CN105524298B - 一种复合白卡纸专用无机粉体的制备方法 - Google Patents
一种复合白卡纸专用无机粉体的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种复合白卡纸专用无机粉体的制备方法，对水滑石粉体和高岭土粉体进行插层处理，获得剥离后的层片水滑石粉体和层片高岭土粉体的混合浆料，对所述混合粉体进行插层复合处理，获得水滑石‑高岭土插层复合粉体作为石头纸原料制作复合白卡纸。由于本发明中制备出的水滑石‑高岭土插层粉体具有较好的支撑性和流动性，进而在改善了无机原料热塑性加工困难的问题的同时，制备出挺度较高的复合白卡纸。
Description
技术领域
本发明涉及造纸技术领域，特别涉及一种复合白卡纸专用无机粉体的制备方法。
背景技术
人类的学习、工作、生活中离不开纸张，传统的造纸由于过度砍伐树木以及传统造纸工业生产工艺中产生的污染对生态环境带来极大程度的破坏，人们对造纸所用的原材料及纸品加工过程的环保性要求的呼声越来越高。为了达到环保的要求，复合白卡纸，即石头纸，一种由碳酸钙等无机粉体和高分子聚合物为原料，通过热塑混炼、吹塑或压延得到的纸品，既可替代传统的部分功能性纸张，又能替代传统的大部分塑料包装物。这种能够完全摆脱对植物纤维依赖，消除纸品加工过程中污染的排放的新型纸品正不断引起人们的重视，且其具有成本低、可控性降解，能够为生产者和使用者节省大量成本的特点使石头纸在纸品市场中占有重要份额。
由于石头纸制备原料中需要大量使用碳酸钙粉体，制备出的石头纸挺度较低，纸张缺乏纤维的支撑性，印刷书写性能较差。为了提高石头纸的挺度，中国专利号CN104149600A公开了一种无机矿物纤维填充的高强度环保石头纸，由高密度聚乙烯、无机粉体、非金属矿物纤维等组合而成，通过矿物纤维的使用以达到改善石头纸的硬度以及改善纸质感等目的。并且为了改善在使用矿物纤维制备石头纸的加工工艺中，由螺杆挤压、压延等工艺破坏矿物纤维的支撑性，中国专利公开号104448388A对硅酸钙纤维进行改性，提供了一种由针状硅灰石与硅藻土穿插连接形成的硅酸钙纤维，通过硅石灰与硅藻土穿插连接，使石头纸中保留了具有纤维网状支撑性和蓬松性的特点，有效避免了由于螺杆挤压、压延机压延造成石头纸密实的缺陷。但该方案中仍然需要使用矿物纤维粉体，矿物纤维粉体之间的接触摩擦同样会有原料流动性差的缺点，进而并未彻底改善无机原料热塑性加工困难的问题。所以，有必要开发出一种兼具加工流动性和支撑性的材料作为石头纸原料制作复合白卡纸。
发明内容
为了解决在石头纸制备过程中无机原材料支撑性具有支撑性的同时流动性较差进而导致在石头纸原料加工困难，制备出的石头纸质感较差的缺陷，本发明实施例提供一种复合白卡纸专用无机粉体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
1）对水滑石粉体和高岭土粉体进行插层处理，获得剥离后的层片水滑石粉体和层片高岭土粉体的混合浆料；
2）对所述混合物进行插层复合处理，获得水滑石-高岭土插层复合粉体作为石头纸原料制作复合白卡纸。
其中，所述高岭土选用粒径介于 30~100μm单片层间为阳离子的高岭土类矿物粉体，所述水滑石粉体选用粒径介于 30~100μm 单片层间有阴离子水滑石矿物粉体。
步骤1）对水滑石粉体和高岭土粉体进行插层处理，获得剥离后的层片水滑石粉体和层片高岭土粉体的混合浆料，具体包括：
将所述水滑石粉体与高岭土粉体按照重量份数比2:3-3:2进行混合，获得混合粉体A；
将所述混合粉体A与插层剂按照重量分数比为4:1-6:1超声分散在50-60℃的蒸馏水中，搅拌12-36h，搅拌速度控制在1500-2000rpm，通过离心分离后，静置5-10h过筛分离并干燥获得粒径为100-200μm的混合粉体B；
将所述混合粉体B，加入到过量的含有75%体积分数的苯乙烯乙醇溶液中，经超声处理15-30min，离心分离后，静置1-3h，获得下层沉淀物即为剥离后并经苯乙烯乙醇改性的层片水滑石粉体和层片高岭土粉体混合浆料。
优选的，所述插层剂为双十八烷基二甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、醋酸铵，苯磺酸铵、脂肪酸铵中的至少一种。
步骤2）对所述混合物进行插层复合处理，获得水滑石-高岭土插层复合粉体作为石头纸原料制作复合白卡纸，具体包括：
用无水乙醚清洗掉所述混合浆料中过量的苯乙烯乙醇溶液后，升高温度至80-100℃，加入引发剂，搅拌速度控制在500-1000rpm，搅拌8-24小时后，经120℃烘干处理后，获得由高岭土和水滑石由高分子聚苯乙烯粘接的插层固态成品，获得水滑石-高岭土插层粉体；
将80-90%质量比的所述水滑石-高岭土插层粉体与10-20%的高分子聚合物通过螺杆机挤出加工，从而吹塑、压延或流延获得复合白卡纸，其中，所述高分子聚合物为聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚对二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。
优选的，所述引发剂选用氧化羟基二异丙苯、 四乙撑五胺中的至少一种，所述引发剂的使用量为高岭土粉体和水滑石粉体总质量的0.3-0.7%。
本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
1、由于本发明中首先通过对水滑石粉体和高岭土粉体进行剥离，获得层片水滑石粉体和层片高岭土粉体的混合浆料，接着采用苯乙烯作为高岭土和水滑石的层间粘接剂，可以稳定的获得水滑石-高岭土插层结构，并且在层与层之间有苯乙烯的柔性粘接，增加了无机粉体的流动性和支撑性，进而在改善了无机原料热塑性加工困难的问题，制备出挺度较高的复合白卡纸。
2、由于本发明中通过采用有机铵盐，如双十八烷基二甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、醋酸铵，苯磺酸铵、脂肪酸铵，插层高岭土和水滑石的混合粉体。通过铵阳离子与高岭土层间的阳离子交换获得插层的高岭土，而且通过插层剂中的有机基团与水滑石层间形成氢键，插层进入水滑石，在加热的环境下，分离水滑石和高岭土各自的层片，剥离方案简单可控，原料剥离效率较高。
3、由于本发明所提供的复合白卡纸专用粉体的制备方法工艺简单易控，原材料价格低廉，能够满足大规模生产需要，具有一定市场应用价值。
具体实施方式
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。
实施例一
选用粒径为30μm 单片层间有阴离子水滑石矿物粉体，以及粒径为30μm单片层间有阴离子水滑石矿物粉体按照重量份数比2:3进行混合，获得混合粉体A，将混合粉体A与双十八烷基二甲基氯化铵按照重量分数比为4:1超声分散在50℃的蒸馏水中，搅拌12h，搅拌速度为1500rpm，通过离心分离后，静置5h过筛分离并加热干燥，加热温度为80℃，使水滑石矿物粉体以及高岭土矿物粉体层间的双十八烷基二甲基氯化铵从其层间逸出，从而使水滑石粉体和高岭土粉体快速剥离，分离干燥后获得粒径为80μm的混合粉体B，接下来，将所述混合粉体B，加入到过量的含有75%体积分数的苯乙烯乙醇溶液中，经超声处理15min，离心分离后，静置1h，获得下层沉淀物即为剥离后并经苯乙烯乙醇改性的层片水滑石粉体和层片高岭土粉体混合浆料。
用无水乙醚清洗掉所述混合浆料中过量的苯乙烯乙醇溶液后，升高温度至80℃，加入为高岭土粉体和水滑石粉体总重量的0.3%的四乙撑五胺，搅拌速度为500rpm，搅拌8小时后，经120℃烘干处理后，获得由高岭土和水滑石由高分子聚苯乙烯粘接的插层固态成品。将80%质量比的插层固态成品与20%的聚乙烯在高速混合机中混合均匀，通过密炼式三螺杆反应型挤出机挤出造粒，通过薄膜吹塑机制备得到复合白卡纸。
其性能测试见表一。
实施例二
选用粒径为30μm 单片层间有阴离子水滑石矿物粉体，以及粒径为30μm单片层间有阴离子水滑石矿物粉体按照重量份数比1:1进行混合，获得混合粉体A，将混合粉体A与双十八烷基二甲基氯化铵按照重量分数比为4:1超声分散在50℃的蒸馏水中，搅拌12h，搅拌速度为1500rpm，通过离心分离后，静置5h过筛分离并加热干燥，加热温度为80℃，使水滑石矿物粉体以及高岭土矿物粉体层间的双十八烷基二甲基氯化铵从其层间逸出，从而使水滑石粉体和高岭土粉体快速剥离，分离干燥后获得粒径为100μm的混合粉体B，接下来，将所述混合粉体B，加入到过量的含有75%体积分数的苯乙烯乙醇溶液中，经超声处理20min，离心分离后，静置1h，获得下层沉淀物即为剥离后并经苯乙烯乙醇改性的层片水滑石粉体和层片高岭土粉体混合浆料。
用无水乙醚清洗掉所述混合浆料中过量的苯乙烯乙醇溶液后，升高温度至80℃，加入为高岭土粉体和水滑石粉体总重量的0.4%的氧化羟基二异丙苯，搅拌速度为500rpm，搅拌8小时后，将层片高岭土粉体和层片水滑石粉体由高分子聚苯乙烯粘接，经100℃烘干处理后，获得水滑石-高岭土插层固态成品。将80%质量比的插层固态成品与20%的聚乙烯在高速混合机中混合均匀，通过密炼式三螺杆反应型挤出机挤出造粒，通过薄膜吹塑机制备得到复合白卡纸。
其性能测试见表一。
实施例三
选用粒径为30μm 单片层间有阴离子水滑石矿物粉体，以及粒径为30μm单片层间有阴离子水滑石矿物粉体按照重量份数比1:1进行混合，获得混合粉体A，将混合粉体A与双十八烷基二甲基氯化铵按照重量分数比为4:1超声分散在60℃的蒸馏水中，搅拌36h，搅拌速度为2000rpm，通过离心分离后，静置5h过筛分离并加热干燥，加热温度为75℃，使水滑石矿物粉体以及高岭土矿物粉体层间的双十八烷基二甲基氯化铵从其层间逸出，从而使水滑石粉体和高岭土粉体快速剥离，分离干燥后获得粒径为130μm的混合粉体B，接下来，将所述混合粉体B，加入到过量的含有75%体积分数的苯乙烯乙醇溶液中，经超声处理20min，离心分离后，静置1h，获得下层沉淀物即为剥离后并经苯乙烯乙醇改性的层片水滑石粉体和层片高岭土粉体混合浆料。
用无水乙醚清洗掉所述混合浆料中过量的苯乙烯乙醇溶液后，升高温度至80℃，加入为高岭土粉体和水滑石粉体总重量的0.4%的氧化羟基二异丙苯，搅拌速度为800rpm，搅拌8小时后，将层片高岭土粉体和层片水滑石粉体由高分子聚苯乙烯粘接，经100℃烘干处理后，获得水滑石-高岭土插层固态成品。将80%质量比的插层固态成品与20%的聚乙烯在高速混合机中混合均匀，通过密炼式三螺杆反应型挤出机挤出造粒，通过薄膜吹塑机制备得到复合白卡纸。
其性能测试见表一。
实施例四
选用粒径为50μm 单片层间有阴离子水滑石矿物粉体，以及粒径为30μm单片层间有阴离子水滑石矿物粉体按照重量份数比2:3进行混合，获得混合粉体A，将混合粉体A与双十八烷基二甲基氯化铵按照重量分数比为5:1超声分散在50℃的蒸馏水中，搅拌12h，搅拌速度为1500rpm，通过离心分离后，静置5h过筛分离并加热干燥，加热温度为80℃，使水滑石矿物粉体以及高岭土矿物粉体层间的双十八烷基二甲基氯化铵从其层间逸出，从而使水滑石粉体和高岭土粉体快速剥离，分离干燥后获得粒径为80μm的混合粉体B，接下来，将所述混合粉体B，加入到过量的含有75%体积分数的苯乙烯乙醇溶液中，经超声处理15min，离心分离后，静置1h，获得下层沉淀物即为剥离后并经苯乙烯乙醇改性的层片水滑石粉体和层片高岭土粉体混合浆料。
用无水乙醚清洗掉所述混合浆料中过量的苯乙烯乙醇溶液后，升高温度至80℃，加入为高岭土粉体和水滑石粉体总重量的0.5%的四乙撑五胺，搅拌速度为1000rpm，搅拌16小时后，经120℃烘干处理后，获得由高岭土和水滑石由高分子聚苯乙烯粘接的插层固态成品。将90%质量比的插层固态成品与10%的聚氯乙烯在高速混合机中混合均匀，通过密炼式三螺杆反应型挤出机挤出造粒，通过薄膜吹塑机制备得到复合白卡纸。
其性能测试见表一。
实施例五
选用粒径为100μm 单片层间有阴离子水滑石矿物粉体，以及粒径为100μm单片层间有阴离子水滑石矿物粉体按照重量份数比3:2进行混合，获得混合粉体A，将混合粉体A与双十八烷基二甲基氯化铵与十六烷基三甲基溴化铵的混合物按照重量分数比为5:1超声分散在50℃的蒸馏水中，搅拌36h，搅拌速度为1500rpm，通过离心分离后，静置10h过筛分离并加热干燥，加热温度为80℃，使水滑石矿物粉体以及高岭土矿物粉体层间的双十八烷基二甲基氯化铵从其层间逸出，从而使水滑石粉体和高岭土粉体快速剥离，分离干燥后获得粒径为200μm的混合粉体B，接下来，将所述混合粉体B，加入到过量的含有75%体积分数的苯乙烯乙醇溶液中，经超声处理30min，离心分离后，静置3h，获得下层沉淀物即为剥离后并经苯乙烯乙醇改性的层片水滑石粉体和层片高岭土粉体混合浆料。
用无水乙醚清洗掉所述混合浆料中过量的苯乙烯乙醇溶液后，升高温度至80℃，加入为高岭土粉体和水滑石粉体总重量的0.3%的四乙撑五胺，搅拌速度为1000rpm，搅拌12小时后，经120℃烘干处理后，获得由高岭土和水滑石由高分子聚苯乙烯粘接的插层固态成品。将85%质量比的插层固态成品与15%的聚丙烯在高速混合机中混合均匀，通过密炼式三螺杆反应型挤出机挤出造粒，通过薄膜吹塑机制备得到复合白卡纸。
其性能测试见表一。
表一
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (3)
1.一种复合白卡纸专用无机粉体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
1）对水滑石粉体和高岭土粉体进行插层处理，获得剥离后的层片水滑石粉体和层片高岭土粉体的混合浆料；
2）对所述混合浆料进行插层复合处理，获得水滑石-高岭土插层复合粉体作为石头纸原料制作复合白卡纸；
其中，所述水滑石粉体选用粒径介于30~100μm单片层间为阳离子的水滑石矿物粉体，所述高岭土粉体选用粒径介于30~100μm单片层间有阴离子高岭土类矿物粉体；
其中,步骤1）对水滑石粉体和高岭土粉体进行插层处理，获得剥离后的层片水滑石粉体和层片高岭土粉体的混合浆料，具体包括：
将所述水滑石粉体与高岭土粉体按照重量份数比2:3-3:2进行混合，获得混合粉体A；
将所述混合粉体A与插层剂按照重量分数比为4:1-6:1超声分散在50-60℃的蒸馏水中，搅拌12-36h，搅拌速度控制在1500-2000rpm，通过离心分离后，静置5-10h过筛分离并干燥获得粒径为80-200μm的混合粉体B；
将所述混合粉体B，加入到过量的含有75%体积分数的苯乙烯乙醇溶液中，经超声处理15-30min，离心分离后，静置1-3h，获得下层沉淀物即为剥离后并经苯乙烯乙醇改性的层片水滑石粉体和层片高岭土粉体混合浆料；
步骤2）对所述混合浆料进行插层复合处理，获得水滑石-高岭土插层复合粉体作为石头纸原料制作复合白卡纸，具体包括：
用无水乙醚清洗掉所述混合浆料中过量的苯乙烯乙醇溶液后，升高温度至80-100℃，加入引发剂，搅拌速度控制在500-1000rpm，搅拌8-24小时后，将层片高岭土粉体和层片水滑石粉体由高分子聚苯乙烯粘接，经100-120℃烘干处理后，获得水滑石-高岭土插层固态成品；
将80-90%质量比的所述插层固态成品与10-20%的高分子聚合物通过螺杆机挤出加工，从而吹塑、压延或流延获得复合白卡纸，其中，所述高分子聚合物为聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述插层剂为双十八烷基二甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、醋酸铵、苯磺酸铵、脂肪酸铵中的至少一种。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂选用过氧化羟基二异丙苯、四乙撑五胺中的至少一种，所述引发剂的使用量为高岭土粉体和水滑石粉体总重量的0.3-0.7%。
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