一种可完全降解石头纸的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种可完全降解石头纸的制备方法，包括碳酸钙、PBAT、生物基塑料、纸浆、油脂、偶联剂、抗氧剂。本发明实现了可降解塑料PBAT对不可降解聚乙烯的替换，并加入可降解生物基塑料，对其性能进行调整，因其具有较好的力学性能。并且考虑到随着碳酸钙含量的增加，分散困难问题，加入纸浆作为非人工合成粘合剂，可以使高分子聚合物更好的对碳酸钙进行包覆，挤出产品更均匀，解决了原有石头纸使用后残留聚乙烯塑料对环境的污染问题。本发明得到的石头纸产品耐撕、易印刷、无荧光粉、加工性好、生产过程环保以及使用后可完全降解的特性，可广泛应用于一次性生活用品、文化用纸、工业包装、壁纸领域。
【专利说明】
一种可完全降解石头纸的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及可完全降解石头纸产品领域，尤其涉及一种可应用于一次性生活用品、文化用纸、工业包装、壁纸领域的可完全降解石头纸的制备方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]石头纸是无机粉体环保石头纸的简称，以储量大、分布广的石灰石矿产资源为主要原材料(碳酸钙含量为70-80%)，以高分子聚合物为辅料(含量为20-30%)，利用高分子界面化学原理和填充改性制作而成的。其产品具有与普通纸张同样的书写性能和印刷效果，具有塑料包装物的核心性能。该技术既解决了传统造纸技术污染问题，又改善了塑料包装物造成的白色污染，同时可以节省大量石油资源。
[0004]石头纸使用后，经过紫外线照射约六个月脆化成破碎蛋壳状，其主要成分为添加的少量聚乙烯树脂，因而不能直接丢弃到自然环境中，仍需要经过回收或送进焚化炉焚烧，这不可避免的会增加回收成本，虽然可以减少白色污染的程度，但不能彻底解决环境污染问题。
[0005]在石头纸的制作过程中，随着碳酸钙含量的增加，存在分散困难问题，残留聚乙烯塑料对环境造成污染。
[0006]鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种可完全降解石头纸的制备方法，用以克服上述技术缺陷。
[0009]为实现上述目的，本发明提供一种可完全降解石头纸的制备方法，包含以下步骤:
(1)按照下列配比准备原料:
碳酸妈50-80重量份
PBAT10-35重量份
生物基塑料2-15重量份纸楽0-5重量份油脂1-5重量份
偶联剂0.5-1.5重量份
抗氧剂0.05-0.5重量份
(2)混料处理:首先将上述原料以上述重量份分别称量，然后将碳酸钙与纸浆混合均匀，经过100 °C-140 0C干燥处理6-12小时不等，冷却后以高速混料机进行打碎处理，得到细度均匀的微粉，将所有原料混合均匀，根据碳酸钙的含量选择熔融挤出成型或经双辊混炼机成型； (3)熔融挤出:适用于碳酸钙含量不高于60%的实验配方，将混合料送入双螺杆挤出机，进行熔融共混挤出、拉条、水冷、切粒、干燥，得到可降解石头纸颗粒，可进行吹塑成型或者经过铸片、纵向拉伸、横向拉伸，得到可降解石头纸薄膜；
其中，所述的挤出工艺各区段温度分别为:输送段180°C-20(TC、熔融段190°C-23(TC、挤出段200°C-240°C、排气段190°C_220°C、剪切段190°C_220°C;所述的干燥温度为90°C-150。。。
[0010](4)双辊混炼机:更适用于高含量的碳酸钙挤出成型，控制辊温、辊距、时间和容量，将托料盘放到辊筒的下方接料，把混合料缓缓加到两辊之间的间隙中，把从间隙中漏下的原料尽快再加到辊隙中混炼，待原料熔融并包住辊筒后，适当放宽辊隙，同时用刮刀将的熔融物料刮下，拉成料带，折叠翻转送回辊筒间隙混炼，待全部物料熔融后，再不断翻转折叠物料，使之重复辊压，以利于物料的充分混合，至原料外观光洁，色泽均匀、料片截面观察不到粉状物料，且有一定强度时，将双辊间隙调整至需要的料片厚度尺寸，辊压2?3次，从辊筒表面割断料片，并迅速牵引出料，摊放平整，趁热将片料裁剪成需要的尺寸，并进行双向拉伸工艺，制成片材等石头纸。
[0011]其中，辊温:170 °C-240 °C，辊距:0.5-2.5mm，容量:0.5_2kg，时间根据具体情况设定。
[0012]进一步地，所述的生物基塑料为PLA、PHA、纤维素、淀粉中的任何一种或多种以任何比例相混合;所述的纸浆为含水率10%-25%的市场购买的机械纸浆、化学纸浆、生物纸浆或自制纸浆中的任何一种。
[0013]进一步地，所述的油脂为白油、动物油脂或植物油脂中的任何一种;所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、KH-570中的任何一种;所述的抗氧剂中各组分的重量百分比为:受阻酚类抗氧剂25%-45%，硫代酯类抗氧剂25%-35%，亚磷酸酯类抗氧剂15%-30%，润滑油抗氧剂
2%-10%o
[0014]进一步地，所述的自制纸浆制作工艺为:将废纸撕碎，放进盛有热水的罐子，手动或机械搅拌均匀，进过漂白、脱水
进一步地，所述的受阻酚类抗氧剂为四[β-(3，5_二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
[0015]进一步地，所述的硫代酯类抗氧剂为硫代二丙酸二(十八)酯。
[0016]进一步地，所述的亚磷酸酯类抗氧剂为双十八烷基季戊四醇二亚磷酸酯。
[0017]进一步地，所述的润滑油抗氧剂为2，6-二叔丁基对甲酚。
[0018]与现有技术相比本发明的有益效果为:本发明以降低成本、节约资源为出发点，延续石头纸利用无机碳酸钙的优势，以可降解塑料PBAT替代传统聚乙烯塑料，并加入可降解生物基塑料，对其性能进行调整，因其具有较好的韧性。并且考虑到随着碳酸钙含量的增加，分散困难问题，加入纸浆作为非人工合成粘合剂，可以使高分子聚合物更好的对碳酸钙进行包覆，挤出产品更均匀，解决了原有石头纸使用后残留聚乙烯塑料对环境的污染问题。
[0019]本发明得到的石头纸产品耐撕、易印刷、无荧光粉、加工性好、生产过程环保以及使用后可完全降解的特性。本产品具有环保、安全、节约资源等优点，使用后可完全降解为二氧化碳、水和无机矿粉，回归自然。
[0020]
【具体实施方式】
[0021 ]以下，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0022]实施例1
(1)按照下列配比准备原料:
1500目碳酸钙50重量份
PBAT35重量份
PLA10重量份动物油脂3重量份
KH-5501.5重量份
抗氧剂(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯45%、硫代二丙酸二(十八)酯30%、双十八烷基季戊四醇二亚磷酸酯20%、2,6-二叔丁基对甲酚5%)
0.5重量份
(2)混料处理:首先将上述原料以上述重量份分别称量，以高速混料机混合均匀；
(3)熔融挤出:将混合料送入双螺杆挤出机，进行熔融共混挤出、拉条、水冷、切粒、干燥，得到可降解石头纸粒料，色泽均匀白色，柔韧性好，易进行加工，可经吹塑成型，得到最终产品，成品经堆肥实验180天即可完全降解。
[0023]其中，所述的挤出工艺各区段温度分别为:输送段180°C、熔融段190°C、挤出段2000C、排气段190°C、剪切段190°C ;干燥温度为95°C。
[0024]实施例2
(1)按照下列配比准备原料:
1500目碳酸钙60重量份
PBAT20重量份
PHA13重量份白油5重量份
KH-5501.5重量份
抗氧剂(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯35%、硫代二丙酸二(十八)酯35%、双十八烷基季戊四醇二亚磷酸酯20%、2，6_二叔丁基对甲酚10%)
0.5重量份
(2)混料处理:首先将上述原料以上述重量份分别称量，然后将碳酸钙与纸浆混合均匀，经过100°C-1400C干燥处理6-12小时，冷却后以高速混料机进行打碎处理，得到细度均匀的微粉，最后将所有原料混合均匀；
(3)熔融挤出:将混合料送入双螺杆挤出机，进行熔融共混挤出、拉条、水冷、切粒、干燥，得到可降解石头纸料条，得到料条仍具有良好的力学性能和加工性能，较实施例1，略微粗糙，经过铸片、双向拉伸工艺后可制得薄膜产品，应用于经堆肥实验180天可完全降解。
[0025]其中，所述的挤出工艺各区段温度分别为:输送段185°C、熔融段195°C、挤出段2100C、排气段195°C、剪切段190°C ;干燥温度为100°C。
[0026]实施例3 (1)按照下列配比准备原料:
2000目碳酸钙70重量份
PBAT18重量份纤维素7重量份机械纸楽2重量份动物油脂2重量份
KH-5700.8重量份
抗氧剂(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯25%、硫代二丙酸二(十八)酯35%、双十八烷基季戊四醇二亚磷酸酯30%、2,6-二叔丁基对甲酚10%)
0.2重量份
(2)混料处理:首先将上述原料以上述重量份分别称量，然后将碳酸钙与机械纸浆混合均匀，经过120 °(:干燥处理8小时，冷却后以高速混料机进行打碎处理，得到细度均匀的微粉(尺寸约为15微米)，最后将所有原料混合均匀；
(3 )双辊混炼机:控制辊温220 0C、辊距Imm，将托料盘放到辊筒的下方接料，把混合料缓缓加到两辊之间的间隙中，把从间隙中漏下的原料尽快再加到辊隙中混炼，待原料熔融并包住辊筒后，适当放宽辊隙，同时用刮刀将的熔融物料刮下，拉成料带，折叠翻转送回辊筒间隙混炼，待全部物料熔融后，再不断翻转折叠物料，使之重复辊压，以利于物料的充分混合，至原料外观光洁，色泽均匀、料片截面观察不到粉状物料，且有一定强度时，将双辊间隙调整至需要的料片厚度尺寸，辊压2次，从辊筒表面割断料片，并迅速牵引出料，摊放平整，趁热将片料裁剪成需要的尺寸，得到可降解石头纸，其吹膜性能较前两者略差，但仍能满足多种行业需求，经后期成型可用于快递包装袋、文件夹等，经堆肥实验110天可完全降解。
[0027]实施例4
(1)按照下列配比准备原料:
2000目碳酸钙80重量份
PBAT10重量份淀粉2重量份生物纸浆5重量份植物油脂2.45重量份
ΚΗ-5700.5重量份
抗氧剂(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯30%、硫代二丙酸二(十八)酯30%、双十八烷基季戊四醇二亚磷酸酯30%、2,6-二叔丁基对甲酚10%)
0.05重量份
(2)混料处理:首先将上述原料以上述重量份分别称量，然后将碳酸钙与生物纸浆混合均匀，经过100°(:干燥处理12小时，冷却后以高速混料机进行打碎处理，得到细度均匀的微粉(尺寸约为20微米)，最后将所有原料混合均匀；
(3)双辊混炼机:控制辊温235°C、辊距1.2mm，将托料盘放到辊筒的下方接料，把混合料缓缓加到两辊之间的间隙中，把从间隙中漏下的原料尽快再加到辊隙中混炼，待原料熔融并包住辊筒后，适当放宽辊隙，同时用刮刀将的熔融物料刮下，拉成料带，折叠翻转送回辊筒间隙混炼，待全部物料熔融后，再不断翻转折叠物料，使之重复辊压，以利于物料的充分混合，至原料外观光洁，色泽均匀、料片截面观察不到粉状物料，且有一定强度时，将双辊间隙调整至需要的料片厚度尺寸，辊压3次，从辊筒表面割断料片，并迅速牵引出料，摊放平整，趁热将片料裁剪成需要的尺寸，得到可降解石头纸粗料条，纸浆的大量加入有效地改善了碳酸钙与高分子塑料不相容的缺点，使得到的产品可以延压成型，用于文化纸领域，经堆肥实验75天可完全降解。
[0028]实施例5
(1)按照下列配比准备原料:
1500目碳酸钙70重量份
PBAT24重量份
PLA60%+PHA40%2 重量份化学纸浆I重量份植物油脂2.5重量份
KH-5500.4重量份
抗氧剂(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯42%、硫代二丙酸二(十八)酯25%、双十八烷基季戊四醇二亚磷酸酯30%、2,6-二叔丁基对甲酚3%)
0.1重量份
(2)混料处理:首先将上述原料以上述重量份分别称量，然后将碳酸钙与化学纸浆混合均匀，经过130 °(:干燥处理8小时，冷却后以高速混料机进行打碎处理，得到细度均匀的微粉(尺寸约为25微米)，最后将所有原料混合均匀；
(3 )双辊混炼机:控制辊温220 0C、辊距Imm，将托料盘放到辊筒的下方接料，把混合料缓缓加到两辊之间的间隙中，把从间隙中漏下的原料尽快再加到辊隙中混炼，待原料熔融并包住辊筒后，适当放宽辊隙，同时用刮刀将的熔融物料刮下，拉成料带，折叠翻转送回辊筒间隙混炼，待全部物料熔融后，再不断翻转折叠物料，使之重复辊压，以利于物料的充分混合，至原料外观光洁，色泽均匀、料片截面观察不到粉状物料，且有一定强度时，将双辊间隙调整至需要的料片厚度尺寸，辊压2次，从辊筒表面割断料片，并迅速牵引出料，摊放平整，趁热将片料裁剪成需要的尺寸，得到可降解石头纸，测试其力学性能优异，经堆肥实验100天可完全降解。
[0029]实施例6
(1)按照下列配比准备原料:
1500目碳酸钙50重量份
PBAT35重量份
淀粉30%+纤维素70%5重量份自制纸浆4.7重量份白油4重量份
ΚΗ-550I重量份
抗氧剂(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯42%、硫代二丙酸二(十八)酯25%、双十八烷基季戊四醇二亚磷酸酯30%、2,6-二叔丁基对甲酚3%)
0.3重量份
(2)混料处理:首先将上述原料以上述重量份分别称量，然后将碳酸钙与纸浆混合均匀，经过110 °C干燥处理1小时，冷却后以高速混料机进行打碎处理，得到细度均匀的微粉(尺寸约为30微米)，最后将所有原料混合均匀；
(3)熔融挤出:将混合料送入双螺杆挤出机，进行熔融共混挤出、拉条、水冷、切粒、干燥，得到可降解石头纸料粒，经过铸片、双向拉伸工艺可得到拉伸膜，其具有与普通膜材料相似的性能，可应用于多个领域，经堆肥实验180天可完全降解。
[0030]其中，所述的挤出工艺各区段温度分别为:输送段187°C、熔融段194°C、挤出段2000C、排气段192°C、剪切段190°C ;所述的干燥温度为90°C。
[0031]对比例I
(1)按照下列配比准备原料:
2000目碳酸钙50重量份
PE40重量份自制纸浆4.7重量份白油4重量份
KH-550I重量份
抗氧剂(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯42%、硫代二丙酸二(十八)酯25%、双十八烷基季戊四醇二亚磷酸酯30%、2，6_ 二叔丁基对甲酚3%) 0.3重量份
(2)混料处理:首先将上述原料以上述重量份分别称量，然后将碳酸钙
与纸浆混合均匀，经过140°C干燥处理6小时，冷却后以高速混料机进行打碎处理，得到细度均匀的微粉(尺寸约为25微米)，最后将所有原料混合均匀；
(3)熔融挤出:将混合料送入双螺杆挤出机，进行熔融共混挤出、拉条、水冷、切粒、干燥，得到可降解石头纸料粒，经过铸片、双向拉伸工艺可得到膜材料，其具有好的力学性能，可应用于多个领域，经堆肥实验，残留大量碎片，经过检测为未能降解的PE材料。
[0032]其中，所述的挤出工艺各区段温度分别为:输送段210°C、熔融段220°C、挤出段2300C、排气段230°C、剪切段21 (TC ;干燥温度为140°C。
[0033]上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种可完全降解石头纸的制备方法，其特征在于，包含以下步骤: (1)按照下列配比准备原料:碳酸妈50-80重量份PBAT10-35重量份生物基塑料2-15重量份纸楽0-5重量份油脂1-5重量份偶联剂0.5-1.5重量份抗氧剂0.05-0.5重量份 (2)混料处理:首先将上述原料以上述重量份分别称量，然后将碳酸钙与纸浆混合均匀，经过100 °C-140 0C干燥处理6-12小时不等，冷却后以高速混料机进行打碎处理，得到细度均匀的微粉，将所有原料混合均匀，根据碳酸钙的含量选择熔融挤出成型或经双辊混炼机成型； (3)熔融挤出:适用于碳酸钙含量不高于60%的实验配方，将混合料送入双螺杆挤出机，进行熔融共混挤出、拉条、水冷、切粒、干燥，得到可降解石头纸颗粒，可进行吹塑成型或者经过铸片、纵向拉伸、横向拉伸，得到可降解石头纸薄膜； 其中，所述的挤出工艺各区段温度分别为:输送段180°C-20(TC、熔融段190°C-23(TC、挤出段200°C-240°C、排气段190°C_220°C、剪切段190°C_220°C;所述的干燥温度为90°C-150。。。 (4)双辊混炼机:更适用于高含量的碳酸钙挤出成型，控制辊温、辊距、时间和容量，将托料盘放到辊筒的下方接料，把混合料缓缓加到两辊之间的间隙中，把从间隙中漏下的原料尽快再加到辊隙中混炼，待原料熔融并包住辊筒后，适当放宽辊隙，同时用刮刀将的熔融物料刮下，拉成料带，折叠翻转送回辊筒间隙混炼，待全部物料熔融后，再不断翻转折叠物料，使之重复辊压，以利于物料的充分混合，至原料外观光洁，色泽均匀、料片截面观察不到粉状物料，且有一定强度时，将双辊间隙调整至需要的料片厚度尺寸，辊压2?3次，从辊筒表面割断料片，并迅速牵引出料，摊放平整，趁热将片料裁剪成需要的尺寸，并进行双向拉伸工艺，制成片材等石头纸。 其中，辊温:170 °C -240 °C，辊距:0.5-2.5mm，容量:0.5-2kg，时间根据具体情况设定。2.根据权利要求1所述的生物基可完全降解石头纸的制备方法，其特征在于，所述的生物基塑料为PLA、PHA、纤维素、淀粉中的任何一种或多种以任何比例相混合;所述的纸浆为含水率10%-25%的市场购买的机械纸浆、化学纸浆、生物纸浆或自制纸浆中的任何一种。3.根据权利要求2所述的生物基可完全降解石头纸的制备方法，其特征在于，所述的油脂为白油、动物油脂或植物油脂中的任何一种;所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、KH-570中的任何一种;所述的抗氧剂中各组分的重量百分比为:受阻酚类抗氧剂25%-45%，硫代酯类抗氧剂25%-35%，亚磷酸酯类抗氧剂15%-30%，润滑油抗氧剂2%_10%。4.根据权利要求2所述的生物基可完全降解石头纸的制备方法，其特征在于，所述的自制纸浆制作工艺为:将废纸撕碎，放进盛有热水的罐子，手动或机械搅拌均匀，进过漂白、脱水。5.根据权利要求2所述的生物基可完全降解石头纸的制备方法，其特征在于，所述的受阻酚类抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。6.根据权利要求2所述的生物基可完全降解石头纸的制备方法，其特征在于，所述的硫代酯类抗氧剂为硫代二丙酸二 (十八)酯。7.根据权利要求2所述的生物基可完全降解石头纸的制备方法，其特征在于，所述的亚磷酸酯类抗氧剂为双十八烷基季戊四醇二亚磷酸酯。8.根据权利要求2所述的生物基可完全降解石头纸的制备方法，其特征在于，所述的润滑油抗氧剂为2，6_ 二叔丁基对甲酚。
【文档编号】C08K5/5425GK105860461SQ201610470596
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】钱志国, 尹继磊, 钱毅, 朱朗晖, 马月博, 竺朝山, 金燕东, 王利新, 王海强, 毕立, 边策
【申请人】北京科方创业科技企业孵化器有限公司