CN109797603B - 一种具有防水低烟无卤阻燃纸及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有防水低烟无卤阻燃纸及其制备方法，该制备方法先采用磷酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、有机锡催化剂和水滑石抑烟剂配制阻燃混合物，然后用溶剂将阻燃混合物稀释至一定浓度，再用涂布机对纸张进行涂布，然后进入烘箱干燥固化，最后收卷；本发明采用磷氮系双组份的阻燃剂，通过涂布的方式对纸张进行浸渍，然后交联固化成膜；本发明具有阻燃效果好、防水性能高的优点，具有抑烟效果，避免烟气伤害，同时提高纸张的强度；涂布工艺简单，易控制，一次成型效率高。

Description

一种具有防水低烟无卤阻燃纸及其制备方法

技术领域

本发明涉及包装材料技术领域，具体涉及一种具有防水低烟无卤阻燃纸及其制备方法。

背景技术

纸箱具有质量轻、性价比高、结构性能好、缓冲、可折叠、印刷适应性强、环保可回收及适合自动化包装作业等优点，在与其他包装材料的激烈竞争中，纸箱以其独特的性能，成为迄今为止常用不衰、发展迅猛的纸质包装容器，成为现代包装中最重要的一种包装形式。纸箱已被广泛应用于各种产品包装，但目前常用的纸箱不具有防滑性能。瓦楞纸箱对商品包装在运输和储存过程中起着非常重要的保护作用，现有的包装纸箱在运输、储存时，纸箱容易滑动、晃动，导致纸箱相撞而损坏里面的物品，使用不便。所以在堆放、搬运及运输过程中，必须保证纸箱与纸箱之间、纸箱与堆放地面或托盘之间有足够的摩擦，防止纸箱发生滑移，造成纸箱倾斜、摔倒及碰撞，损坏商品。

目前阻燃纸的制备普遍采用的是阻燃剂浸渍、涂布等工艺，阻燃剂的种类主要为无机物，无机物的阻燃剂需要配成涂布液或者浸渍液，由于要达到较好的阻燃效果，一般添加量比较大，涂布液易沉降，导致纸张在涂布或者浸渍过程中不均匀，阻燃效果不均匀现象。且无机阻燃剂涂布在纸上，粘附效果差，易掉粉，纸张纤维表面粗糙，纸张韧性差，易爆线等缺点。如中国专利CN107142779B公开了一种基于纳米纤维素晶须和微胶囊的阻燃纸及其制备方法，该阻燃纸的阻燃成分为纳米纤维素晶须、阻燃微胶囊和镁铝水滑石；中国专利CN103321098B公开了一种新型阻燃纸蜂窝专用阻燃剂及其制备方法，该阻燃剂由碳酸钾、碳酸氢钠、硅酸钠、硼砂混合制成；中国专利CN102619139B公开了一种水基无卤阻燃纸及其制备方法，该阻燃纸在原纸表面涂覆有阻燃层，阻燃层由阻燃液烘干得到，阻燃液由阻燃剂、胶液、消泡剂组成，阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、三氧化二锑、微米级或纳米级水滑石中的两种复配成复合阻燃剂。上述专利的阻燃剂均为无机物阻燃剂，存在阻燃效果不均匀、纸张韧性差、且不具有防水性能的缺陷。

淋膜工艺制备阻燃纸，阻燃纸工序多，工艺难度大，融体强度差，很难成膜，且在加工过程中填料分散不均匀很容易就会破膜，导致成品率下降。如中国专利CN102912671B公开了一种淋膜阻燃纸的生产方法，该发明采用两段式生产，首先采用中段浸泽连续生产法将无卤阻燃剂均匀的施加到阻燃原纸纤维中，然后烘干阻燃原纸；然后使用淋膜工艺对阻燃纸进行双面淋膜；其中淋膜料按以下配比：聚乙烯10-20％，硬脂酸2-4％，热熔胶4-8％，聚乙烯腊2-8％，溴系阻燃剂1.2-2％，无机粉体65-80％。该发明淋膜工序多，质量难把控，且第二段淋膜过程，无机填料占到总体65～80％的重量份数，淋膜困难。

采用含卤的阻燃剂制备阻燃纸，具有阻燃效率高的优点，但是燃烧后会释放有毒有害气体，造成毒气伤害。如中国专利CN102492259B公开了一种桐油改性烷基酚-酚醛树脂组合物及用于生产高CTI阻燃纸基覆铜板的方法，该组合物包括桐油改性烷基酚-酚醛树脂、含氮烷基酚-酚醛树脂、溴化环氧树脂及阻燃剂，该发明采用溴化环氧树脂，燃烧后会释放有毒有害气体，污染环境，影响人身安全。

因此，如何提供一种阻燃纸，以实现阻燃效果好、防水性能高、涂布工艺简单、易控制、成型效率高、无毒无害的要求，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有防水低烟无卤阻燃纸及其制备方法，以满足阻燃效果好、防水性能高、提高纸张强度，涂布工艺简单、易控制、一次成型效率高的要求。

为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案。

一种具有防水低烟无卤阻燃纸的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制阻燃混合物，将如下重量百分比的组分：磷酸酯75～95％，异氰酸酯3～20％，催化剂0.1～1％，抑烟剂1～8％，制得阻燃混合物；

其中，配制阻燃混合物，包括以下步骤：

S11、首先将磷酸酯按照比例加入到搅拌釜中，搅拌转速100～500r/min，搅拌时间5～20min，混合分散均匀；

S12、步骤S11后，加入抑烟剂，搅拌转速100～500r/min，搅拌时间5～10min；

S13、步骤S12后，再加入异氰酸酯，搅拌转速100～500r/min，搅拌时间5～20min；

S14、步骤S13后，最后加入催化剂，搅拌转速100～500min，搅拌时间1～5min。

S2、稀释阻燃混合物，采用溶剂将步骤S1中配制的阻燃混合物稀释至40～60％；

S3、对纸张进行涂布，采用涂布机将步骤S2稀释后的阻燃混合物涂布在纸张表面，涂布量为纸张克重的5～30％；

S4、纸张干燥，将步骤S3涂布后的纸张送进烘箱干燥，烘箱温度为80～125℃，车速为2～10m/min；

S5、纸张收卷，将步骤S4干燥后的纸张收卷。

优选地，步骤S1中所述阻燃混合物包括如下重量百分比的组分：磷酸酯80～90％，异氰酸酯4.5～15％，催化剂0.1～0.5％，抑烟剂2～5％。

优选地，步骤S1中所述磷酸酯为聚(3-羟基苯基)磷酸酯，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，所述催化剂为有机锡催化剂，所述抑烟剂为水滑石抑烟剂。

优选地，所述有机锡催化剂为二丁基锡二月桂酸酯或二(十二烷基硫)二丁基锡中的至少一种。

优选地，步骤S2中所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯或丙酮中的至少一种。

优选地，步骤S3中所述涂布机为微凹辊涂布机或者凹版辊涂布机。

优选地，步骤S3中所述涂布量包括干胶重和湿胶重，所述干胶重为纸张克重的10～15％，湿胶重为纸张克重的20～25％。

优选地，步骤S4中所述烘箱包括8～12节，每节烘箱的长度为2～4m，车速为4～8m/min，每节烘箱的温度不同。

优选地，所述每节烘箱的温度均为80～125℃，从进纸方向到出纸方向，烘箱整体的温度变化设置为呈先上升再下降的变化趋势。

上述制备方法制备的一种具有防水低烟无卤阻燃纸，纸张表面包括结合层和防水阻燃层，所述结合层为阻燃混合物进入纸张纤维里层形成的物理结合层，所述防水阻燃层为阻燃混合物在高温和催化剂作用下发生交联固化反应形成的聚合物膜。

本发明所获得的有益技术效果：

1)本发明解决了现有技术中无机阻燃剂涂布阻燃纸掉粉，易爆线，不防水，淋膜阻燃纸工序多，工艺难度大，有卤阻燃剂燃烧后释放有毒气体，现有阻燃纸张易燃、阻燃效果不好，且不具有防水性能的问题，本发明具有阻燃效果好、防水性能高、同时提高纸张强度的优点；本发明采用涂布工艺，操作简单，易控制，一次成型效率高；

2)本发明通过采用磷氮系双组份的阻燃剂，通过涂布的方式对纸张进行浸渍，然后交联固化成膜，具有阻燃效果好、防水性能高的优点，具有抑烟效果，避免烟气伤害，同时提高纸张的强度；

3)本发明采用磷氮系双组份的阻燃剂为反应型，具有可交流固化性，能够成膜，涂布后经烘箱干燥固化处理，然后收卷一次成型完成阻燃纸的制备；

4)本发明的制备方法相比于涂布无机阻燃剂涂布工艺简单，浸渍容易，涂布更均匀；相比于淋膜阻燃剂的方法，工序简单，工艺窗口宽，质量易控制；本发明生产效率高，一次加工成型。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

根据下文结合附图对本申请具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述及其他目的、优点和特征。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本发明具有防水低烟无卤阻燃纸制备方法的工艺流程图；

图2是本发明具有防水低烟无卤阻燃纸的结构示意图一；

图3是本发明具有防水低烟无卤阻燃纸的结构示意图二；。

在以上附图中：1、纸张；2、防水阻燃层；3、结合层。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清除和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。

应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

本文中术语“至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B的至少一种，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

实施例1

如附图1所示，一种具有防水低烟无卤阻燃纸的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制阻燃混合物，包括如下重量百分比的组分：聚(3-羟基苯基)磷酸酯75％，二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)20％，催化剂1％，抑烟剂4％，制得阻燃混合物，其中催化剂为二(十二烷基硫)二丁基锡，抑烟剂为水滑石抑烟剂；

其中，配制阻燃混合物，包括以下步骤：

S11、首先将聚(3-羟基苯基)磷酸酯按照比例加入到搅拌釜中，搅拌转速100r/min，搅拌时间20min，混合分散均匀；

S12、步骤S11后，加入水滑石抑烟剂，搅拌转速100r/min，搅拌时间10min；

S13、步骤S12后，再加入异氰酸酯，搅拌转速100r/min，搅拌时间20min；

S14、步骤S13后，最后加入二(十二烷基硫)二丁基锡，搅拌转速100min，搅拌时间5min。

S2、稀释阻燃混合物，采用溶剂将步骤S1中配制的阻燃混合物稀释至40％，其中溶剂为乙酸乙酯；

S3、对纸张进行涂布，采用微凹辊涂布机将步骤S2稀释后的阻燃混合物涂布在纸张表面，涂布量为纸张克重的5％；

S4、纸张干燥，将步骤S3涂布后的纸张送进烘箱干燥，烘箱温度为80℃，车速为2m/min；

S5、纸张收卷，将步骤S4干燥后的纸张收卷。

进一步的，步骤S4中，所述烘箱温度为90～125℃，车速为3～10m/min.

实施例2

如附图1所示，一种具有防水低烟无卤阻燃纸的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制阻燃混合物，包括如下重量百分比的组分：聚(3-羟基苯基)磷酸酯95％，二苯基甲烷二异氰酸酯3％，催化剂0.1％，抑烟剂1.9％，制得阻燃混合物，其中催化剂为二丁基锡二月桂酸酯，抑烟剂为水滑石抑烟剂；

其中，配制阻燃混合物，包括以下步骤：

S11、首先将聚(3-羟基苯基)磷酸酯按照比例加入到搅拌釜中，搅拌转速500r/min，搅拌时间5min，混合分散均匀；

S12、步骤S11后，加入水滑石抑烟剂，搅拌转速500r/min，搅拌时间5min；

S13、步骤S12后，再加入异氰酸酯，搅拌转速500r/min，搅拌时间5min；

S14、步骤S13后，最后加入二丁基锡二月桂酸酯，搅拌转速500min，搅拌时间1min。

S2、稀释阻燃混合物，采用溶剂将步骤S1中配制的阻燃混合物稀释至60％，其中溶剂为乙酸丁酯；

S3、对纸张进行涂布，采用凹版辊涂布机将步骤S2稀释后的阻燃混合物涂布在纸张表面，涂布量为纸张克重的30％；

S4、纸张干燥，将步骤S3涂布后的纸张送进烘箱干燥，烘箱温度为125℃，车速为10m/min；

S4、纸张干燥，将步骤S3涂布后的纸张送进烘箱干燥，车速为10m/min，烘箱长度为32m，烘箱包括8节，每节烘箱的长度为4m，每节烘箱的温度不同，从进纸方向到出纸方向，烘箱整体的温度变化设置为呈先上升再下降的变化趋势，依次为80℃，100℃，120℃，125℃，125℃，120℃，100℃，80℃；

S5、纸张收卷，将步骤S4干燥后的纸张收卷。

实施例3

如附图1所示，一种具有防水低烟无卤阻燃纸的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制阻燃混合物，包括如下重量百分比的组分：聚(3-羟基苯基)磷酸酯80％，二苯基甲烷二异氰酸酯15％，催化剂0.5％，水滑石抑烟剂4.5％，制得阻燃混合物，其中催化剂为二丁基锡二月桂酸酯，抑烟剂为水滑石抑烟剂；

其中，配制阻燃混合物，包括以下步骤：

S11、首先将聚(3-羟基苯基)磷酸酯按照比例加入到搅拌釜中，搅拌转速200r/min，搅拌时间15min，混合分散均匀；

S12、步骤S11后，加入水滑石抑烟剂，搅拌转速200r/min，搅拌时间8min；

S13、步骤S12后，再加入异氰酸酯，搅拌转速200r/min，搅拌时间15min；

S14、步骤S13后，最后加入二丁基锡二月桂酸酯，搅拌转速200min，搅拌时间4min。

S2、稀释阻燃混合物，采用溶剂将步骤S1中配制的阻燃混合物稀释至50％，其中溶剂为丙酮；

S3、对纸张进行涂布，采用凹版辊涂布机将步骤S2稀释后的阻燃混合物涂布在纸张表面，涂布量为纸张克重的20％；

S4、纸张干燥，将步骤S3涂布后的纸张送进烘箱干燥，车速为8m/min，烘箱长度为30m，烘箱包括10节，每节烘箱的长度为3m，每节烘箱的温度不同，从进纸方向到出纸方向，烘箱整体的温度变化设置为呈先上升再下降的变化趋势，依次为80℃，100℃，120℃，120℃，125℃，125℃，120℃，120℃，100℃，80℃；

S5、纸张收卷，将步骤S4干燥后的纸张收卷。

上述制备方法制备的一种具有防水低烟无卤阻燃纸，如附图2所示，纸张1表面包括结合层3和防水阻燃层2，所述结合层3为阻燃混合物进入纸张纤维里层形成的物理结合层，所述防水阻燃层2为阻燃混合物在高温和催化剂作用下发生交联固化反应形成的聚合物膜。阻燃纸具有阻燃效果好，防水性能高，具有抑烟效果，避免烟气伤害，同时提高纸张强度的优点。

上述实施例1-3制备的具有防水低烟无卤阻燃纸，对比例为采用市场上某家的阻燃涂料涂布相同纸张表面，涂布量相同，依据国家标准GB/T14656-2009阻燃纸和纸板燃烧性能试验方法、CNS3687-1973纸及纸板拨水度试验法，GBT1540-2002纸和纸板吸水性的测定可勃法，测试上述阻燃纸的阻燃性能和防水性能，测试结果见表1。

表1

由表1可知，实施例1-3制备的具有防水低烟无卤阻燃纸，在阻燃性能和防水性能方面均优于对比例。

实施例4

如附图1所示，一种具有防水低烟无卤阻燃纸的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制阻燃混合物，包括如下重量百分比的组分：磷酸酯80～90％，异氰酸酯4.5～15％，有机锡催化剂0.1～0.5％，水滑石抑烟剂2～5％，制得阻燃混合物；

其中，配制阻燃混合物，包括以下步骤：

S11、首先将磷酸酯按照比例加入到搅拌釜中，搅拌转速200～400r/min，搅拌时间8～15min，混合分散均匀；

S12、步骤S11后，加入抑烟剂，搅拌转速200～400r/min，搅拌时间6～8min；

S13、步骤S12后，再加入异氰酸酯，搅拌转速200～400r/min，搅拌时间8～15min；

S14、步骤S13后，最后加入催化剂，搅拌转速200～300min，搅拌时间2～4min。

其中，有机锡催化剂为二丁基锡二月桂酸酯、二(十二烷基硫)二丁基锡中的至少一种。

S2、稀释阻燃混合物，采用溶剂将步骤S1中配制的阻燃混合物稀释至45～55％；

其中，溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯及丙酮中的至少一种。

S3、对纸张进行涂布，采用微凹辊涂布机将步骤S2稀释后的混合物涂布在纸张表面，涂布量根据纸张纤维的克重不同调整，涂布量包括干胶重和湿胶重，干胶重为纸张克重的10～15％，湿胶重为纸张克重的20～25％；

S4、纸张干燥，将步骤S3涂布后的纸张送进烘箱干燥，烘箱包括8～12节，每节烘箱的长度为2～4m，车速为4～8m/min，每节烘箱的温度不同，每节烘箱的温度均为80～125℃，从进纸方向到出纸方向；

S5、纸张收卷，将步骤S4干燥后的纸张收卷。

上述制备方法制备的一种具有防水低烟无卤阻燃纸，如附图2所示，纸张1表面包括结合层3和防水阻燃层2，所述结合层3为阻燃混合物进入纸张纤维里层形成的物理结合层，所述防水阻燃层2为阻燃混合物在高温和催化剂作用下发生交联固化反应形成的聚合物膜。

进一步的，上述制备方法制备的一种具有防水低烟无卤阻燃纸，如附图3所示，纸张1内外表面均包括结合层3和防水阻燃层2，所述结合层3为阻燃混合物进入纸张纤维里层形成的物理结合层，所述防水阻燃层2为阻燃混合物在高温和催化剂作用下发生交联固化反应形成的聚合物膜，两面涂布阻燃混合物，大大提高纸张的阻燃性。

上述制备方法采用磷氮系双组份的阻燃剂，通过涂布的方式对纸张进行浸渍，然后交联固化成膜；阻燃剂为反应型，具有可交流固化性，能够成膜，涂布后经烘箱干燥固化处理，然后收卷一次成型完成阻燃纸的制备；相比于涂布无机阻燃剂涂布工艺简单，浸渍容易，涂布更均匀；相比于淋膜阻燃，工序简单，工艺窗口宽，质量易控制；生产效率高，一次加工成型。采用的烘箱分节不同温度烘干的方式，烘干效果好，有利于交联反应，固化成膜表面均匀，无孔洞，进而提高阻燃性。

上述制备方法使用的含羟基的有机磷阻燃剂，在涂布的过程中可以较容易的进行纸张纤维内层，然后进入烘箱，在温度及催化剂的作用下和异氰酸酯发生交联反应固化成膜，将纤维完全包裹；可以增加纸张的强度，由于表面固化成型了一层聚合物的膜，水汽无法进入，具有很好的防水性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、变化及组合。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有防水低烟无卤阻燃纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、配制阻燃混合物，包括如下重量百分比的组分：磷酸酯75～95％，异氰酸酯3～20％，催化剂0.1～1％，抑烟剂1～8％，制得阻燃混合物，其中，所述磷酸酯为聚(3-羟基苯基)磷酸酯，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)；其中，所述催化剂为有机锡催化剂，所述抑烟剂为水滑石抑烟剂；

S2、稀释阻燃混合物，采用溶剂将步骤S1中配制的阻燃混合物稀释至40～60％，其中，所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯或丙酮中的至少一种；

S3、对纸张进行涂布，采用涂布机将步骤S2稀释后的阻燃混合物涂布在纸张表面，涂布量为纸张克重的5～30％；其中，所述涂布量包括干胶重和湿胶重，所述干胶重为纸张克重的10～15％，湿胶重为纸张克重的20～25％；

S4、纸张干燥，将步骤S3涂布后的纸张送进烘箱干燥，烘箱温度为80～125℃，车速为2～10m/min；

其中，所述烘箱包括8～12节，每节烘箱的长度为2～4m，车速为4～8m/min，每节烘箱的温度不同；所述每节烘箱的温度均为80～125℃，从进纸方向到出纸方向，烘箱整体的温度变化设置为呈先上升再下降的变化趋势；

S5、纸张收卷，将步骤S4干燥后的纸张收卷。

2.根据权利要求1所述的具有防水低烟无卤阻燃纸的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述混合物包括如下重量百分比的组分：磷酸酯80～90％，异氰酸酯4.5～15％，催化剂0.1～0.5％，抑烟剂2～5％。

3.根据权利要求1所述的具有防水低烟无卤阻燃纸的制备方法，其特征在于，所述有机锡催化剂为二丁基锡二月桂酸酯或二(十二烷基硫)二丁基锡中的至少一种。

4.根据权利要求1-3任一项所述的具有防水低烟无卤阻燃纸的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述涂布机为微凹辊涂布机或者凹版辊涂布机。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述的制备方法制备的具有防水低烟无卤阻燃纸，其特征在于，所述纸张(1)表面包括结合层(3)和防水阻燃层(2)，所述结合层(3)为所述阻燃混合物进入纸张纤维里层形成的物理结合层，所述防水阻燃层(2)为阻燃混合物在高温和催化剂作用下发生交联固化反应形成的聚合物膜。

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