CN109518530A - 一种层压厚钢纸及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钢纸，尤其涉及一种层压厚钢纸及其制备方法，包括以下重量份的原料：棉纤维25‑30份，苯二甲酰苯二胺纤维50‑70份，蒙脱土0.1‑1份，聚环氧氯丙烷二钾胺0.1‑1份，聚氧化乙烯0.1‑1份，羧基丁苯胶乳0.01‑0.1份，氧化石墨烯0.01‑0.3份，本发明通过在混合浆料中添加聚环氧氯丙烷二甲胺改性的蒙脱土，提高了钢纸对阻燃剂的吸附能力，聚氧化乙烯的添加则减小了纤维之间的絮聚，提高了纸张的均匀度，从而提高了纸张的强度，随后利用聚环氧氯丙烷二甲胺上的正电荷，将带有负电荷的氧化石墨烯吸附与原纸上，并通过层层吸附使得原纸上形成均匀的膜层，使得钢纸具有更高的阻燃性能。

Description

一种层压厚钢纸及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种钢纸，尤其涉及一种层压厚钢纸及其制备方法。
背景技术
钢纸是一种坚硬度很高的纸，又被称为硬化纸，通常，钢纸是以植物纤维为原料，经打浆、抄纸制成钢纸原纸，然后再将钢纸原纸经过胶化、干燥、层压叠合之后制得，由于钢纸适用各种各样的机械加工，如切削、钻孔、粘叠、冲制和研磨等，因此，钢纸多用作电器工业、纺织工业、交通运输、航空工业和机械工业等领域中的隔热垫片、绝缘材料和其他零件，而在一些特定的领域中，需要钢纸不但具有良好的强度，也需要纸张具有良好的阻燃性与绝缘性。
例如，一种在中国专利文献上公开的“一种阻燃型绝缘钢纸板及其制造工艺”，其公告号CN103088701A，其公开了一种阻燃型绝缘钢纸板及其制造方法，其以造纸技术为基础，选用植物纤维与多种阻燃剂复配，并采用浆内添加及表面处理相结合的生产工艺，从而赋予钢纸高效、环保、持久的阻燃性能，同时纸板具有良好的机械加工性能(耐压、冲、切、刻、受压不分层，不爆裂等)，以及电气绝缘性能，是一种优异的环境友好的特种结构多功能材料。它采用浆内添加阻燃剂、一次成型，真空脱水，高温热压干燥，再在表面浸渍阻燃剂的生产工艺技术。该专利所述通过在浆内添加阻燃剂的形式能够赋予钢纸一定的阻燃性和绝缘性，但是阻燃剂在纤维素中的分散性较差，纸张所能达到的阻燃绝缘性不够理想。
发明内容
为了克服上述问题，本发明钢纸制备过程中通过内部添加和表面吸附两种手段相结合的方式，提出了一种具有较高阻燃性与绝缘性的钢纸。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种层压厚钢纸，由若干薄钢纸原纸层压制得，其包括以下重量份的原料：棉纤维25-30份，苯二甲酰苯二胺纤维50-70份，蒙脱土0.1-1份，聚环氧氯丙烷二钾胺0.1-1份，聚氧化乙烯 0.1-1份，羧基丁苯胶乳0.01-0.1份，氧化石墨烯0.01-0.3份。
层压厚钢纸的制备方法包括以下步骤：
(1)将蒙脱土均匀分散于蒸馏水中，加入1-5g/L聚环氧氯丙烷二甲胺水溶液，搅拌5-10h，进行抽滤，将滤饼放于102-114℃下1-3h，随后将其研磨，得到改性蒙脱土；
(2)按比例分配将棉纤维，苯二甲酰苯二胺纤维与水混合进行打浆，随后，加入改性蒙脱土，聚氧化乙烯，混合均匀得到混合浆料；
(3)将混合浆料放入造纸机，进行抄造，压榨脱水，经干燥后得到钢纸原纸；
(4)将钢纸原纸放入阻燃浸渍液进行浸渍吸附；
(5)将浸渍厚的钢纸原纸放入氧化石墨烯水溶液中浸泡5-10min，取出放入去离子水中2-5min，然后再放入聚环氧氯丙烷二钾胺水溶液中浸泡5-10min，取出放入去离子水中2-5min，此为一个循环，共循环10-30次；
(6)将步骤(5)得到的钢纸原纸放入含有10wt％-15wt％的氯化锌溶液的胶化槽中胶化，随后将胶化后的钢纸进行老化和脱盐处理，得到薄钢纸；
(7)脱盐处理后的薄钢纸使用羧基丁苯胶乳进行上胶；
(8)将若干片上胶后的薄钢纸进行热压复合，得到层压厚钢纸。
制备时，首先对具有强大吸附性能的蒙脱土进行改性，制备得到聚环氧氯丙烷二甲胺改性蒙脱土，随后，将棉纤维，苯二甲酰苯二胺纤维进行打浆，本发明钢纸以棉纤维与苯二甲酰苯二胺纤维为原料，是由于苯二甲酰苯二胺纤维具有良好的强度性能，原料打浆后，在浆料中加入改性蒙脱土和聚氧化乙烯，其中，聚氧化乙烯的增加提高了浆料的粘度，减小了纤维之间的絮聚，提高了纸张的均匀度，从而提高了纸张的强度，随后进行抄纸得到原纸，再将原纸放入阻燃浸渍液进行浸渍吸附，由于蒙脱土具有强大的吸附性能，并且，进行聚环氧氯丙烷二甲胺改性后，其层间距有所增加，进一步增加其吸附性能，因此，阻燃剂能够被改性蒙脱土大量吸收而储存于原纸内，并且聚环氧氯丙烷二甲胺能够与纤维通过聚合物的桥架作用发生絮凝，使得蒙脱土和其吸附阻燃剂牢牢固定于原纸内，随后，将原纸浸入氧化石墨烯水溶液中，由于聚环氧氯丙烷二甲胺为阳离子聚合物，带有正电荷，而氧化石墨烯带有负电荷，通过正负电荷的相互吸引，氧化石墨烯会吸附到原纸的表面，随后，再将原纸浸入到聚环氧氯丙烷二甲胺水溶液中，聚环氧氯丙烷二甲胺则会吸附到原纸的表面，以此循环，原纸表面就会吸附形成均匀细致的膜层，有效提高了钢纸的阻燃性，随后将每层钢纸进行胶化、老化和脱盐处理，再用羧基丁苯胶乳对每层钢纸进行上胶，最后对上胶之后的薄钢纸进行热压复合，得到层压厚钢纸。
作为优选，步骤(1)中所述蒙脱土和聚环氧氯丙烷二甲胺水溶液的质量比为1:5-15。
作为优选，步骤(2)中所述棉纤维和苯二甲酰苯二胺纤维的质量比为1:1.5-3.5。
作为优选，步骤(2)中所述混合浆料的固含量为5wt％-10wt％。
作为优选，步骤(5)中所述氧化石墨烯水溶液的浓度为15-40mg/L，所述聚环氧氯丙烷二甲胺水溶液中聚环氧氯丙烷二甲胺的浓度为30-50mg/L。
发明人经过大量的实验发现，若氧化石墨烯水溶液或聚环氧氯丙烷二甲胺水溶液中浓度过低，原纸进行浸渍时无法有效得进行吸附，从而无法形成膜层，而当氧化石墨烯水溶液或聚环氧氯丙烷二甲胺水溶液中浓度过高时，原纸进行浸渍时氧化石墨烯或聚环氧氯丙烷二甲胺会由于浓度过高而不是通过正负电荷相吸而吸附在原纸上，这会导致膜层之间的结合力较低，导致阻燃效果降低，因此，原纸每次在溶液中浸渍吸附之后，必须再经过去离子水的浸渍洗涤，以除去表面为通过电荷吸附的膜层。
作为优选，步骤(6)中所述老化的温度为75-90℃，老化时间为2-5h。
作为优选，步骤(6)中所述脱盐处理为将钢纸原纸放入浓度从20wt％至0.5wt％依次降低的多个氯化锌溶液中进行浸渍脱盐，每个浓度的氯化锌溶液中浸渍1-1.5h，总时间小于10h，最后使用清水进行洗涤。
作为优选，步骤(7)中羧基丁苯胶乳的上胶量为6-10g/m3。
作为优选，步骤(8)中所述热压复合的温度为120-180℃，压力为5-10Mpa，热压复合后钢纸的厚度为80-120mm。
将薄钢纸进行层层压合后得到所需厚度的层压厚钢纸。
因此，本发明具有如下有益效果：通过在混合浆料中添加聚环氧氯丙烷二甲胺改性的蒙脱土，提高了钢纸对阻燃剂的吸附能力，聚氧化乙烯的添加则减小了纤维之间的絮聚，提高了纸张的均匀度，从而提高了纸张的强度，随后利用聚环氧氯丙烷二甲胺上的正电荷，将带有负电荷的氧化石墨烯吸附与原纸上，并通过层层吸附使得原纸上形成均匀的膜层，使得钢纸具有更高的阻燃性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明方案进行更加清楚、完整地描述，显然所描述实施例仅为本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1：层压厚钢纸的制备包括以下步骤：
(1)将10g蒙脱土均匀分散于100g蒸馏水中，加入50g的3.8g/L聚环氧氯丙烷二甲胺水溶液，搅拌7h，进行抽滤，将滤饼放于106℃下1.5h，随后将其研磨，得到改性蒙脱土；
(2)将20g棉纤维，50g苯二甲酰苯二胺纤维与1kg的水混合进行打浆，随后，加入0.2g改性蒙脱土和0.25g聚氧化乙烯，混合均匀得到混合浆料；
(3)将混合浆料放入造纸机，进行抄造，压榨脱水，经干燥后得到钢纸原纸；
(4)将钢纸原纸放入磷酸铵阻燃浸渍液进行浸渍吸附15min；
(5)将浸渍后的钢纸原纸放入20mg/L氧化石墨烯水溶液中浸泡10min，取出放入去离子水中4min，然后再放入35mg/L聚环氧氯丙烷二甲胺水溶液中浸泡9min，取出放入去离子水中 5min，此为一个循环，共循环15次；
(6)将步骤(5)得到的钢纸原纸放入含有12wt％的氯化锌溶液的胶化槽中胶化，随后将胶化后的钢纸原纸在75℃下老化4.5h，随后放入浓度依次为20wt％，13wt％，5wt％，2wt％，0.5wt％的5个氯化锌溶液中进行浸渍脱盐，每个浓度的氯化锌溶液中浸渍1h，总时间小于10h，最后使用清水进行洗涤，得到薄钢纸；
(7)脱盐处理后的薄钢纸使用羧基丁苯胶乳进行上胶，上胶量为7g/m3；
(8)将若干片上胶后的薄钢纸在130℃，7.5Mpa条件下进行热压复合，得到层厚为90mm的层压厚钢纸。
实施例2：层压厚钢纸的制备包括以下步骤：
(1)将10g蒙脱土均匀分散于100g蒸馏水中，加入50g的4.3g/L聚环氧氯丙烷二甲胺水溶液，搅拌8h，进行抽滤，将滤饼放于109℃下2h，随后将其研磨，得到改性蒙脱土；
(2)将22g棉纤维，55g苯二甲酰苯二胺纤维与1.2kg的水混合进行打浆，随后，加入0.3g改性蒙脱土和0.45g聚氧化乙烯，混合均匀得到混合浆料；
(3)将混合浆料放入造纸机，进行抄造，压榨脱水，经干燥后得到钢纸原纸；
(4)将钢纸原纸放入磷酸铵阻燃浸渍液进行浸渍吸附20min；
(5)将钢纸原纸放入25mg/L氧化石墨烯水溶液中浸泡7min，取出放入去离子水中4min，然后再放入41mg/L聚环氧氯丙烷二甲胺水溶液中浸泡8min，取出放入去离子水中3min，此为一个循环，共循环20次；
(6)将步骤(5)得到的钢纸原纸放入含有15wt％的氯化锌溶液的胶化槽中胶化，随后将胶化后的钢纸原纸在80℃下老化3h，随后放入浓度依次为20wt％，13wt％，5wt％，2wt％，0.5wt％的5个氯化锌溶液中进行浸渍脱盐，每个浓度的氯化锌溶液中浸渍1.2h，总时间小于10h，最后使用清水进行洗涤，得到薄钢纸；
(7)脱盐处理后的薄钢纸使用羧基丁苯胶乳进行上胶，上胶量为9g/m3；
(8)将若干片上胶后的薄钢纸在160℃，8Mpa条件下进行热压复合，得到层厚为98mm的层压厚钢纸。
实施例3：层压厚钢纸的制备包括以下步骤：
(1)将10g蒙脱土均匀分散于100g蒸馏水中，加入110g的2.5g/L聚环氧氯丙烷二甲胺水溶液，搅拌8h，进行抽滤，将滤饼放于113℃下3h，随后将其研磨，得到改性蒙脱土；
(2)将28g棉纤维，65g苯二甲酰苯二胺纤维与1.5kg的水混合进行打浆，随后，加入0.3g改性蒙脱土和0.48g聚氧化乙烯，混合均匀得到混合浆料；
(3)将混合浆料放入造纸机，进行抄造，压榨脱水，经干燥后得到钢纸原纸；
(4)将钢纸原纸放入磷酸铵阻燃浸渍液进行浸渍吸附25min；
(5)将钢纸原纸放入35mg/L氧化石墨烯水溶液中浸泡8min，取出放入去离子水中3min，然后再放入45mg/L聚环氧氯丙烷二甲胺水溶液中浸泡6min，取出放入去离子水中5min，此为一个循环，共循环30次；
(6)将步骤(5)得到的钢纸原纸放入含有15wt％的氯化锌溶液的胶化槽中胶化，随后将胶化后的钢纸原纸在90℃下老化2h，随后放入浓度依次为20wt％，13wt％，5wt％，2wt％，0.5wt％的5个氯化锌溶液中进行浸渍脱盐，每个浓度的氯化锌溶液中浸渍1.5h，最后使用清水进行洗涤，得到薄钢纸；
(7)脱盐处理后的薄钢纸使用羧基丁苯胶乳进行上胶，上胶量为10g/m3；
(8)将若干片上胶后的薄钢纸在150℃，8Mpa条件下进行热压复合，得到层厚为108mm的层压厚钢纸。
对比例1：与实施例3的区别在于，将钢纸原纸放入阻燃浸渍液进行浸渍吸附25min后，直接进行胶化、老化和脱盐处理，上胶后热压复合得到层压厚钢纸，而不进行氧化石墨烯水溶液和聚环氧氯丙烷二甲胺水溶液的交替吸附。
对比例2：与实施例3的区别在于，蒙脱土未经聚环氧氯丙烷二甲胺改性后直接混入钢纸原纸中进行阻燃剂的吸附，同时钢纸原纸也不进行氧化石墨烯水溶液和聚环氧氯丙烷二甲胺水溶液的交替吸附。
将实施例与对比例1和2中的钢纸通过GB/T14656-2009中纸张阻燃性的测试方法进行阻燃性的测试，并对相同厚度钢纸的抗张指数进行测定，其结果如下表。
表中，平均续燃时间、平均灼燃时间和平均炭化长度越短，说明阻燃性越好，由上表可知，通过实施例1、2、3及对比例1对比可知，是否进行氧化石墨烯水溶液和聚环氧氯丙烷二甲胺水溶液的交替吸附及其次数对阻燃性有明显影响，且交替吸附次数越多，阻燃性越好，同时，实施例3与对比例1、2的对比发现，使用聚环氧氯丙烷二甲胺改性的蒙脱土阻燃性更好，说明改性后的蒙脱土对阻燃剂的吸附性更好，且与纤维的结合能力更强。
对比例3：与实施例3的区别在于，钢纸原纸进行交替吸附时氧化石墨烯水溶液的浓度为8mg/L，聚环氧氯丙烷水溶液中聚环氧氯丙烷二钾胺的浓度为15mg/L。
对比例4：与实施例3的区别在于，钢纸原纸进行交替吸附时氧化石墨烯水溶液的浓度为50mg/L，聚环氧氯丙烷水溶液中聚环氧氯丙烷二钾胺的浓度为70mg/L。
将对比例3和对比例4进行阻燃性测试，结果如下表所示。
由上表可知，交替吸附时，氧化石墨烯水溶液与聚环氧氯丙烷水溶液的溶质浓度过高或过低时，均会对吸附产生不利的影响，从而导致其阻燃性下降。

Claims (10)

1.一种层压厚钢纸，其特征在于，由若干薄钢纸层压制得，其包括以下重量份的原料：棉纤维25-30份，苯二甲酰苯二胺纤维50-70份，蒙脱土0.1-1份，聚环氧氯丙烷二钾胺0.1-1份，聚氧化乙烯0.1-1份，羧基丁苯胶乳0.01-0.1份，氧化石墨烯0.01-0.3份。
2.一种如权利要求1所述层压厚钢纸的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
（1）将蒙脱土均匀分散于蒸馏水中，加入1-5g/L聚环氧氯丙烷二甲胺水溶液，搅拌5-10h，进行抽滤，将滤饼放于102-114℃下1-3h，随后将其研磨，得到改性蒙脱土；
（2）按比例分配将棉纤维，苯二甲酰苯二胺纤维与水混合进行打浆，随后，加入改性蒙脱土，聚氧化乙烯，混合均匀得到混合浆料；
（3）将混合浆料放入造纸机，进行抄造，压榨脱水，经干燥后得到钢纸原纸；
（4）将钢纸原纸放入阻燃浸渍液进行浸渍吸附；
（5）将浸渍后的钢纸原纸放入氧化石墨烯水溶液中浸泡5-10min，取出放入去离子水中2-5min，然后再放入聚环氧氯丙烷二钾胺水溶液中浸泡5-10min，取出放入去离子水中2-5min，此为一个循环，共循环10-30次；
（6）将步骤（5）得到的钢纸原纸放入含有10wt%-15wt%的氯化锌溶液的胶化槽中胶化，随后将胶化后的钢纸进行老化和脱盐处理，得到薄钢纸；
（7）脱盐处理后的薄钢纸使用羧基丁苯胶乳进行上胶；
（8）将若干片上胶后的薄钢纸进行热压复合，得到层压厚钢纸。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述蒙脱土和聚环氧氯丙烷二甲胺水溶液的质量比为1:5-15。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述棉纤维和苯二甲酰苯二胺纤维的质量比为1:1.5-3.5。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述混合浆料的固含量为5wt%-10wt%。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）中所述氧化石墨烯水溶液的浓度为15-40mg/L，所述聚环氧氯丙烷水溶液中聚环氧氯丙烷二钾胺的浓度为30-50mg/L。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（6）中所述老化的温度为75-90℃，老化时间为2-5h。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（6）中所述脱盐处理为将钢纸原纸放入浓度从20wt%至0.5wt%依次降低的多个氯化锌溶液中进行浸渍脱盐，每个浓度的氯化锌溶液中浸渍1-1.5h，总时间小于10h，最后使用清水进行洗涤。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（7）中羧基丁苯胶乳的上胶量为6-10g/m3。
10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（8）中所述热压复合的温度为120-180℃，压力为5-10Mpa，热压复合后钢纸的厚度为80-120mm。
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