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        七層熔融共擠出石頭紙在昆鋼的工業(yè)化實踐

        2019-03-29 01:58:18劉瑞銘
        云南化工 2019年1期
        關(guān)鍵詞:碳酸鈣

        劉瑞銘,劉 暢

        (云南昆鋼石頭紙環(huán)保材料有限公司,云南 安寧 650307)

        隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展,社會文明的進步和人類生活水平的不斷提高,人們對紙的需求不斷增加。全球環(huán)保問題越來越突出,森林資源不斷減少,傳統(tǒng)的造紙業(yè),一直被視為污染大戶,不僅會消耗大量的木材及浪費水資源和能源,而且對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。大量的森林資源的砍伐,導(dǎo)致地球生態(tài)嚴(yán)重的失衡;生產(chǎn)過程中排放大量的酸堿廢液,污染了土壤、空氣、水源,人類賴以生存的環(huán)境受到了嚴(yán)重的破壞[1]。石頭紙的發(fā)展就越來越被重視,在生產(chǎn)過程中不僅不需要木材及天然植物纖維,也不需要耗用水資源,同時也不會產(chǎn)生三廢,節(jié)省大量的木林資源,減少造紙過程中產(chǎn)生的污染[2]。

        當(dāng)前,國內(nèi)外石頭造紙的生產(chǎn)方法主要有:壓延法、流延法、吹膜法、單向(縱向) 拉伸法、雙向拉伸法[3]。但現(xiàn)今市面上流通的石頭紙多為HDPE石頭紙,多為單層結(jié)構(gòu),普遍存在印刷適應(yīng)性差、挺度差、遮蓋性差、比重大、靜電大等問題。上述各因素都是造成石頭紙產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,難以大規(guī)模推廣應(yīng)用的瓶頸問題。

        云南昆鋼石頭紙環(huán)保材料有限公司研發(fā)了一種七層熔融共擠出石頭紙及其制備方法,實現(xiàn)了A/B/C/D/C/B/A七層石頭紙的工業(yè)化生產(chǎn),可以有效解決上述問題。所得七層熔融共擠出石頭紙成本低、不透明度高、印刷適應(yīng)性好、挺度高、比重低、易推廣使用。

        1 技術(shù)方案

        七層熔融共擠出石頭紙技術(shù)方案如圖1。七層熔融共擠出石頭紙,包括增強層,以及從里到外依次設(shè)置在增強層兩外表面的發(fā)泡層、遮蓋層和印刷層。七層熔融共擠出石頭紙的總厚度為0.20~2mm;印刷層的總厚度占七層熔融共擠出石頭紙總厚度的10%~20%,遮蓋層的總厚度占七層熔融共擠出石頭紙總厚度的10%~20%,發(fā)泡層的總厚度占七層熔融共擠出石頭紙總厚度的50%~70%,增強層占七層熔融共擠出石頭紙總厚度的10%。

        1.1 印刷層的原料組成

        超細碳酸鈣粉體70%~80%(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)、超細無機吸水粉體5%、偶聯(lián)劑1%、加工助劑1%~4%、 有機吸水材料2%~5%、 擠出級聚丙烯11%~16%。

        1.2 遮蓋層原料組成

        超細碳酸鈣粉體70%~80%、鈦白粉2%~5%、偶聯(lián)劑1%、加工助劑1%~4%、擠出級聚丙烯16%~21%。

        圖1 七層熔融石頭紙結(jié)構(gòu)示意圖

        1.3 發(fā)泡層的原料組成

        超細碳酸鈣粉體70%~80%、PP專用發(fā)泡母粒2%~5%、偶聯(lián)劑1%、加工助劑1%~4%、擠出級聚丙烯16%~21%。

        1.4 增強層由下述質(zhì)量百分比的原料組成

        無堿短玻纖5%~15%、 粒度800~3000目的超細碳酸鈣粉體50%、偶聯(lián)劑1%、加工助劑1%~4%、擠出級聚丙烯30%~43%。

        上述超細碳酸鈣粉體可為輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣中的一種或者兩種混合體,優(yōu)選重質(zhì)碳酸鈣,粒徑控制在500~3000目,水分控制在0.3%以內(nèi);超細無機吸水粉體為粒度500~1250目的高嶺土、膨潤土、絹云母、硅藻土、伊利石、蛭石等中的一種或幾種。優(yōu)選高嶺土,高嶺土有很好的吸水性能,且結(jié)構(gòu)單元層的一面是-OH層,易與有機單體中親水性機團形成氫鍵,有利于印刷,材料易得,成本低,易推廣使用。

        有機吸水材料為熱塑性淀粉、丙烯酰胺、丙烯酸、聚乙烯醇等中的一種或幾種。優(yōu)先聚乙烯醇,聚乙烯醇是一種水溶性環(huán)保型高分子聚合物,具有很好的成膜性、乳化性、粘結(jié)性、抗靜電性、印刷適應(yīng)性,材料易得,成本低,易推廣使用。

        偶聯(lián)劑為鋁酸酯偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑、復(fù)合型偶聯(lián)劑中的一種或幾種。

        加工助劑為硬脂酸、石蠟或聚乙烯蠟等。

        擠出級聚丙烯的熔體流動速率為2.0~4.0g/10min。

        PP專用發(fā)泡母粒,系武漢富蒂亞新型材料有限公司生產(chǎn),該PP發(fā)泡母料由載體塑料與功能助劑共混造粒制得,具有泡孔均勻致密,發(fā)泡效果好等優(yōu)點,通過發(fā)泡劑的作用,可使石頭紙內(nèi)部形成了疏松的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),可降低石頭紙比重15%~35%。

        2 制備方法

        七層熔融共擠出石頭紙采用四螺桿七層熔融共擠出復(fù)合工藝,實現(xiàn)A/B/C/D/C/B/A七層石頭紙的工業(yè)化生產(chǎn)。其制備生產(chǎn)工藝如圖2

        2.1 制備印刷層

        按上述的原料備料,先將超細碳酸鈣粉體在80~120℃下進行高速 (轉(zhuǎn)速 1000~2000r/min) 攪拌10min,再加入超細無機吸水粉體混合10min,然后加入偶聯(lián)劑進行高速(轉(zhuǎn)速1000~2000r/min) 混合3~5min,最后加入加工助劑、擠出級聚丙烯和有機吸水材料進行高速(轉(zhuǎn)速1000~2000r/min)混合5~8min,通過擠出機熔融擠出,切粒后得印刷層母粒;將印刷層母粒通過A擠出機熔融擠出后,計量分配至1層和7層的擠入層,擠出機的機身溫度:180℃~195℃;螺桿轉(zhuǎn)速控制在20~50r/min。

        2.2 制備遮蓋層

        圖2 石頭紙的生產(chǎn)工藝

        按上述的原料備料,先將超細碳酸鈣粉體在80~120℃下進行高速 (轉(zhuǎn)速 1000~2000r/min) 攪拌10min,再加入鈦白粉混合10min,然后加入偶聯(lián)劑進行高速(轉(zhuǎn)速1000~2000r/min) 混合3~5 min,最后加入加工助劑和擠出級聚丙烯,通過擠出機熔融擠出,切粒后得遮蓋層母粒;將遮蓋層母粒通過B擠出機熔融擠出后,計量分配至2層和6層的擠入層, 擠出機的溫度控制:190℃~200℃; 螺桿轉(zhuǎn)速控制在20~50r/min。

        2.3 制備發(fā)泡層

        按上述的原料備料,先將超細碳酸鈣粉體在80~120℃下進行高速 (轉(zhuǎn)速 1000~2000r/min) 攪拌10min,然后加入偶聯(lián)劑經(jīng)高速(轉(zhuǎn)速1000~2000r/min) 混合3~5min,最后加入加工助劑和擠出級聚丙烯,通過擠出機熔融擠出,切粒后與PP專用發(fā)泡母粒混合均勻后,得發(fā)泡層母粒;將發(fā)泡層母粒通過C擠出機熔融擠出后,計量分配至3層和5層的擠入層,擠出機的溫度:170℃~190℃;螺桿轉(zhuǎn)速控制在20~50r/min;

        2.4 制備增強層

        按上述質(zhì)量百分比的原料組成,先將超細碳酸鈣粉體在80~120℃下進行高速(轉(zhuǎn)速1000~2000轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌10min,然后加入偶聯(lián)劑進行高速 (轉(zhuǎn)速 1000~2000r/min) 混合 3~5min, 最后加入加工助劑和 擠出級聚丙烯經(jīng)高速(轉(zhuǎn)速1000~2000r/min) 混合3~5min后,再與無堿短玻纖低速(轉(zhuǎn)速500~1000r/min) 混合5~10min,通過擠出機熔融擠出,切粒后得增強層母粒;將增強層母粒通過D擠出機熔融擠出后計量分配至4層的擠入層,擠出機的溫度:190℃~200℃;螺桿轉(zhuǎn)速控制在20~50r/min。

        最后將上述各擠入層的熔融膠狀物通過同一模頭擠出發(fā)泡,經(jīng)常規(guī)三輥壓光、冷卻、牽引、收卷,即得到七層熔融共擠出石頭紙。其中,冷卻溫度控制在:30℃~45℃,模頭各段溫度控制在195℃~220℃。

        3 取得的效果

        1)由于高嶺土、聚乙烯醇(PVA)等吸水材料的加入,很好的解決了石頭紙的吸濕性差和印刷性適應(yīng)性差、靜電大等問題。

        2)因鈦白粉的加入,利用鈦白粉遮蓋性強等特點,解決當(dāng)前石頭紙普遍存在不透明度低等問題,同時壓光機的引入,很好解決了平滑度不好等問題。

        3)通過發(fā)泡技術(shù)的引入,很好解決了石頭紙比重大等問題,同等定量的石頭紙與市場上銷售的石頭紙,比重降低15%~35%,且還增加石頭紙的挺度和隔熱性。

        4)通過無堿短玻纖的加入,增加了石頭紙的剛性和耐溫性,提升石頭紙的挺度。

        5)將不同功能的石頭紙母粒在熔融狀態(tài)通過四臺擠出機擠出計量后匯集到同一模頭擠出發(fā)泡,即將不同功能的石頭紙母粒經(jīng)熔融塑化經(jīng)計量泵計量后擠入同一模頭的1層和7層、2層和6層、3層和5層、4層流道中擠出發(fā)泡,得到七層疊加熔融狀擠出物,通過激冷輥得到膜片,再經(jīng)壓光、冷卻、電暈、收卷即可到七層熔融共擠出石頭紙。

        6)采用該方法制備的石頭紙,生產(chǎn)成本低,工藝流程更短,投資更省,具有高效、高成品率的優(yōu)點,可滿足工業(yè)化生產(chǎn)需求。

        7)采用該方法制備的石頭紙,挺度好、印刷適應(yīng)性好,比重低,不透明度高、平滑度好、厚度均勻,各項性能指標(biāo)符合GB/T22806-2008“白卡紙”的性能指標(biāo)要求,可用于印制美術(shù)印刷品、卡片、名片、包裝紙盒等,具有較好的推廣應(yīng)用價值。

        本文所述的七層熔融共擠出石頭紙制備方法,現(xiàn)已在云南昆鋼石頭紙環(huán)保材料有限公司工業(yè)化生產(chǎn)。

        4 結(jié)語

        云南昆鋼石頭紙環(huán)保材料有限公司自2016年6月采用該制備方法生產(chǎn)石頭紙以來,至今已生產(chǎn)5000多噸,實現(xiàn)銷售收入5600萬元,創(chuàng)造直接經(jīng)濟效益500多萬元,間接經(jīng)濟效益2000多萬元。項目的成功實踐,為用碳酸鈣粉等無機粉體為主要原料制造紙張?zhí)剿髁艘环N可行的新工藝技術(shù),提供了一種新的思路和方法,為包裝行業(yè)提供了一種新產(chǎn)品、新材料,為致力于石頭造紙的企業(yè)提供了一種新工藝、新設(shè)備和可供借鑒的工程實例。項目成果應(yīng)用于印刷、食品、藥品、一次性餐飲具等行業(yè)具有顯著效益。

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