CN106120431B - 一种阻燃抑烟植物纤维纸基材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及阻燃材料领域，特别涉及一种阻燃抑烟包装纸板。所述阻燃抑烟植物纤维纸基材料由再生植物纤维、复合阻燃抑烟剂和助留剂加工而成，再生植物纤维、复合阻燃抑烟剂和助留剂的质量份数比为：1:（0.1~0.15）:（0.003~0.007）；所述复合阻燃抑烟剂按如下步骤加工而成：（1）将85%浓度的磷酸倒入反应器中，加热搅拌，温度升到80~85℃加入尿素，当温度升到130‑135℃时，加入硅藻土，保温5~10 min；（2）继续升温至140~145℃时，加入纳米二氧化钛粉末，保温10~40 min，将产物在250‑260℃下固化2.5~3h，研磨后过筛得所述纸用聚磷酸铵‑硅藻土/纳米二氧化钛复合阻燃抑烟剂。本发明的阻燃抑烟植物纤维纸基材料有较好的阻燃抑烟性能，生产成本低，对环境友好。

Description

一种阻燃抑烟植物纤维纸基材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及阻燃材料领域，特别涉及一种阻燃抑烟包装纸板。
背景技术
众所周知，植物纤维是一种易燃物质。各种植物纤维纸基材料，包括纸箱等纸包装材料、间壁纸板等建筑材料、壁纸等室内纸质装饰材料是引起火灾的一类易燃材料，一直都是消防工作的重点。随着社会的发展，越来越多的领域中要用到阻燃纸基材料，如作为包装材料、建筑材料、装饰材料和汽车过滤材料等，阻燃性已成为这类纸基材料的基本性能之一。在火灾中，人员伤亡最主要的原因是吸入了燃烧过程释放的烟雾，所以理想的阻燃纸基材料同时也要有较低的烟雾释放水平。浆内添加阻燃剂法是生产植物纤维阻燃纸基材料的最简便方法，但目前浆内添加氢氧化铝、氢氧化镁、水滑石等阻燃剂，其阻燃抑烟效率低，难以赋予植物纤维纸基材料具有良好的阻燃抑烟性能。且由于使用过程加入量大，会严重影响纸基材料本身的物理性能，限制了阻燃纸基材料的使用范围。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明目的之一是提供一种阻燃抑烟植物纤维纸基材料，该材料能够提高植物纤维纸基材料的阻燃性和抑烟性，同时保持较好的物理性能。
本发明目的之二是提供一种阻燃抑烟植物纤维纸基材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种阻燃抑烟植物纤维纸基材料，所述阻燃抑烟植物纤维纸基材料由再生植物纤维、复合阻燃抑烟剂和助留剂加工而成，再生植物纤维、复合阻燃抑烟剂和助留剂的质量份数比为：1:(0.1～0.15):(0.003～0.007)；所述复合阻燃抑烟剂按如下步骤加工而成：
(1)将85％浓度的磷酸倒入反应器中，加热搅拌，温度升到80～85℃加入尿素，当温度升到130-135℃时，加入硅藻土，保温5～10min；
(2)继续升温至140～145℃时，加入纳米二氧化钛粉末，保温10～40min，将产物在250-260℃下固化2.5～3h，研磨后过筛得所述纸用聚磷酸铵-硅藻土/纳米二氧化钛复合阻燃抑烟剂。
优选的，所述磷酸：尿素：硅藻土：钠米二氧化钛的质量份数比为：1:(0.85～0.95):(0.05～0.15):(0.01-0.05)。
优选的，所述助留剂为阳离子聚丙烯酰铵和硅溶胶双元助留体系。
优选的，所述阳离子聚丙烯酰铵与硅溶胶的质量份数比为(1-3)：(2-4)。
优选的，所述阻燃抑烟植物纤维纸基材料的定量为120～250gm-2。
一种阻燃抑烟植物纤维纸基材料的制备方法，所述制备方法按如下步骤进行：
(1)将85％浓度的磷酸倒入反应器中，加热搅拌，温度升到80～85℃加入尿素，当温度升到130-135℃时，加入硅藻土，保温5～10min；
(2)继续升温至140～145℃时，加入纳米二氧化钛粉末，保温10～40min，将产物在250-260℃下固化2.5～3h，研磨后过筛得所述纸用聚磷酸铵-硅藻土/纳米二氧化钛复合阻燃抑烟剂；
(3)将所述复合阻燃抑烟剂加入到再生植物纤维纸浆中，加入助留剂后用叠网造纸机抄制成形，然后经大辊径压榨和多烘缸干燥后即得所述阻燃抑烟植物纤维纸基材料。
阻燃性检测：以《氧指数试验法》为依据，检测本发明阻燃抑烟植物纤维纸基材料的阻燃性能；以锥型量热仪检测了本发明阻燃抑烟植物纤维纸基材料的抑烟性能。检测表明:本发明阻燃抑烟植物纤维纸基材料的氧指数可达到难燃等级，其燃烧总烟释放量低于原纸，也低于氢氧化铝和镁铝水滑石加填的纸基材料。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)提高纸基材料的阻燃性
以磷酸和尿素为主要原料，以硅藻土为载体，通过原位聚合制备的聚磷酸铵-硅藻土/纳米二氧化钛复合阻燃剂，可充分发挥聚磷酸铵与硅元素和钛元素之间的协同阻燃作用，使纸基材料有很好的阻燃性能。
(2)提高纸基材料的抑烟性
一方面利用硅藻土的多孔性和吸附性，以及高比表面积纳米二氧化钛的吸附性，减少燃烧的产烟量；另一方面利用聚磷酸铵与钛元素之间的高协同阻燃作用，对纸基材料起到良好的成炭覆盖作用，减少纤维素和半纤维素成分的热分解和可燃性气体的产生，从而减少燃烧产烟量。
(3)降低成本，减少对纸基材料性能的影响
由于聚磷酸铵-硅藻土/纳米二氧化钛复合阻燃剂的高阻燃抑烟性，在纸浆中的加入量远低于氢氧化铝、镁铝水滑石等阻燃填料的加入量，所以对纸基材料的物理强度影响小，有利于保持较好的物理强度性能，同时也可降低成本。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例1：
一种阻燃抑烟植物纤维纸基材料，由下述方法制备得到：
①将300公斤浓度为85％的磷酸倒入反应器中，加热搅拌，温度升到80℃时加入255公斤尿素；
②等温度升到130℃时，加入15公斤的硅藻土，保温5min，继续升温至140℃时，加入3公斤纳米二氧化钛，保温10min，将产物倒出；
③将产物在250℃下固化2.5h，将固化后的物质研磨后过筛即得纸用聚磷酸铵-硅藻土/纳米二氧化钛复合阻燃抑烟剂；
④将复合阻燃抑烟剂加入到再生纤维纸浆中，按再生植物纤维:复合阻燃抑烟剂:阳离子聚丙烯酰铵：硅溶胶＝1:0.1:0.001:0.002比例配制成纸浆，搅拌均匀，用叠网造纸机抄制成形，然后经大辊径压榨和多烘缸干燥后制得定量为120gm-2的阻燃抑烟植物纤维纸基材料。
实施例2：
一种阻燃抑烟植物纤维纸基材料，由下述方法制备得到：
①将300公斤浓度为85％的磷酸倒入反应器中，加热搅拌，温度升到82℃时加入255公斤尿素；
②等温度升到133℃时，加入30公斤的硅藻土，保温6min，继续升温至142℃时，加入5公斤纳米二氧化钛，保温15min，将产物倒出；
③将产物在254℃下固化2.6h，将固化后的物质研磨后过筛即得纸用聚磷酸铵-硅藻土/纳米二氧化钛复合阻燃抑烟剂；
④将复合阻燃抑烟剂加入到再生纤维纸浆中，按再生植物纤维:复合阻燃抑烟剂:阳离子聚丙烯酰铵：硅溶胶＝1:0.12:0.002:0.003比例配制成纸浆，搅拌均匀，用叠网造纸机抄制成形，然后经大辊径压榨和多烘缸干燥后制得定量为160gm-2的阻燃抑烟植物纤维纸基材料。
实施例3：
一种阻燃抑烟植物纤维纸基材料，由下述方法制备得到：
①将300公斤浓度为85％的磷酸倒入反应器中，加热搅拌，温度升到83℃时加入285公斤尿素；
②等温度升到134℃时，加入30公斤的硅藻土，保温8min。继续升温至143℃时，加入10公斤纳米二氧化钛，保温30min，将产物倒出；
③将产物在256℃下固化2.8h，将固化后的物质研磨后过筛即得纸用聚磷酸铵-硅藻土/纳米二氧化钛复合阻燃抑烟剂；
④将复合阻燃抑烟剂加入到再生纤维纸浆中，按再生植物纤维:复合阻燃抑烟剂:阳离子聚丙烯酰铵:硅溶胶＝1:0.14:0.0025:0.0035比例配制成纸浆，搅拌均匀，用叠网造纸机抄制成形，然后经大辊径压榨和多烘缸干燥后制得定量为200gm-2的阻燃抑烟植物纤维纸基材料。
实施例4：
一种阻燃抑烟植物纤维纸基材料，由下述方法制备得到：
①将300公斤浓度为85％的磷酸倒入反应器中，加热搅拌，温度升到85℃时加入285公斤尿素；
②等温度升到135℃时，加入45公斤的硅藻土，保温10min。继续升温至145℃时，加入15公斤纳米二氧化钛，保温40min，将产物倒出；
③将产物在260℃下固化3h，将固化后的物质研磨后过筛即得纸用聚磷酸铵-硅藻土/纳米二氧化钛复合阻燃抑烟剂；
④将复合阻燃抑烟剂加入到再生纤维纸浆中，按再生植物纤维:复合阻燃抑烟剂:阳离子聚丙烯酰铵：硅溶胶＝1:0.15:0.003:0.004比例配制成纸浆，搅拌均匀，用叠网造纸机抄制成形，然后经大辊径压榨和多烘缸干燥后制得定量为250gm-2的阻燃抑烟植物纤维纸基材料。
本发明阻燃抑烟植物纤维纸基材料的阻燃性能及抑烟性能检测数据如下：
实施例1的120gm-2的阻燃抑烟植物纤维纸基材料的平均极限氧指数为25.2％，总烟释放量为11.45m2/m2。
实施例2的160gm-2的阻燃抑烟植物纤维纸基材料的平均极限氧指数为26.4％，总烟释放量为10.66m2/m2。
实施例3的200gm-2的阻燃抑烟植物纤维纸基材料的平均极限氧指数为27.1％，总烟释放量为9.74m2/m2。
实施例4的250gm-2的阻燃抑烟植物纤维纸基材料的平均极限氧指数为27.7％，总烟释放量为9.05m2/m2。
将本发明阻燃抑烟植物纤维纸基材料的阻燃抑烟性能跟添加氢氧化铝和铝镁水滑石的植物纤维纸基材料进行了对比，见表1。
表1添加不同阻燃剂的植物纤维纸基材料阻燃抑烟性能对比
用本发明实施例1、实施例2、实施例3和实施例4所得的阻燃抑烟植物纤维纸基材料的阻燃抑烟试验表明，其氧指数均达到25％以上的难燃水平，高于氢氧化铝或铝镁水滑石加填量50％的纸基材料，其总烟释放量低于氢氧化铝或铝镁水滑石加填量50％的纸基材料及不加任何阻燃剂的原纸，试验结果表明本发明的阻燃抑烟植物纤维纸基材料有良好的阻燃抑烟效果。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (1)

1. 一种阻燃抑烟植物纤维纸基材料，所述阻燃抑烟植物纤维纸基材料由再生植物纤维、复合阻燃抑烟剂和助留剂加工而成，其特征在于，所述阻燃抑烟植物纤维纸基材料的制备方法，包括如下步骤：将85%浓度的磷酸倒入反应器中，加热搅拌，温度升到80~85℃加入尿素,当温度升到 130-135℃时，加入硅藻土，保温 5~10 min，继续升温至140~145℃时，加入纳米二氧化钛粉末，保温 10~40 min，将产物在250-260℃下固化2.5~3h，研磨后过筛得所述纸用聚磷酸铵-硅藻土/纳米二氧化钛复合阻燃抑烟剂，将此纸用复合阻燃抑烟剂加入到再生植物纤维纸浆中，加入助留剂后用叠网造纸机抄制成形，然后经大辊径压榨和多烘缸干燥后即得所述阻燃抑烟植物纤维纸基材料；
所述磷酸：尿素：硅藻土：钠米二氧化钛的质量份数比为：1:0.85~0.95:0.05~0.15:0.01-0.05；
所述助留剂为阳离子聚丙烯酰铵和硅溶胶双元助留体系；
所述再生植物纤维：复合阻燃抑烟剂：阳离子聚丙烯酰铵：硅溶胶=1:0.1~0.15:0.001~0.003:0.002~0.004；
所述阻燃抑烟植物纤维纸基材料的定量为120~250gm-2。
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