专利名称：环保纸的制作方法
本申请是1998年3月25日递交的中国发明专利申请98100956.5的分案申请。
本发明涉及一种环保纸的制造方法，更特定的说，本发明涉及一种主要原料为56至80重量％天然无机矿粉、43至18重量％聚乙烯1至2重量％助剂的环保纸的制造方法，其是以压出机及O字型模嘴成型模制造具横向纵向双向组织强度的环保纸。本发明还涉及一种制造环保纸的组合物，其包括56至80重量％天然无机矿粉、43至18重量％聚乙烯及1至2重量％助剂。
目前国际上已发明出多种合成纸，其中以聚丙烯为主要成份，以无机矿粉为填料组合而成的单层及多层结构的合成纸，均以传统的塑料薄膜制品配方制造。在制造过程中以单层或多层共挤压出，成型模以一字型模嘴结构制成片材，经纵向拉伸后的片材表面两边再贴合片材或以淋膜片材，再经横向拉伸；制成的合成中间层具有双向延伸，而表面层具有单向拉伸，成为多层结构的合成纸。如经纵向拉伸后的片材，直接再经横向拉伸，所制成的单层或多层合成纸的表面具有双向延伸特性。上述制得的合成纸有其优点，但与木浆纸的性能比较，差异仍然很大。上述合成纸的缺点诸如折叠性不良、横向与纵向撕裂性相差太多或没有撕裂性……等。另以聚丙烯塑料为主要材料制得的合成纸，使用后如丢弃在户外，无法在短时间内在大自然环境下氧化分解，未能减少二次污染；而制成的合成纸成本也比木浆造纸高出甚多。基于以上的缺点，合成纸一直未能受消费者青睐。
本发明目的是提供一种环保纸的制造方法，其是以最高达80重量％天然无机矿粉(包括碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、高岭山、云母粉、氧化锌、白云石粉、硅酸钙、玻璃纤维、空心玻璃微珠、硅石粉、白垩粉、滑石粉、颜料、二氧化钛、二氧化硅、膨润土、白土、硅藻土及其混合物，其是经过锻烧或未经锻烧者)作主要原料，配合43至18重量％聚乙烯(包括高密度聚乙烯、或者高密度聚乙烯与一种或一种以上的中密度聚乙烯、低密度聚乙烯及线性低密度聚乙烯的组合)及1至2重量％助剂。
本发明另一目的是提供一种环保纸的制造方法，其是采用二阶段连续成型方式，第一阶段利用压出机及O字型模嘴成型机构成的纸膜制造机将原料压出成型为纸膜管，第二阶段利用压缩空气在第一阶段成型的纸膜管内充气，令纸膜管向外膨胀延伸形成气球状，同时间内完成横向与纵向的双向延伸。
本发明另一目的是提供一种环保纸制造方法，其中环保纸膜密度可从原料组合密度2克/立方厘米减低至0.5克/立方厘米，与木浆纸的密度0.7克/立方厘米至0.9克/立方厘米比较可多出40％以上的纸张。
本发明另一目的是提供一种环保纸的制造方法，所制造的环保纸具有与木浆纸相近的折叠性、刚性、展平性、不透明性、光泽度及原子笔、铅笔、水性笔的书写性，良好的印刷解析性并适合电脑造字，而纵向与横向撕裂强度及抗张强度与木浆纸更接近。
本发明另一目的是提供一种环保纸的制造方法，所制造的环保纸用完后，可回收再生；燃烧时只会烧掉成分较少的高密度聚乙烯，不产生高温及黑烟且无毒气，燃烧后含量较多的天然无机矿粉的残余物可以回归大地，回归自然。
本发明另一目的是提供一种环保纸的制造方法，所制造的单张环保纸曝露于户外时，在阳光、紫外线及日晒雨淋的大自然环境下，短时间内将会氧化而分解，回归大地；不产生毒气或污染水源。
附图简要说明
图1为单层环保纸结构示意图。
图2为单层环保纸制造流程示意图；图2a为图2的单层O字型模嘴成型模剖视示意图；图2b为图2的单层O字型模嘴成型模及单台压出机的俯视示意图。
图3为双层环保纸结构示意图。
图4为双层环保纸制造流程示意图；图4a为图4的双层O字型模嘴成型模剖视示意图；图4b为图4的双层O字型模嘴成型模及双台压出机的俯视示意图。
图5为三层环保纸结构示意图。
图6为三层环保纸制造流程示意图；图6a为-图6的三层O字型模嘴成型模剖视示意图；图6b为图6的三层O字型模嘴成型模及三台压出机的俯视示意图。
图7a为二合一积层贴合环保纸结构示意图；图7b为三合一积层贴合环保纸结构示意图。
图8为三合一积层贴合机示意图。
图9a为单层环保纸涂布后结构示意图；图9c为三层环保纸涂布后结构示意图；图9d为积层贴合环保纸涂布后结构示意图。
图10为双面涂布机示意图。
图号对照说明A纸基层材料B纸基层材料C纸基层材料A’单层或双层或三层环保纸B’单层或双层或三层环保纸C’单层或双层或三层环保纸D涂布层材料1单层O字型模嘴成型模1a双层O字型模嘴成型模1b三层O字型模嘴成型模2冷却风环装置3第一阶段以模嘴直径成型纸模管4第二阶段以气球双向延伸成型5图型纸膜对折装置
6引取夹轮装置7割边装置8表面电晕处理机9纸膜卷取装置10压出机11压出机12压出机101O字型模嘴成型模流道111O字型模嘴成型模流道121O字型模嘴成型模流道13纸膜表面上胶装置14烘干烤箱15贴合轮16纸膜表面上胶装置17烘干烤箱18贴合轮19定型装置20张力装置21第一卷纸膜放料装置22第二卷纸膜放料装置23第三卷纸膜放料装置24纸膜卷取装置25未经涂布环保纸放料装置
26表面电晕处理装置27表面涂布装置28涂布表面烘干、光面轮29雾面处理装置30纸膜卷取装置本发明的单层环保纸的制造方法特别是指以56至80重量％的天然无机矿粉(包括碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、高岭土、云母粉、氧化锌、白云石粉、玻璃纤维、空心玻璃微珠、硅石粉、白垩粉、滑石粉、颜料、二氧化钛、二氧化硅、膨润土、白土、硅藻土及其混合物，其系经锻烧或未经锻烧者)为主要原料，配合43至18重量％聚乙烯，以及1至2重量％助剂来制造环保纸。聚乙烯包括高密度聚乙烯、或者高密度聚乙烯与一种或一种以上的中密度聚乙烯、低密度聚乙烯及线性低密度聚乙烯的组合。助剂包括偶合剂、润滑剂(分散剂)及抗静电剂等习用原料。偶合剂可为β-(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷；润滑剂可为N-油基棕榈酸酰胺；抗静电剂可为N，N-双(2-羟乙基)硬脂酰胺及N，N-双(2-羟乙基)椰胺。
以上原料组合后经混合挤压混炼聚合后制成颗粒状，投入纸膜制造压出机10(单台压出机装置)。请参考图2、图2a，第一阶段中，压出机10套筒温度设定在150℃至220℃之间，呈融熔状的颗粒材料由具有两段压力的双螺旋之螺杆输送挤压至O字型模嘴模头1，然后顺着模头内部的单层流道101结构挤出而成型为纸膜管3。第一阶段成型的纸膜管3离开模嘴面30毫米至700毫米处，由冷却风环装置2吹出垂直方向且可调整风量大小的风，冷却刚离开模嘴面时温度在150℃至220℃之间的纸膜管3，使纸膜管离开模嘴面700毫米以内，温度降低为80℃至120℃之间，才能继续进行第二阶段成型。接着进行第二阶段的双向延伸成型在纸膜管3内以压缩空气充气，依制造厚度的要求，配合上引取夹轮6转速调整及压出机10的压出量，使纸膜管3离开模嘴面200毫米至700毫米处向外膨胀3倍至8倍。首先成型的一端成为半圆型状，配合上引取夹轮6转速调整3倍至8倍(依厚度的要求)，同时间进行横向与纵向延伸，制成具有双向组织强度的环保纸膜管材4。经由圆型纸膜对折装置5两边排架装设的滚轮，紧贴纸管膜表面，以人字型逐渐缩小成扁平对折状，并配合引取夹轮装置6引取。引取夹轮装置6主要功能是配合第一阶段成型的纸膜管牵引至引取夹轮6夹紧并以低速运转，以冷却风环2做垂直的冷却稳定；以及配合第二阶段成型时，引取夹轮装置6夹紧运转，让纸膜管内的压缩空气不外流，令纸膜管内气压增加而向外膨胀延伸；同时引取夹轮装置6转速的调整是配合纵向延伸，也是配合产品厚度的要求，然而引取夹轮6转速的调整必须与压出机10挤出量配合。再经中间夹轮割边装置7的两支割边刀，各自将对折位割开，分离两层纸膜，成为单层纸膜。以表面电晕处理机8处理单层的环保纸膜表面二侧，利用电晕放电处理，在表面上形成无数微细空孔，使表面涂布时有更好的接着力。以纸膜卷取装置9收集成未经涂布的整卷单层环保纸。单层环保纸在制造过程中厚度可控制在30微米至150微米之间，宽度为0.2米至3.2米，密度可控制在0.4克/立方厘米至1克/立方厘米之间。
本发明之双层环保纸制造方法与单层环保纸制造方法不同之处可分机械设备及双层原料组合加以说明(参考图4及图4a)在机械设备不同之处把O字型模嘴单层流道结构之成型模头1，更换为O字型模嘴双层流道(分为101层流道、111层流道)成型模1a，分别由纸膜压出机10负责挤压供料给101层流道挤压，由纸膜压出机11负责挤压供料给111层流道挤压，而经由101层、111层流道挤压出物汇集于共同接处点之缩小共同流道口，造成表面相结合双层共聚物，并挤压出O字型模嘴，即成为具有双层组织第一阶段成型的纸膜管，而第二阶段以后的制造方法与单层环保纸的制造方法相同。
在原料组合方面，如图3所示，分为A层组合原料供给纸膜压出机10，B层组合原料供给纸膜压出机11。而A层组合原料为56至80重量％天然无机矿粉、43至18重量％聚乙烯及1至2重量％助剂。以上原料组合后经混合挤压混炼聚合后制成颗粒，供纸膜压出机10使用。B层组合原料为56至80重量％的天然无机矿粉、43至18重量％聚乙烯以及1至2重量％助剂。以上材料成份组合后经混合挤压混炼聚合后制成颗粒，供纸膜压出机11使用。
以上说明的双层环保纸制造厚度为30微米至150微米，密度为0.4克/立方厘米至1克/立方厘米，而A层、B层可配合市场需求分别调整占有厚度比例(例如A层占20％，B层占80％或A层占50％，B层占50％或A层占80％，B层占20％)。
双层环保纸可适用于文化用纸、包装用纸、装潢用纸……等。其双层颜色的不同需求(例如一面浅红色，一面浅黄色)，均可按实际的需求，分别调整加入不同的颜料，令纸面色彩变化更多，符合市场的需求。而保有与单层环保纸的相同的优点及以天然无机矿粉为主要材料，令成本大量的降低，让消费者受益。
本发明的三层环保纸制造方法与单层环保纸的制造方法之不同处可分为机械设备不同及各层原料组合加以说明(参考图5及图6a)在机械设备不同之处把O字型模嘴单层流道结构101之成型模头1，更换为O字型模嘴三层流道(分为101层表面层流道、111层中间层流道、121层表面层流道)之成型模1b，分别由纸膜压出机10负责挤压供料给101层表面层流道挤压，由纸膜压出机11负责挤压供料给111层中间层流道挤压，由纸膜压出机12负责挤压供料给121层表面层流道挤压，而经由101层、111层、121层流道挤压出物汇集于共同接处点之缩小共同流道口，形成表面相结合三层共聚物，并挤压出O字型模嘴，即成为具有三层组织第一阶段成型的纸膜管，而第二阶段以后的制造方法与单层环保纸的制造方法相同。
在原料组合方面，如图5所示，A表面层组合原料供给纸膜压出机10，B中间层组合原料供给纸膜压出机11，C表面层组合原料供给纸膜压出机12。A表面层组合原料为56至80重量％天然无机矿粉、43至18重量％聚乙烯以及1至2重量％助剂。以上材料成份组合后经混合挤压混炼聚合后制成颗粒，供纸膜压出机10使用。B中间层组合原料为56至80重量％天然无机矿粉、43至18重量％聚乙烯以及1至2重量％助剂。以上组合原料经混合挤压混炼聚合后制成颗粒，供纸膜压出机11使用。C表面层组合原料为56克80重量％天然无机矿粉、43克18重量％聚乙烯以及1至2重量％助剂。以上组合原料经混合挤压混炼后制成颗粒，供纸膜压出机12使用。
以上说明的三层环保纸之制造厚度为30微米至150微米，A表面层占有10％至25％，B中间层占有80％至50％，C表面层占有10％至25％，可配合市场的需求，分别调整A、B、C层占有的厚度比例。三层环保纸适合文化用纸、包装用纸、装潢用纸、环保纸袋及各种包装环保纸袋……等两侧表面层不同色彩的需求，并可在三层A、B、C各层原料配方做出调整，让拉力强度、抗张强度增加，以适应不同的用途。由于中间层使用较高的天然无机矿粉，令成本大量的降低，让消费者受益。
本发明的积层贴合环保纸制造方法，是利用本发明所制造厚度为30微米至150微米之间的单层环保纸、双层环保纸、三层环保纸，以厚度相同或不同之两卷或三卷相同或不相同材料组成的单层、双层、三层环保纸，经由三合一积层贴合机，进行积层贴合，而制成厚度在150微米至450微米之间的二合一积层贴合环保纸(图7a之A’B’)或三合一积层贴合环保纸(图7b之A’B’C’)，简称为积层贴合环保纸。
本发明的积层贴合环保纸之制造过程及配置图进一步说明如下图8为三合一积层贴合机，本装置可制造二合一及三合一的积层贴合环保纸。第一卷纸膜放料装置21的纸膜，经由导轮牵引至纸膜表面上胶装置13，单面上胶后，由导轮牵引至烘干烤箱14。烘干后，以贴合轮15与第二卷纸膜放料装置22的纸膜，经由导轮牵引至贴合轮15，相会合进行贴合后成为二合一的积层贴合环保纸。再经导轮牵引至定型装置19进行冷却定型，并经由张力控制20调整张力后，由纸膜卷取装置24卷取二合一的积层贴合环保纸。而在第一卷纸膜放料装置21的纸膜，经由纸膜表面上胶装置13，单面上胶后，经由烘干烤箱14烘干。牵引至贴合轮15与第二卷纸膜放料装置22的纸膜，经由导轮牵引至贴合轮15相会合进行贴合，成为二合一积层贴合环保纸。再经导轮牵引至纸膜上胶轮16，再进行第二次第二卷纸膜表面上胶后，由导轮牵引至烘干烤箱17烘干。再由贴合轮18与第三卷纸膜放料装置23的纸膜，由导轮牵引至贴合轮18相会合进行贴合后，成为三合一的积层贴合环保纸。再经导轮牵引至定型装置19冷却定型，经由张力控制20调整张力后，由纸膜卷取装置24进行卷取三合一的积层贴合环保纸。
环保纸的表面涂布本发明的环保纸分为单层环保纸、双层环保纸、三层环保纸及积层贴合环保纸，应用范围涵盖印刷用纸、书写用纸、电脑造字用纸等文化用纸，以及装潢用纸、包装用纸等。有一部份环保纸可直接供使用，有一部份则需要表面涂布以制成特殊用途之雾面或光面。本发明环保纸的表面涂布可采用油性涂布液以及水性涂布液。水性涂布液配方可为丙烯酸树脂、异丙醇、聚乙烯醇、白土、抗静电剂、28％氨水、纯水、醋酸乙烯酯等组合而成的涂布液。配合图9及图10的双面涂布机的制造过程及配置图加以说明未经涂布环保纸自放料装置25被牵引至表面电晕处理装置26，环保纸两侧表面经过高压放电处理，在表面上形成无数的微细空孔，以提高在表面涂布时的接着力。环保纸继续被牵引至表面涂布轮27，利用三轮传送涂布液并可控制涂布液的涂布量。经涂布的环保纸经过涂布表面烘干光面轮28，烘干光面轮28表面经镜面处理，在加热下能让涂布的表面快速干燥，并达到光面的效果。涂布表面若需雾面处理，则以雾面处理轮29加压，令经涂布干燥后的光滑表面成为雾面。涂布后的环保纸膜经纸膜卷取装置30卷取成为直径1米至1.5米的涂布环保纸。
单层环保纸涂布后结构图如图9a，双层环保纸涂布后结构如图9b，三层环保纸涂布后结构如图9c，积层贴合环保纸涂布后结构如图9d.。
实例1单层环保纸的制造60重量％的天然无机矿粉(其中碳酸钙占28重量％、二氧化钛占7重量％、硅藻土占25重量％)；38重量％的聚乙烯(其中高密度聚乙烯占20重量％、低密度聚乙烯占10重量％、线性低密度聚乙烯占8重量％)以及2重量％助剂(0.8重量％β-(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、0.4重量％N-油基棕榈酸酰胺及0.8重量％N，N-双(2-羟乙基)硬脂酰胺)。以上材料成份合计100重量％，经混合挤压混炼聚合后制成颗粒，投入纸膜制造机械，依产品厚度的要求，进行生产调整制造出31微米及52微米的单层环保纸膜基材。
实例2单层环保纸的制造70重量％的天然无机矿粉(其中碳酸钙占35重量％、二氧化钛占6重量％、硅藻土占24重量％、白土占5重量％)；28重量％聚乙烯(其中高密度聚乙烯占20重量％、线性低密度聚乙烯占8重量％)以及2重量％助剂(0.8重量％(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、0.4重量％N-油基棕榈酸酰胺及0.8重量％N，N-双(2-羟乙基)硬脂酰胺)。以上材料成份合计100重量％，经混合挤压混炼聚合后制成颗粒，投入纸膜制造机械，依产品厚度的要求，进行生产调整制造出73微米及82微米的环保纸膜基材。
实例3单层环保纸的制造80重量％的天然无机矿粉(其中碳酸钙占35重量％、二氧化钛占5重量％、硅藻土占35重量％、滑石粉占5重量％)；18重量％聚乙烯(高密度聚乙烯)以及2重量％助剂(0.8重量％β-(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、0.4重量％N-油基棕榈酸酰胺及0.8重量％N-双(2-羟乙基)硬脂酰胺)。以上材料成份合计100重量％，经混合挤压混炼聚合后制成颗粒，投入纸膜制造机械，依产品厚度的要求，进行生产调整制造出102微米及116微米的环保纸膜基材。
实例4双层环保纸的制造在原料组合方面，A层组合原料供给纸膜压出机10，B层组合原料供给纸膜压出机11。A层组合原料包括60重量％天然无机矿粉(其中碳酸钙占30重量％、二氧化钛占5重量％、硅藻土占25重量％)；38重量％聚乙烯(高密度聚乙烯)以及2重量％助剂(0.8重量％(β-(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、0.4重量％N-油基棕榈酸酸胺及0.8重量％N，N-双(2-羟乙基)硬脂酰胺)。以上成份材料组合经混合挤压混炼聚合后制成颗粒，供给纸膜压出机10；B层组合原料包括70重量％天然无机矿粉(其中碳酸钙占32重量％、二氧化钛占3重量％、硅藻土占32重量％、红色颜料占3重量％)；28重量％聚乙烯(其中高密度聚乙烯占18重量％、线性低密度乙烯占10重量％)以及2重量％助剂(0.8重量％β(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、0.4重量％N-油基棕榈酸酰胺及0.8重量％N，N-双(2-羟乙基)硬脂酰胺)。以上材料成份组合经混合挤压混链聚合后制成颗粒，供给纸膜压出机11。
以上A层组合原料投入纸膜压出机10，B层组合原料，投入纸膜压出机11，依产品厚度的要求，进行生产调整制整造出100微米的纸膜，其厚度为A层占40％，B层占60％的环保纸膜。
实例5三层环保纸的制造在原料组合方面，A层组合原料供给表面层纸膜压出机10，B层组合原料供给中间层纸膜压出机11，C层组合原料供给表面层纸膜压出机12。A层组合原料包括60重量％天然无机矿粉(其中碳酸钙占30重量％、二氧化钛占3重量％、硅藻土占24重量％，红色颜料占3重量％)；38重量％聚乙烯(高密度聚乙烯)以及2重量％助剂(0.8重量％β(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、0.4重量％N-油基棕榈酸酰胺及0.8重量％N，N-双(2-羟乙基)硬脂酰胺)。以上成份材料组合经混合挤压混炼聚合后制成颗粒，供给纸膜压出机10。B层组合原料包括80重量％主要成份天然无机矿粉(其中碳酸钙占45重量％、二氧化钛占5重量％、硅藻土占30重量％)；18重量％的聚乙烯(线性低密度聚乙烯)以及2重量％助剂(0.8重量％β-(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、0.4重量％N-油基棕榈酸酰胺及0.8重量％N，N-双(2-羟乙基)硬脂酰胺)。以上材料成份组合经混合挤压混炼聚合后制成颗粒，供给纸膜压出机11。C层组合原料包括60重量％天然无机矿粉(其中碳酸钙占30重量％、二氧化钛占3重量％、硅藻土占24重量％、黄色颜料占3重量％)；38重量％的聚乙烯(高密度聚乙烯)以及2重量％助剂(0.8重量％β-(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、0.4重量％N-油基棕榈酸酰胺及0.8重量％N，N-双(2-羟乙基)硬脂酰胺)。以上材料成份组合经混合挤压混炼聚合后制成颗粒，供给纸膜压出机12。
以上A层组合原料投入纸膜压出机10，B层组合原料投入纸膜压出机11，C层组合原料投入纸膜压出机12。依产品厚度的要求，进行生产调整制造出100微米的纸膜，其厚度为中间层占有70％，表面层合计占30％的环保纸膜。
单层环保纸制造实例1至3经测试后提供有关的数据如下
检验方式厚度依(TAPPIT-411)标准检验。
基重依(TAPPIT-410)标准检验。
密度依(ISO534)标准检验。
白度依(TAPPIT-452)标准检验。
不透明度依(TAPPIT-425)标准检验。
撕裂强度依(TAPPIT-414)标准检验。
抗张强度依(TAPPIT-404)标准检验。
以上实例仅用于说明本发明，并不对本发明所请求保护的范围构成限制。
权利要求
1.一种环保纸，其包括56至80重量％的天然无机矿粉、18至43重量％的聚乙烯以及1至2重量％的助剂，并且该环保纸具有横向和纵向相近的撕裂强度及抗张强度。
2.根据权利要求1的环保纸，其中天然无机矿粉选自经煅烧或未经煅烧的碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、高岭土、白土、云母粉、硅藻土、二氧化钛、氧化锌、白云石粉、二氧化硅、硅酸钙、滑石粉、颜料、玻璃纤维、空心玻璃微珠、硅石粉、膨润土、白垩粉或它们的混合物。
3.根据权利要求1的环保纸，其中聚乙烯包括高密度聚乙烯或高密度聚乙烯与一种或一种以上的中密度聚乙烯、低密度聚乙烯及线性低密度聚乙烯的组合。
4.根据权利要求1的环保纸，其中助剂选自偶合剂、润滑剂或抗静电剂。
全文摘要
一种环保纸,其制备方法包括(1)将56至80重量%天然无机矿粉、43至18重量%聚乙烯以及1至2重量%助剂的组合物,经混合挤压混炼聚合制成颗粒状材料;(2)将颗粒状材料投入压出机及O字型模嘴成型模构成的纸膜制造机,控制压出机的套筒温度使颗粒材料软化,经由螺杆强压输送,融熔材料从O字型嘴出料,形成膜管,使膜管温度降低至80℃至120℃之间;(3)向膜管内充压缩空气使膜管向外膨胀延伸,同时以拉伸装置进行膜管拉伸,制成具有双向组织强度的环保纸。
文档编号B29C55/00GK1378909SQ0113618
公开日2002年11月13日 申请日期2001年11月16日 优先权日2001年11月16日
发明者梁石辉 申请人:香港商龙盟环保纸(集团)有限公司