層狀結構合成紙及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種合成紙及其制作方法，特別是涉及一種類層狀結構合成紙及其制作方法。
【背景技術】
[0002]合成紙(synthetic paper)，又叫石膜紙、化工薄膜紙、聚合物紙、塑料紙等，是以聚烯烴等樹脂和無機填充物為主要原料，通過擠、延壓出或吹膜工藝加工而成的，同時具有塑料和紙的特征的多功能性材料。合成紙是一種新型的塑料材料產品，也是一種環保產品，具有比重輕、強度大、抗撕裂，印刷性好，遮光、抗紫外線，經久耐用，經濟環保等特點。
[0003]合成紙在國外已有三十多年的發展史，尤其在美國、日本、加拿大等發達國家，中國臺灣地區起步較早，發展較快。隨著全球環保意識的加強，加快了合成紙的發展，新的合成紙品種的不斷出現，擴大了合成紙的應用范圍。目前，合成紙產品的世界銷售額每年以10%的速度遞增，合成紙部分取代普通纖維紙的步伐在加快。
[0004]按結構的不同，合成紙分為單層合成紙、三層合成紙、五層合成紙等。合成紙的制作常需采擠出機為生產設備，具有層狀結構的合成紙通常需多個工序，或采用多臺擠出機。一種方法是將樹脂和無機填充物擠出成型后，作為內層或外層再在其表面層貼合聚丙烯等樹脂膜后，再延伸形成得到所需的多層結構，如CN96105403.4、CN99808806.4。另一種方法是采用多個擠出機共擠出的方法得到所需的多層結構，如CN94217511.5公開了一種聚丙烯合成紙及其制造裝置，是以三層共擠壓方式，對聚丙烯樹脂組合物及樹脂組合物分由一臺主押出機及二臺副押出機加以擠壓，并匯流經同一 T形模頭壓出而構成紙面層/中間層/紙面層的板片，再經冷卻成型、雙軸延伸、電暈等處理，及視厚度需要再予以積層貼合后經卷取的合成紙。采用這一方法制作的層狀合成紙還包括CN97104273.X、CN99105768.6、CN99111159.UCN03135321.5 和 CN201210031029.7 等。CN03156314.7,200510095687.2 則公開了五層合成紙及其制備方法，系采用5臺押出機共擠出的方法制作。
[0005]如上所述，目前業界制作的既有層狀合成紙在實施方法上相當多，其中不乏藉多臺押出機或多道制造工藝程序來成型出所需復數層及所需增加厚度的合成紙。為揭舉既有層狀合成紙及其制作方法，在此再列舉數例相關實施手段，如臺灣公告號:305805、“組合之合成紙”發明案、日本王子油化合成紙株式會社日本特公昭46-40794號、日本特開平3-87255號專利案，該種中間夾層內含無機礦粉之聚丙烯合成紙在藉押出機成型出所需厚度的合成紙，尚需藉于雙外表面進一步貼合聚丙烯膜并作延伸使形成兩外表面具純聚丙烯膜料的包覆，以改善中間含碳酸鈣粉末之聚丙烯合成紙表面有松散粉塵結構且于后接續之表面印刷易有印刷掉粉之缺陷。又如臺灣的專利公告號:379272、“環保紙的制造方法”發明案，所披露的單層或多層共吹聚乙烯合成紙藉吹膜制程(blown film)成形出所得的中空管膜，絶對存在有厚度不均及表面因高度延伸制程而有掉粉現象，因此得再施行后續工序補強如:加熱延壓整平與表面涂布保護膜層以防掉粉塵現象。再如臺灣的公告號:252174、“三層共擠壓雙軸延伸聚丙烯(BOPP)珠光合成紙之制造方法”發明案，此三層共押出的合成紙外側為純塑料層，用以保護高比例碳酸鈣含量易掉粉之中間夾層結構，此藉增加合成紙兩外側共押出PP純塑料保護中間高碳酸鈣含量與PP均混合成紙所需，得增加額外的共押出機硬件，將使制造成本增加。
【發明內容】
[0006]本發明依據既有的層狀合成紙在制作上存有的缺失，就材料結構設計、降低材料成本與簡化制造工藝來作進一步改善，旨在提供一種層狀結構合成紙及其制作方法，通過單一螺桿押出機押出而直接獲得一種內層為聚烯烴樹脂和無機填充物、外表面包覆聚烯烴樹脂層的類層狀結構，以極大地提高合成紙中碳酸鈣等無機礦粉的含量，降低設備投資和制作成本，同時達到簡化制造工藝之目的。
[0007]為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下:
[0008]一種層狀結構合成紙，系以聚烯烴樹脂和無機礦粉為主要原料通過押出工藝加工而成，其特征在于，所述的合成紙包含由中間層和中間層兩側的包覆層所組成的類層狀結構，所述的中間層為經混煉后均勻分布的無機礦粉和無機礦粉外周包覆的聚烯烴的均勻混質層；所述的包覆層為中間層藉由擴散、遷移所形成的聚烯烴樹脂層。
[0009]本發明的層狀結構合成紙其中的類層狀結構系由單一的螺桿押出機押出成型、延伸后形成。原料聚烯烴樹脂和無機礦粉組合物在押出機中熔融、混煉，物料主體為主要由無機礦粉和熔融聚烯烴組成的均勻的混合物，部分聚烯烴藉由溫度梯度與粘度梯度逐漸擴散、遷移至物料的外表面，經T型模頭押出后得到包覆在中間層兩側的聚烯烴樹脂層。不同于多押出機共擠出方法，所述的聚烯烴樹脂層極薄，厚度約0.5?5微米，仍能形成均一的包覆層，并足以防止中間層在后續加工及使用中出現掉粉現象。
[0010]所述的合成紙中類層狀結構能顯著提高合成紙中無機礦粉的含量，以重量百分組成計，本發明所述合成紙的類層狀結構包括56%至80%無機礦粉，另含18%至43%聚烯烴和1%至2%添加劑。可將56%至80%重量無機礦粉、18%至43%重量聚烯烴及1%至2%重量添加劑制作成預設形態物料，以引入專屬的押出機進行熔融、混練，使形成外側為聚烯烴層、及中間部位為結合以無機礦粉和外周包覆聚烯烴的均混層的熔融聚烯烴無機礦粉組合物，再經押出后為一中間層包含有均勻無機礦粉和外周包覆以聚烯烴的混質層、及兩外側為聚烯烴層構成的具預設厚度的類層狀結構合成紙膜。
[0011]本發明的另一目的在于提供一種所述層狀合成紙的制作方法，以聚烯烴樹脂和無機礦粉為主要原料，優選56%至80%重量無機礦粉、18%至43%重量聚烯烴及1%至2%重量添加劑的組合物，將所述的組合物經過連續混合密煉制成預設形態，送入溫度設定的單一螺桿押出機中，組合物在押出機中熔融、混合、真空排氣，經T型模頭押出成型，形成類層狀結構紙膜；再經延壓、縱向延伸、橫向延伸、定型冷卻、消除應力處理，制得所述的層狀合成紙。
[0012]本發明中，所述的螺桿押出機包括料筒和其間結合的螺桿，所述的螺桿沿物料流動方向由入料段、壓縮段和混練擴散段所構成，所述混練擴散段包含至少兩種以上螺桿表面設置不同預設形態凸部結構的阻隔(擴散遷移)區，并使混練擴散段螺桿表面的凸部結構呈彼此交錯的分布形態，物料流動中得以多次分流與多次回流使更均勻混煉及最后達到層流化結構。
[0013]本發明中類層狀結構紙膜由單一的螺桿押出機直接押出成型，因應具有層狀結構合成紙膜的押出加工成型，對結合在押出機其間料筒內部的螺桿進行新的設計。押出機螺桿通常區分有入料段、壓縮段、計量段(靠后段落)所構成；本發明對押出機螺桿進行的結構改良包括，螺桿的靠后段落是設為一長度為整體螺桿長度的1/2至1/3的混練擴散段，在該混練擴散段螺桿面是設置至少兩種以上包含不同預設形態凸部結構(包括但不限于橫向矩形、方形、半圓形、弧突形等)的阻隔區，并使混練擴散區螺桿面分布的凸部結構是呈彼此交錯開形態；以利熔融聚烯烴和無機礦粉在引入該混練擴散段時，在其間分布的包含凸部結構的阻隔區形成逐步往復前移的循環分流及回流，使該熔融無機礦粉聚烯烴組合物能獲得充分的均勻混練，并藉由熔融無機礦粉和聚烯烴其間包含至少兩種上不同比熱的成份，能在多次循環分流及多次回流過程中使比熱較高的聚烯烴被擴散遷移至外層、而比熱較低的無機礦粉聚烯烴組合物則沿著螺桿表層面逐步在分流及回流下前移，以使類層狀熔融無機礦粉聚烯烴組合物在引至螺桿末端能為料筒一端結合的T型模頭押出而形成一所需的類層狀合成紙膜。
[0014]本領域技術人員不難理解，本發明所述的層狀結構合成紙，還可以在類層狀結構的一側或兩側增加至少一層以上的附加層。附加層可以是聚烯烴樹脂、聚烯烴組合物等，附加層形成的方式包括多層共押出(co-extrus1n)、淋膜貼合(extrus1n laminat1n)和乾式貼合(dry laminat1n)等工藝。所述的層狀結構合成紙,亦可根據現有技術視用途對其進行表面處理，改變合成紙表面特性以適應不同的使用場合與需要，如提供印刷性、阻氧性、阻油水性等特殊功能。
[0015]下面結合具體實施例對本發明進行詳細描述。本發明的保護范圍并不以【具體實施方式】為限，而是由權利要求加以限定。
【附圖說明】
[0016]圖1本發明的三層式層狀合成紙的截面示意圖。
[0017]圖2本發明的五層式層狀合成紙的截面示意圖。
[0018]圖3本發明中類層狀結構的SEM/EDS譜圖。
[0019]圖4本發明中類層