七層熔融共擠出石頭紙?jiān)诶ヤ摰墓I(yè)化實(shí)踐

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(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)文明的進(jìn)步和人類生活水平的不斷提高，人們對(duì)紙的需求不斷增加。全球環(huán)保問(wèn)題越來(lái)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(huì)消耗大量的木材及浪費(fèi)水資源和能源，而且對(duì)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(guò)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(lái)越被重視，在生產(chǎn)過(guò)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(shí)也不會(huì)產(chǎn)生三廢，節(jié)省大量的木林資源，減少造紙過(guò)程中產(chǎn)生的污染[2]。

當(dāng)前，國(guó)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(wèn)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(wèn)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(shí)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(wèn)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(qiáng)層，以及從里到外依次設(shè)置在增強(qiáng)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(qiáng)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(xì)碳酸鈣粉體70%～80%（均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）、超細(xì)無(wú)機(jī)吸水粉體5%、偶聯(lián)劑1%、加工助劑1%～4%、 有機(jī)吸水材料2%～5%、 擠出級(jí)聚丙烯11%～16%。

1.2 遮蓋層原料組成

超細(xì)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(jí)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(xì)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(jí)聚丙烯16%～21%。

1.4 增強(qiáng)層由下述質(zhì)量百分比的原料組成

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

上述超細(xì)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(xì)無(wú)機(jī)吸水粉體為粒度500～1250目的高嶺土、膨潤(rùn)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(jī)單體中親水性機(jī)團(tuán)形成氫鍵，有利于印刷，材料易得，成本低，易推廣使用。

有機(jī)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(jí)聚丙烯的熔體流動(dòng)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P(yáng)P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(diǎn)，通過(guò)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(shí)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(xì)碳酸鈣粉體在80～120℃下進(jìn)行高速 （轉(zhuǎn)速 1000～2000r/min） 攪拌10min，再加入超細(xì)無(wú)機(jī)吸水粉體混合10min，然后加入偶聯(lián)劑進(jìn)行高速（轉(zhuǎn)速1000～2000r/min） 混合3～5min，最后加入加工助劑、擠出級(jí)聚丙烯和有機(jī)吸水材料進(jìn)行高速（轉(zhuǎn)速1000～2000r/min）混合5～8min，通過(guò)擠出機(jī)熔融擠出，切粒后得印刷層母粒；將印刷層母粒通過(guò)A擠出機(jī)熔融擠出后，計(jì)量分配至1層和7層的擠入層，擠出機(jī)的機(jī)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(xì)碳酸鈣粉體在80～120℃下進(jìn)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(jìn)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(jí)聚丙烯，通過(guò)擠出機(jī)熔融擠出，切粒后得遮蓋層母粒；將遮蓋層母粒通過(guò)B擠出機(jī)熔融擠出后，計(jì)量分配至2層和6層的擠入層， 擠出機(jī)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(xì)碳酸鈣粉體在80～120℃下進(jìn)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(jí)聚丙烯，通過(guò)擠出機(jī)熔融擠出，切粒后與PP專用發(fā)泡母?；旌暇鶆蚝螅冒l(fā)泡層母粒；將發(fā)泡層母粒通過(guò)C擠出機(jī)熔融擠出后，計(jì)量分配至3層和5層的擠入層，擠出機(jī)的溫度：170℃～190℃；螺桿轉(zhuǎn)速控制在20～50r/min；

2.4 制備增強(qiáng)層

按上述質(zhì)量百分比的原料組成，先將超細(xì)碳酸鈣粉體在80～120℃下進(jìn)行高速（轉(zhuǎn)速1000～2000轉(zhuǎn)/分鐘）攪拌10min，然后加入偶聯(lián)劑進(jìn)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(jí)聚丙烯經(jīng)高速（轉(zhuǎn)速1000～2000r/min） 混合3～5min后，再與無(wú)堿短玻纖低速（轉(zhuǎn)速500～1000r/min） 混合5～10min，通過(guò)擠出機(jī)熔融擠出，切粒后得增強(qiáng)層母粒；將增強(qiáng)層母粒通過(guò)D擠出機(jī)熔融擠出后計(jì)量分配至4層的擠入層，擠出機(jī)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(guò)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(wèn)題。

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

3)通過(guò)發(fā)泡技術(shù)的引入，很好解決了石頭紙比重大等問(wèn)題，同等定量的石頭紙與市場(chǎng)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(guò)無(wú)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(guò)四臺(tái)擠出機(jī)擠出計(jì)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(jì)量泵計(jì)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(guò)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(diǎn)，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(xiàng)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(jià)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(yǔ)

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(lái)，至今已生產(chǎn)5000多噸，實(shí)現(xiàn)銷售收入5600萬(wàn)元，創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益500多萬(wàn)元，間接經(jīng)濟(jì)效益2000多萬(wàn)元。項(xiàng)目的成功實(shí)踐，為用碳酸鈣粉等無(wú)機(jī)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(shí)例。項(xiàng)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。