一種基于超高分子量聚乙烯制備合成紙的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于超高分子量聚乙烯制備合成紙的方法，包括：將無機(jī)填料進(jìn)行改性處理后，得到改性填料，然后和超高分子量聚乙烯、相容劑、抗氧化劑、助劑，預(yù)混勻，熔融擠出，造粒，得到母粒；將上述母粒平鋪在中空模具上，熔融熱壓成膜狀，冷軋，萃取，即得合成紙。本發(fā)明制備得到的合成紙具有機(jī)械性能良好、輕量性、耐溶劑性、多微孔等優(yōu)良性能。
【專利說明】—種基于超高分子量聚乙烯制備合成紙的方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于合成紙的制備領(lǐng)域，特別涉及一種基于超高分子量聚乙烯制備合成紙的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]合成紙，亦稱為化工薄膜紙、塑料紙、聚合物紙等，既具有如天然植物纖維紙張的外觀、白度、挺度、不透明度、印刷性和書寫性，又兼具塑料薄膜的輕盈、防潮、抗氧、耐酸、耐堿、防污染等優(yōu)良特性。
[0003]從20世紀(jì)60年代開始，各國就致力于合成紙的試制和生產(chǎn)，旨在以塑代木，減少森林資源的消耗，從而保護(hù)環(huán)境。如今，世界各國對(duì)紙張的需求量不斷增加，而作為造紙?jiān)嫌玫哪静牡戎参锢w維卻日益減少。
[0004]圖6為我國2008年至2012年紙、紙漿及紙板進(jìn)出口貿(mào)易總額趨勢(shì)圖。
[0005]圖6中的數(shù)據(jù)顯示:2008至2012年，我國紙、紙漿及紙板進(jìn)口總額保持在40億美元左右，其中從發(fā)達(dá)國家進(jìn)口高級(jí)打印紙、特種用紙的份額逐年增加。我國紙、紙漿及紙板近幾年出口總額上升趨勢(shì)明顯，雖出口的紙和紙板產(chǎn)品質(zhì)量有所提高，但仍未擺脫出口以自然資源為原料的纖維素紙漿等窘境。
[0006]目前，國內(nèi)使用的生產(chǎn)工藝主要有壓延法、流延法、吹膜法及雙向拉伸法，設(shè)備生產(chǎn)線大都從國外引進(jìn)。這些方法基本都通過物理方法將高分子聚合物、纖維素木漿、填料混合均勻以制紙?，F(xiàn)階段，我國合成紙生產(chǎn)面臨的問題主要是設(shè)備要求及生產(chǎn)成本相對(duì)較高，另一方面是合成紙的廢棄環(huán)境問題。合成紙的燃烷基本不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，但作為廢紙回收的合成紙現(xiàn)僅占少量，如何從天然廢紙分離合成廢紙也是一個(gè)難題。此外，由于技術(shù)問題，我國一些廠家生產(chǎn)的合成紙中聚合物與纖維素木漿難于分離，同時(shí)聚合物降解困難，合成紙所具備的環(huán)保性得不到發(fā)揮，反而對(duì)環(huán)境有一定危害。
[0007]超高分子量聚乙烯(UHMWPE)樹脂是一種綜合性能優(yōu)異的熱塑性工程塑料材料，它具有其它工程塑料所無法比擬的耐沖擊性、耐磨損性、耐化學(xué)藥品性、耐低溫性、耐應(yīng)力開裂性、抗黏附能力，優(yōu)良的電絕緣性、自潤滑性、密度低(0.936~0.964g/cm3)等性能，材料的價(jià)格相對(duì)便宜。但是該材料也存在許多缺點(diǎn)，如它的熱變形溫度和表面硬度低，膨脹系數(shù)大，流動(dòng)性能極差以及成型加工非常困難。
[0008]因此，克服UHMWPE成型加工難題，以廉價(jià)的超高分子量聚乙烯為基材，填充一定量Si02、TiO2等無機(jī)填料制備輕量優(yōu)質(zhì)的合成紙是合成紙制備技術(shù)的一條新途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于超高分子量聚乙烯制備合成紙的方法，該方法制備得到的合成紙具有機(jī)械性能好、輕量性、耐溶劑性、多微孔等優(yōu)良性能。
[0010]本發(fā)明的一種基于超高分子量聚乙烯制備合成紙的方法，包括:
[0011](I)將無機(jī)填料進(jìn)行改性處理后，得到改性填料，然后和超高分子量聚乙烯、相容劑、抗氧化劑、助劑，預(yù)混勻，熔融擠出，造粒，得到母粒；其中改性填料為超高分子量聚乙烯的0-70wt%，相容劑用量為超高分子量聚乙烯質(zhì)量的1-50倍，抗氧化劑為超高分子量聚乙烯的0.l_2wt%，助劑用量為超高分子量聚乙烯的0-5wt% ；
[0012](2)將上述母粒平鋪在中空模具上，熔融熱壓成膜狀，冷軋，萃取，即得合成紙；其中熔融熱壓溫度為160-260°C，壓力為8-16MPa，成型時(shí)間為90~180s。
[0013]所述步驟(1)中無機(jī)填料為SiO2 (納米或微米級(jí))、Ti02 (納米或微米級(jí))、CaC03、蒙脫土、碳黑、石墨、碳納米管、二硫化鑰、云母、高嶺土、滑石粉、氫氧化鋁、水合氧化鋁、石膏、無定形硅酸鹽其中的一種或幾種，其粒徑為納米、微米或毫米級(jí)。
[0014]所述步驟(1)中改性處理為用硅烷偶聯(lián)劑、油酸、溴化十六烷基三甲銨CTAB、硬脂酸中的一種或幾種，用量為無機(jī)填料的2-20wt%，處理時(shí)間為0.5h-5h。
[0015]所述步驟(1)中相容劑為液體石蠟、白油、十氫萘、石蠟油其中的一種或多種混合液。
[0016]所述步驟(1)中抗氧化劑為抗氧化劑1010:四[甲基-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戍四醇酯、抗氧化劑1076: β-(4-羥基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸十八酯、抗氧化劑168:三(2，4- 二叔丁基苯基)亞磷酸酯)、抗氧化劑TPPI亞磷酸三苯基酯一種或幾種。
[0017]所述步驟(1)中助劑為硬脂酸鈉、硬脂酸鈣、硬脂酸鎂中的一種或幾種。
[0018]所述步驟(1)中熔融擠 出為通過單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、多螺桿擠出機(jī)或密煉機(jī)進(jìn)行。所述步驟(2)中熔融熱壓通過熱壓機(jī)或平板硫化機(jī)進(jìn)行。
[0019]所述步驟(2)中萃取所用萃取劑為無水乙醇、二氯甲烷、二甲苯、丙酮中的一種或幾種。
[0020]所述步驟(2)中萃取時(shí)間為0.l_24h。
[0021]所述步驟(2)中冷軋為5-10MPa壓力下冷軋10_15min。
[0022]有益.效果
[0023](I)本發(fā)明制備的合成紙具有機(jī)械性能良好、輕量性、耐溶劑性、多微孔等優(yōu)良性倉泛;
[0024](2)本發(fā)明克服了超高分子量聚乙烯UHMWPE熔融狀態(tài)下流動(dòng)性差，加工極其困難的問題，采用廉價(jià)工程塑料UHMWPE為原料制備合成紙；
[0025](3)本發(fā)明通過無機(jī)填料種類與用量的選擇，有望開發(fā)性能可控且具有特種用途的高性能合成紙；
[0026](4)本發(fā)明涉及合成紙的制備過程簡單，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為超高分子量聚乙烯合成紙的制備工藝流程圖；
[0028]圖2為實(shí)施例1的超高分子量聚乙烯UHMWPE合成紙表面SEM圖；其中a為UHMWPE合成紙Ik倍SEM圖；b為UHMWPE合成紙IOk倍SEM圖；
[0029]圖3為實(shí)施例2的超高分子量聚乙烯UHMWPE合成紙表面SEM圖；其中a為UHMWPE合成紙Ik倍SEM圖；b為UHMWPE合成紙IOk倍SEM圖；
[0030]圖4為實(shí)施例3的超高分子量聚乙烯UHMWPE合成紙表面SEM圖；其中a為UHMWPE合成紙Ik倍SEM圖；b為UHMWPE合成紙IOk倍SEM圖；
[0031]圖5為實(shí)施例4的超高分子量聚乙烯UHMWPE合成紙表面SEM圖；其中a為UHMWPE合成紙Ik倍SEM圖；b為UHMWPE合成紙IOk倍SEM圖；
[0032]圖6為中國2008至2012年紙、紙漿及紙板進(jìn)出口貿(mào)易總額走向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0034]實(shí)施例1
[0035](I)填料處理:將20g納米SiO2加入350ml無水乙醇/水的混合溶液(V無水&醇:V水=3:1)中，在高剪切乳化機(jī)下以轉(zhuǎn)速3000r/min剪切攪拌20min后，制得納米SiO2懸浮液置于三頸瓶中。在三頸瓶中加入34ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12% (無水乙醇作稀釋劑)的硅烷偶聯(lián)劑KH550。水浴加熱至85°C，攪拌(轉(zhuǎn)速為300r/min)反應(yīng)90min。反應(yīng)結(jié)束后，將三頸瓶中的懸浮體系抽濾，使用無水乙醇洗滌濾餅，濾餅經(jīng)干燥、研磨，即得到改性納米Si02。
[0036](2)母粒制備:4g改性納米Si02、16gUHMWPE、60g白油、0.1g抗氧化劑1010經(jīng)過攪拌、超聲預(yù)混均勻后，經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)(四溫度設(shè)置區(qū)溫度分別設(shè)置為160°C、20(TC、24(rC、270°C )擠出，再經(jīng)造粒機(jī)造粒。
[0037](3)壓制成紙:4.5g上述母粒平鋪在0.5mm厚的中空模具上，使用平板硫化機(jī)熔融熱壓成膜狀，溫度為240°C，壓力為lOMPa，成型時(shí)間為120s。5MPa壓力下冷軋15min，將膜取出依次浸泡于無水乙醇和二氯甲烷萃取液中各12h，得到I號(hào)UHMWPE合成紙。
[0038]產(chǎn)品性能:
[0039]表1中數(shù)據(jù)是定量為110g/m2的銅版紙和I號(hào)UHMWPE合成紙的性能對(duì)比。
[0040]表1銅版紙與I號(hào)UHMWPE合成紙各項(xiàng)性能對(duì)比
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種基于超高分子量聚乙烯制備合成紙的方法，包括: (1)將無機(jī)填料進(jìn)行改性處理后，得到改性填料，然后和超高分子量聚乙烯UHMWPE、相容劑、抗氧化劑、助劑預(yù)混勻，熔融擠出，造粒，得到母粒；其中改性填料用量為超高分子量聚乙烯的0-70wt%，相容劑用量為超高分子量聚乙烯質(zhì)量的1-50倍，抗氧化劑為超高分子量聚乙烯的0.l_2wt%，助劑用量為超高分子量聚乙烯的0-5wt% ； (2)將上述母粒平鋪在中空模具上，熔融熱壓成膜狀，冷軋，萃取，即得合成紙；其中熔融熱壓溫度為160-260°C，壓力為8-16MPa，成型時(shí)間為90~180s。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超高分子量聚乙烯制備合成紙的方法，其特征在于:所述步驟(1)中無機(jī)填料為Si02、Ti02、CaC03、蒙脫土、碳黑、石墨、碳納米管、二硫化鑰、云母、高嶺土、滑石粉、氫氧化鋁、水合氧化鋁、石膏、無定形硅酸鹽其中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超高分子量聚乙烯制備合成紙的方法，其特征在于:所述步驟(1)中改性處理為用硅烷偶聯(lián)劑、油酸、溴化十六烷基三甲銨CTAB、硬脂酸中的一種或幾種，用量為無機(jī)填料的2-20wt%，處理時(shí)間為0.5-5h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超高分子量聚乙烯制備合成紙的方法，其特征在于:所述步驟(1)中相容劑為液體石蠟、白油、十氫萘、石蠟油中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超高分子量聚乙烯制備合成紙的方法，其特征在于:所述步驟(1)中抗氧化劑為抗氧化劑1010、抗氧化劑1076、抗氧化劑168、抗氧化劑TPPI亞磷酸三苯基酯的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超高分子量聚乙烯制備合成紙的方法，其特征在于:所述步驟(1)中助劑為硬脂酸鈉、硬脂酸鈣、硬脂酸鎂中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超高分子量聚乙烯制備合成紙的方法，其特征在于:所述步驟(1)中熔融擠出為通過單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、多螺桿擠出機(jī)或密煉機(jī)進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超高分子量聚乙烯制備合成紙的方法，其特征在于:所述步驟(2)中熔融熱壓通過熱壓機(jī)或平板硫化機(jī)進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超高分子量聚乙烯制備合成紙的方法，其特征在于:所述步驟(2)中冷軋為5-10MPa壓力下冷軋10_15min。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超高分子量聚乙烯制備合成紙的方法，其特征在于:所述步驟(2)中萃取所用萃取劑為無水乙醇、二氯甲烷、二甲苯、丙酮中的一種或幾種；萃取時(shí)間為0.l-24h。
【文檔編號(hào)】C08K13/06GK103788461SQ201410058230
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月20日
【發(fā)明者】羅艷, 何文卿, 杜鵑, 程黨黨, 王文良, 季玉秋 申請(qǐng)人:東華大學(xué), 上海艾樂影像材料有限公司