CN107849817A - 防腐矿物纸用化学组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防腐矿物纸用化学组合物，其包括矿物粉、抗静电剂、紫外线抑制剂、协同缓蚀剂、以及合成聚合物粘合剂。

Description

防腐矿物纸用化学组合物
技术领域
本发明涉及一种防腐矿物纸用化学组合物，包括矿物粉、抗静电剂、UV剂、协同缓蚀剂混合物、以及特殊粘合剂。
背景技术
申请人长久以来的研究目标在于提供纸浆基标准缓蚀纸的替代品，其制造过程不需要树木、大量的水、氯、酸或石油。具备缓蚀、抗紫外线和抗静电性能的矿物纸应是很好的纸浆基防腐纸的替代品。
矿物/石头纸主要由碳酸钙、二氧化硅粉末、以及聚丙烯或聚乙烯树脂制成。
专利号为20140135423 A1的美国专利公开了一种由石头粉(石灰石粉)、纯白二氧化硅粉和无毒树脂(聚丙烯或聚乙烯)构成的环保纸的生产方法。该方法使生产出的纸材在加工成可书写纸后具有比传统纸材更高的强度、折叠性、防水性及吸墨性。
但是，专利号为20140135423 A1的美国专利没有提及按照该方法生产出的纸材在用作电子和电气设备包装材料时具备缓蚀、抗静电及抗紫外线的特性，或是可以防止有害紫外线导致的纸质变差，这是因为其不含有任何缓蚀剂及抗紫外线添加剂。
上述专利没有认识到即时减轻腐蚀、具备抗静电性能、增强抗紫外线能力以及添加聚乙烯醇(PVA)以增强成膜效果从而实现抗油、抗油脂和抗溶剂的必要性。
聚乙烯醇(PVA)还能增强矿物纸的拉伸强度、粘合性和柔韧性，同时保证对于优良的包装防腐纸来说必不可少的高阻氧性。除了以上益处之外，添加聚乙烯醇(PVA)可以减少聚丙烯和聚乙烯粉末/树脂的用量，从而提高矿物纸的生物降解性，使之更为环保。
即使对于掌握专利号为20140135423的美国专利的技术人员来说，本发明也不是显而易见的。
专利号为20120211189A1的美国专利公开了一种包括天然无机矿物粉、聚丙烯(PP)的可回收矿物纸的生产方法，其中聚丙烯(PP)包括聚乳酸(PLA)或PP与聚乙烯(PE)的混合物。
然而，专利号为20120211189A1的美国专利没有探讨如何实现腐蚀抑制，也没有认识到矿物纸在用作包装材料时需要即时减轻对金属部分的腐蚀。
上述专利未能认识到即时减轻腐蚀、具备抗紫外线能力以及添加聚乙烯醇(PVA)的必要性。
发明背景
防腐包装纸的生产和使用对环境带来了一些不良影响，被人们统称为造纸污染。纸浆厂污染空气、水和土地。在加拿大和美国，纸浆和纸张是造成空气、水及土地污染的第三大工业污染源，每年排放的有毒污染物远超一亿公斤。此外，废纸也是很多垃圾填埋场的主要填埋物，占城市生活垃圾重量的35％左右(回收前)。甚至废纸回收也因脱墨过程中会产生污泥而造成污染。
纸浆和纸张制造工业在全球能源消耗榜上高居第五位，占全球能源使用总量的4％。纸浆和纸张制造工业生产一吨产品要消耗比其他任何工业都要多的水。
因此，需要付出极大的努力才能确保在生产、使用和回收/处理如此大量的材料时保护环境。
申请人长久以来的研究目标在于提供纸浆基标准防腐纸的替代品，其制造过程无需消耗树木、水、氯、酸或石油。该替代品主要由碳酸钙等矿物制成，碳酸钙是地球上最常见的物质之一，存在于海洋生物的外壳、珍珠、以及蛋壳之中，也是采石场中水和石灰石的天然副产品。
发明内容
本发明旨在解决上述现有技术相关问题，通过添加缓蚀剂、UV剂、抗静电剂和特殊粘合剂对矿石纸进行改良。其采用下列各项的组合：协同缓蚀剂，如阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂、吸附型缓蚀剂、挥发性缓蚀剂、以及唑类化合物；用作无机紫外线阻断剂的二氧化钛、氧化锌或二氧化硅；芳香族磺酰胺等抗静电剂，芳香族磺酰胺可在其芳香族部分上邻位、间位或对位取代，或可在其酰胺基上N-取代；作为特殊粘合剂的合成聚合物粘合剂，如聚乙烯、聚丙烯粉末以及聚乙烯醇(PVA)。
本发明涉及一种防腐矿物纸用化学组合物，其包括：55-90重量％的粉碎的矿物粉，包括碳酸钙、硅酸钙、硫酸钙、硫酸钡、二氧化硅粉末、白垩粉、白云石粉、滑石粉、粉碎的煤粉、高岭土、云母粉、氧化锌、色素、二氧化硅、膨润土、粘土、硅藻土、以及上述各项的混合物(无论经过煅烧与否)；1-10重量％的抗静电剂；1-10重量％的抗紫外线剂；1-20重量％的协同缓蚀剂混合物，包括阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂、吸附型缓蚀剂、挥发性缓蚀剂、唑类化合物、以及磷酸盐；以及10-40重量％的合成聚合物粘合剂，包括聚乙烯醇、聚乙烯和聚丙烯粉末。
本发明的另一实施例为，通过添加作为无机紫外线阻断剂的二氧化钛、氧化锌、或二氧化硅来防止防腐矿物石纸因紫外线而纸质变差。
在另一实施例中，向防腐矿物纸的化学配方中添加聚乙烯醇(PVA)以增强矿物纸的成膜效果从而实现抗油、抗油脂和抗溶剂。在另一实施例中，向所述化学组合物中添加聚乙烯醇(PVA)以减少聚丙烯和聚乙烯树脂/粉末的用量，从而通过提高矿物纸的生物降解性，使之更为环保。
上述发明的化学配方拓宽了矿物纸的应用范围，使其可用于金属部件、电气或电子组件或者设备的工业及商业包装，这在20140135423A1及20120211189A1这两件美国专利中是没有提及的。
具体实施方式
以下说明仅作为示例性实施例，不以任何方式对发明的范围、适用性或配置进行限制。相反地，以下说明旨在便于实施本发明的示例性实施例。在不偏离如权利要求书中阐明的发明范围的基础上，可通过改变所描述元件的功能和布置对所描述的实施例进行各种变换。
根据本发明的相关方面，本发明的目的在于提供防腐矿物纸用化学组合物，其包括矿物粉混合物、协同缓蚀剂混合物、抗静电剂、无机抗紫外线剂、聚合物聚乙烯醇(PAV)、以及聚丙烯和聚乙烯粉末或树脂。
在本发明的一个实施例中，矿物粉包括碳酸钙、硫酸钙、硅酸钙、高岭土、硫酸钡、二氧化硅、膨润土、云母粉、氧化锌、白垩粉、二氧化硅粉、滑石粉、以及白云石粉作为所述矿物防腐纸的填料。
在本发明的另一实施例中，使用协同缓蚀剂混合物以提高矿物纸的缓蚀性。组合使用诸如阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂、吸附型缓蚀剂、挥发性缓蚀剂、唑类化合物、以及磷酸盐的协同缓蚀剂以提高矿物纸的缓蚀性。
使用如硅酸钠、偏硅酸钠、硅酸钾、七硅酸钠的阳极型缓蚀剂以及六氟硅酸盐缓蚀剂、钼酸盐缓蚀剂、正磷酸盐缓蚀剂、以及亚硝酸盐缓蚀剂作为协同缓蚀剂以提高矿物纸的缓蚀性能。优选的阳极型缓蚀剂为硅酸钠，硅酸钠是经验证对各种金属有效的缓蚀剂，这些金属包括锡、锌和铜。硅酸钠能够与金属表面反应形成防腐蚀保护层，故而成为优选的阳极型缓蚀剂。硅酸钠还能增加水的pH值，这是另一个重要的防腐机制。
使用如锌盐、钙盐、以及镁盐的阴极型缓蚀剂以通过延缓阴极反应来降低腐蚀速率。钙盐因其在所述化学组合物中的卓越相容性而成为优选的阴极型缓蚀剂。
由于金属通过吸附在表面上的极薄分子层而极化，吸附型缓蚀剂得以降低腐蚀速率。有效表面积的减小使得腐蚀速率降低。吸附型缓蚀剂是能够与表面金属原子形成化学吸附键的物质(主要是有机物)。使用下列化合物作为吸附型缓蚀剂：胺(R-NH2)、羧基(R-COOH)、硫脲(NH2CSNH2)、膦酸酯(R-PO3H2)、苯甲酸钠(C7H5NaO)。优选的吸附型缓蚀剂为苯甲酸钠，因其对钢、锌、钎焊接头、铝及其合金具有卓越的缓蚀性能。
挥发性缓蚀剂抑制封闭空间(包装、袋)内的腐蚀。蒸汽分子在与水分接触时水解成离子，然后离子在金属表面极化形成单分子不可见保护膜，从而降低腐蚀速度。使用下列复合物作为挥发性缓蚀剂(VCI)：环己胺、二环己胺、亚硝酸二环己胺、环己基碳酸铵、苯甲酸胍、氨基醇、以及亚硝酸盐。二环己胺因其卓越的蒸汽压而成为优选的挥发性缓蚀剂。挥发性缓蚀剂(VCI)是添加到纸张表面的化学物质。以所述纸张覆盖要保护的金属，这些化学品会缓慢挥发并在密闭空间内释放化合物，从而积极防止金属表面腐蚀。
唑类化合物，如苯并三唑、1,2,4-三唑、1H-苯并三唑、苯并噻唑、苯并咪唑、苯并噁唑、2,2'-联喹啉、硝酮、2,5-二巯基-l,3,4-噻二唑、2,9-二甲基菲咯啉、1H-苯并三唑、5-甲基苯并三唑、5-羧基苯并三唑、2-烷基苯并噻唑、2-巯基苯并噻唑、2-巯基苯并噻唑琥珀酸、2-烷基苯并咪唑、2-(5-氨基戊基)苯并噁唑、2-巯基苯并噁唑、1-苯基-5-巯基-l,2,3,4-四唑(PMT)、甲苯三唑、噻唑、以及衍生物5-亚苄基-2,4-二氧代四氢-l,3-噻唑(BDT)、5-(4'-异丙基苄基)-2,4-二氧代四氢-l,3-噻唑(IPBDT)、5-(3'-噻吩亚甲基)-2,4-二氧代四氢-l,3-噻唑(TDT)、以及5-(3',4'-二甲基亚苄基)-2,4-二氧代四氢-l,3-噻唑(MBDT)，是铜缓蚀剂。苯并三唑因其对铜和黄铜具有卓越的抗氧化抑制性能而成为优选的唑类化合物。所使用的优选唑类化合物为苯并三唑，因其具有卓越的铜抗氧化性能。
磷酸盐基缓蚀剂包括：聚磷酸盐、正磷酸盐、三聚磷酸盐及其衍生物、正磷酸锌、磷酸锌、多磷酸锌、三聚磷酸锌、六偏磷酸锌、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸钠、四磷酸钠、磷酸四钠、七磷酸钠。多磷酸钠因其卓越的铁防腐性而成为优选的聚磷酸盐。
在本发明的又一实施例中，使用诸如苯磺酰胺、N-丁基苯磺酰胺、邻甲苯磺酰胺、对甲苯磺酰胺、N-乙基-邻甲苯磺酰胺、N-乙基-对甲苯磺酰胺、或上述各项的混合物的芳香族磺酰胺作为本发明中的抗静电剂。N-丁基苯磺酰胺因其卓越的抗静电性成为优选的芳香族磺酰胺。
在另一实施例中，使用二氧化钛、氧化锌或二氧化硅作为无机紫外线阻断剂来增强本发明的抗紫外线性能。二氧化钛因其卓越的抗紫外线性而成为优选的紫外线阻断剂，其还具有的优点包括：无毒性、高温下的化学稳定性以及永久稳定性。
在又一实施例中，使用诸如聚乙烯醇(PVA)、改性淀粉、合成聚合物或分散体形式的纤维素衍生的水溶性聚合物粉末、铝酸钙、丙烯腈单体、硅质粘土材料、天然沥青矿物、微晶纤维素粉、以及硅酸钙复合粉末等特殊粘合剂以提高矿物纸的拉伸强度、粘合性和柔韧性，同时产生对于优良的包装防腐纸来说必不可少的高阻氧性。除了上述益处之外，添加特殊粘合剂还能减少聚丙烯和聚乙烯粉末的用量，这样可以提高矿物纸的生物降解性，使之更为环保。聚乙烯醇因其卓越的生物降解性而成为优选的特殊粘合剂。
接下来对所述防腐矿物纸用化学组合物进行详细说明：
1)根据本发明，所述化学组合物的主要成分包括55-90重量％的粉碎的250至300目矿物粉，所使用的矿物粉可包括单一矿物粉或混合物，如碳酸钙、硫酸钙、硅酸钙、高岭土、硫酸钡、二氧化硅、膨润土、云母粉、氧化锌、白垩粉、二氧化硅粉末、滑石粉、以及白云石粉，其用作矿物防腐纸的填料，如图1所示装入粉末混合机。
2)1-10重量％的由包括N-丁基苯磺酰胺的芳香族磺酰胺构成的抗静电剂装入粉末混合机混合10-15分钟，如图2所示。
3)1-10重量％的由二氧化钛构成的UV剂随后装入粉末混合机混合10-15分钟，如图3所示。
4)1-20重量％的由硅酸钠、钙盐、苯甲酸钠、二环己胺、苯并三唑、以及多磷酸钠构成的协同缓蚀剂混合物经挑选后装入粉末混合机混合10-15分钟，如图4所示。
5)1-40重量％的聚丙烯和聚乙烯粉末以及由聚乙烯醇(PVA)构成的特殊粘合剂装入粉末混合机混合15-30分钟，直至上述所有化学品混合均匀，如图5所示。
示例
以下是对前述发明各实施例的示例说明。
示例1
本示例示出了防腐矿物纸用化学组合物，其通常包括80重量％的粉碎的250-300目碳酸钙、3重量％的N-丁基苯磺酰胺、2重量％的二氧化钛、2重量％的硅酸钠、2重量％的钙盐、2重量％的二环己胺、1重量％的苯并三唑、1重量％的多磷酸钠、3重量％的聚乙烯醇、2重量％的聚乙烯粉末、以及2重量％的聚丙烯粉末。
示例2
本示例示出了防腐矿物纸用化学组合物，其通常包括60重量％的粉碎的250-300目碳酸钙、5重量％的滑石粉、5重量％的硅酸钙、5重量％的二氧化硅粉末、5重量％的氧化锌、3重量％的N-丁基苯磺酰胺、2重量％的二氧化钛、2重量％的硅酸钠、2重量％的钙盐、2重量％的二环己胺、1重量％的苯并三唑、1重量％的多磷酸钠、3重量％的聚乙烯醇、2重量％的聚乙烯粉末、以及2重量％的聚丙烯粉末。
示例3
本示例示出了防腐矿物纸用化学组合物，其通常包括70重量％的粉碎的250-300目碳酸钙、10重量％的硫酸钡、10重量％的硅酸钙、10重量％的二氧化硅粉末、3重量％的N-丁基苯磺酰胺、2重量％的二氧化钛、2重量％的硅酸钠、2重量％的二环己胺、1重量％的苯并三唑、1重量％的多磷酸钠、5重量％的聚乙烯醇、2重量％的聚乙烯粉末、以及2重量％的聚丙烯粉末。
示例4
本示例示出了防腐矿物纸用化学组合物，其通常包括82重量％的粉碎的250-300目碳酸钙、2重量％的N-丁基苯磺酰胺、2重量％的二氧化钛、1重量％的硅酸钠、2重量％的钙盐、2重量％的二环己胺、1重量％的苯并三唑、1重量％的多磷酸钠、3重量％的聚乙烯醇、2重量％的聚乙烯粉末、以及2重量％的聚丙烯粉末。
示例5
本示例示出了防腐矿物纸用化学组合物，其通常包括55重量％的粉碎的250-300目碳酸钙、4重量％的N-丁基苯磺酰胺、5重量％的二氧化钛、10重量％的硅酸钠、2重量％的钙盐、2重量％的二环己胺、1重量％的苯并三唑、5重量％的多磷酸钠、8重量％的聚乙烯醇、5重量％的聚乙烯粉末、以及2重量％的聚丙烯粉末。

Claims (13)

1.一种防腐矿物纸用化学组合物，其包括55-90重量％的粉碎的无机矿物粉、1-10重量％的抗静电剂、1-10重量％的UV剂、1-20重量％的协同缓蚀剂混合物、10-40重量％的特殊粘合剂。
2.如权利要求1所述的防腐矿物纸用化学组合物，其中所述无机矿物粉包括碳酸钙、硫酸钙、硅酸钙、高岭土、硫酸钡、二氧化硅、膨润土、云母粉、氧化锌、白垩粉、二氧化硅粉、滑石粉、以及白云石粉作为所述矿物防腐纸的填料。
3.如权利要求1所述的防腐矿物纸用化学组合物，其中所述抗静电剂为芳香族磺酰胺，所述芳香族磺酰胺可在其芳香族部分上邻位、间位或对位取代，或可在其酰胺基上N-取代。
4.如权利要求3所述的防腐矿物纸用化学组合物，其中，使用诸如苯磺酰胺、N-丁基苯磺酰胺、邻甲苯磺酰胺、对甲苯磺酰胺、N-乙基-邻甲苯磺酰胺、N-乙基-对甲苯磺酰胺、或上述各项混合物的所述抗静电剂芳香族磺酰胺作为本发明中的抗静电剂。
5.如权利要求1所述的防腐矿物纸用化学组合物，其中所述UV剂包括二氧化钛、氧化锌、或二氧化硅。
6.如权利要求1所述的防腐矿物纸用化学组合物，其中，使用包括阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂、吸附型缓蚀剂、挥发性缓蚀剂、唑类化合物、以及磷酸盐的协同缓蚀剂以提高所述矿物纸的缓蚀性。
7.如权利要求6所述的防腐矿物纸用化学组合物，其中，使用包括硅酸钠、偏硅酸钠、硅酸钾、七硅酸钠的协同阳极型缓蚀剂以及六氟硅酸盐缓蚀剂、钼酸盐缓蚀剂、正磷酸盐缓蚀剂、以及亚硝酸盐缓蚀剂作为协同缓蚀剂以提高所述矿物纸的缓蚀性能。
8.如权利要求6所述的防腐矿物纸用化学组合物，其中协同阴极型缓蚀剂包括锌盐、钙盐、以及镁盐。
9.如权利要求6所述的防腐矿物纸用化学组合物，其中协同吸附型缓蚀剂包括胺(R-NH2)、羧基(R-COOH)、硫脲(NH2CSNH2)、膦酸酯(R-PO3H2)、苯甲酸钠(C7H5NaO)。
10.如权利要求6所述的防腐矿物纸用化学组合物，其中协同挥发性缓蚀剂包括环己胺、二环己胺、亚硝酸二环己胺、环己基碳酸铵、苯甲酸胍、氨基醇、以及亚硝酸盐。
11.如权利要求6所述的防腐矿物纸用化学组合物，其中协同缓蚀剂包括作为铜缓蚀剂的苯并三唑、1,2,4-三唑、1H-苯并三唑、苯并噻唑、苯并咪唑、苯并噁唑、2,2'-联喹啉、硝酮、2,5-二巯基-l,3,4-噻二唑、2,9-二甲基菲咯啉、1H-苯并三唑、5-甲基苯并三唑、5-羧基苯并三唑、2-烷基苯并噻唑、2-巯基苯并噻唑、2-巯基苯并噻唑琥珀酸、2-烷基苯并咪唑、2-(5-氨基戊基)苯并噁唑、2-巯基苯并噁唑、1-苯基-5-巯基-l,2,3,4-四唑(PMT)、甲苯三唑、噻唑、以及衍生物5-亚苄基-2,4-二氧代四氢-l,3-噻唑(BDT)、5-(4'-异丙基苄基)-2,4-二氧代四氢-l,3-噻唑(IPBDT)、5-(3'-噻吩亚甲基)-2,4-二氧代四氢-l,3-噻唑(TDT)、以及5-(3',4'-二甲基亚苄基)-2,4-二氧代四氢-l,3-噻唑(MBDT)。
12.如权利要求6所述的防腐矿物纸用化学组合物，其中协同缓蚀剂包括聚磷酸盐、正磷酸盐、三聚磷酸盐及其衍生物、正磷酸锌、磷酸锌、多磷酸锌、三聚磷酸锌、六偏磷酸锌、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸钠、四磷酸钠、磷酸四钠、七磷酸钠。
13.如权利要求1所述的防腐矿物纸用化学组合物，其中，使用诸如聚乙烯醇(PVA)、改性淀粉、合成聚合物或分散体形式的纤维素衍生的水溶性聚合物粉末、铝酸钙、丙烯腈单体、硅质粘土材料、天然沥青矿物、微晶纤维素粉、硅酸钙复合粉末、聚丙烯和聚乙烯粉末的所述特殊粘合剂以提高所述矿物纸的拉伸强度、粘合性和柔韧性。
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