CN106566322A - 可膨胀石墨阻燃包装材料的制备方法及应用 - Google Patents

可膨胀石墨阻燃包装材料的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可膨胀石墨阻燃包装材料的制备方法及应用，包括：按重量份计，将水性树脂胶黏剂600～900份、可膨胀石墨100～200份、氢氧化镁10～20份、氢氧化铝10～20份、硅酸钠10～20份、多聚磷酸铵20～40份、三聚氰胺15～30份、辛烯基琥珀酸淀粉酯5～10份、硼砂5～10份、滑石粉10～20份、碳酸钙10～20份和去离子水100～300份加入反应釜中，强力搅拌下制备得到基于可膨胀石墨的阻燃剂；再将所述基于可膨胀石墨的阻燃剂对包装材料进行表面施胶涂布处理。本发明制得的可膨胀石墨阻燃包装材料及应用该包装材料制得的阻燃瓦楞纸板和阻燃蜂窝纸板，阻燃效果优良且不影响包装材料的加工性能和物理性能。

Description

可膨胀石墨阻燃包装材料的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种包装材料的制备工艺，具体地说，是一种可膨胀石墨阻燃包装材料的制备方法及应用。
背景技术
纸包装行业是包装业中发展最为迅速的领域之一，有着较大的发展空间，被认定为最有前途的绿色包装材料之一。用于产品包装的材料，从消防安全角度考虑都需要进行阻燃处理，特别是纸质的包装材料。一些特殊产品的包装要求包装材料必须具有良好的阻燃性能，例如易燃、易爆危险产品的包装，以及家居、建材等产品的包装。添加阻燃剂是降低纸制包装材料燃烧性的主要途径。
CN 102619139 B公开了一种水基无卤阻燃纸及其制备方法，其特征在于，在原纸表面涂覆有阻燃层，所述阻燃层由阻燃液烘干得到，所述阻燃液由阻燃剂、胶液、消泡剂组成，所述阻燃剂为氢氧化镁或氢氧化铝与三氧化二锑复配成复合阻燃剂，或者三氧化二锑与微米级或纳米级水滑石复配成复合阻燃剂，或者采用三氧化二锑作为阻燃剂。
上述金属氢氧化物、金属氧化物类阻燃剂及其复配物虽然有一定的阻燃效果和抑烟能力，但阻燃效率低，要获得良好的阻燃效果，添加量一般在50％以上，导致包装材料的加工性能和物理性能显著下降。
发明内容
作为各种广泛且细致的研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现，采用了可膨胀石墨作为无机阻燃剂主体，复配使用了可膨胀石墨、氢氧化镁、氢氧化铝的无机阻燃体系，并在此基础上将磷系阻燃剂与无机阻燃剂有机耦合在一起，可有效解决现有技术中存在的阻燃效率低的技术问题，且能确保包装材料的加工性能和物理性能。基于这种发现，完成了本发明。
本发明的一个目的是解决至少上述问题和缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种可膨胀石墨阻燃包装材料的制备方法步骤如下：
步骤一：按重量份计，将水性树脂胶黏剂600～900份、可膨胀石墨100～200份、氢氧化镁10～20份、氢氧化铝10～20份、硅酸钠10～20份、多聚磷酸铵20～40份、三聚氰胺15～30份、辛烯基琥珀酸淀粉酯5～10份、硼砂5～10份、滑石粉10～20份、碳酸钙10～20份和去离子水100～300份加入反应釜中，强力搅拌下制备得到基于可膨胀石墨的阻燃剂；
步骤二：用所述基于可膨胀石墨的阻燃剂对包装材料进行表面施胶涂布处理。
优选的是，其中所述反应釜中的反应温度为40～70℃，反应时间为1～3小时。在此反应温度和反应时间下可以获得更加均匀的基于可膨胀石墨的阻燃剂，从而确保材料表面涂布后不影响其加工性能和物理性能。
优选的是，其中所述水性树脂为淀粉胶黏剂和聚乙烯醇胶黏剂中的一种或者两种的混合物，其质量浓度为5～30％。采用淀粉胶黏剂和聚乙烯醇胶黏剂作为胶黏剂可以显著降低生产成本，而且更为环保绿色。
优选的是，其中所述可膨胀石墨的粒度为32～100目。可膨胀石墨在受到高温时，层间的插层物质与石墨发生氧化还原反应放出气体，使石墨体积膨胀增大数百倍，膨胀后的石墨由鳞片状变成密度很低的蠕虫状，形成良好的绝热层，膨胀后的主要成分是炭，能够耐700℃的高温，而且产生的烟气少，其膨胀后形成的“蠕虫”状炭穿插于膨胀的涂层中，起到纤维增强涂层的作用，防止涂层开裂和脱落，延长隔热时间，具有良好的阻燃效果。不同粒度的可膨胀石墨对材料的阻燃性能影响显著。若粒度小于32目，则石墨的颗粒过粗，影响包装材料的加工性能和物理性能，若粒度大于100目，则石墨受热后的膨胀效果不明显，导致阻燃效果不理想。
优选的是，其中所述施胶涂布处理中涂布定量为15～300克/平方米。若涂布定量小于15克/平方米，则阻燃效果不明显，若涂布定量大于300克/平方米，阻燃剂涂层过厚，则影响到材料的加工性能和物理性能。
优选的是，其中所述表面施胶涂布处理涂布在包装材料的单面或者双面。在材料的表面有选择的进行单面或者双面涂布处理，可以获得不同阻燃效果的包装材料，以适应不同产品的阻燃包装需求。
优选的是，其中所述包装材料的表面粘结有基布层，所述基布是由多层菱形状结构相互连接而成，所述菱形结构的边长介于1～2厘米，且相邻二层菱形状结构通过比菱形结构本身更粗的连接段连接，在所述步骤二中，用所述基于可膨胀石墨的阻燃剂对包装材料表面的基布层进行施胶涂布处理，且所述基于可膨胀石墨的阻燃剂的涂覆厚度与所述连接段的粗度大致相当。在包装材料表面粘结基布层后，将基布织物的结构与阻燃剂的涂布层有机结合，可以进一步提升产品的阻燃性能。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明采用了可膨胀石墨作为无机阻燃剂主体，复配使用了可膨胀石墨、氢氧化镁、氢氧化铝的无机阻燃体系，具有价格低廉，阻燃效果优良的特点。同时还复配使用了聚磷酸铵、三聚氰胺的磷系阻燃剂，并将传统磷系阻燃剂中的成炭剂季戊四醇替换成了本体系中的淀粉或者聚乙烯醇，从而大大降低了生产成本，获得更为优良的阻燃性能、更为优良的隔热性能和更长的耐火时间。
本发明中采用了水性阻燃体系，通过辛烯基琥珀酸淀粉酯、硼砂、滑石粉、碳酸钙等的复配体系加入，使得阻燃剂水性体系不仅稳定性好，而且降低了生产成本，更为环保绿色。
本发明在材料表面粘结有基布层，进一步提升了产品的阻燃性能。
本发明还有一个目的是提供一种阻燃瓦楞纸板的制备方法，制备步骤如下：步骤一：根据上述任一的可膨胀石墨阻燃包装材料的制备方法制备得到可膨胀石墨阻燃包装材料；步骤二：将所述可膨胀石墨阻燃包装材料作为所述阻燃瓦楞纸板的面层、芯层、夹层或者里层。
按照本发明方法制备的阻燃瓦楞纸板制备工艺简单，成本低，对环境污染小，而且附着牢固，不易脱落，阻燃效果良好，加工性能和物理性能符合产品标准。将阻燃包装材料作为阻燃瓦楞纸板的面层、芯层、夹层或者里层，从而使得产品外观不受影响，也不影响包装的印刷和装饰功能。
本发明还有一个目的是提供一种阻燃蜂窝纸板的制备方法，制备步骤如下：步骤一：根据上述任一的可膨胀石墨阻燃包装材料的制备方法制备得到可膨胀石墨阻燃包装材料；步骤二：将所述可膨胀石墨阻燃包装材料作为所述阻燃蜂窝纸板的面层、芯层、夹层或者里层。
按照本发明方法制备的阻燃蜂窝纸板制备工艺简单，成本低，对环境污染小，而且附着牢固，不易脱落，阻燃效果良好，加工性能和物理性能符合产品标准。将阻燃包装材料作为阻燃蜂窝纸板的面层、芯层、夹层或者里层，从而使得产品外观不受影响，也不影响包装的印刷和装饰功能。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
<实例1>
步骤一：在装有机械搅拌装置和温度计的反应釜中，按重量份计，首先加入30％重量浓度的淀粉胶黏剂600份，开启搅拌。搅拌下，慢慢加入32目可膨胀石墨100份、氢氧化镁10份、氢氧化铝10份、硅酸钠10份、多聚磷酸铵20份、三聚氰胺15份、辛烯基琥珀酸淀粉酯5份、硼砂5份、滑石粉10份、碳酸钙10份和去离子水100份加入反应釜中，强力搅拌下在温度40℃下反应3小时，降温后得到基于可膨胀石墨的阻燃剂。
步骤二：在定量为215克/平方米的美卡纸板的单面或双面粘结基布层，所述基布是由多层菱形状结构相互连接而成，所述菱形结构的边长介于1～2厘米，且相邻二层菱形状结构通过比菱形结构本身更粗的连接段连接。将本实施例步骤一制得的基于可膨胀石墨的阻燃剂采用施胶机对美卡纸板表面的基布层进行施胶涂布，基于可膨胀石墨的阻燃剂的涂覆厚度与所述连接段的粗度大致相当，并于150℃干燥2分钟后即可制备得到阻燃美卡纸板，基于可膨胀石墨的阻燃剂涂布定量为15克/平方米。
进一步的，将本实施例中步骤二获得的阻燃美卡纸板用于制作瓦楞纸板的面层、芯层、夹层或者里层，还可以获得一种阻燃瓦楞纸板。将本实施例中步骤二获得的阻燃美卡纸板用于制作蜂窝纸板的面层、芯层、夹层或者里层，还可以获得一种阻燃蜂窝纸板。经测试，纸板的氧指数为30.4％，纸板的加工性能和物理性能均符合产品标准。
<实例2>
步骤一：在装有机械搅拌装置和温度计的反应釜中，按重量份计，首先加入5％重量浓度的聚乙烯醇胶黏剂900份，开启搅拌。搅拌下，慢慢加入100目可膨胀石墨200份、氢氧化镁20份、氢氧化铝20份、硅酸钠20份、多聚磷酸铵40份、三聚氰胺30份、辛烯基琥珀酸淀粉酯10份、硼砂10份、滑石粉20份、碳酸钙20份和去离子水300份加入反应釜中，强力搅拌下在温度70℃下反应1小时，降温后得到基于可膨胀石墨的阻燃剂。
步骤二：在定量为300克/平方米的纸板的单面或双面粘结基布层，所述基布是由多层菱形状结构相互连接而成，所述菱形结构的边长介于1～2厘米，且相邻二层菱形状结构通过比菱形结构本身更粗的连接段连接。将本实施例步骤一制得的基于可膨胀石墨的阻燃剂采用施胶机对纸板表面的基布层进行施胶涂布，基于可膨胀石墨的阻燃剂的涂覆厚度与所述连接段的粗度大致相当，并于150℃干燥2分钟后即可制备得到阻燃纸板，基于可膨胀石墨的阻燃剂涂布定量为300克/平方米。
进一步的，将本实施例中步骤二获得的阻燃纸板用于制作瓦楞纸板的面层、芯层、夹层或者里层，还可以获得一种阻燃瓦楞纸板。将本实施例中步骤二获得的阻燃纸板用于制作蜂窝纸板的面层、芯层、夹层或者里层，还可以获得一种阻燃蜂窝纸板。经测试，纸板的氧指数为45.9％，纸板的加工性能和物理性能均符合产品标准。
<实例3>
步骤一：在装有机械搅拌装置和温度计的反应釜中，按重量份计，首先加入15％重量浓度的淀粉胶黏剂750份，开启搅拌。搅拌下，慢慢加入80目可膨胀石墨150份、氢氧化镁15份、氢氧化铝15份、硅酸钠15份、多聚磷酸铵30份、三聚氰胺23份、辛烯基琥珀酸淀粉酯7.5份、硼砂7.5份、滑石粉15份、碳酸钙15份和去离子水200份加入反应釜中，强力搅拌下在温度55℃下反应2小时，降温后得到基于可膨胀石墨的阻燃剂。
步骤二：在定量为200克/平方米的纸板的单面或双面粘结基布层，所述基布是由多层菱形状结构相互连接而成，所述菱形结构的边长介于1～2厘米，且相邻二层菱形状结构通过比菱形结构本身更粗的连接段连接。将本实施例步骤一制得的基于可膨胀石墨的阻燃剂采用施胶机对纸板表面的基布层进行施胶涂布，基于可膨胀石墨的阻燃剂的涂覆厚度与所述连接段的粗度大致相当，并于150℃干燥2分钟后即可制备得到阻燃纸板，基于可膨胀石墨的阻燃剂涂布定量为100克/平方米。
进一步的，将本实施例中步骤二获得的阻燃纸板用于制作瓦楞纸板的面层、芯层、夹层或者里层，还可以获得一种阻燃瓦楞纸板。将本实施例中步骤二获得的阻燃纸板用于制作蜂窝纸板的面层、芯层、夹层或者里层，还可以获得一种阻燃蜂窝纸板。经测试，纸板的氧指数为47.1％，纸板的加工性能和物理性能均符合产品标准。
为了说明本发明的效果，发明人提供比较实验如下：
<比较例1>
将实例2中的，按重量份计，100目可膨胀石墨200份替换为同样重量份的三氧化二锑，其余参数与实例2中的完全相同，工艺过程也完全相同。所获得的产品经测试，纸板的氧指数为25.2％。
<比较例2>
将实例3中的，按重量份计，80目可膨胀石墨150份替换为同样重量份的三氧化二锑，其余参数与实例3中的完全相同，工艺过程也完全相同。所获得的产品经测试，纸板的氧指数为28.7％。
对上述实例和比较例得到的产物按照GB/T5454—1997《纺织批品燃烧性能测定氧指数测定法》测定产品的氧指数，一般认为，氧指数<27的属易燃材料，27≤氧指数<32的属可燃材料，氧指数≥32的属难燃材料。
[表1]
材料的氧指数 阻燃性能
实例1 30.4％ 可燃
实例2 45.9％ 难燃
实例3 47.1％ 难燃
比较例1 25.2％ 易燃
比较例2 28.7％ 可燃
从上表1能够看出，比较例1与实例2相比，实例2中由于采用了100目可膨胀石墨200重量份，其阻燃性能由易燃提升为难燃，阻燃效果显著高于比较例1中采用同样重量份的三氧化二锑的情况。
比较例2与实例3相比，实例3由于采用了80目可膨胀石墨150重量份，其阻燃性能由可燃提升为难燃，阻燃效果显著高于比较例2中采用硫同样重量份的三氧化二锑的情况。
可见，本发明采用了可膨胀石墨作为无机阻燃剂主体，复配使用了可膨胀石墨、氢氧化镁、氢氧化铝的无机阻燃体系，具有价格低廉，阻燃效果优良的特点。同时还复配使用了聚磷酸铵、三聚氰胺的磷系阻燃剂，并将传统磷系阻燃剂中的成炭剂季戊四醇替换成了本体系中的淀粉或者聚乙烯醇，从而大大降低了生产成本，获得更为优良的阻燃性能、更为优良的隔热性能和更长的耐火时间。
本发明中采用了水性阻燃体系，通过辛烯基琥珀酸淀粉酯、硼砂、滑石粉、碳酸钙等的复配体系加入，使得阻燃剂水性体系不仅稳定性好，而且降低了生产成本，更为环保绿色。
本发明在材料表面粘结有基布层，进一步提升了产品的阻燃性能。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (9)

1.一种可膨胀石墨阻燃包装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按重量份计，将水性树脂胶黏剂600～900份、可膨胀石墨100～200份、氢氧化镁10～20份、氢氧化铝10～20份、硅酸钠10～20份、多聚磷酸铵20～40份、三聚氰胺15～30份、辛烯基琥珀酸淀粉酯5～10份、硼砂5～10份、滑石粉10～20份、碳酸钙10～20份和去离子水100～300份加入反应釜中，强力搅拌下制备得到基于可膨胀石墨的阻燃剂；
步骤二：用所述基于可膨胀石墨的阻燃剂对包装材料进行表面施胶涂布处理。
2.根据权利要求1所述的可膨胀石墨阻燃包装材料的制备方法，其特征在于：所述反应釜中的反应温度为40～70℃，反应时间为1～3小时。
3.根据权利要求1所述的可膨胀石墨阻燃包装材料的制备方法，其特征在于：所述水性树脂为淀粉胶黏剂和聚乙烯醇胶黏剂中的一种或者两种的混合物，其质量浓度为5～30％。
4.根据权利要求1所述的可膨胀石墨阻燃包装材料的制备方法，其特征在于：所述可膨胀石墨的粒度为32～100目。
5.根据权利要求1所述的可膨胀石墨阻燃包装材料的制备方法，其特征在于：所述施胶涂布处理中涂布定量为15～300克/平方米。
6.根据权利要求1所述的可膨胀石墨阻燃包装材料的制备方法，其特征在于：所述表面施胶涂布处理涂布在包装材料的单面或者双面。
7.根据权利要求1所述的可膨胀石墨阻燃包装材料的制备方法，其特征在于，所述包装材料的表面粘结有基布层，所述基布是由多层菱形状结构相互连接而成，所述菱形结构的边长介于1～2厘米，且相邻二层菱形状结构通过比菱形结构本身更粗的连接段连接，在所述步骤二中，用所述基于可膨胀石墨的阻燃剂对包装材料表面的基布层进行施胶涂布处理，且所述基于可膨胀石墨的阻燃剂的涂覆厚度与所述连接段的粗度大致相当。
8.根据权利要求1～7所述任一可膨胀石墨阻燃包装材料的制备方法所获得的可膨胀石墨阻燃包装材料的应用，其特征在于：将所述可膨胀石墨阻燃包装材料用做瓦楞纸板的面层、芯层、夹层或者里层。
9.根据权利要求1～7所述任一可膨胀石墨阻燃包装材料的制备方法所获得的可膨胀石墨阻燃包装材料的应用，其特征在于：将所述可膨胀石墨阻燃包装材料用做蜂窝纸板的面层、芯层、夹层或者里层。
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