CN105348564B - 一种低密度复合白卡纸专用无机粉体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低密度复合白卡纸专用无机粉体的制备方法，属于复合纸原料领域。其特征是通过在加压条件下对多孔材料进行涂覆，使多孔材料表面粘接形成具有耐压性和柔性的保护层，而多孔材料内部空洞完好的保留，具有优异的低密度特性。特别是利用无机粘接剂与聚合物单体通过聚合和固化赋予轻质无机粉体表面的闭孔性和韧性。该无机粉体用于在螺杆挤压机中制备复合白卡纸时，具有抗破碎性，保证了复合白卡纸的密度更低、质量更轻。
Description
技术领域
本发明属于环保纸原料领域，具体涉及一种低密度复合白卡纸专用无机粉体的制备方法。
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。
一种以无机矿物粉体为主要原料的环保石头纸开辟了造纸技术的又一个发展方向，同时解决了高能耗、高污染的问题，避免了纸张对植物纤维纸浆的过度依赖。石头纸的原料组成相比于传统纸张种类数大幅减少，廉价易得的矿物粉是主要原料。由于石头纸中含有85%以上的无机矿物粉，因此该领域将石头纸也称作石粉纸、复合纸、矿物纸等，是一种性能优异的环保纸。但同时，由于含有较高的无机矿物粉，因而密度大、手感较沉，成为阻碍石头纸替代传统纸的障碍。特别是制作较厚的复合白卡用于制作包装盒、包装袋时，高密度的缺陷表现更为明显。为了降低石头纸的密度，目前已有相关报道专门针对石头纸降低密度的改进。
中国发明专利CN102229188A明公开了一种轻质石头纸的制造方法，将石头纸原材料分别造粒，其中部分添加发泡剂，经过纸膜制造机成型制成轻质石头纸。
中国发明专利CN104441870A公开了一种低密度石头纸及其制备方法，利用发泡母粒，经由挤出装置三层流道在模头模口处挤出成上中下三层叠加组合物，得到低密度石头纸。
中国发明专利CN103881214A公开了高填充膨润土发泡石头纸及其制备方法，利用膨润土的结合水赋予体系发泡功能，可替代化学发泡剂使用。
上述通过发泡可有效降低石头纸的密度，但产生的气泡对石头纸的机械性能、表面性会产生负面影响，因此对发泡倍率和发泡孔径的大小要求较高，难以控制。
石头纸密度高的根本原因是含有85%以上无机矿物粉，无机矿物粉的高密度决定了石头纸高密度。为了从根本上解决石头纸的密度问题，首要解决矿物粉体的密度问题。
中国专利公开号为CN102154932A公开了一种比重小的石头纸，该发明以比重轻的空心玻璃珠、粉煤灰为原料制备石头纸。这种以多孔和空心为主要原料的无机粉体有效地降低了石头纸密度，也为降低石头纸密度提供了一个可行的方向。但存在的问题是多孔材料吸附性强，吸油值高，要实现润滑加工需要加入更多的润滑剂；而空心玻璃珠由于耐压性差，在螺杆挤压成型中极易破碎，这就使得润滑助剂占据了多孔材料的孔洞，因此石头纸密度降低幅度有限。
发明内容
为了降低环保石头纸的密度，本发明出一种低密度复合白卡纸专用无机粉体的制备方法。其特征是通过在加压条件下对多孔材料进行涂覆，使多孔材料表面粘接形成具有耐压性和柔性的保护层，而多孔材料内部空洞完好的保留，具有优异的低密度特性。用于在螺杆挤压机中制备环保纸时具有抗破碎性，适合于制备厚度在0.5mm以上的复合白卡纸，成为低密度复合白卡纸的优选原料。
一种低密度复合白卡纸专用无机粉体的制备方法，其特征在于：具体制备方法如下：
(1) 将20-30重量份的水玻璃、10-15重量份的菱苦土、2-3重量份的聚合物单体加入反应混合器，在常温下以400-900rpm的高速搅拌分散15-20分钟，得到涂覆剂；
（2）将步骤（1）得到的涂覆剂与80-120重量份的多孔无机粉体、5-8重量份的镁盐溶液、0.01-0.02重量份的引发剂加入密闭反应器中进行加热加压，维持反应器压力在0.8-1.2MPa，温度为60-80℃，然后以200-400rpm的搅拌速度搅拌反应20-30min，涂覆剂包覆在多孔无机粉体颗粒的表面并聚合、凝固固化；
（3）将步骤（2）得到的物料与3-5重量份的偶联剂加入高速混合机中，在800-1200rpm 转速、80-120℃条件下搅拌10-45min，过100目筛网得到干燥、分散均匀的无机粉体。
所述水玻璃的模数为1-2；所述菱苦土选用白度大于85%，粒径小于5微米与镁盐溶液混合形成胶凝并硬化；所述的聚合物单体为丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯中的至少一种；所述多孔无机粉体为粉煤灰、硅藻土、膨胀蛭石粉、沸石粉、膨胀珍珠岩粉、膨胀玻化微珠中的至少一种；所述的引发剂选用2，3-二苯基丁腈，在引发剂的作用下，单体在多孔无机粉体表面聚合；所述的镁盐溶液为质量浓度20%的硫酸镁溶液或者氯化镁溶液；所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯、铝酸酯中的一种。
通过在加压条件下对多孔材料进行涂覆，使多孔材料表面粘接形成具有耐压性和柔性的保护层，而多孔材料内部空洞完好的保留，具有优异的低密度特性。特别是利用无机粘接剂与聚合物单体通过聚合和固化赋予轻质无机粉体表面的闭孔性和韧性。该无机粉体用于在螺杆挤压机中制备复合白卡纸时，具有抗破碎性，保证了复合白卡纸的密度更低、质量更轻。成为低密度复合白卡纸的专用原料。
本发明得到的低密度复合白卡纸专用无机粉体，用于复合白卡纸加工时可以以质量比80-90%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聚合物通过螺杆挤出机加工，从而利用压延或者流延得到厚度在0.5mm以上的复合白卡纸。最大程度保留了多孔无机材料内部空洞的完整性，其优异的性能表现在得到的复合白卡纸密度低于0.70g/cm3。
一种低密度复合白卡纸专用无机粉体的制备方法，与现有技术相比突出的特点和有益的效果在于：
1、利用无机粘接剂与聚合物单体，通过聚合和固化赋予多孔无机粉体表面的闭孔性和韧性。通过闭孔涂覆使轻质多孔粉体的吸油值降低，有效防止后续加工中度润滑助剂的吸附。聚合物与无机凝胶共混的包覆剂使多孔粉体的耐压性得到提高，用于螺杆挤出加工时有效防止破碎；
2、利用密闭反应釜中加压条件下对多孔材料进行涂覆，保留了多孔材料完整的内部空洞，保证了低密度性能。
3、本发明一种低密度复合白卡纸专用无机粉体的制备方法，制备工艺易控，适合于大规模化生产应用。
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30重量份模数为1的水玻璃、15重量份粒径为5微米的菱苦土、3重量份丙烯酸酯加入反应混合器，在常温下以400rpm的高速搅拌分散15分钟，得到涂覆剂；
（2）将步骤（1）得到的涂覆剂与80重量份的硅藻土、5重量份质量浓度为20%的氯化镁溶液、0.01重量份的2，3-二苯基丁腈加入密闭反应器中进行加热加压，维持反应器压力在1.2MPa，温度为60-80℃，然后以200rpm的搅拌速度搅拌反应20min，涂覆剂包覆在硅藻土颗粒的表面并聚合、凝固固化；
（3）将步骤（2）得到的物料与3重量份的硅烷偶联剂加入高速混合机中，在800rpm转速、80-120℃条件下搅拌10min，过100目筛网得到干燥、分散均匀的无机粉体。
将实施例1得到无机粉体与PET（聚脂）以质量比9:1混合均匀通过螺杆机在挤出压延得到厚度为0.6mm的复合白卡纸，纸张密度为0.65g/cm3。
实施例2
(1) 将25重量份模数为2的水玻璃、15重量份的菱苦土、2重量份的甲基丙烯酸酯加入反应混合器，在常温下以900rpm的高速搅拌分散20分钟，得到涂覆剂；
（2）将步骤（1）得到的涂覆剂与100重量份的膨胀蛭石粉、8重量份质量浓度为20%的硫酸镁溶液、0.02重量份的2，3-二苯基丁腈加入密闭反应器中进行加热加压，维持反应器压力在0.8-1.2MPa，温度为60-80℃，然后以300rpm的搅拌速度搅拌反应30min，涂覆剂包覆在多孔无机粉体颗粒的表面并聚合、凝固固化；
（3）将步骤（2）得到的物料与5重量份的钛酸酯偶联剂加入高速混合机中，在1000rpm 转速、80-120℃条件下搅拌30min，过100目筛网得到干燥、分散均匀的无机粉体。
将实施例2得到的无机粉体与聚丙烯8303以质量比8.5:1混合通过双螺杆挤出机熔融分散经T型模口流延的到厚度为0.6mm的复合白卡纸。其密度为0.68g/cm3。
实施例3
(1) 将30重量份的水玻璃、10重量份的菱苦土、2重量份的苯乙烯加入反应混合器，在常温下以900rpm的高速搅拌分散20分钟，得到涂覆剂；
（2）将步骤（1）得到的涂覆剂与120重量份的膨胀玻化微珠、8重量份的氯化镁盐溶液、0.02重量份的2，3-二苯基丁腈加入密闭反应器中进行加热加压，维持反应器压力在0.8-1.2MPa，温度为60-80℃，然后以400rpm的搅拌速度搅拌反应25min，涂覆剂包覆在多孔无机粉体颗粒的表面并聚合、凝固固化；
（3）将步骤（2）得到的物料与4重量份的铝酸酯偶联剂加入高速混合机中，在1200rpm 转速、120℃条件下搅拌45min，过100目筛网得到干燥、分散均匀的无机粉体。
将实施例得到的无机粉体进行抗压测试，其抗压强度为68 MPa ，吸油值为0.04ml/g。
实施例4
(1) 将20重量份模数为1.5的水玻璃、15重量份粒径小于2微米的菱苦土、2重量份的丙烯酸酯加入反应混合器，在常温下以600rpm的高速搅拌分散20分钟，得到涂覆剂；
（2）将步骤（1）得到的涂覆剂与50重量份的沸石粉、60重量份的粉煤灰、5重量份的镁盐溶液、0.01重量份的2，3-二苯基丁腈加入密闭反应器中进行加热加压，维持反应器压力在0.8-1.2MPa，温度为60-80℃，然后以400rpm的搅拌速度搅拌反应30min，涂覆剂包覆在多孔无机粉体颗粒的表面并聚合、凝固固化；
（3）将步骤（2）得到的物料与3重量份的硅烷偶联剂加入高速混合机中，在800rpm转速、80-120℃条件下搅拌20min，过100目筛网得到干燥、分散均匀的无机粉体。
将得到的无机粉体与高密度聚乙烯以8:1混合均匀，经螺杆熔融，压流延的到密度为小于0.7g/cm3的低密度复合白卡纸。
Claims (4)
1.一种低密度复合白卡纸专用无机粉体的制备方法，其特征在于：具体制备方法如下：
(1)将20-30重量份的水玻璃、10-15重量份的菱苦土、2-3重量份的聚合物单体加入反应混合器，在常温下以400-900rpm的高速搅拌分散15-20分钟，得到涂覆剂；
（2）将步骤（1）得到的涂覆剂与80-120重量份的多孔无机粉体、5-8重量份的镁盐溶液、0.01-0.02重量份的引发剂加入密闭反应器中进行加热加压，维持反应器压力在0.8-1.2MPa，温度为60-80℃，然后以200-400rpm的搅拌速度搅拌反应20-30min，涂覆剂包覆在多孔无机粉体颗粒的表面并聚合、凝固固化；
（3）将步骤（2）得到的物料与3-5重量份的偶联剂加入高速混合机中，在800-1200rpm转速、80-120℃条件下搅拌10-45min，过100目筛网得到干燥、分散均匀的无机粉体；
所述的聚合物单体为丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯中的至少一种；所述的引发剂选用2，3-二苯基丁腈；所述的镁盐溶液为质量浓度20%的硫酸镁溶液或者氯化镁溶液；所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯、铝酸酯中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种低密度复合白卡纸专用无机粉体的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的水玻璃的模数为1-2。
3.根据权利要求1所述的一种低密度复合白卡纸专用无机粉体的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的菱苦土选用白度大于85%，粒径小于5微米。
4.根据权利要求1所述的一种低密度复合白卡纸专用无机粉体的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的多孔无机粉体为粉煤灰、硅藻土、膨胀蛭石粉、沸石粉、膨胀珍珠岩粉、膨胀玻化微珠中的至少一种。
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