CN107652501A - 一种阻燃石头纸及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阻燃石头纸及其制备方法，属于复合材料技术领域。本发明通过超临界处理除去农林废弃物中的油脂，再利用农林废弃物吸附阻燃剂，并通过沉淀层状结构的镁铝氢氧化物封堵，预热处理后在微波辐照下碳化处理，通过生成的碳基作为膨胀剂与镁铝氢氧化物共同作用，使燃烧过程中形成的炭层表面孔洞减少，填料的屏障阻隔效应从而发挥得更好，阻碍可燃气体和氧气进一步进入，且掺杂稀土元素，起到抑烟效果，与吸附的阻燃剂协同阻燃，有效提高聚乙烯的阻燃性能，且在燃烧过程中起到减少烟气和热量释放的作用，复配阻燃材料代替部分碳酸钙，减轻了成品重量，为后续维护和更换提供便利，且本发明制备的阻燃石头纸安全环保，值得推广使用。

Description

一种阻燃石头纸及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种阻燃石头纸及其制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

石头纸又叫石科纸，是一种新型树脂基复合材料，同时又是一种塑料合成纸，兼具纸张和塑料特性，既可替代传统的纸张，又能替代传统的包装类塑料产品。石头纸是地壳中丰富的矿产资源和高分子聚合物为主要原材料，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。石头纸具有成本低、环境污染小的特点，生产过程不需要消耗水和大量的森林资源，解决了传统造纸给环境带来的污染问题，而且产品可循环使用，提高了塑料的利用效率，减少了白色污染。石头纸是一种以聚乙烯、矿物填料和其他外加剂为原料经熔融共混挤压加工而成的一种新型合成纸。石头纸的生产过程相比传统纤维纸更加安全环保，石头纸还具有防水、防虫、耐撕、耐折等多种特性，在装饰用纸、包装用纸以及文化用纸等领域有广泛的应用前景。

但是，石头纸也有不少的缺点，如使用成本高，用相同厚度的纸制作同类产品，石头纸的重量要大很多，维护和更换更加困难。另外对于石头纸的降解性问题，许多造纸专家对此有不同的意见，褒贬不一。石头纸中含有不少的有机聚合物，遇到火灾时容易剧烈燃烧，同时产生大量的烟雾，安全性还是较低，无法适应公共场合的防火要求。这些缺点都有待进一步解决，以增强石头纸的实用性。为了推动石头纸的生产和应用，需要开发性能优越的阻燃石头纸。由于石头纸的发展历程较短，关于石头纸的基础研究很少，研究原料对阻燃石头纸性能的影响对阻燃石头纸的开发具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前石头纸重量大，遇到火灾时容易剧烈燃烧，同时产生大量的烟雾，安全性较低，无法适应公共场合的防火要求的问题，提供了一种阻燃石头纸及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种阻燃石头纸，其特征在于，所述阻燃石头纸由下述重量份原料制得：

15～25份聚乙烯，35～45份碳酸钙，30～35份复配阻燃材料，0.5～1.0份偶联剂，1.5～2.5份润湿分散剂，0.3～0.4份抗氧剂，1～2份增白剂，0.1～0.2份抗静电剂。

所述聚乙烯为低密度聚乙烯，密度为0.918～0.935g/cm。

所述复配阻燃材料为清洗干燥后脱脂处理的农林废弃物与硝酸镁、硝酸铝、硝酸镧、阻燃剂、去离子水混合均匀，静置沉淀后烘烤并微波辐照，球磨过1000目筛制得。

所述农林废弃物为秸秆、稻壳、木屑、枯叶、食用菌基质、边角料、薪柴、树皮、花生壳、枝桠柴、卷皮、刨花中的一种或多种。

所述脱脂处理为在30～40℃，7.5～8.0MPa下，通入二氧化碳至超临界状态处理20～30min，所述烘烤并微波辐照为在氮气氛围下，加热至300～400℃烘烤3～4h，再用550W微波辐照10～12min。

所述脱脂处理农林废弃物与硝酸镁、硝酸铝、硝酸镧、阻燃剂、去离子水的重量份为100～200份脱脂处理农林废弃物，80～120份硝酸镁，40～50份硝酸铝，0.5～1.5份硝酸镧，30～50份阻燃剂，300～400份去离子水，所述阻燃剂为三聚氰胺氰尿酸盐、聚磷酸铵、磷酸三苯酯中的任意一种。

所述偶联剂为铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂HY13C、硅烷偶联剂KH-570中的任意一种，所述润湿分散剂为聚乙烯蜡、聚乙二醇4000、粗石蜡和硬脂酸中的任意一种。

所述抗氧化剂为抗氧化剂1076、抗氧化剂264、抗氧化剂T501中的任意一种。

所述的一种阻燃石头纸的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

S1.将农林废弃物水洗干燥粉碎后加入高压反应釜中脱脂处理，得脱脂处理农林废弃物；

S2.将脱脂处理农林废弃物与硝酸镁、硝酸铝、硝酸镧、阻燃剂、去离子水混合均匀，静置沉淀后烘烤并微波辐照，球磨过1000目筛，得复配阻燃材料；

S3.将碳酸钙、复配阻燃材料、偶联剂、润湿分散剂、抗氧剂、增白剂、抗静电剂装入搅拌机中，以600～800r/min搅拌20～30min，得复合料；

S4.取聚乙烯装入双辊开炼机中，在160～180℃下，均匀混炼成紧贴辊筒的一层薄膜，再加入复合料，混炼25～30min，调节辊距使脱辊的片状石头纸厚度为0.1～0.3mm，冷却、定型、切边、收卷，得阻燃石头纸。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明通过超临界二氧化碳萃取处理除去农林废弃物中的油脂，再利用农林废弃物吸附阻燃剂，并通过沉淀层状结构的镁铝氢氧化物封堵，预热处理后在微波辐照下碳化处理，通过生成的碳基作为膨胀剂与镁铝氢氧化物共同作用，使燃烧过程中形成的炭层表面孔洞减少，填料的屏障阻隔效应从而发挥得更好，阻碍可燃气体和氧气进一步进入，且掺杂稀土元素，起到抑烟效果，与吸附的阻燃剂协同阻燃，有效提高聚乙烯的阻燃性能，且在燃烧过程中起到减少烟气和热量释放的作用；

（2）本发明利用农林废弃物制备复配阻燃材料代替部分碳酸钙，减轻了成品重量，为后续维护和更换提供便利，且本发明制备的阻燃石头纸安全环保，值得推广使用。

具体实施方式

将农林废弃物用去离子水洗涤2～3次后置于干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，再转入粉碎机中粉碎，过100目筛，得预处理农林废弃物，将预处理农林废弃物加入高压反应釜中，并加热至30～40℃，在7.5～8.0MPa下，通入二氧化碳至超临界状态处理20～30min，减压至常压后取出，得脱脂处理农林废弃物，

取80～120g硝酸镁，40～50g硝酸铝，加入300～400mL去离子水中，在25～30℃恒温水浴下，以300～400r/min搅拌30～40min，再加入100～200g脱脂处理农林废弃物，0.5～1.5g硝酸镧，30～50g阻燃剂，继续搅拌1～2h，得复配阻燃混合液，用质量分数为5%氢氧化钠溶液调节复配阻燃混合液pH为11.0～11.5，并在70～80℃恒温水浴下静置8～10h，冷却至室温后过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣3～5次并转入马弗炉中，在氮气氛围下，加热至300～400℃烘烤3～4h，再用550W微波辐照10～12min，冷却至室温后转入球磨机中球磨，过1000目筛，得复配阻燃材料，取30～40g碳酸钙，30～35g复配阻燃材料，0.5～1.0g偶联剂，1.5～2.5g润湿分散剂，0.3～0.4g抗氧剂，1～2g增白剂，0.1～0.2g抗静电剂装入搅拌机中，以600～800r/min搅拌20～30min，得复合料，取15～25g聚乙烯装入双辊开炼机中，在160～180℃下，均匀混炼成紧贴辊筒的一层薄膜，再加入复合料，混炼25～30min，调节辊距使脱辊的片状石头纸厚度为0.1～0.3mm，冷却、定型、切边、收卷，得阻燃石头纸。

实例1

将农林废弃物用去离子水洗涤2次后置于干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，再转入粉碎机中粉碎，过100目筛，得预处理农林废弃物，将预处理农林废弃物加入高压反应釜中，并加热至30℃，在7.5MPa下，通入二氧化碳至超临界状态处理20min，减压至常压后取出，得脱脂处理农林废弃物，取80g硝酸镁，40g硝酸铝，加入300mL去离子水中，在25℃恒温水浴下，以300r/min搅拌30min，再加入100g脱脂处理农林废弃物，0.5g硝酸镧，30g阻燃剂，继续搅拌1h，得复配阻燃混合液，用质量分数为5%氢氧化钠溶液调节复配阻燃混合液pH为11.0，并在70℃恒温水浴下静置8h，冷却至室温后过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣3次并转入马弗炉中，在氮气氛围下，加热至300℃烘烤3h，再用550W微波辐照10min，冷却至室温后转入球磨机中球磨，过1000目筛，得复配阻燃材料，取30g碳酸钙，30g复配阻燃材料，0.5g偶联剂，1.5g润湿分散剂，0.3g抗氧剂，1g增白剂，0.1g抗静电剂装入搅拌机中，以600r/min搅拌20min，得复合料，取15g聚乙烯装入双辊开炼机中，在160℃下，均匀混炼成紧贴辊筒的一层薄膜，再加入复合料，混炼25min，调节辊距使脱辊的片状石头纸厚度为0.1mm，冷却、定型、切边、收卷，得阻燃石头纸。

实例2

将农林废弃物用去离子水洗涤2次后置于干燥箱中，在107℃下干燥至恒重，再转入粉碎机中粉碎，过100目筛，得预处理农林废弃物，将预处理农林废弃物加入高压反应釜中，并加热至35℃，在7.7MPa下，通入二氧化碳至超临界状态处理25min，减压至常压后取出，得脱脂处理农林废弃物，取100g硝酸镁，45g硝酸铝，加入350mL去离子水中，在27℃恒温水浴下，以350r/min搅拌35min，再加入150g脱脂处理农林废弃物，1.0g硝酸镧，40g阻燃剂，继续搅拌1.5h，得复配阻燃混合液，用质量分数为5%氢氧化钠溶液调节复配阻燃混合液pH为11.2，并在75℃恒温水浴下静置9h，冷却至室温后过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣4次并转入马弗炉中，在氮气氛围下，加热至350℃烘烤3.5h，再用550W微波辐照11min，冷却至室温后转入球磨机中球磨，过1000目筛，得复配阻燃材料，取35g碳酸钙，32g复配阻燃材料，0.7g偶联剂，2.0g润湿分散剂，0.35g抗氧剂，1.5g增白剂，0.15g抗静电剂装入搅拌机中，以700r/min搅拌25min，得复合料，取20g聚乙烯装入双辊开炼机中，在170℃下，均匀混炼成紧贴辊筒的一层薄膜，再加入复合料，混炼27min，调节辊距使脱辊的片状石头纸厚度为0.2mm，冷却、定型、切边、收卷，得阻燃石头纸。

实例3

将农林废弃物用去离子水洗涤3次后置于干燥箱中，在110℃下干燥至恒重，再转入粉碎机中粉碎，过100目筛，得预处理农林废弃物，将预处理农林废弃物加入高压反应釜中，并加热至40℃，在8.0MPa下，通入二氧化碳至超临界状态处理30min，减压至常压后取出，得脱脂处理农林废弃物，取120g硝酸镁，50g硝酸铝，加入400mL去离子水中，在30℃恒温水浴下，以400r/min搅拌40min，再加入200g脱脂处理农林废弃物，1.5g硝酸镧，50g阻燃剂，继续搅拌1～2h，得复配阻燃混合液，用质量分数为5%氢氧化钠溶液调节复配阻燃混合液pH为11.5，并在80℃恒温水浴下静置10h，冷却至室温后过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣5次并转入马弗炉中，在氮气氛围下，加热至400℃烘烤4h，再用550W微波辐照12min，冷却至室温后转入球磨机中球磨，过1000目筛，得复配阻燃材料，取40g碳酸钙， 35g复配阻燃材料，1.0g偶联剂，2.5g润湿分散剂，0.4g抗氧剂，2g增白剂，0.2g抗静电剂装入搅拌机中，以800r/min搅拌30min，得复合料，取25g聚乙烯装入双辊开炼机中，在180℃下，均匀混炼成紧贴辊筒的一层薄膜，再加入复合料，混炼30min，调节辊距使脱辊的片状石头纸厚度为0.3mm，冷却、定型、切边、收卷，得阻燃石头纸。

将制备得的一种阻燃石头纸及东莞市祥和纸业有限公司生产的石头纸进行检测，具体检测如下：

（1）极限氧指数测试

极限氧指数测试使用JF-3型氧指数测定仪按照GB/TF2406.2-2009进行测试，试样用双银开炼机制备的石头纸经裁剪而得，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%。

（2）UL-94垂直燃烧等级测试

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125Fmm，宽为13Fmm，厚度米用0.8Fmm、1.6Fmm和3.2FmmFH个厚度，试样用双賴开炼机制备的石头纸经压片机压制成0.8Fmm、1.6Fmm和3.2Fmm，然后裁剪而得。

（3）拉伸强度测试

拉伸强度使用WDW-5型微机控制电子万能试验机按照GB/T1040.3-2006进行测定，试巧用双粧开炼机制备的石头纸经裁剪而得，试样尺寸为150mm×20mm×0.2mm，拉伸速率为10mm/min。

（4）撕裂强度测试

撕裂强度使用WDW-5型微机控制电子万能试验机按照GB/T16578.1-2008进行测定，试样用巧攝开炼机制备的石头纸经戴剪而得，试样尺寸为150mm×50mm×0.2mm，拉伸速率为20mm/min。

（6）简易耐折度测试

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。试样用巧辕开炼机制备的石头纸经裁剪而得，试样尺寸为150mm×50mm×0.2mm。

具体测试结果如表1。

表1阻燃石头纸性能表征

由表1可知，本发明制得的一种阻燃石头纸，有效提高聚乙烯的阻燃性能，且在燃烧过程中起到减少烟气和热量释放的作用；力学性能显著提高；利用农林废弃物制备复配阻燃材料代替部分碳酸钙，减轻了成品重量，为后续维护和更换提供便利，且本发明制备的阻燃石头纸安全环保，值得推广使用。

Claims (9)

1.一种阻燃石头纸，其特征在于，所述阻燃石头纸由下述重量份原料制得：

15～25份聚乙烯，35～45份碳酸钙，30～35份复配阻燃材料，0.5～1.0份偶联剂，1.5～2.5份润湿分散剂，0.3～0.4份抗氧剂，1～2份增白剂，0.1～0.2份抗静电剂。

2.如权利要求1所述的一种阻燃石头纸，其特征在于，所述聚乙烯为低密度聚乙烯，密度为0.918～0.935g/cm。

3.如权利要求1所述的一种阻燃石头纸，其特征在于，所述复配阻燃材料为清洗干燥后脱脂处理的农林废弃物与硝酸镁、硝酸铝、硝酸镧、阻燃剂、去离子水混合均匀，静置沉淀后烘烤并微波辐照，球磨过1000目筛制得。

4.如权利要求3所述的一种阻燃石头纸，其特征在于，所述农林废弃物为秸秆、稻壳、木屑、枯叶、食用菌基质、边角料、薪柴、树皮、花生壳、枝桠柴、卷皮、刨花中的一种或多种。

5.如权利要求3所述的一种阻燃石头纸，其特征在于，所述脱脂处理为在30～40℃，7.5～8.0MPa下，通入二氧化碳至超临界状态处理20～30min，所述烘烤并微波辐照为在氮气氛围下，加热至300～400℃烘烤3～4h，再用550W微波辐照10～12min。

6.如权利要求3所述的一种阻燃石头纸，其特征在于，所述脱脂处理农林废弃物与硝酸镁、硝酸铝、硝酸镧、阻燃剂、去离子水的重量份为100～200份脱脂处理农林废弃物，80～120份硝酸镁，40～50份硝酸铝，0.5～1.5份硝酸镧，30～50份阻燃剂，300～400份去离子水，所述阻燃剂为三聚氰胺氰尿酸盐、聚磷酸铵、磷酸三苯酯中的任意一种。

7.如权利要求1所述的一种阻燃石头纸，其特征在于，所述偶联剂为铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂HY13C、硅烷偶联剂KH-570中的任意一种，所述润湿分散剂为聚乙烯蜡、聚乙二醇4000、粗石蜡和硬脂酸中的任意一种。

8.如权利要求1所述的一种阻燃石头纸，其特征在于，所述抗氧化剂为抗氧化剂1076、抗氧化剂264、抗氧化剂T501中的任意一种。

9.如权利要求1～8任意一项所述的一种阻燃石头纸的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

S1.将农林废弃物水洗干燥粉碎后加入高压反应釜中脱脂处理，得脱脂处理农林废弃物；

S2.将脱脂处理农林废弃物与硝酸镁、硝酸铝、硝酸镧、阻燃剂、去离子水混合均匀，静置沉淀后烘烤并微波辐照，球磨过1000目筛，得复配阻燃材料；

S3.将碳酸钙、复配阻燃材料、偶联剂、润湿分散剂、抗氧剂、增白剂、抗静电剂装入搅拌机中，以600～800r/min搅拌20～30min，得复合料；

S4.取聚乙烯装入双辊开炼机中，在160～180℃下，均匀混炼成紧贴辊筒的一层薄膜，再加入复合料，混炼25～30min，调节辊距使脱辊的片状石头纸厚度为0.1～0.3mm，冷却、定型、切边、收卷，得阻燃石头纸。