比例为7.5:85:7.5。
5.根据权利要求2所述的低密度高张力的石头纸，其特征在于E步骤所述的电晕处理是用20~80W功率的高周波放电装置进行电晕处理。
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