一種石頭紙專用輕質(zhì)微球及其制備方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及石頭紙原料領域，具體涉及一種可用于石頭紙的輕質(zhì)微球以及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 蔡倫利用植物纖維造紙的技術(shù)是人類文明史上的一項杰出的發(fā)明創(chuàng)造，紙的出現(xiàn) 為人類的生活、學習帶來了極大的便利。造紙技術(shù)經(jīng)過不斷變革發(fā)展至今，幾乎達到了完美 的地步。但隨著紙張在包裝等領域的大量應用，需求越來越大，生產(chǎn)需要消耗大量的森林資 源，產(chǎn)生大量的廢水。因此利用植物纖維造紙的技術(shù)面領著嚴峻的挑戰(zhàn)。
[0003] 隨著低碳經(jīng)濟、綠色經(jīng)濟的興起，利用無機礦物粉作為造紙原料的石頭紙技術(shù)得 到了快速的發(fā)展。石頭紙是先采用對無機礦物粉體進行表面偶聯(lián)活化處理，改善其與熱塑 性高分子聚合物的相容性，然后通過熱成型得到的新型環(huán)保紙。石頭紙技術(shù)不但解決了高 能耗、高污染的問題，而且避免了紙張對植物纖維紙漿的依賴。由于石頭紙中85%以上均為 無機礦物粉，其余為熱塑性高分子材料，因而石頭紙具有紙張和塑料的雙重特性，其優(yōu)異的 防水、防潮、耐撕裂等性能在包裝領域得到了大量的應用。我國紙品的2/3是用于包裝領 域，因此石頭紙在包裝領域的應用將極大地促進該技術(shù)的發(fā)展。
[0004] 由于石頭紙含有85%甚至更高的無機礦物粉體，因而造成石頭紙密度大，且熱塑 流動性較差，造成成型困難，尤其是無法進行后續(xù)的拉伸，導致石頭紙缺乏紙張應有的剛性 和平滑性。
[0005] 中國專利公開號為CN101831835A公開了一種石頭造紙方法，該方法在石頭紙成 型時，向擠出機內(nèi)注入〇. 5%重量的丁烷與0. 5%重量的成核劑，采用物理微發(fā)泡技術(shù)，降低 石頭紙密度。該技術(shù)在一定的范圍內(nèi)可以降低石頭紙密度，但由于大量的無機粉體自身密 度較高，所以密度降低有限。
[0006] 中國專利公開號為CN102154932A公開了一種比重小的石頭紙，石頭紙是以比重 輕的空心玻璃珠、粉煤灰為原料制備石頭紙。該發(fā)明通過多孔和空心為主要原料來降低石 頭紙密度，盡管選用的無機粉體密度較低，但該類材料吸附性強，吸油值高，尤其是空心玻 璃珠耐壓性差，在螺桿擠壓成型中極易破碎，導致潤滑助劑占據(jù)了多孔材料的孔洞，造成石 頭紙密度降低幅度有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了降低石頭紙的密度，并使在石頭紙擠壓成型過程中具有良好的流動性，本發(fā) 明提供一種石頭紙專用輕質(zhì)微球，輕質(zhì)微球為疏松的陶瓷微球，具有質(zhì)輕、流動性、耐壓柔 性，用于石頭紙不但加工流動性優(yōu)良，而且輕質(zhì)微球耐壓不破碎，得到的石頭紙密度大幅降 低。進一步提供石頭紙專用輕質(zhì)微球的制備方法。
[0008] 本發(fā)明一種石頭紙專用輕質(zhì)微球是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的： 一種石頭紙專用輕質(zhì)微球，其特征是由復合瓷土包覆煤矸石燒結(jié)形成內(nèi)核為疏松晶須 結(jié)構(gòu)，外殼為陶瓷相的陶瓷微球，由下列重量份組成： 煤石干石 75-85份， 復合瓷土 15-25份， 所述的煤矸石選用含碳量10-15%、SiO2含量為50-60%、Al 203含量為20-35%的水洗 煤矸石； 所述的復合瓷土由高嶺土、膨潤土、石英、氧化鋅晶須按下列重量份組成： 高嶺土 65-75份， 膨潤土 10-15份， 石英 10-15份， 氧化鋒晶須 1_3份， 其中所述的石英選用以脈石英、石英巖、粉石英形式存在的二氧化硅，其優(yōu)點在于能夠 提高硬度；所述的氧化鋅晶須為四針狀氧化鋅晶須，具有立體四針狀三維結(jié)構(gòu)，在1500°C 以上的高溫時保持良好的晶須狀，在陶瓷球外殼中保證陶瓷相的韌性。
[0009] 本發(fā)明一種石頭紙專用輕質(zhì)微球的制備方法，其特征是按照如下方式進行： 1) 將75-85重量份的煤矸石與2-3重量份的硅酸鈉凝膠加入研磨機，通過超細研磨后 形成粒徑5-10 μ m的煤砰石球形微粒備用； 2) 將65-75重量份的高嶺土、10-15重量份膨潤土、10-15重量份的石英、1-3重量份的 氧化鋅晶須在氣流渦旋微細機中細化至800目完全過篩，得到復合瓷土，然后在棒磨機中 濕磨得到粒徑小于2 μ m的漿料； 3) 將15-25重量份步驟2)的復合瓷土濕磨得到的漿料與75-85重量份步驟1)得到煤 矸石球形微粒在沸騰床中通過包覆、烘干得到以煤矸石為核，以復合瓷土為外殼包覆層的 實心球顆粒； 4) 將步驟3)得到的實心球顆粒送入高溫回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速控制在20-40轉(zhuǎn)/ 分鐘，窯頭溫度KKKTC -1KKTC，窯尾溫度800°C -500°C，燒制25-35min，得到一種石頭紙 專用輕質(zhì)微球。
[0010] 上述一種石頭紙專用輕質(zhì)微球的制備方法，步驟1)所述的研磨機選用球磨機。
[0011] 上述一種石頭紙專用輕質(zhì)微球的制備方法，步驟3)所述的沸騰床中復合瓷土漿料 以噴霧形式加入，通過漿料與煤矸石表面硅酸鈉凝膠的連接得到圓度大于〇. 95的實心球 顆粒，烘干部分設置溫度200-220 °C。
[0012] 本發(fā)明一種石頭紙專用輕質(zhì)微球，通過復合瓷土包覆煤矸石燒結(jié)，由于煤矸石的 碳燃燒，在高溫燒結(jié)時煤矸石發(fā)生相變，產(chǎn)生連續(xù)的玻璃相物質(zhì)，并在碳燃燒的影響下，生 成晶須結(jié)構(gòu)，形成內(nèi)核為網(wǎng)狀晶須的煤矸石玻璃相，外層由復合瓷土形成封閉的硬質(zhì)陶瓷 相。因內(nèi)核的網(wǎng)絡晶須結(jié)構(gòu)支撐性和外殼硬質(zhì)光滑的陶瓷相，使得這種輕質(zhì)微球具有質(zhì)輕、 流動性、耐壓柔性，用于石頭紙不但加工流動性優(yōu)良，而且輕質(zhì)微球耐壓不破碎。輕質(zhì)微球 的密度低至〇· 63g/cm3。
[0013] 本發(fā)明一種石頭紙專用輕質(zhì)微球，在微球外殼瓷土形成的陶瓷相中，氧化鋅晶須 保持良好的晶須狀，在陶瓷球外殼中保證陶瓷相的韌性，進一步提升了輕質(zhì)微球的柔性和 耐壓性，抗壓強度達到97. 02 MPa。
[0014] 本發(fā)明一種石頭紙專用輕質(zhì)微球，為一種由網(wǎng)狀晶須結(jié)構(gòu)煤矸石支撐的陶瓷微 球，具備低密度和良好的加工性，用于石頭紙加工時可以以80-90%的質(zhì)量比例與10-20%的 聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯中至少一種通過螺桿擠出機加工，從而 利用吹塑、壓延或者流延得到石頭紙。其優(yōu)異的性能表現(xiàn)在石頭紙加工流動性好、定量低、 紙面光滑、密度低。
[0015] 將本發(fā)明得到的石頭紙專用輕質(zhì)微球與聚對苯二甲酸乙二醇酯以質(zhì)量比8:2經(jīng) 雙螺桿擠壓、通過T型模頭擠出形成薄而均勻的薄片，得到厚度為0. 05_的石頭紙。其性 能與同種厚度的傳統(tǒng)紙張對比如下表:_
【主權(quán)項】
1. 一種石頭紙專用輕質(zhì)微球，其特征是由復合瓷土包覆煤矸石燒結(jié)形成內(nèi)核為疏松晶 須結(jié)構(gòu)，外殼為陶瓷相的陶瓷微球，由下列重量份組成： 煤石干石 75-85份， 復合瓷土 15-25份， 其中所述的煤矸石選用含碳量10-15%、Si02含量為50-60%、A1 203含量為20-35%的 水洗煤矸石；所述的復合瓷土由高嶺土、膨潤土、石英、氧化鋅晶須按下列重量份組成： 高嶺土 65-75份， 膨潤土 10-15份， 石英 10-15份， 氧化鋒晶須 1_3份， 其中所述的石英選用以脈石英、石英巖、粉石英形式存在的二氧化硅，其優(yōu)點在于能夠 提高硬度；所述的氧化鋅晶須為四針狀氧化鋅晶須，具有立體四針狀三維結(jié)構(gòu)，在1500°C 以上的高溫時保持良好的晶須狀，在陶瓷球外殼中保證陶瓷相的韌性。
2. 如權(quán)利要求1所述一種石頭紙專用輕質(zhì)微球的制備方法，其特征是按下述方式進 行： 1) 將75-85重量份的煤矸石與2-3重量份的硅酸鈉凝膠加入研磨機，通過超細研磨后 形成粒徑5-10μm的煤砰石球形微粒備用； 2) 將65-75重量份的高嶺土、10-15重量份膨潤土、10-15重量份的石英、1-3重量份的 氧化鋅晶須在氣流渦旋微細機中細化至800目完全過篩，得到復合瓷土，然后在棒磨機中 濕磨得到粒徑小于2 y m的漿料； 3) 將15-25重量份步驟2)的復合瓷土濕磨得到的漿料與75-85重量份步驟1)得到煤 矸石球形微粒在沸騰床中通過包覆、烘干得到以煤矸石為核，以復合瓷土為外殼包覆層的 實心球顆粒； 4) 將步驟3)得到的實心球顆粒送入高溫回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速控制在20-40轉(zhuǎn)/ 分鐘，窯頭溫度l〇〇〇°C -1KKTC，窯尾溫度800°C -500°C，燒制25-35min，得到一種石頭紙 專用輕質(zhì)微球。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種石頭紙專用輕質(zhì)微球的制備方法，其特征在于步驟1)所述 的研磨機選用球磨機。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種石頭紙專用輕質(zhì)微球的制備方法，其特征在于步驟3)所述 的沸騰床中復合瓷土漿料以噴霧形式加入，通過漿料與煤矸石表面硅酸鈉凝膠的連接得到 圓度大于〇. 95的實心球顆粒，烘干部分設置溫度200-220°C。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種石頭紙專用輕質(zhì)微球。其特征是由復合瓷土包覆煤矸石燒結(jié)形成內(nèi)核為疏松晶須結(jié)構(gòu)，外殼為陶瓷相的陶瓷微球，其重量份組成為：煤矸石75-85份，復合瓷土15-25份；復合瓷土由高嶺土、膨潤土、石英、氧化鋅晶須組成，通過復合瓷土包覆煤矸石燒結(jié)，形成內(nèi)核的網(wǎng)絡晶須結(jié)構(gòu)支撐性和外殼硬質(zhì)光滑的陶瓷相，使得這種輕質(zhì)微球具有質(zhì)輕、流動性、耐壓柔性，用于石頭紙不但加工流動性優(yōu)良，而且輕質(zhì)、微球耐壓不破碎。
【IPC分類】B01J13-02, C04B33-13
【公開號】CN104624128
【申請?zhí)枴緾N201410786987
【發(fā)明人】陳慶, 曾軍堂
【申請人】成都新柯力化工科技有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年12月18日