CN104558687B - 一种石头纸专用球形碳酸钙及其制备方法 - Google Patents

一种石头纸专用球形碳酸钙及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种石头纸专用球形碳酸钙及其制备方法，本发明提出一种在加热状态下具有良好流动性的球形碳酸钙。该球形碳酸钙是由己内酰胺渗入球形碳酸钙表面的微孔聚合而成。利用高压膨胀流体装置的高压推动，使液体渗入球状微细碳酸钙表面，通过突然释放压力，球状微细碳酸钙表面积聚的能量由于快速释放膨胀，从而在碳酸钙表面形成微孔，表面微孔的球形重质碳酸钙吸附己内酰胺并聚合形成的一种表面镶嵌己内酰胺聚合物的球形碳酸钙。该球形碳酸钙用于石头纸原料加工时，碳酸钙的球状特性和己内酰胺聚合物易塑化特性大幅提高了石头纸的加工流动性和分散性，可减少或者不使用润滑助剂即可达到石头纸良好的加工流动性。

Description

一种石头纸专用球形碳酸钙及其制备方法
技术领域
本发明涉及石头纸领域，具体提供了一种可用于石头纸的球形碳酸钙以及其制备方法。
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。
为了摆脱造纸对植物纤维造纸的依赖，消除造纸的废水排放，一种由高分子聚合物与碳酸钙等无机粉体材料组成，通过热塑混炼、吹塑或压延得到的石头纸较好的解决了纸张对植物纤维纸浆的依赖，而且制作过程无需植物纤维，不砍伐树木，不排放废水，不需添加漂白剂、强酸、强碱，不会对环境造成污染。
中国专利公开号CN1651649A报道了由聚烯烃和重质、轻质碳酸钙等无机矿物粉为主要原料的制备合成纸的方法，该合成纸是由30～50wt%聚烯烃共混物、40～60wt%天然无机矿物粉组成，天然无机矿物粉与载体树脂先经双螺杆挤出机造粒、制成母粒，再将母粒与聚烯烃混合物和助剂混合均匀，经双螺杆挤出机、T型模头压出得到合成纸。合成纸由于含有较高含量的树脂，因此不但成本高，而且由于使用大量树脂，因此造成资源浪费，不能称之为石头纸。
石头纸的目的是使纸中的碳酸钙含量更高，超过80%以上。由于碳酸钙价格低廉，因此使用碳酸钙做主要原材料有效的降低了纸张成本，保护了环境。中国发明专利公开号CN102154931A公开了一种石头纸及加工方法。其中石头纸是由15-30的重量份的有机组分和70-85重量份的无机组分组成，通过密炼捏合、造粒、压延机挤出得到石头纸。
在石头纸制备的过程中，由于无机粉体含量占比超过80%，流动性大幅降低，分散越来越困难，在T型摸头挤出压延时导致均匀度受限。尽管采用过量润滑助剂可以弥补石头纸加工流动性差的缺陷，但由于过多使用润滑助剂导致石头纸张表面涂布、印刷困难。尤其是石头纸中使用过量润滑助剂直接降低石头纸的强度和挺度。
发明内容
为了提高石头纸的加工流动性和分散性，本发明提出一种在加热状态下具有良好流动性的球形碳酸钙。该球形碳酸钙是由己内酰胺渗入球形碳酸钙表面的微孔聚合而成，在用于石头纸原料加工时碳酸钙的球状特性和己内酰胺聚合物易塑化特性大幅提高了石头纸的加工流动性和分散性。进一步提供石头纸专用的球形碳酸钙的制备方法。
本发明一种石头纸专用球形碳酸钙是采用如下技术方案实现的：
一种石头纸专用球形碳酸钙，其特征是由表面微孔的球形重质碳酸钙吸附己内酰胺并聚合形成的一种表面镶嵌己内酰胺聚合物的球形碳酸钙。
一种石头纸专用球形碳酸钙的制备方法，包括以下具体步骤：
（1）选用粒度分布98%为200目-400目的方解石型碳酸钙，与水配置成30-40%的浆料，加入碳酸钙质量0.5%的六偏磷酸钠作为分散剂，研磨介质采用粒径为2-4mm的氧化锆微珠，在研磨机中研磨5-15分钟，得到粒径为1250-2500目的球状微细碳酸钙；
（2）将步骤（1）得到的球状微细碳酸钙浆料送入高压膨胀流体装置中，对浆料进行加压，在40-60MPa的压力条件下使液体向球状微细碳酸钙表面渗透，保压3-5分钟，当液体渗入球状微细碳酸钙表面，然后迅速泄压，积聚在球形碳酸钙表面的能量由于快速释放膨胀，从而在碳酸钙表面形成微孔，得到表面具有微孔的球形微细碳酸钙；
（3）将步骤（2）得到的微孔球形微细碳酸钙98重量份、2重量份的己内酰胺、0.01重量份的催化剂在反应釜中加热条件为120℃，真空条件为0.08-0.5MPa，加热混合10-15分钟，己内酰胺熔化并渗入球形微细碳酸钙表面的微孔；
（4）在反应釜加入0.008重量份的引发剂，并使应釜加压至1-2MPa，温度升至180-200℃，搅拌15-20分钟，渗入球形微细碳酸钙表面微孔的己内酰胺聚合，得到一种石头纸专用的球形碳酸钙。
上述制备方法,步骤（1）中选用粒度分布98%为200目-400的方解石型碳酸钙，通过较窄的粒径分布，确保在研磨中得到粒度均匀的球形碳酸钙。
上述制备方法步,步骤（3）中所述的催化剂选用乙醇钠、乙醇钾中的至少一种。
上述制备方法步,步骤（4）中所述的引发剂选用二异氰酸酯、2,6甲苯二异氰酸酯中的一种。
本发明一种石头纸专用球形碳酸钙，是由重质碳酸钙通过研磨至球形，利用高压膨胀流体装置的高压推动，使液体渗入球状微细碳酸钙表面，通过突然释放压力，球状微细碳酸钙表面积聚的能量由于快速释放膨胀，从而在碳酸钙表面形成微孔，表面微孔的球形重质碳酸钙吸附己内酰胺并聚合形成的一种表面镶嵌己内酰胺聚合物的球形碳酸钙。与普通碳酸钙用于石头纸加工相比,本发明球形碳酸钙用于石头纸原料加工时，碳酸钙的球状特性和己内酰胺聚合物易塑化特性大幅提高了石头纸的加工流动性和分散性，可减少或者不使用润滑助剂即可达到石头纸良好的加工流动性。将普通碳酸钙、本发明球形碳酸钙分别与聚氯乙烯以质量比10:1通过螺杆挤出进行石头纸加工性的测试，性能如下表1：
表1 本发明球形碳酸钙、普通碳酸钙用于石头纸加工的性能对比
检测项目 本发明球形碳酸钙90%+聚氯乙烯10% 普通重质碳酸钙90%+聚氯乙烯10%
比重g/cm3 1.09 2.33
熔体指数（g/10min） 5.62 0.35
螺杆扭矩（N·m） 11.5 67.8
塑化时间（s） 56 285
平滑度（正反面平均）s 269 43
通过本发明球形碳酸钙与普通重质碳酸钙应用于石头纸加工的比较，本发明球形碳酸钙用于石头纸的塑化时间短，流动性好，螺杆扭矩大幅降低，得到的石头纸分散均匀，平滑度高。
作为石头纸专用原料，本发明球形碳酸钙可以以80-90%的质量比例与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通过螺杆挤出机加工，在T型摸头挤出压延，得到厚薄分散均匀、高平滑度的石头纸，无需使用润滑助剂，克服了目前的石头纸在提高无机粉体含量后加工流动性能变差的缺陷。另外由于球形碳酸钙表面镶嵌己内酰胺聚合物，因此石头纸在提高无机粉体含量后易掉粉的缺陷也得到克服。
本发明一种石头纸专用球形碳酸钙及其制备方法，与现有技术相比突出的特点和有益的效果在于：
1、本发明一种石头纸专用球形碳酸钙，由己内酰胺渗入球形碳酸钙表面的微孔聚合而成，是一种在加热状态下具有良好流动性的球形碳酸钙。用于石头纸原料加工时碳酸钙的球状特性和己内酰胺聚合物易塑化特性大幅提高了石头纸的加工流动性和分散性。克服了目前的石头纸在提高无机粉体含量后加工流动性能变差的缺陷
2、本发明一种石头纸专用球形碳酸钙，球形碳酸钙表面镶嵌己内酰胺聚合物，因此石头纸在提高无机粉体含量后易掉粉的缺陷也得到克服。
3、本发明一种石头纸专用球形碳酸钙的制备方法，采用重质碳酸钙球化和表面微孔化，无需合成，制备工艺易控，成本低，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）选用粒度分布98%为200目-400目的方解石型碳酸钙，与水配置成30-40%的浆料，加入碳酸钙质量0.5%的六偏磷酸钠作为分散剂，研磨介质采用粒径为2-4mm的氧化锆微珠，在研磨机中研磨5分钟，得到粒径为1250目的球状微细碳酸钙；
（2）将步骤（1）得到的球状微细碳酸钙浆料送入高压膨胀流体装置中，对浆料进行加压，在40MPa的压力条件下使液体向球状微细碳酸钙表面渗透，保压3分钟，当液体渗入球状微细碳酸钙表面，然后迅速泄压，积聚在球形碳酸钙表面的能量由于快速释放膨胀，从而在碳酸钙表面形成微孔，得到表面具有微孔的球形微细碳酸钙；
（3）将步骤（2）得到的微孔球形微细碳酸钙98重量份、2重量份的己内酰胺、0.01重量份的乙醇钠催化剂在反应釜中加热条件为120℃，真空条件为0.08MPa，加热混合10分钟，己内酰胺熔化并渗入球形微细碳酸钙表面的微孔；
（4）在反应釜加入0.008重量份的二异氰酸酯，并使应釜加压至2MPa，温度升至180℃，搅拌20分钟，渗入球形微细碳酸钙表面微孔的己内酰胺聚合，得到一种石头纸专用的球形碳酸钙。
将得到的球形碳酸钙与薄膜级HDPE6098以质量比9:1在高速混合机中混合均匀，经密炼式三螺杆反应型挤出机挤出造粒，通过塑料通用薄膜吹塑机吹制得到厚度为0.05mm的石头纸。
实施例2
（1）选用粒度分布98%为200目-400目的方解石型碳酸钙，与水配置成30-40%的浆料，加入碳酸钙质量0.5%的六偏磷酸钠作为分散剂，研磨介质采用粒径为2-4mm的氧化锆微珠，在研磨机中研磨10分钟，得到粒径为2000目的球状微细碳酸钙；
（2）将步骤（1）得到的球状微细碳酸钙浆料送入高压膨胀流体装置中，对浆料进行加压，在4560MPa的压力条件下使液体向球状微细碳酸钙表面渗透，保压5分钟，当液体渗入球状微细碳酸钙表面，然后迅速泄压，积聚在球形碳酸钙表面的能量由于快速释放膨胀，从而在碳酸钙表面形成微孔，得到表面具有微孔的球形微细碳酸钙；
（3）将步骤（2）得到的微孔球形微细碳酸钙98重量份、2重量份的己内酰胺、0.01重量份的乙醇钾催化剂在反应釜中加热条件为120℃，真空条件为0.1MPa，加热混合12分钟，己内酰胺熔化并渗入球形微细碳酸钙表面的微孔；
（4）在反应釜加入0.008重量份的2,6甲苯二异氰酸酯，并使应釜加压至1MPa，温度升至180℃，搅拌15分钟，渗入球形微细碳酸钙表面微孔的己内酰胺聚合，得到一种石头纸专用的球形碳酸钙。
将得到的球形碳酸钙与PET以 质量比9:1混合均匀，在密炼机中共混造粒，在SL1200压流延机拉伸成型即可得到石头纸。
实施例3
（1）选用粒度分布98%为200目-400目的方解石型碳酸钙，与水配置成30-40%的浆料，加入碳酸钙质量0.5%的六偏磷酸钠作为分散剂，研磨介质采用粒径为2-4mm的氧化锆微珠，在研磨机中研磨15分钟，得到粒径为1250-2500目的球状微细碳酸钙；
（2）将步骤（1）得到的球状微细碳酸钙浆料送入高压膨胀流体装置中，对浆料进行加压，在60MPa的压力条件下使液体向球状微细碳酸钙表面渗透，保压3分钟，当液体渗入球状微细碳酸钙表面，然后迅速泄压，积聚在球形碳酸钙表面的能量由于快速释放膨胀，从而在碳酸钙表面形成微孔，得到表面具有微孔的球形微细碳酸钙；
（3）将步骤（2）得到的微孔球形微细碳酸钙98重量份、2重量份的己内酰胺、0.01重量份的乙醇钠催化剂在反应釜中加热条件为120℃，真空条件为0.3MPa，加热混合10分钟，己内酰胺熔化并渗入球形微细碳酸钙表面的微孔；
（4）在反应釜加入0.008重量份的2,6甲苯二异氰酸酯，并使应釜加压至2MPa，温度升至1900℃，搅拌20分钟，渗入球形微细碳酸钙表面微孔的己内酰胺聚合，得到一种石头纸专用的球形碳酸钙。
将得到的球形碳酸钙与聚丙烯045以质量比12:1混合均匀，直接在双层挤出机的T型模头挤出后用SYS6S-Ф230×630六辊压延机组压延得到石头纸。
实施例4
（1）选用粒度分布98%为200目-400目的方解石型碳酸钙，与水配置成30-40%的浆料，加入碳酸钙质量0.5%的六偏磷酸钠作为分散剂，研磨介质采用粒径为2-4mm的氧化锆微珠，在研磨机中研磨15分钟，得到粒径为2500目的球状微细碳酸钙；
（2）将步骤（1）得到的球状微细碳酸钙浆料送入高压膨胀流体装置中，对浆料进行加压，在50MPa的压力条件下使液体向球状微细碳酸钙表面渗透，保压4分钟，当液体渗入球状微细碳酸钙表面，然后迅速泄压，积聚在球形碳酸钙表面的能量由于快速释放膨胀，从而在碳酸钙表面形成微孔，得到表面具有微孔的球形微细碳酸钙；
（3）将步骤（2）得到的微孔球形微细碳酸钙98重量份、2重量份的己内酰胺、0.01重量份的催化剂在反应釜中加热条件为120℃，真空条件为0.5MPa，加热混合10分钟，己内酰胺熔化并渗入球形微细碳酸钙表面的微孔；
（4）在反应釜加入0.008重量份的二异氰酸酯，并使应釜加压至1.5MPa，温度升至180℃，搅拌18分钟，渗入球形微细碳酸钙表面微孔的己内酰胺聚合，得到一种石头纸专用的球形碳酸钙。
将得到的球形碳酸钙与聚苯乙烯以质量比10：1混合均匀， 将混合均匀的物料引入挤出压延拉伸设备，通过双螺杆反应挤出机反应挤出、压延、纵向拉伸2倍、横向拉伸2倍得到石头纸。

Claims (4)

1.一种石头纸专用球形碳酸钙，其特征是由表面微孔的球形重质碳酸钙吸附己内酰胺并聚合形成的一种表面镶嵌己内酰胺聚合物的球形碳酸钙；所述一种石头纸专用球形碳酸钙由如下方法制备而得：
（1）选用粒度分布98% 为200 目-400目的方解石型碳酸钙，与水配置成30-40%的浆料，加入碳酸钙质量0.5% 的六偏磷酸钠作为分散剂，研磨介质采用粒径为2-4mm的氧化锆微珠，在研磨机中研磨5-15 分钟，得到粒径为1250-2500目的球状微细碳酸钙；
（2）将步骤（1）得到的球状微细碳酸钙浆料送入高压膨胀流体装置中，对浆料进行加压，在40-60MPa的压力条件下使液体向球状微细碳酸钙表面渗透，保压3-5分钟，当液体渗入球状微细碳酸钙表面，然后迅速泄压，积聚在球形碳酸钙表面的能量由于快速释放膨胀，从而在碳酸钙表面形成微孔，得到表面具有微孔的球形微细碳酸钙；
（3）将步骤（2）得到的微孔球形微细碳酸钙98重量份、2重量份的己内酰胺、0.01重量份的催化剂在反应釜中加热条件为120℃，真空条件为0.08-0.5MPa，加热混合10-15分钟，己内酰胺熔化并渗入球形微细碳酸钙表面的微孔；
（4）在反应釜加入0.008 重量份的引发剂，并使应釜加压至1-2MPa，温度升至180-200℃，搅拌15-20 分钟，渗入球形微细碳酸钙表面微孔的己内酰胺聚合，得到一种石头纸专用的球形碳酸钙。
2.根据权利要求1 所述一种石头纸专用球形碳酸钙，其特征在于：制备步骤（1）选用粒度分布98% 为200 目-400目的方解石型碳酸钙，通过较窄的粒径分布，确保在研磨中得到粒度均匀的球形碳酸钙。
3.根据权利要求1 所述一种石头纸专用球形碳酸钙，其特征在于：制备步骤（3）所述的催化剂选用乙醇钠、乙醇钾中的至少一种。
4.根据权利要求1 所述一种石头纸专用球形碳酸钙，其特征在于：步骤（4）所述的引发剂选用2,6-甲苯二异氰酸酯。
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