CN104624128B - 一种石头纸专用轻质微球及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种石头纸专用轻质微球。其特征是由复合瓷土包覆煤矸石烧结形成内核为疏松晶须结构，外壳为陶瓷相的陶瓷微球，其重量份组成为：煤矸石75‑85份，复合瓷土15‑25份；复合瓷土由高岭土、膨润土、石英、氧化锌晶须组成，通过复合瓷土包覆煤矸石烧结，形成内核的网络晶须结构支撑性和外壳硬质光滑的陶瓷相，使得这种轻质微球具有质轻、流动性、耐压柔性，用于石头纸不但加工流动性优良，而且轻质、微球耐压不破碎。

Description

一种石头纸专用轻质微球及其制备方法
技术领域
本发明涉及石头纸原料领域，具体涉及一种可用于石头纸的轻质微球以及其制备方法。
背景技术
蔡伦利用植物纤维造纸的技术是人类文明史上的一项杰出的发明创造，纸的出现为人类的生活、学习带来了极大的便利。造纸技术经过不断变革发展至今，几乎达到了完美的地步。但随着纸张在包装等领域的大量应用，需求越来越大，生产需要消耗大量的森林资源，产生大量的废水。因此利用植物纤维造纸的技术面领着严峻的挑战。
随着低碳经济、绿色经济的兴起，利用无机矿物粉作为造纸原料的石头纸技术得到了快速的发展。石头纸是先采用对无机矿物粉体进行表面偶联活化处理，改善其与热塑性高分子聚合物的相容性，然后通过热成型得到的新型环保纸。石头纸技术不但解决了高能耗、高污染的问题，而且避免了纸张对植物纤维纸浆的依赖。由于石头纸中85%以上均为无机矿物粉，其余为热塑性高分子材料，因而石头纸具有纸张和塑料的双重特性，其优异的防水、防潮、耐撕裂等性能在包装领域得到了大量的应用。我国纸品的2/3是用于包装领域，因此石头纸在包装领域的应用将极大地促进该技术的发展。
由于石头纸含有85%甚至更高的无机矿物粉体，因而造成石头纸密度大，且热塑流动性较差，造成成型困难，尤其是无法进行后续的拉伸，导致石头纸缺乏纸张应有的刚性和平滑性。
中国专利公开号为CN101831835A公开了一种石头造纸方法，该方法在石头纸成型时，向挤出机内注入0.5%重量的丁烷与0.5%重量的成核剂，采用物理微发泡技术，降低石头纸密度。该技术在一定的范围内可以降低石头纸密度，但由于大量的无机粉体自身密度较高，所以密度降低有限。
中国专利公开号为CN102154932A公开了一种比重小的石头纸，石头纸是以比重轻的空心玻璃珠、粉煤灰为原料制备石头纸。该发明通过多孔和空心为主要原料来降低石头纸密度，尽管选用的无机粉体密度较低，但该类材料吸附性强，吸油值高，尤其是空心玻璃珠耐压性差，在螺杆挤压成型中极易破碎，导致润滑助剂占据了多孔材料的孔洞，造成石头纸密度降低幅度有限。
发明内容
为了降低石头纸的密度，并使在石头纸挤压成型过程中具有良好的流动性，本发明提供一种石头纸专用轻质微球，轻质微球为疏松的陶瓷微球，具有质轻、流动性、耐压柔性，用于石头纸不但加工流动性优良，而且轻质微球耐压不破碎，得到的石头纸密度大幅降低。进一步提供石头纸专用轻质微球的制备方法。
本发明一种石头纸专用轻质微球是采用如下技术方案实现的：
一种石头纸专用轻质微球，其特征是由复合瓷土包覆煤矸石烧结形成内核为疏松晶须结构，外壳为陶瓷相的陶瓷微球，由下列重量份组成：
煤矸石 75-85份，
复合瓷土 15-25份，
所述的煤矸石选用含碳量10-15％、SiO2含量为50-60%、Al2O3含量为 20-35%的水洗煤矸石；
所述的复合瓷土由高岭土、膨润土、石英、氧化锌晶须按下列重量份组成：
高岭土 65-75份，
膨润土 10-15份，
石英 10-15份，
氧化锌晶须 1-3份，
其中所述的石英选用以脉石英、石英岩、粉石英形式存在的二氧化硅，能够提高硬度；所述的氧化锌晶须为四针状氧化锌晶须，具有立体四针状三维结构，在1500℃以上的高温时保持良好的晶须状，在陶瓷微球外壳中保证陶瓷相的韧性。
本发明一种石头纸专用轻质微球的制备方法，其特征是按照如下方式进行：
1）将75-85重量份的煤矸石与2-3重量份的硅酸钠凝胶加入研磨机，通过超细研磨后形成粒径5-10μm的煤矸石球形微粒备用；
2）将65-75重量份的高岭土、10-15重量份膨润土、10-15重量份的石英、1-3重量份的氧化锌晶须在气流涡旋微细机中细化至800目完全过筛，得到复合瓷土，然后在棒磨机中湿磨得到粒径小于2μm的浆料；
3）将15-25重量份步骤2）的复合瓷土湿磨得到的浆料与75-85重量份步骤1）得到煤矸石球形微粒在沸腾床中通过包覆、烘干得到以煤矸石为核，以复合瓷土为外壳包覆层的实心球颗粒；
4）将步骤3）得到的实心球颗粒送入高温回转窑烧结，回转窑转速控制在20-40 转/分钟，窑头温度1000℃ -1100℃，窑尾温度800℃-500℃ ，烧制25-35min，得到一种石头纸专用轻质微球。
上述一种石头纸专用轻质微球的制备方法，步骤1）所述的研磨机选用球磨机。
上述一种石头纸专用轻质微球的制备方法，步骤3）所述的沸腾床中复合瓷土浆料以喷雾形式加入，通过浆料与煤矸石表面硅酸钠凝胶的连接得到圆度大于0.95的实心球颗粒，烘干部分设置温度200-220℃。
本发明一种石头纸专用轻质微球，通过复合瓷土包覆煤矸石烧结，由于煤矸石的碳燃烧，在高温烧结时煤矸石发生相变，产生连续的玻璃相物质，并在碳燃烧的影响下，生成晶须结构，形成内核为网状晶须的煤矸石玻璃相，外层由复合瓷土形成封闭的硬质陶瓷相。因内核的网络晶须结构支撑性和外壳硬质光滑的陶瓷相，使得这种轻质微球具有质轻、流动性、耐压柔性，用于石头纸不但加工流动性优良，而且轻质微球耐压不破碎。轻质微球的密度低至0.63g/cm3。
本发明一种石头纸专用轻质微球，在微球外壳瓷土形成的陶瓷相中，氧化锌晶须保持良好的晶须状，在陶瓷球外壳中保证陶瓷相的韧性，进一步提升了轻质微球的柔性和耐压性，抗压强度达到97.02 MPa 。
本发明一种石头纸专用轻质微球，为一种由网状晶须结构煤矸石支撑的陶瓷微球，具备低密度和良好的加工性，用于石头纸加工时可以以80-90%的质量比例与10-20%的聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中至少一种通过螺杆挤出机加工，从而利用吹塑、压延或者流延得到石头纸。其优异的性能表现在石头纸加工流动性好、定量低、纸面光滑、密度低。
将本发明得到的石头纸专用轻质微球与聚对苯二甲酸乙二醇酯以质量比8:2经双螺杆挤压、通过T型模头挤出形成薄而均匀的薄片，得到厚度为0.05mm的石头纸。其性能与同种厚度的传统纸张对比如下表：
通过测试分析，本发明轻质微球用于制备石头纸，不但使石头纸的密度降低，而且加工性能更好，纸张平滑度远高于植物纤维纸张。
本发明一种石头纸专用轻质微球及其制备方法，与现有技术相比突出的特点和有益的效果在于：
1、本发明一种石头纸专用轻质微球，通过复合瓷土包覆煤矸石烧结，形成内核为网状晶须的煤矸石玻璃相，外层由复合瓷土形成封闭的硬质陶瓷相，因使得这种轻质微球具有质轻、流动性、耐压柔性，用于石头纸不但加工流动性优良，而且轻质微球耐压不破碎，克服了普通石头纸密度大的缺陷。
2、本发明一种石头纸专用轻质微球，通过利用煤矸石，使废旧资源得到利用。
3、本发明一种石头纸专用轻质微球的制备方法，制备工艺易控，可连续化封闭式生产，适合于大规模化生产应用。
附图说明
图1是本发明本一种石头纸专用轻质微球的结构示意图,微球壳内为网状煤矸石晶须,外层为硬质光滑陶瓷相。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例 1
1）将75重量份的煤矸石与2重量份的硅酸钠凝胶加入研磨机，通过超细研磨后形成粒径5-10μm的煤矸石球形微粒备用；
2）将65重量份的高岭土、10重量份膨润土、15重量份的石英、2重量份的氧化锌晶须在气流涡旋微细机中细化至800目完全过筛，得到复合瓷土，然后在棒磨机中湿磨得到粒径小于2μm的浆料；
3）将25重量份步骤2）的复合瓷土湿磨得到的浆料与75重量份步骤1）得到煤矸石球形微粒在沸腾床中通过包覆、烘干得到以煤矸石为核，以复合瓷土为外壳包覆层的实心球颗粒；
4）将步骤3）得到的实心球颗粒送入高温回转窑烧结，回转窑转速控制在20-40 转/分钟，窑头温度1000℃ -1100℃，窑尾温度800℃ ，烧制25min，得到一种石头纸专用轻质微球。
将实施例得到轻质微球与PET用于三层共挤得到石头纸，纸张密度0.7g/cm3。
实施例 2
1）将80重量份的煤矸石与3重量份的硅酸钠凝胶加入研磨机，通过超细研磨后形成粒径5-10μm的煤矸石球形微粒备用；
2）将70重量份的高岭土、10重量份膨润土、15重量份的石英、3重量份的氧化锌晶须在气流涡旋微细机中细化至800目完全过筛，得到复合瓷土，然后在棒磨机中湿磨得到粒径小于2μm的浆料；
3）将15重量份步骤2）的复合瓷土湿磨得到的浆料与85重量份步骤1）得到煤矸石球形微粒在沸腾床中通过包覆、烘干得到以煤矸石为核，以复合瓷土为外壳包覆层的实心球颗粒；
4）将步骤3）得到的实心球颗粒送入高温回转窑烧结，回转窑转速控制在20-40 转/分钟，窑头温度1000℃ -1100℃，窑尾温度700℃ ，烧制35min，得到一种石头纸专用轻质微球。
将得到的轻质微球进行测试，其密度为0.63g/cm3，抗压强度为97.02 MPa
实施例 3
1）将85重量份的煤矸石与2重量份的硅酸钠凝胶加入研磨机，通过超细研磨后形成粒径5-10μm的煤矸石球形微粒备用；
2）将65重量份的高岭土、15重量份膨润土、10重量份的石英、3重量份的氧化锌晶须在气流涡旋微细机中细化至800目完全过筛，得到复合瓷土，然后在棒磨机中湿磨得到粒径小于2μm的浆料；
3）将20重量份步骤2）的复合瓷土湿磨得到的浆料与80重量份步骤1）得到煤矸石球形微粒在沸腾床中通过包覆、烘干得到以煤矸石为核，以复合瓷土为外壳包覆层的实心球颗粒；
4）将步骤3）得到的实心球颗粒送入高温回转窑烧结，回转窑转速控制在20-40 转/分钟，窑头温度1000℃ -1100℃，窑尾温度600℃ ，烧制30min，得到一种石头纸专用轻质微球。
将得到的轻质微球与聚对苯二甲酸乙二醇酯以质量比8:2经双螺杆挤压、通过T型模头挤出形成薄而均匀的薄片，得到厚度为0.05mm的石头纸，其密度为0.72g/cm3，平滑度达到263s，质轻、光滑的特性，可替换铜版纸。
实施例 4
1）将75重量份的煤矸石与2重量份的硅酸钠凝胶加入研磨机，通过超细研磨后形成粒径5-10μm的煤矸石球形微粒备用；
2）将70重量份的高岭土、10重量份膨润土、15重量份的石英、1重量份的氧化锌晶须在气流涡旋微细机中细化至800目完全过筛，得到复合瓷土，然后在棒磨机中湿磨得到粒径小于2μm的浆料；
3）将15重量份步骤2）的复合瓷土湿磨得到的浆料与85重量份步骤1）得到煤矸石球形微粒在沸腾床中通过包覆、烘干得到以煤矸石为核，以复合瓷土为外壳包覆层的实心球颗粒；
4）将步骤3）得到的实心球颗粒送入高温回转窑烧结，回转窑转速控制在20-40 转/分钟，窑头温度1000℃ -1100℃，窑尾温度500℃ ，烧制35min，得到一种石头纸专用轻质微球。
将得到的轻质微球与HDPETR144以质量比10：1混合均匀， 将混合均匀的物料引入挤出压延拉伸设备，通挤出、压延、拉伸得到石头纸。

Claims (4)

1.一种石头纸专用轻质微球，其特征是由复合瓷土包覆煤矸石烧结形成内核为疏松晶须结构，外壳为陶瓷相的陶瓷微球，由下列重量份组成：
煤矸石 75-85 份，
复合瓷土 15-25 份，
其中所述的煤矸石选用含碳量10-15％、SiO2含量为50-60%、Al2O3含量为20-35% 的水洗煤矸石；所述的复合瓷土由高岭土、膨润土、石英、氧化锌晶须按下列重量份组成：
高岭土 65-75 份，
膨润土 10-15 份，
石英 10-15 份，
氧化锌晶须 1-3 份，
其中所述的石英选用以脉石英、石英岩、粉石英形式存在的二氧化硅，能够提高硬度；所述的氧化锌晶须为四针状氧化锌晶须，具有立体四针状三维结构，在1500℃以上的高温时保持良好的晶须状，在陶瓷微球外壳中保证陶瓷相的韧性。
2.如权利要求1 所述一种石头纸专用轻质微球的制备方法，其特征是按下述方式进行：
1）将75-85重量份的煤矸石与2-3重量份的硅酸钠凝胶加入研磨机，通过超细研磨后形成粒径5-10μm 的煤矸石球形微粒备用；
2）将65-75重量份的高岭土、10-15重量份膨润土、10-15重量份的石英、1-3重量份的氧化锌晶须在气流涡旋微细机中细化至800目完全过筛，得到复合瓷土，然后在棒磨机中湿磨得到粒径小于2μm 的浆料；
3）将15-25 重量份步骤2）的复合瓷土湿磨得到的浆料与75-85 重量份步骤1）得到煤矸石球形微粒在沸腾床中通过包覆、烘干得到以煤矸石为核，以复合瓷土为外壳包覆层的实心球颗粒；
4）将步骤3）得到的实心球颗粒送入高温回转窑烧结，回转窑转速控制在20-40 转/分钟，窑头温度1000℃-1100℃，窑尾温度800℃-500℃，烧制25-35min，得到一种石头纸专用轻质微球。
3.根据权利要求2 所述一种石头纸专用轻质微球的制备方法，其特征在于步骤1）所述的研磨机选用球磨机。
4.根据权利要求2 所述一种石头纸专用轻质微球的制备方法，其特征在于步骤3）所述的沸腾床中复合瓷土浆料以喷雾形式加入，通过浆料与煤矸石表面硅酸钠凝胶的连接得到圆度大于0.95 的实心球颗粒，烘干部分设置温度200-220℃。
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Effective date of registration: 20170619

Address after: Taixing Port Economic Development Zone, 225499 Taixing Road, Jiangsu city of Taizhou province No. 11

Patentee after: Taizhou Zhengda Chemical Co., Ltd.

Address before: Qingyang District of Chengdu City, Sichuan province 610091 Dragon Industrial Port East Road 4

Patentee before: Chengdu Xinkeli Chemical Sci-Tech Co., Ltd.