CN107778664A - 一种多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒及其制备方法，将无机粉体填料设计为核，偶联剂、分散剂、增溶剂、功能剂和载体树脂设计为壳，通过多层包覆和增溶共混改性技术处理，解决石头纸母粒加工过程中无机粉体分散不均匀、功能性单一等问题，实现高填充多功能石头纸母粒制备。使用本发明方法制备的石头纸母粒具有高分散性和良好的加工流动性等功能，同时，也赋予石头纸母粒一定的功能性，如阻燃、耐老化、易降解、介电等，克服了传统石头纸母粒功能单一的问题。其生产工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，具有广阔的工业化和市场前景。

Description

一种多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒及其制备方法
技术领域
本发明属于石头造纸技术领域，具体涉及一种多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒及其制备方法。
背景技术
石头纸是以无机粉体为主要原材料，经与树脂载体混炼熔融、挤压及薄膜化处理而成的，具有抗拉力强、耐水性好和耐腐蚀等优异特性和环保特性的新型复合材料，兼具普通纤维纸张和塑料制品的双重特性，在包装、印刷、电子及生物制药等领域具有巨大的应用价值。但较高的无机填料填充比例和较小的粒径特征使其难以在树脂载体中分散成均匀体系。传统的偶联改性处理技术也仅能部分降低填充粒子的表面能，无法实现无机填料与有机载体树脂的均匀共混，进而造成石头纸加工过程中易于出现因分散不均匀造成疤点、生产效率不高、功能单一等问题，而在传统的石头纸母粒加工体系下，要解决上述问题，就要加大偶联剂或分散剂的用量，推高了生产成本，严重限制了石头纸产品的推广和应用。因此，增强载体树脂和无机填料间的界面相容性是制备高性能石头纸母粒和石头纸功能性复合材料的前提和关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒及其制备方法。
本发明采取如下技术方案：一种多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒，该石头纸功能性母粒自粒芯到粒壳依次由无机填料层、偶联层、分散层、增溶层、功能层和树脂层构成。
所述无机填料层厚度为1-13微米。
所述偶联层厚度为0.1-1微米。
所述分散层厚度为0.1-1微米。
所述增溶层厚度为0.1-2微米。
所述功能层厚度为0.1-1微米。
所述树脂层厚度为2-5微米。
所述石头纸功能性母粒，由下列质量百分数的原料制得：无机填料55% - 85%，偶联剂1% - 4%，分散剂1% - 2%，增溶剂2% - 6%，功能助剂1% - 5%，载体树脂10% - 28%。
所述无机填料为粒径大于1000目的无机粉体，水分控制在0.3%以内。
所述无机填料为滑石粉、白云石粉、碳酸钙、高岭土、蒙脱土、水滑石、氢氧化镁、氢氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、硫酸钡中的至少一种。
所述偶联剂为异丙基二油酸酰氧基钛酸酯、三异硬酯酰基钛酸酯和二硬脂酰氧异丙基铝酸酯中的至少一种。
所述分散剂为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、聚乙烯蜡、EVA蜡、OPE蜡、石蜡中的至少一种。
所述增溶剂为增加无机填料和高分子基体界面粘结的物质，如马来酸酐接枝物、马来酸酐单体和其它极性比较强单体中的至少一种，优选马来酸酐接枝物。
所述功能助剂为2, 4, 6-三叔丁基苯酚、叔丁基对羟基茴香醚、水杨酸苯酯、油酸酰胺、芥酸酰胺中的至少一种。
所述载体树脂为高密度聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种。
本发明的另一目的在于提供一种多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒的制备方法，包括以下步骤：
（1）按下列质量百分数的原料备料：无机填料55% - 85%，偶联剂1% - 4%，分散剂1% -2%，增溶剂2% - 6%，功能助剂1% - 5%，载体树脂10% - 28%；
（2）将无机填料和载体树脂分别在真空干燥器中于125℃下烘干8-12h；
（3）将无机填料和偶联剂加入到高速混合机中，并在1000-2500转/分的转速下进行预混合5-8分钟；然后再依序分别将分散剂、增溶剂和功能助剂加入到高速混炼机中与偶联处理后的无机填料在1000-2500转/分钟下高速混合5-10分钟，使无机填料充分分散与包覆，得到混合物；再将载体树脂与上述多层包覆和增溶分散处理后的混合物在1000-2500转/分钟下共混3-5分钟，得到共混物；
（4）将上述共混物通过平行双螺杆挤出机的充分熔融、混炼后，挤出、拉条/模切、冷却、切粒，即得多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒，该石头纸功能性母粒自粒芯到粒壳依次由无机填料层、偶联层、分散层、增溶层、功能层和树脂层构成。
本发明的原理是利用多层熔融共混改性技术对无机粉体填充物进行多层包覆设计，在一定的树脂载体中，将偶联剂、分散剂、增溶剂和功能剂依序加入到高速混炼机中，通过增溶剂解决高填充碳酸钙所带来的界面问题，构筑具有核-壳结构的石头纸多层包覆母粒，从而显著解决传统石头纸母粒共混体系中界面相容性弱的根本问题，提升产品品质。同时，采用氢氧化镁、氢氧化铝、钛酸钡、二氧化钛等功能性无机粉体、功能助剂的加入在提升传统石头纸母粒加工性能同时，也赋予石头纸母粒一定的功能性，如阻燃、耐老化、易降解、介电等，克服了传统石头纸母粒功能单一的问题，具有较好的实用价值和应用前景。
本发明的有益效果是，与现有技术相比：
1、通利用多层熔融共混改性技术对无机粉体填充物进行多层包覆设计，在一定的树脂载体中，将偶联剂、分散剂、增溶剂和功能剂依序加入到高速混炼机中，通过增溶剂解决高填充无机粉体所带来的界面弱问题，构筑具有核-壳结构的石头纸多层包覆母粒，从而显著解决传统石头纸母粒共混体系中界面相容性弱的根本问题，提升产品品质。
2、采用氢氧化镁、氢氧化铝、硫酸钡、二氧化钛等功能性无机粉体、功能助剂的加入在提升传统石头纸母粒加工性能同时，也赋予石头纸母粒一定的功能性，如阻燃、耐老化、易降解、隔音等，克服了传统石头纸母粒功能单一的问题，具有较好的实用价值和应用前景。
3、本发明结构简单易实现，生产工艺简单，操作控制方便，质量稳定效果好，生产效率高，具有广阔的工业化和市场前景。
附图说明
图1为本发明的多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒的结构示意图。
具体实施方法
以下通过实施例对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出，下面实施例只是对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明进行一些非本质的改进和调整。
实施例1：防老化的石头纸母粒
如图所示，多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒，该石头纸功能性母粒自粒芯到粒壳依次由无机填料层6、偶联层5、分散层4、增溶层3、功能层2和树脂层1构成。
所述无机填料层6厚度为1-13微米。
所述偶联层5厚度为0.1-1微米。
所述分散层4厚度为0.1-1微米。
所述增溶层3厚度为0.1-2微米。
所述功能层2厚度为0.1-1微米。
所述树脂层1厚度为2-5微米。
（1）按下列质量百分数的原料备料：1000目的滑石粉55%，三异硬酯酰基钛酸酯4%，PP蜡2%，PP-g-MAH马来酸酐接枝物6%，2, 4, 6-三叔丁基苯酚5%，聚丙烯28%；
（2）将无机填料和载体树脂分别在真空干燥器中于125℃下烘干8h；
（3）将无机填料和偶联剂加入到高速混合机中，并在1000转/分的转速下进行预混合5分钟；然后再依序分别将分散剂、增溶剂和功能助剂加入到高速混炼机中与偶联处理后的无机填料在1000转/分钟下高速混合5分钟，使无机填料充分分散与包覆，得到混合物；再将载体树脂与上述多层包覆和增溶分散处理后的混合物在1000转/分钟下共混3分钟，得到共混物；
（4）将上述共混物通过平行双螺杆挤出机的充分熔融、混炼后，挤出、拉条/模切、冷却、切粒，即得多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒，该石头纸功能性母粒自粒芯到粒壳依次由无机填料层、偶联层、分散层、增溶层、功能层和树脂层构成。
实施例2：具有阻燃防腐功能的石头纸母粒
（1）按下列质量百分数的原料备料：1250目氢氧化镁的55%及氢氧化铝30%，异丙基二油酸酰氧基钛酸酯1%，PE蜡1%，PE-g-MAH马来酸酐接枝物2%，叔丁基对羟基茵香醚1%，HDPE树脂10%；
（2）将无机填料和载体树脂分别在真空干燥器中于125℃下烘干9h；
（3）将无机填料和偶联剂加入到高速混合机中，并在1250转/分的转速下进行预混合6分钟；然后再依序分别将分散剂、增溶剂和功能助剂加入到高速混炼机中与偶联处理后的无机填料在1250转/分钟下高速混合6分钟，使无机填料充分分散与包覆，得到混合物；再将载体树脂与上述多层包覆和增溶分散处理后的混合物在1250转/分钟下共混4分钟，得到共混物；
（4）将上述共混物通过平行双螺杆挤出机的充分熔融、混炼后，挤出、拉条/模切、冷却、切粒，即得多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒，该石头纸功能性母粒自粒芯到粒壳依次由无机填料层、偶联层、分散层、增溶层、功能层和树脂层构成。
实施例3：易降解石头纸功能性母粒
（1）按下列质量百分数的原料备料：其组分按质量百分数配比为：1500目碳酸钙粉75%，二氧化钛5%，二硬脂酰氧异丙基铝酸酯1%，EVA蜡1%，EVA-g-MAH马来酸酐接枝物3%，水杨酸苯酯1%，乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA 14 %；
（2）将无机填料和载体树脂分别在真空干燥器中于125℃下烘干10h；
（3）将无机填料和偶联剂加入到高速混合机中，并在1500转/分的转速下进行预混合6分钟；然后再依序分别将分散剂、增溶剂和功能助剂加入到高速混炼机中与偶联处理后的无机填料在1500转/分钟下高速混合8分钟，使无机填料充分分散与包覆，得到混合物；再将载体树脂与上述多层包覆和增溶分散处理后的混合物在1500转/分钟下共混5分钟，得到共混物；
（4）将上述共混物通过平行双螺杆挤出机的充分熔融、混炼后，挤出、拉条/模切、冷却、切粒，即得多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒，该石头纸功能性母粒自粒芯到粒壳依次由无机填料层、偶联层、分散层、增溶层、功能层和树脂层构成。
实施例4：具有隔音功能的石头纸母粒
（1）按下列质量百分数的原料备料：1800目的硫酸钡65%，异丙基二油酸酰氧基钛酸酯3%，EVA蜡1%，EVA-g-MAH马来酸酐接枝物3%，水杨酸苯酯5%，聚丙烯13%,高密度聚乙烯10%；
（2）将无机填料和载体树脂分别在真空干燥器中于125℃下烘干11h；
（3）将无机填料和偶联剂加入到高速混合机中，并在2000转/分的转速下进行预混合8分钟；然后再依序分别将分散剂、增溶剂和功能助剂加入到高速混炼机中与偶联处理后的无机填料在2000转/分钟下高速混合9分钟，使无机填料充分分散与包覆，得到混合物；再将载体树脂与上述多层包覆和增溶分散处理后的混合物在2000转/分钟下共混5分钟，得到共混物；
（4）将上述共混物通过平行双螺杆挤出机的充分熔融、混炼后，挤出、拉条/模切、冷却、切粒，即得多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒，该石头纸功能性母粒自粒芯到粒壳依次由无机填料层、偶联层、分散层、增溶层、功能层和树脂层构成。
实施例5：具有抗静电功能的石头纸母粒
（1）按下列质量百分数的原料备料：2000目的碳酸钙粉60%，异丙基二油酸酰氧基钛酸酯1%，二硬脂酰氧异丙基铝酸酯1%，聚乙烯蜡1%，OPE蜡1%，EVA蜡1%，EVA-g-MAH马来酸酐接枝物1%,油酸酰胺2%,芥酸酰胺2%，聚丙烯10%，高密度聚乙烯10%，乙烯-醋酸乙烯共聚物8%的混合物；
（2）将无机填料和载体树脂分别在真空干燥器中于125℃下烘干12h；
（3）将无机填料和偶联剂加入到高速混合机中，并在2500转/分的转速下进行预混合8分钟；然后再依序分别将分散剂、增溶剂和功能助剂加入到高速混炼机中与偶联处理后的无机填料在2500转/分钟下高速混合10分钟，使无机填料充分分散与包覆，得到混合物；再将载体树脂与上述多层包覆和增溶分散处理后的混合物在2500转/分钟下共混5分钟，得到共混物；
（4）将上述共混物通过平行双螺杆挤出机的充分熔融、混炼后，挤出、拉条/模切、冷却、切粒，即得多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒，该石头纸功能性母粒自粒芯到粒壳依次由无机填料层、偶联层、分散层、增溶层、功能层和树脂层构成。

Claims (10)

1.一种多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒，其特征在于：该石头纸功能性母粒自粒芯到粒壳依次由无机填料层、偶联层、分散层、增溶层、功能层和树脂层构成。
2.根据权利要求1所述的多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒，其特征在于：所述无机填料层厚度为1-13微米；所述偶联层厚度为0.1-1微米；所述分散层厚度为0.1-1微米；所述增溶层厚度为0.1-2微米；所述功能层厚度为0.1-1微米；所述树脂层厚度为2-5微米。
3.根据权利要求1所述的多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒，其特征在于：所述石头纸功能性母粒，由下列质量百分数的原料制得：无机填料55% - 85%，偶联剂1% - 4%，分散剂1% - 2%，增溶剂2% - 6%，功能助剂1% - 5%，载体树脂10% - 28%。
4.根据权利要求3所述的多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒，其特征在于：所述无机填料为粒径大于1000目的无机粉体，水分控制在0.3%以内。
5.根据权利要求3所述的多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒，其特征在于：所述无机填料为滑石粉、白云石粉、碳酸钙、高岭土、蒙脱土、水滑石、氢氧化镁、氢氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、硫酸钡中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒，其特征在于：所述偶联剂为异丙基二油酸酰氧基钛酸酯、三异硬酯酰基钛酸酯和二硬脂酰氧异丙基铝酸酯中的至少一种。
7.根据权利要求4所述的多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒，其特征在于：所述分散剂为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、聚乙烯蜡、EVA蜡、OPE蜡、石蜡中的至少一种。
8.根据权利要求4所述的多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒，其特征在于：所述增溶剂为增加无机填料和高分子基体界面粘结的物质，即马来酸酐接枝物、马来酸酐单体和其它极性比较强单体中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒，其特征在于：所述功能助剂为2, 4, 6-三叔丁基苯酚、叔丁基对羟基茴香醚、水杨酸苯酯、油酸酰胺、芥酸酰胺中的至少一种；所述载体树脂为高密度聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种。
10.权利要求1至9所述任一多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）按下列质量百分数的原料备料：无机填料55% - 85%，偶联剂1% - 4%，分散剂1% -2%，增溶剂2% - 6%，功能助剂1% - 5%，载体树脂10% - 28%；
（2）将无机填料和载体树脂分别于125℃下烘干8-12h；
（3）将无机填料和偶联剂在1000-2500转/分的转速下进行预混合5-8分钟；然后再依序分别将分散剂、增溶剂和功能助剂加入与偶联处理后的无机填料在1000-2500转/分钟下混合5-10分钟，使无机填料充分分散与包覆，得到混合物；再将载体树脂与上述混合物在1000-2500转/分钟下共混3-5分钟，得到共混物；
（4）将上述共混物充分熔融、混炼后，挤出、拉条/模切、冷却、切粒，即得多层包覆核壳结构的石头纸功能性母粒，该石头纸功能性母粒自粒芯到粒壳依次由无机填料层、偶联层、分散层、增溶层、功能层和树脂层构成。
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