CN102910859A - 一种低密度石头纸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低密度石头纸的制备方法，其制备步骤为：石灰CaO与水按照重量比1:5在消化器70℃条件下进行水合作用，并通过超声分散精制石灰乳；在石灰乳中利用起泡剂将稳定的氮气封闭在纳米级气泡内；在中空诱导剂协同作用下，在足够的二氧化碳通入后，石灰乳液反应并形成内核为纳米级气泡、壁壳为碳酸钙的形状为球形的低密度碳酸钙；低密度球形碳酸钙与高分子聚合物共混造粒、拉伸成型即可得到低密度石头纸。
Description
技术领域
本发明涉及一种环保石头纸，具体讲是一种低密度环保石头纸的制备方法。
背景技术
随着低碳经济、绿色经济的兴起，非金属矿物纸技术得到了快速的发展。非金属矿物纸（俗称石头纸）技术不但解决了高能耗、高污染的问题，而且在很大程度上减小了对植物纤维纸浆的依赖。石头纸具有纸张和塑料的双重特性，由于其优异的防水、防潮、耐撕裂等性能在包装领域得到了大量的应用。我国纸制品的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。
通常石头纸含有70%甚至更高的非金属矿物碳酸钙，由于碳酸钙性能优良价格低廉，因此使用碳酸钙作主要原材料有效的降低了纸张成本，保护了环境。与此同时碳酸钙的密度高达2.7-2.9g/cm3，因此石头纸存在密度大、手感沉的缺陷。为了降低石头纸密度，达到或接近传统植物纤维纸张的密度和疏松度，国内科研人员在这方面做了大量工作。
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。目前已有的通过拉伸、溶剂浸蚀、微发泡等技术降低石头纸的密度，只能在一定范围内降低石头纸密度。
中国专利公开号为CN102584105A公开了一种新型低密度合成纸及其制备工艺，该方法通过采用多孔材料如沸石、分子筛、膨化珍珠岩粉、膨化松脂岩粉、膨化黑耀岩粉等比重轻的材料来做石头纸；中国专利公开号为CN102154932A公开了一种比重小的石头纸，该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。以上专利技术选用多孔材料为主要原料降低石头纸密度，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，在加工石头纸的过程中多孔材料吸附大量的润滑助剂，不但润滑助剂损耗量大，而且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，不能从根本上解决密度过大的问题。另外，上述多孔材料大都为深色，用于石头造纸对纸张外观颜色有一定的影响。
因此，为了从根本上降低石头纸的密度，又同时保证石头纸低成本、颜色纯白的特点，其最为关键的问题是降低石头纸中含量超过70%的碳酸钙的密度，而且要求碳酸钙是属于中空、闭孔、球形的状态，具有低密度、低吸油值、高流动性的特点。
发明内容
本发明针对目前石头纸密度过大的缺陷，提供一种低密度石头纸的制备方法。其特征是低密度石头纸的具体制备步骤如下：
1) 将石灰CaO与水按照重量比1:5在消化器70℃条件下进行水合作用，得到的Ca（OH）2石灰乳液，并通过超声功率为4000W的超声机进行分散5-10分钟；
2）在精制分散的Ca（OH）2石灰乳中混入用量为石灰乳液重量0.02-0.05%的起泡剂，同时搅拌超声分散并通入氮气使石灰乳形成均匀纳米级的微泡；
3) 加入用量为石灰乳液重量0.05-0.1%的中空诱导剂，搅拌均匀，然后通入二氧化碳气源，发生碳酸钙合成反应；
4）在中空诱导剂作用下，发生碳酸钙合成反应并沉淀在由氮气形成的纳米级微泡表面，通过喷雾干燥得到低密度球形碳酸钙；
5）将步骤4)得到的低密度球形碳酸钙75-80重量份作为石头纸主要原材料，3-7重量份增白剂作为增白辅料，通过1-3重量份润滑助剂分散润滑处理、与10-20重量份高分子聚合物在单螺杆挤出（或同向双螺杆挤出机或密炼机）共混造粒，在吹塑机拉伸成型（或在压流延机拉伸成型）即可得到低密度石头纸。
在上述低密度石头纸的制备方法中，其中所说的起泡剂选用二聚乙二醇丁醚、月桂醇硫酸酯钠盐、月桂醇聚氧乙烯醚、油酰甲基牛磺酸盐、正辛醇、仲辛醇中的一种，起泡剂的异极性的表面特性致使其吸附在气—液界面，并降低石灰乳液浆料的表面张力，在气—液界面上呈定向吸附，形成水化膜，形成的气泡不易破裂，增强了气泡的弹性，提高了泡沫的稳定性。
在上述低密度石头纸的制备方法中，其中所说的氮气作为气泡内核，由于氮气的稳定性，只作为内核而不与石灰乳液反应。
在上述低密度石头纸的制备方法中，其中所说的中空诱导剂选用硫酸钙、硫酸钡、氯化钡、氯化铝中的一种，中空诱导剂在碳酸钙形成过程中可以快速均匀的进入碳酸钙晶体结构，促使碳酸钙表面能提高，诱使碳酸钙形成球状结构。
在上述低密度石头纸的制备方法中，其中所说的增白剂选用钛白粉、氧化锌、硫酸钡、硫化锌中的一种或几种。
在上述低密度石头纸的制备方法中，其中所说的润滑剂选用聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸盐中的一种。
在上述低密度石头纸的制备方法中，其中所说的的高分子聚合物是塑料加工领域常用的薄膜级或片材级的高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、线性中密度聚乙烯、聚丙烯中的一种或几种。
石头纸密度大的主因是石头纸中主要原料碳酸钙密度高达2.7-2.9g/cm3，本发明通过使用起泡剂在石灰乳液中将稳定的氮气封闭在纳米级气泡内，在中空诱导剂协同作用下，在足够的二氧化碳通入后，石灰乳液反应并形成内核为纳米级气泡、壁壳为碳酸钙的形状为球形的低密度碳酸钙。低密度球形碳酸钙具有中空、球状、闭孔的特点，不但密度大幅降低，而且具有吸油值低、分散优异、流动性良好的性能。低密度球形碳酸钙与增白剂、润滑剂、高分子聚合物通过共混挤出反应、拉伸成型即可得到低密度石头纸。
本发明的突出特点表现在：
1、石灰CaO与水按照重量比1:5在消化器条件下，通过超声行分散得到的石灰乳液，利用稳定性氮气通过起泡形成纳米级气泡，通过中空诱导剂协同得到的具有中空、球状、闭孔特性的低密度碳酸钙。
2、利用中空球性的低密度碳酸钙作为石头纸的主要原材料，从根本上解决了石头纸密度大的缺陷，石头纸具有密度低、成本低的特点。
3、由于中空球形碳酸钙的球状特性，吸油值低，具有良好的分散性和流动性，可以减少石头纸制作过程中润滑助剂的用量，降低石头纸成本。
4、由于中空球形碳酸钙的球状特性，在石头纸成型拉伸时纵横向可以进行大幅拉伸，从而进一步降低石头纸密度。
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200kg石灰与1000kg水在消化器70℃条件下进行水合作用，并通过超声功率为4000W的超声机进行分散5分钟，得到的Ca（OH）2石灰乳液；
2）在分散的Ca（OH）2石灰乳中混入0.25kg的仲辛醇，同时搅拌超声分散并通入氮气使石灰乳形成均匀纳米级的微泡；
3) 加入0.9kg氯化钡，搅拌均匀，然后通入二氧化碳气源，发生碳酸钙合成反应；
4）发生碳酸钙合成反应并沉淀在由氮气形成的纳米级微泡表面，通过喷雾干燥得到低密度球形碳酸钙；
5）将步骤4)得到的低密度球形碳酸钙75kg，增白剂硫化锌3kg，通过2kg聚乙烯蜡润滑处理，与20kg高密度聚乙烯HF5110在单螺杆挤出共混造粒，在65型吹塑机双向拉伸成型即可得到低密度石头纸。
通过对不同厚度的纸张的密度进行测试，纸张密度出现大幅降低，甚至低于传统纸浆纸张的密度，尤其是经过大幅拉伸后，较薄的纸张密度更低。具体检测结果如下：
| 纸张厚度（mm） | 0.18 | 0.29 | 0.47 |
| 定量（g/ m2） | 130 | 220 | 376 |
| 密度（g/cm3） | 0.73 | 0.76 | 0.80 |
实施例2
1) 将200kg石灰与1000kg水在消化器70℃条件下进行水合作用，并通过超声功率为4000W的超声机进行分散10分钟，得到的Ca（OH）2石灰乳液；
2）在分散的Ca（OH）2石灰乳中混入0.6kg的油酰甲基牛磺酸盐，同时搅拌超声分散并通入氮气使石灰乳形成均匀纳米级的微泡；
3) 加入0.6kg硫酸钙，搅拌均匀，然后通入二氧化碳气源，发生碳酸钙合成反应；
4）发生碳酸钙合成反应并沉淀在由氮气形成的纳米级微泡表面，通过喷雾干燥得到低密度球形碳酸钙；
5）将步骤4)得到的低密度球形碳酸钙80kg，增白剂钛白粉5kg，通过1kg聚丙烯蜡润滑处理，与14kg聚丙烯PP5070在同向双螺杆挤出共混造粒，在65型吹塑机双向拉伸成型即可得到低密度石头纸。
通过对不同厚度的纸张的密度进行测试，纸张密度出现大幅降低。具体检测结果如下：
| 纸张厚度（mm） | 0.12 | 0.20 | 0.35 |
| 定量（g/ m2） | 84 | 144 | 273 |
| 密度（g/cm3） | 0.70 | 0.72 | 0.78 |
实施例3
1) 将200kg石灰与1000kg水在消化器70℃条件下进行水合作用，并通过超声功率为4000W的超声机进行分散8分钟，得到的Ca（OH）2石灰乳液；
2）在分散的Ca（OH）2石灰乳中混入0.2kg的月桂醇聚氧乙烯醚，同时搅拌超声分散并通入氮气使石灰乳形成均匀纳米级的微泡；
3) 加入1.2kg氯化铝，搅拌均匀，然后通入二氧化碳气源，发生碳酸钙合成反应；
4）发生碳酸钙合成反应并沉淀在由氮气形成的纳米级微泡表面，通过喷雾干燥得到低密度球形碳酸钙；
5）将步骤4)得到的低密度球形碳酸钙80kg，增白剂硫酸钡7kg，通过2kg硬脂酸盐润滑处理，与5kg聚丙烯HP624J、5kg高密度聚乙烯8001在密炼机中共混造粒，在SL800压流延机拉伸成型即可得到低密度石头纸。
通过对不同厚度的纸张的密度进行测试，纸张密度出现大幅降低。具体检测结果如下：
| 纸张厚度（mm） | 0.15 | 0.23 | 0.30 |
| 定量（g/ m2） | 112 | 180 | 240 |
| 密度（g/cm3） | 0.75 | 0.78 | 0.80 |
Claims (5)
1.一种低密度石头纸的制备方法，其特征是低密度石头纸的制备步骤如下：
1) 将石灰CaO与水按照重量比1:5在消化器70℃条件下进行水合作用，得到的Ca（OH）2石灰乳液，并通过超声功率为4000W的超声机进行分散5-10分钟；
2）在精制分散的Ca（OH）2石灰乳中混入用量为石灰乳液重量0.02-0.05%的起泡剂，同时搅拌超声分散并通入氮气使石灰乳形成均匀纳米级的微泡；
3) 加入用量为石灰乳液重量0.05-0.1%的中空诱导剂，搅拌均匀，然后通入二氧化碳气源，发生碳酸钙合成反应；
4）在中空诱导剂作用下，发生碳酸钙合成反应并沉淀在由氮气形成的纳米级微泡表面，通过喷雾干燥得到低密度球形碳酸钙；
5）将步骤4)得到的低密度球形碳酸钙75-80重量份作为石头纸主要原材料，3-7重量份增白剂作为增白辅料，通过1-3重量份润滑助剂分散润滑处理、与10-20重量份高分子聚合物在单螺杆挤出（或同向双螺杆挤出机或密炼机）共混造粒，在吹塑机拉伸成型（或在压流延机拉伸成型）即可得到低密度石头纸。
2.根据权利要求1所说的低密度石头纸的制备方法，其特征在于：其中所说的起泡剂选用二聚乙二醇丁醚、月桂醇硫酸酯钠盐、月桂醇聚氧乙烯醚、油酰甲基牛磺酸盐、正辛醇、仲辛醇中的一种。
3.根据权利要求1所说的低密度石头纸的制备方法，其特征在于：其中所说的中空诱导剂选用硫酸钙、硫酸钡、氯化钡、氯化铝中的一种。
4.根据权利要求1所说的低密度石头纸的制备方法，其特征在于：在制备方法中优先选用氮气作为气泡内核。
5.根据权利要求1所说的低密度石头纸的制备方法，其特征在于：其中所说的增白剂选用钛白粉、氧化锌、硫酸钡、硫化锌中的一种或几种。
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