一种阻燃石头纸及其制造方法

摘要

本发明公开了一种阻燃石头纸，包括以下重量份数的原料：碳酸钙粉末65～70份，超细矿渣粉5～10份，低密度聚乙烯15～20份，改性氯化聚乙烯3～5份，十二烷基硫酸钠3～5份，偶联剂1～3份，阻燃剂0～3份，DOP 1份，硬脂酸锌1份，抗氧剂10101份，聚乙烯蜡1份，聚乙烯醇0～1份。改性氯化聚乙烯是通过索氏提取法得到的多孔氯化聚乙烯，可以容纳纳米碳酸钙，以稀释碳酸钙降低阻燃的效果。本发明中氯化聚乙烯添加量不足总质量的4％，即起到良好的阻燃效果，又能降低卤素在燃烧时的危害。本发明的石头纸不仅氧指数高，阻燃性能好；其机械强度和耐折性也较高。能广泛用于各类阻燃场合。

权利要求

1.一种阻燃石头纸，其特征在于，包括以下重量份数的原料：碳酸钙粉末 65 70份，超细矿渣粉 5 10份，低密度聚乙烯 15 20份，改性氯化聚乙烯 ~ ~ ~

3 5份，十二烷基硫酸钠 3 5份，偶联剂 1 3份，阻燃剂 0 3份， DOP 1份， 硬脂酸锌 1份，~ ~ ~ ~

抗氧剂1010 1份，聚乙烯蜡 1份，聚乙烯醇 0 1份；

~

所述改性性氯化聚乙烯由以下方法制备：（1）将聚乳酸和氯化聚乙烯分别干燥；将干燥后的聚乳酸、氯化聚乙烯进行混炼，冷却至室温；所述聚乳酸和氯化聚乙烯的质量比为1：（1 2）；所述混炼温度为170～200℃，时间~

为5～10min；

（2）将上述冷却后的混合物经熔融压片制备得到薄膜；所述熔融压片为170～200℃下热压1～3min后转淬火；

（3）将步骤（2）得到薄膜用索氏特抽提法抽提，抽提聚乳酸，抽提结束后对薄膜进行烘干，得到改性氯化聚乙烯；所述索氏提取的提取温度为40～150℃，提取时间为6～12小时。

2.根据权利要求1所述的阻燃石头纸，其特征在于，所述碳酸钙粉末包括以下粒径的原料：粒径60 80nm 15 20份，粒径1 10μm 50份；所述超细矿渣粉的粒径为1 13μm。

~ ~ ~ ~

3.根据权利要求1所述的阻燃石头纸，其特征在于，所述偶联剂包括铝酸酯和A‑172；其质量比为（5 10）:1。

~

4.根据权利要求1所述的阻燃石头纸，其特征在于，所述阻燃剂选自磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和无机阻燃剂中的一种或多种。

5.权利要求1 4任一项所述的阻燃石头纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：~

（1）称取各原料进行干燥；

（2）将铝酸酯总质量的1/4 1/3加入到粒径为60 80nm的碳酸钙粉末和改性氯化聚乙烯~ ~

加入到密炼机中密练，密练完成后再放进行混练，得到混合物；

（3）将步骤（2）得到的混合物与其他原料混合进行混炼、成型得到阻燃石头纸。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述密练的温度为190 200℃，时间为~

5 10min；所述混炼的温度均为160～180℃，混炼的时间均为20～30 min。

~

说明书

一种阻燃石头纸及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及石头纸技术领域，具体涉及一种阻燃石头纸及其制造方法。

背景技术

[0002] 石头纸并不是传统意义上的植物纤维(木浆)纸，也不是薄膜塑胶(合成)纸。石头纸是以地壳中丰富的矿产资源和高分子聚合物(主要是聚烯烃)为主要原材料，另加多种辅
助原料，利用高分子填充改性技术，经过混炼挤压成型制成的现代环保纸。它继承了合成纸
的优点，并加以创新实现了3R原则(Reduce，Reuse，Recycle)，即节约，重复利用，循环使用
原则，这是造纸工业的一次变革，新型的环保型石头纸，石头纸做成的纸板后作成纸箱，将
具有传统纸板所不具有的优点：抗压强度大，耐潮防水，耐腐蚀，不脱色等。

[0003] 尽管石头纸各方面性能优良，其中的填料也有一定的稀释阻燃的功能，并且其中添加了20％～30％的有机聚合物(多为聚烯烃)，有机聚合物的熔点和氧指数很低，尤其是
聚烯烃，熔点仅为100～180℃，氧指数为17～18，极易引燃导致火灾。石头纸的氧指数很低，
使石头纸极易燃烧，且燃烧时伴随着浓烟和熔滴，防火安全性比较差。为了安全环保地使用
石头纸，满足人们的生活需求，急需对石头纸的防火阻燃性能进行改进。

发明内容

[0004] 针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种阻燃石头纸。本发明在不增加阻燃剂用量的前提下，可以提高石头纸的氧指数，机械性能及耐折次数。降低阻燃石头纸的生产
成本，适合广泛使用。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 本发明的第一方面，提供一种阻燃石头纸，包括以下重量份数的原料：

[0007] 碳酸钙粉末65～70份，超细矿渣粉5～10份，低密度聚乙烯15～20份，改性氯化聚乙烯3～5份，十二烷基硫酸钠3～5份，偶联剂1～3份，阻燃剂0～3份，DOP 1份，硬脂酸锌1
份，抗氧剂1010 1份，聚乙烯蜡1份，聚乙烯醇0～1份。

[0008] 优选的，所述碳酸钙粉末包括以下粒径的原料：粒径60～80nm 15～20份，粒径1～10μm50份；所述超细矿渣粉的粒径为1～13μm。

[0009] 优选的，所述改性氯化聚乙烯由以下方法制备：

[0010] (1)将聚乳酸和氯化聚乙烯分别干燥；将干燥后的聚乳酸、氯化聚乙烯进行混炼，冷却至室温；

[0011] (2)将上述冷却后的混合物经熔融压片制备得到薄膜；

[0012] (3)将步骤(2)得到薄膜用索氏特抽提法抽提，抽提聚乳酸，抽提结束后对薄膜进行烘干，得到改性氯化聚乙烯。

[0013] 更为优选的，步骤(1)中，所述聚乳酸和氯化聚乙烯的质量比为1：(1～2)；所述混炼温度为170～200℃，时间为5～10min。

[0014] 更为优选的，步骤(2)中，所述熔融压片为170～200℃下热压1～3min后转淬火。

[0015] 更为优选的，步骤(3)中，所述：所述索氏提取的提取温度为40～150℃，提取时间为6～12小时。

[0016] 优选的，所述偶联剂包括铝酸酯和A‑172；其质量比为(5～10):1。

[0017] 优选的，所述阻燃剂选自磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和无机阻燃剂中的一种或多种。

[0018] 更为优选的，所述磷系阻燃剂为磷酸三苯酯，所述氮系阻燃剂为McA，所述无机阻燃剂选自氧化锑、氢氧化镁或氢氧化铝。

[0019] 本发明的第二方面，提供上述阻燃石头纸的制备方法，包括以下步骤：

[0020] (1)称取各原料进行干燥；

[0021] (2)将铝酸酯总质量的1/4～1/3加入到粒径为60～80nm的碳酸钙粉末和改性氯化聚乙烯加入到密炼机中密练，密练完成后再放进行混练，得到混合物；

[0022] (3)将步骤(2)得到的混合物与其他原料混合进行混炼、成型得到阻燃石头纸。

[0023] 优选的，步骤(1)中，所述密练温度为190～200℃，时间为5～10min；所述混炼的温度为160～180℃，混炼时间为20～30min。

[0024] 优选的，步骤(2)中，所述混炼的温度为160～180℃，混炼时间为20～30min。

[0025] 优选的，步骤(2)中，所述成型的方法为压延成型或流延成型。

[0026] 本发明的有益效果：

[0027] (1)本发明的阻燃石头纸，通过加入改性氯化聚乙烯(CPE)可以有效减少阻燃剂的用量，降低阻燃石头纸的成本。同时，通过改性得到多孔CPE，使纳米碳酸钙可以嵌入到多孔
CPE中，从而降低碳酸钙对阻燃的稀释。

[0028] (2)本发明可根据石头纸的应用场合，选择不同的阻燃剂，或者将各阻燃剂之间配合使用，以达到不同的阻燃等级。

[0029] (3)本发明的石头纸不仅氧指数高，阻燃性能好；其机械强度和耐折性也较高。能广泛用于各类阻燃场合。还可以作为包装、装饰用纸；快递纸盒纸箱；手提袋、标签纸等使
用。印刷效果好，纸面平整光滑，不易变形。

具体实施方式

[0030] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常
理解的相同含义。

[0031] 正如背景技术部分介绍的，石头纸中的有机聚合物的熔点和氧指数很低，尤其是聚烯烃，熔点仅为100～180℃，氧指数为17～18，极易引燃导致火灾。并且石头纸中含有大
量碳酸钙粉末，进一步稀释了石头纸的阻燃效果。

[0032] 基于此，本发明的目的是提供一种阻燃石头纸，包括以下重量份数的原料：

[0033] 碳酸钙粉末65～70份，超细矿渣粉5～10份，低密度聚乙烯15～20份，改性氯化聚乙烯3～5份，十二烷基硫酸钠3～5份，偶联剂1～3份，阻燃剂0～3份，DOP 1份，硬脂酸锌1
份，抗氧剂1010 1份，聚乙烯蜡1份，聚乙烯醇0～1份。

[0034] 聚乙烯的氧指数较低，一般为17～18之间，其燃烧等级为HB；而一般石头纸中碳酸钙含量占65％以上，更进一步稀释了石头纸的阻燃性。所以需要加大大量阻燃剂，如果加入
无卤阻燃剂，无卤阻燃剂的用量在50～60％以上才能达到阻燃效果。大大增加了石头纸的
成本，为了降低石头纸中阻燃剂的用量，本申请加入少量CPE，并对其进行改性处理。CPE虽
然含有卤素，但其氧指数极高，一般在45～49之间，燃烧等级也非常高。可以与阻燃剂中的
氧化锑形成卤‑锑协同效应进行高效阻燃。但卤元素会在燃烧时释放有害物质，对人体和环
境造成危害，但发明人发现CPE的加入可以提高石头纸的阻燃性、机械性能及耐折性。所以，
需要控制CPE的用量，使CPE用量控制在4％以内，则石头纸中的卤素含量极低，使其危害可
以忽略不计。

[0035] 另外，为了降低碳酸钙对石头纸阻燃性的稀释，发明人对CPE进行改性，通过和聚乳酸共混，再经过索氏提取，得到多孔CPE。多孔CPE与粒径60～80nm的碳酸钙粉末共混，使
碳酸钙粉末嵌入到多孔CPE中，利用CPE的高阻燃性，保护嵌入到多孔CPE中的碳酸钙粉末，
使这一部分碳酸钙粉末对石头纸阻燃性的稀释可以降到最低甚至忽略不计。

[0036] 此外，铝酸酯偶联剂的加入可以改善碳酸钙粉末和超细矿渣粉的亲水性，使其转变为憎水性，有利于后期在石头纸上的油墨印刷。聚乙烯醇可以作为碳酸钙和超细矿渣粉
的粘结剂，改善石头纸的平滑性、光滑性差和易变形等缺点。矿渣粉为炼铁厂在高炉冶炼生
铁时所得到的以硅铝酸钙为主要成分的熔融物，成本低廉，也可以不加聚乙烯醇，矿渣粉作
为粘结剂提高石头纸的致密性。阻燃剂可以根据石头纸的阻燃等级进行复配，除了卤‑锑协
同阻燃，还可以加入了磷系阻燃剂磷酸三苯酯为阻燃剂。阻燃等级要求较低的场合，可以加
入无机阻燃剂氢氧化镁和氢氧化铝；或者各类阻燃剂复配使用。

[0037] 为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

[0038] 本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。

[0039] 实施例1：改性性氯化聚乙烯的制备

[0040] 将15kg聚乳酸和15kg氯化聚乙烯分别在80℃真空干燥箱中干燥1～2h；将干燥后的聚乳酸、氯化聚乙烯依次加入到双螺杆挤出机中，温度为190℃，熔融混炼10min后出料，
冷却至常温。然后将上述熔融混炼后的混合物转移到温度为190℃的热压机中热压3min后
淬火，形成厚度为50μm的薄膜。接着把该薄膜用索氏特抽提法抽提，提取液为二氯甲烷，所
述索氏提取的提取温度为150℃，提取时间为6小时，抽提结束后取出薄膜自然晾干即得到
多孔改性性氯化聚乙烯薄膜。

[0041] 实施例2

[0042] (1)称取各原料进行干燥至水分不再减少；

[0043] (2)将0.6kg铝酸酯加入到17.5kg粒径为60～80nm的碳酸钙粉末和4kg实施例1制备的改性氯化聚乙烯加入到密炼机中密练，密练温度为190℃，时间为6min，密练完成后再
放入双辊开炼机混炼，混炼的温度为170℃，混炼时间为30min，得到混合物。

[0044] (3)将混合物与50kg粒径1～10μm的碳酸钙粉末、7.5kg超细矿渣粉和17.5kg低密度聚乙烯在双辊开炼机中混炼3min，再加入4kg十二烷基硫酸钠，1.2kg铝酸酯，0.2kg A‑
172，2kg氧化锑，1kg DOP，1kg硬脂酸锌，1kg抗氧剂1010，1kg聚乙烯蜡，1kg聚乙烯醇，混炼
的温度为170℃，混炼时间为25min。混炼完成，调节辊距使石头纸厚度为0.2mm。

[0045] 实施例3

[0046] (1)称取各原料进行干燥至水分不再减少；

[0047] (2)将0.3kg铝酸酯加入到15kg粒径为60～80nm的碳酸钙粉末和3kg实施例1制备的改性氯化聚乙烯加入到密炼机中密练，密练温度为190℃，时间为6min，密练完成后再放
入双辊开炼机混炼，混炼的温度为180℃，混炼时间为25min，得到混合物。

[0048] (3)将混合物与50kg粒径1～10μm的碳酸钙粉末、10kg超细矿渣粉和20kg低密度聚乙烯在双辊开炼机中混炼3min，再加入5kg十二烷基硫酸钠，0.6kg铝酸酯，0.1kgA‑172，3kg
磷酸三苯酯，1kg DOP，1kg硬脂酸锌，1kg抗氧剂1010，1kg聚乙烯蜡。混炼的温度为170℃，混
炼时间为30min。混炼完成，调节辊距使石头纸厚度为0.2mm。

[0049] 实施例4

[0050] (1)称取各原料进行干燥至水分不再减少；

[0051] (2)将0.9kg铝酸酯加入到20kg粒径为60～80nm的碳酸钙粉末和5kg实施例1制备的改性氯化聚乙烯加入到密炼机中密练，密练温度为190℃，时间为6min，密练完成后再放
入双辊开炼机混炼，混炼的温度为190℃，混炼时间为20min，得到混合物。

[0052] (3)将混合物与50kg粒径1～10μm的碳酸钙粉末、5kg超细矿渣粉和15kg低密度聚乙烯在双辊开炼机中混炼3min，再加入3kg十二烷基硫酸钠，1.8kg铝酸酯，0.3kgA‑172，1kg 
McA，1kg DOP，1kg硬脂酸锌，1kg抗氧剂1010，1kg聚乙烯蜡，1kg聚乙烯醇。混炼的温度为180
℃，混炼时间为20min。混炼完成，调节辊距使石头纸厚度为0.2mm。

[0053] 实施例5～10

[0054] 实施例5～10除了阻燃剂的种类及用量不同，其它原料及制备方法均与实施例2相同。不同实施例的阻燃剂的种类及用量见表1。

[0055] 表1阻燃剂

[0056]

[0057] 试验例性能表征：

[0058] 对实施例2～4和11制备的石头纸的拉伸强度、撕裂强度和简易耐折度进行测试(每个测试三次取平均值)。所得结果见表2。其中：

[0059] 拉伸强度使用电子万能试验机按照GB/T1040.3‑2006进行测定，试样尺寸为150mm×20mm×0.2mm，拉伸速率为10mm/min。

[0060] 撕裂强度使用电子万能试验机按照GBffl6578.1‑2008进行测定，样尺寸为150mm×50mm×0.2mm，拉伸速率为20mm/mm。

[0061] 简易耐折度测试参考纸和纸板的耐折度测定方法，使用石头纸试样对折一次后，然后沿着此对折线反复对折，记录试样断裂时的对折次数，耐折次数越高，石头纸的耐折度
也越高。试样尺寸为50mm×50mm×0.2mm。

[0062] 表2

[0063] 项目 实施例2 实施例3 实施例4 实施例11拉伸强度MPa 11.2 10.8 11.5 10.6
撕裂强度MPa 5.5 5.2 5.6 5.1
耐折度次 ＞1000 ＞1000 ＞1000 ＞1000

[0064] 对实施例2～11制备的石头纸的氧指数和垂直燃烧等级进行测试(每个测试三次取平均值)，所得结果见表3。

[0065] 其中：极限氧指数测试使用JF.3型氧指数测定仪按照GB/T 2406.2‑2009进行测试，试样尺寸为140mm×52mm×0.2mm，实验中所用氮气和氧气的纯度均为99.9％。

[0066] UL.94垂直燃烧等级测试使用CZF.6型水平垂直燃烧测定仪按照GB/T2408‑2008进行测试，试样长为125mm，宽为13mm，用双辊开炼机将实施例2～‑10的石头纸压成厚度为
1.6mm，然后裁剪得到试样。

[0067] 表3

[0068]项目 氧指数值 垂直燃烧等级
实施例2 32.0 V0
实施例3 31.4 V0
实施例4 30.6 V0
实施例5 30.1 V0
实施例6 31.5 V0
实施例7 31.3 V0
实施例8 30.7 V0
实施例9 29.9 V0
实施例10 28.0 V0
实施例11 27.2 V0

[0069] 由表2可知，本发明的石头纸，具有非常高的拉伸强度和撕裂强度，这是由于CPE是经过氯化的聚乙烯聚合物，卤基的加入可以提高聚乙烯的机械强度。同时配以各辅料的加
入，提高了石头纸的耐折性。

[0070] 由表3可知，实施例2制备的石头纸其极限氧指数最高，主要是由于卤‑锑协同效应提高了石头纸的阻燃性。而通过实施例11可以看出，在不加入阻燃剂的情况下，由于CPE具
有很好的阻燃性，并且碳酸钙稀释阻燃的效果降低，所以即使不加入阻燃剂，仍有较好的阻
燃效果。本发明的石头纸的阻燃等级为V0级，可应用于V0级以下的各类阻燃场合，根据成本
要求等，可以选择使用阻燃剂或不添加阻燃剂。阻燃效果均很好。

[0071] 此外，本发明制备的石头纸致密性好，光滑平整，外观美观。

[0072] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。