CN104532666A - 一种高强度阻燃纸及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于阻燃材料生产领域，公开了一种高强度阻燃纸及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：打浆使浆料的打浆度控制在30～50°SR；然后在浆料中顺序添加不同比例的阻燃填料、淀粉溶液、填料，所述淀粉溶液以1.0～10kg/吨绝干浆的量添加到造纸湿端系统混合浆池中混合得到造纸浆料，并混合均匀；然后在纸机上将纸浆以一定的定量抄造成纸张，压榨烘干后便得到高强度阻燃纸，所述阻燃填料由磷酸、尿素和铝镁水滑石制备得到。该高强度阻燃纸不但具有无卤、无毒、无烟等优异的阻燃效果，而且获得纸张强度与厚度的双提升，具有生产成本低、工艺较为简单等特点。
Description
技术领域
本发明属于阻燃材料生产领域，具体涉及一种高强度阻燃纸及其制备方法和应用。
背景技术
纸张是由植物纤维交织构成的，其主要成分是纤维素、半纤维素和少量木素，而这些成分都是易燃成分，通常纸的燃点在130～230℃左右，氧指数在15～20之间。纸基材料经常成为火灾的引火物质，每年因其易燃烧性所造成的经济损失相当巨大，纸基材料的阻燃性已成为一些应用领域的必要的性能指标。
阻燃纸是通过浆内添加、浸渍或涂布等加工工艺将阻燃剂添加到纸张内部或表面而制成的。阻燃剂通过阻碍纤维热分解，抑制可燃气体生成，或者通过隔离热和空气以及稀释可燃气体等一种或几种途径而达到阻燃目的。
浸渍法生产的纸需吸附大量的阻燃剂，对纸张的本身性能影响大，所以适用范围窄。涂布法的阻燃剂主要集中在纸的表面，其表面阻燃效果相对较好，但不能赋予纸内部阻燃性，且由于涂布法使用大量的有机黏结剂，所以阻燃效果不够理想。浆内添加阻燃剂的方法是在浆内添加各种水不溶性的阻燃剂，和植物纤维混合抄成阻燃纸，这种方法简单，但阻燃剂加入量大，对纸的物理性能影响大。浆内添加法制备阻燃纸，具有阻燃剂分布均匀，对纸的物理性能影响小等优点，加入少量助留助率剂后，可以大幅其提高留着率，达到阻燃效果。经过阻燃处理后的纸，可使其达到难燃要求，从而满足工业生产和人们日常生活的要求。
极限氧指数是指纸张在氧和氮混合气体中当刚能支撑其燃烧时氧的体积分数浓度。它是表征材料燃烧行为的指数。极限氧指数可以用燃烛试验测定，将一个纸条在特定条件下向下燃烧进行测定。通常认为极限氧指数为21以上时，该物质在空气中即难以顺利燃烧，已具有火焰自熄性。
在造纸领域，因填料单价远低于浆料，通常采用提升浆料强度或增加干强剂用量等手段达到提升纸张强度整体之目的，为提升纸张灰分含量拓展空间，因此纸张强度的提升可有效弥补因灰分提升导致纸张强度的损失。如此，虽然能维持纸张强度，但会造成纸张微观结构的“坍塌”现象，即纸张密度变大，使得抄造相同克重纸张的厚度明显偏低，因而可能无法满足纸张后加工及终端客户使用的需要。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足和缺点，本发明的目的在于提供一种高强度阻燃纸的制备方法，该制备方法以植物纤维为原料通过特定抄造工艺和添加多种化学剂来达到目的；
本发明的另一目的在于提供上述方法制备而成的高强度阻燃纸。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种高强度阻燃纸的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：
(1)打浆：将浆料放入打浆机中打至打浆度介于30～50°SR之间；
(2)添加：向经过步骤(1)打浆的纸浆中依次加入阻燃填料、淀粉溶液、填料进行混合；所述阻燃填料的质量为绝干纸浆重量的5％～10％，所述淀粉溶液以1.0～10kg/吨绝干浆的量添加到造纸湿端系统混合浆池中混合得到造纸浆料，所述填料的质量为绝干浆重量的10％～20％；
(3)成型：将经过步骤(2)混合后的纸浆在造纸机上按照50～200g/m2的定量进行抄造，压榨和干燥后得到所述阻燃纸；
所述阻燃填料由磷酸、尿素和铝镁水滑石制备得到。
优选地，所述的阻燃填料的制备方法，包括如下步骤：将磷酸溶液倒入反应器中加热搅拌，温度升到60～70℃加入尿素，等温度升到130℃时加入镁铝水滑石，保温10～15min，将产物倒出，固化、粉碎后得到所述阻燃填料。
优选地，所述淀粉溶液的制备方法为：
对淀粉原料进行前处理得到浓度15～29％的第一淀粉溶液；
通过水浴法将所述第一淀粉溶液稀释并升温，得到润胀后含不同粒径淀粉球的所述淀粉溶液，所述淀粉球为粒径大于10微米圆润而未破裂的淀粉球体。
优选地，所述磷酸：尿素：铝镁水滑石的质量份数比为1：0.85～0.95：0.15～0.35。
优选地，所述的加热的升温速率3～6℃min-1，聚合反应温度不超过130℃。
优选地，所述固化是将产物放入高温箱中,在210～230℃下固化2～2.5h。
优选地，所述阻燃填料为过320目筛的粉末。
优选地，所述步骤（2）还包括：
在所述混合浆池出口处的造纸浆料中以0.1～1kg/吨绝干浆的量添加固着剂并混合搅拌均匀；所述固着剂为阳离子聚丙烯酰胺，阴离子聚丙烯酰胺、丙烯酰胺共聚物、聚酰胺环氧氯丙烷以及聚丙烯酰胺-乙二醛聚合物中的至少一种。
优选地，所述淀粉原料为原淀粉、阳离子淀粉、两性淀粉以及改性淀粉的衍生化合物中的至少一种。
优选地，所述填料为碳酸钙等。
一种由所述高强度阻燃纸的制备方法制备得到的高强度阻燃纸。
相对于现有技术，本发明具有如下的优点：
本发明在抄纸过程中添加经过特殊处理的淀粉溶液，使得淀粉溶液中的淀粉球填充于纸张微观结构的空隙处，起到对纸张内部纤维与填料间的粘结与撑胀作用，从而同时获得纸张强度与厚度的双提升。
本发明在阻燃纸的生产过程中，在纸浆中加入少量的聚磷酸铵/镁铝水滑石复合阻燃填料，就可使纸具有较好的阻燃性，其加入量远远小于一般阻燃填料的加入量，提高了阻燃填料的阻燃效率，也可降低成本。
本发明所采用的抄造工艺对纸张阻燃性能改善作用明显，且物理性能损失较小。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种高强度阻燃纸的生产工艺，其特征在于包括以下操作步骤：
(1)打浆：将纸浆放入盘磨打浆机中打浆至一定的打浆度；所述一定的打浆度为40°SR。
(2)添加：将经过步骤(1)打浆的纸浆依次与不同重量的阻燃填料、淀粉溶液、填料进行混合；所述阻燃填料的质量为绝干纸浆重量的10％；所述淀粉溶液以1.0kg/吨绝干浆的量添加到造纸湿端系统混合浆池中混合得到造纸浆料，所述填料的质量为绝干浆重量的10％；
步骤（2）还包括：在所述混合浆池出口处的造纸浆料中以0.1kg/吨绝干浆的量添加固着剂并混合搅拌均匀；所述固着剂为阳离子聚丙烯酰胺；
阻燃填料由下述方法制备得到：
①将40kg浓度为85%的磷酸倒入反应器中，加热搅拌，温度升到60℃时加入34kg尿素，控制升温速率3℃min-1。
②等温度升到130℃时，加入6kg的镁铝水滑石，保持130℃时，保温10min，将产物倒出。
③将产物在高温箱中于210℃下固化2h，将固化后的物质粉碎、过320目筛即得阻燃填料。
淀粉溶液的制备方法为：
对原淀粉进行前处理得到浓度15％的第一淀粉溶液；
通过水浴法将所述第一淀粉溶液稀释并升温，得到润胀后含不同粒径淀粉球的所述淀粉溶液，所述淀粉球为粒径大于10微米圆润而未破裂的淀粉球体。
(3)成型：将经过步骤(2)混合后的纸浆在纸机上按照一定定量进行抄造，压榨和干燥后得到所述阻燃纸；所述定量为50g/m2；
将步骤(3)得到的阻燃纸与只经以上步骤(1)处理的纸浆抄成的空白纸片对比阻燃性能(极限氧指数)。
本实施例中的高强度阻燃纸与空白纸样的极限氧指数相比，阻燃纸的极限氧指数由12.4提高到了23.9。本实施例中的高强度阻燃纸的抗张指数为90N·m/g，厚度为104um。
实施例2
一种高强度阻燃纸的生产工艺，其特征在于包括以下操作步骤：
(1)打浆：将纸浆放入盘磨打浆机中打浆至一定的打浆度；所述一定的打浆度为45°SR。
(2)添加：将经过步骤(1)打浆的纸浆依次与不同重量的阻燃填料、淀粉溶液、填料进行混合；所述阻燃填料的质量为绝干纸浆重量的7％；所述淀粉溶液以4.0kg/吨绝干浆的量添加到造纸湿端系统混合浆池中混合得到造纸浆料，所述填料的质量为绝干浆重量的14％；
步骤（2）还包括：在所述混合浆池出口处的造纸浆料中以0.6kg/吨绝干浆的量添加固着剂并混合搅拌均匀；所述固着剂为阴离子聚丙烯酰胺；
阻燃填料由下述方法制备得到：
①将20kg浓度为85%的磷酸倒入反应器中，加热搅拌，温度升到65℃时加入13kg尿素，控制升温速率3℃min-1。
②等温度升到130℃时，加入3kg的镁铝水滑石，保持130℃时，保温10min，将产物倒出。
③将产物在高温箱中于210℃下固化2h，将固化后的物质粉碎、过320目筛即得阻燃填料。
淀粉溶液的制备方法为：
对原淀粉进行前处理得到浓度20％的第一淀粉溶液；
通过水浴法将所述第一淀粉溶液稀释并升温，得到润胀后含不同粒径淀粉球的所述淀粉溶液，所述淀粉球为粒径大于12微米圆润而未破裂的淀粉球体。
(3)成型：将经过步骤(2)混合后的纸浆按照一定定量进行抄造；压榨和干燥后得到所述阻燃纸；所述定量为80g/m2；
将步骤(3)得到的阻燃纸与只经以上步骤(1)处理的纸浆抄成的空白纸片对比阻燃性能(极限氧指数)。
本实施例中与空白纸样的极限氧指数相比，阻燃纸的极限氧指数由12.4提高到了29.5。
本实施例中的高强度阻燃纸与空白纸样的极限氧指数相比，阻燃纸的极限氧指数由12.4提高到了27.1。本实施例中的高强度阻燃纸的抗张指数为93N·m/g，厚度为116um。
实施例3
一种高强度阻燃纸的生产工艺，其特征在于包括以下操作步骤：
(1)打浆：将纸浆放入盘磨打浆机中打浆至一定的打浆度；所述一定的打浆度为50°SR。
(2)添加：将经过步骤(1)打浆的纸浆依次与不同重量的阻燃填料、淀粉溶液、填料进行混合；所述阻燃填料的质量为绝干纸浆重量的5％；所述淀粉溶液以10kg/吨绝干浆的量添加到造纸湿端系统混合浆池中混合得到造纸浆料，所述填料的质量为绝干浆重量的20％；
步骤（2）还包括：在所述混合浆池出口处的造纸浆料中以1kg/吨绝干浆的量添加固着剂并混合搅拌均匀；所述固着剂为阴离子聚丙烯酰胺；
阻燃填料由下述方法制备得到：
①将50kg浓度为85%的磷酸倒入反应器中，加热搅拌，温度升到65℃时加入42kg尿素，控制升温速率3℃min-1。
②等温度升到130℃时，加入8kg的镁铝水滑石，保持130℃时，保温10min，将产物倒出。
③将产物在高温箱中于210℃下固化2h，将固化后的物质粉碎、过320目筛即得阻燃填料。
淀粉溶液的制备方法为：
对原淀粉进行前处理得到浓度29％的第一淀粉溶液；
通过水浴法将所述第一淀粉溶液稀释并升温，得到润胀后含不同粒径淀粉球的所述淀粉溶液，所述淀粉球为粒径大于10微米圆润而未破裂的淀粉球体。
(3)成型：将经过步骤(2)混合后的纸浆按照一定定量进行抄造；压榨和干燥后得到所述阻燃纸；所述定量为160g/m2；
将步骤(3)得到的阻燃纸与只经以上步骤(1)处理的纸浆抄成的空白纸片对比阻燃性能(极限氧指数)。
本实施例中的高强度阻燃纸与空白纸样的极限氧指数相比，阻燃纸的极限氧指数由12.4提高到了28.7。本实施例中的高强度阻燃纸的抗张指数为121N·m/g，厚度为122um。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高强度填阻燃纸的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
(1)打浆：将浆料放入打浆机中打至打浆度介于30～50°SR之间；
(2)添加：向经过步骤(1)打浆的纸浆中依次加入阻燃填料、淀粉溶液、填料进行混合；所述阻燃填料的质量为绝干纸浆重量的5％～10％，所述淀粉溶液以1.0～10kg/吨绝干浆的量添加到造纸湿端系统混合浆池中混合得到造纸浆料，所述填料的质量为绝干浆重量的10％～20％；
(3)成型：将经过步骤(2)混合后的纸浆在造纸机上按照50～200g/m2的定量进行抄造，压榨和干燥后得到所述阻燃纸；
所述阻燃填料由磷酸、尿素和铝镁水滑石制备得到。
2. 根据权利要求1所述高强度阻燃纸的制备方法，其特征在于，所述的阻燃填料的制备方法，包括如下步骤：将磷酸溶液倒入反应器中加热搅拌，温度升到60～70℃加入尿素，等温度升到130℃时加入镁铝水滑石，保温10～15min，将产物倒出，固化、粉碎后得到所述阻燃填料。
3. 根据权利要求1所述高强度阻燃纸的制备方法，其特征在于：所述淀粉溶液的制备方法为：
对淀粉原料进行前处理得到浓度15～29％的第一淀粉溶液；
通过水浴法将所述第一淀粉溶液稀释并升温，得到润胀后含不同粒径淀粉球的所述淀粉溶液，所述淀粉球为粒径大于10微米圆润而未破裂的淀粉球体。
4. 如权利要求2所述高强度阻燃纸的制备方法，其特征在于，所述磷酸：尿素：铝镁水滑石的质量份数比为1：0.85～0.95：0.15～0.35。
5. 如权利要求2所述高强度阻燃纸的制备方法，其特征在于，所述的加热的升温速率3～6℃min-1，聚合反应温度不超过130℃。
6. 如权利要求2所述高强度阻燃纸的制备方法，其特征在于，所述固化是将产物放入高温箱中,在210～230℃下固化2～2.5h。
7. 如权利要求2所述高强度阻燃纸的制备方法，其特征在于，所述阻燃填料为过320目筛的粉末。
8. 如权利要求1所述高强度阻燃纸的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）还包括：
在所述混合浆池出口处的造纸浆料中以0.1～1kg/吨绝干浆的量添加固着剂并混合搅拌均匀；所述固着剂为阳离子聚丙烯酰胺，阴离子聚丙烯酰胺、丙烯酰胺共聚物、聚酰胺环氧氯丙烷以及聚丙烯酰胺-乙二醛聚合物中的至少一种。
9. 如权利要求3所述高强度阻燃纸的制备方法，其特征在于，所述淀粉原料为原淀粉、阳离子淀粉、两性淀粉以及改性淀粉的衍生化合物中的至少一种。
10. 一种由权利要求1～7任一项所述高强度阻燃纸的制备方法制备得到的高强度阻燃纸。
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