CN109811571B

CN109811571B - 一种反应型阻燃植物纤维及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN109811571B
Application number: CN201910199197.9A
Authority: CN
Inventors: 沙力争; 马超; 赵会芳
Original assignee: Zhejiang Lover Health Science and Technology Development Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Lover Health Science and Technology Development Co Ltd
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2039-03-15
Also published as: CN109811571A

Abstract

本发明涉及一种反应型阻燃植物纤维及其制备方法和应用，涉及阻燃材料领域。本发明以三聚氰胺、聚磷酸为原料，以乙醇为介质，首先合成了三聚氰胺多聚磷酸酯；然后以植物纤维浆为原料，采用三聚氰胺多聚磷酸酯为反应型阻燃剂，以过硫酸盐为引发剂，通过接枝反应制得了所述的反应型阻燃植物纤维。本发明将自制反应型阻燃剂与植物纤维中的组分发生接枝反应，使阻燃剂真正成为了植物纤维的一部分，从而赋予植物纤维长期持久的阻燃效果，因此将其用于制备阻燃纸基材料时，在保证阻燃性的同时，还可提高纸基材料的物理强度。另外，本发明工艺简单、生产成本低，且阻燃接枝改性后的废液可用于配制阻燃表面施胶液，不造成环境污染，市场应用前景广阔。

Description

一种反应型阻燃植物纤维及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及阻燃材料领域，更具体地说，本发明涉及一种反应型阻燃植物纤维及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的发展，植物纤维阻燃纸的用途越来越广，如制造建筑和装饰材料、包装材料、空气过滤材料、电器绝缘材料、航空航天材料等。

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，包括间壁纸板等建筑材料、壁纸等室内纸质装饰材料、纸箱等纸包装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，如作为建筑材料、装饰材料、包装材料和汽车过滤材料等。对植物纤维纸进行阻燃处理可以降低火灾隐患、延缓火焰的蔓延速度或趋势，减少火灾中的人员伤亡和财产损失。阻燃处理后的植物纤维纸一般较难引燃或引燃时间长，能够抑制火焰的传播，其热释放速率也较低，被引燃的纸张可以自熄，或者可以延长闪燃时间，这样就给人员疏散和财产抢救等提供了更多的时间。

目前很多阻燃纸的缺点是阻燃功能持久性不长，许多添加型阻燃剂以纸中会受到光、热、水分等的作用，会发生一系列的物理、化学变化，从而使阻燃剂的功效降低，造成纸张的阻燃性能降低或消失。现有技术中纸张阻燃常用的含氮、含磷类有机无机阻燃剂及氢氧化铝、氢氧化镁、水滑石等填料类阻燃剂均通过浆内或表面添加阻燃的方法来实现纸张的阻燃，但一般阻燃效率较低，需要加入大量的阻燃剂才有阻燃效果。其带来的问题：一是阻燃成本高；二是由于加入量大，将严重削弱纸页本身的物理强度，降低了纸或纸板的使用性能；三是增加了纸页的灰分，增加了纸机设备的磨损，增加了维护保养的费用，影响纸机运行效率。

基于上述理由，提出本申请。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种反应型阻燃植物纤维及其制备方法和应用。

为达到上述一个目的，本发明采取的技术方案是：

一种反应型阻燃植物纤维的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将乙醇加入反应器中，然后在搅拌条件下依次向反应器中加入三聚氰胺、聚磷酸，溶解完全后将体系升温至65～75℃反应5～6h，再在75℃条件下保温反应8～10h，最后真空干燥8～10h，得到三聚氰胺多聚磷酸酯；

(2)按配比将植物纤维浆、过硫酸盐引发剂加入另一反应器中，加热升温至80～90℃搅拌0.5～1h，然后向反应器中加入步骤(1)制得的三聚氰胺多聚磷酸酯，再在80～90℃条件下恒温搅拌反应12～15h，反应结束后，取出纤维，最后清洗、干燥，得到接枝改性的阻燃植物纤维。

进一步，上述技术方案，步骤(1)所述乙醇、三聚氰胺、聚磷酸的质量份数比为1：0.1～0.2：0.1～0.2。

进一步，上述技术方案，步骤(2)所述植物纤维浆采用质量份数比为1：0.5～1.0的针叶木浆和阔叶木浆为原料，用PFI盘磨机混合磨浆后制得。

优选地，上述技术方案，所述植物纤维浆的浓度为10～15wt％。

优选地，上述技术方案，所述盘磨机磨浆转速为转数5000～10000r/min。

进一步，上述技术方案，步骤(2)所述植物纤维浆与过硫酸盐、三聚氰胺多聚磷酸酯的质量份数比为1.5～2：0.01～0.02：0.1～0.3。

进一步，上述技术方案，所述过硫酸盐可以为过硫酸钠，过硫酸钾或过硫酸铵中的任一种。

本发明的第二个目的在于提供上述所述阻燃植物纤维的制备方法制备得到的阻燃植物纤维。

本发明的第三个目的在于提供上述所述方法制得的阻燃植物纤维的应用，可用于制备阻燃纸基材料。

本发明以三聚氰胺、聚磷酸为原料，以乙醇为介质，在一定条件下合成了三聚氰胺多聚磷酸酯；然后以植物纤维浆为原料，采用上述三聚氰胺多聚磷酸酯为反应型阻燃剂，以过硫酸盐为引发剂，在一定条件下接枝反应制备得到了所述的反应型阻燃植物纤维。

与现有技术相比，本发明涉及的一种反应型阻燃植物纤维及其制备方法和应用具有如下有益效果：

(1)本发明将自制反应型阻燃剂与植物纤维中的组分发生接枝反应，使阻燃剂真正成为了植物纤维的一部分，从而赋予植物纤维长期持久的阻燃效果。

(2)将本发明制备的反应型阻燃植物纤维用于制备阻燃纸基材料时，其在抄纸过程中不会影响纤维间的结合，从而在保证阻燃性的同时，不影响纸基材料的物理强度；不仅如此，三聚氰胺多聚磷酸酯还具有一定的交联作用，可以提高纸基材料的物理强度，由此可见，采用本发明阻燃二次纤维制备的纸基材料的阻燃性好、物理强度优异。

(3)本发明工艺简单、生产成本低，且阻燃接枝改性后的废液可用于配制阻燃表面施胶液，因此本发明方法不会造成新的环境污染，具有较广阔的市场前景。

附图说明

图1为本发明反应型阻燃植物纤维的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施案例和附图对本发明作进一步详细说明。本实施案例在以本发明技术为前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程来说明本发明具有创造性，但本发明的保护范围不限于以下的实施案例。

根据本申请包含的信息，对于本领域技术人员来说可以轻而易举地对本发明的精确描述进行各种改变，而不会偏离所附权利要求的精神和范围。应该理解，本发明的范围不局限于所限定的过程、性质或组分，因为这些实施方案以及其他的描述仅仅是为了示意性说明本发明的特定方面。实际上，本领域或相关领域的技术人员明显能够对本发明实施方式作出的各种改变都涵盖在所附权利要求的范围内。

为了更好地理解本发明而不是限制本发明的范围，在本申请中所用的表示用量、百分比的所有数字、以及其他数值，在所有情况下都应理解为以词语“大约”所修饰。因此，除非特别说明，否则在说明书和所附权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可能会根据试图获得的理想性质的不同而加以改变。各个数字参数至少应被看作是根据所报告的有效数字和通过常规的四舍五入方法而获得的。

实施例1

本实施例的一种反应型阻燃植物纤维的制备方法，包括如下步骤：

(1)将配比量的乙醇加入反应器中，搅拌条件下加入配比量的三聚氰胺，溶解完全后继续加入配比量的聚磷酸，然后在65℃条件下反应6h，继续升温至75℃保温8h，反应结束后，将产物进行真空干燥8h，得三聚氰胺多聚磷酸酯，其中：所述乙醇、三聚氰胺、聚磷酸的质量比为1：0.1：0.1。

(2)将质量比为1：0.5的针叶木浆、阔叶木浆混合均匀，然后用PFI盘磨机混合磨浆，控制盘磨机转速为转数5000～10000r/min，制得二次纤维浆，调节所述二次纤维浆的浓度为10wt％。

(3)按配比量将步骤(2)所得浓度为10％的二次纤维浆和过硫酸铵加入另一反应器中，然后将反应器置于水浴锅中，将水浴锅加热至80℃搅拌1h后，再加入配比量的步骤(1)制得的三聚氰胺多聚磷酸酯，置于恒速搅拌器中继续在80℃条件下搅拌反应15h后取出纤维，用去离子水和丙酮进行清洗，最后进行真空干燥，得到接枝改性的反应型阻燃植物纤维；其中：所述植物纤维浆与过硫酸铵、三聚氰胺多聚磷酸酯的质量比为1.5：0.01：0.1。

实施例2

(1)将配比量的乙醇加入反应器中，搅拌条件下加入配比量的三聚氰胺，溶解完全后继续加入配比量的聚磷酸，然后在70℃条件下反应5.5h，继续升温至75℃保温10h，反应结束后，将产物进行真空干燥10h，得三聚氰胺多聚磷酸酯，其中：所述乙醇、三聚氰胺、聚磷酸的质量比为1：0.15：0.15。

(2)将质量比为1：0.8的针叶木浆、阔叶木浆混合均匀，然后用PFI盘磨机混合磨浆，控制盘磨机转速为5000～10000r/min，制得二次纤维浆，调节所述二次纤维浆的浓度为12wt％。

(3)按配比量将步骤(2)所得浓度为12％的二次纤维浆和过硫酸钠加入另一反应器中，然后将反应器置于水浴锅中，将水浴锅加热至85℃搅拌1h后，再加入配比量的步骤(1)制得的三聚氰胺多聚磷酸酯，置于恒速搅拌器中继续在85℃条件下搅拌反应13h后取出纤维，用去离子水和丙酮进行清洗，最后进行真空干燥，得到接枝改性的反应型阻燃植物纤维；其中：所述植物纤维浆与过硫酸钠、三聚氰胺多聚磷酸酯的质量比为1.8：0.015：0.15。

实施例3

(1)将配比量的乙醇加入反应器中，搅拌条件下加入配比量的三聚氰胺，溶解完全后继续加入配比量的聚磷酸，然后在72℃条件下反应5h，继续升温至75℃保温9h，反应结束后，将产物进行真空干燥9h，得三聚氰胺多聚磷酸酯，其中：所述乙醇、三聚氰胺、聚磷酸的质量比为1：0.2：0.2。

(2)将质量比为1：1的针叶木浆、阔叶木浆混合均匀，然后用PFI盘磨机混合磨浆，控制盘磨机转速为转数5000～10000r/min，制得二次纤维浆，调节所述二次纤维浆的浓度为15wt％。

(3)按配比量将步骤(2)所得浓度为15％的二次纤维浆和过硫酸钾加入另一反应器中，然后将反应器置于水浴锅中，将水浴锅加热至90℃搅拌0.5h后，再加入配比量的步骤(1)制得的三聚氰胺多聚磷酸酯，置于恒速搅拌器中继续在80℃条件下搅拌反应12h后取出纤维，用去离子水和丙酮进行清洗，最后进行真空干燥，得到接枝改性的反应型阻燃植物纤维；其中：所述植物纤维浆与过硫酸钾、三聚氰胺多聚磷酸酯的质量比为2：0.02：0.3。

实施例4

(1)将配比量的乙醇加入反应器中，搅拌条件下加入配比量的三聚氰胺，溶解完全后继续加入配比量的聚磷酸，然后在70℃条件下反应6h，继续升温至75℃保温8h，反应结束后，将产物进行真空干燥10h，得三聚氰胺多聚磷酸酯，其中：所述乙醇、三聚氰胺、聚磷酸的质量比为1：0.15：0.2。

(2)将质量比为1：0.6的针叶木浆、阔叶木浆混合均匀，然后用PFI盘磨机混合磨浆，控制盘磨机转速为转数5000～10000r/min，制得二次纤维浆，调节所述二次纤维浆的浓度为10wt％。

(3)按配比量将步骤(2)所得浓度为10％的二次纤维浆和过硫酸钠加入另一反应器中，然后将反应器置于水浴锅中，将水浴锅加热至86℃搅拌1h后，再加入配比量的步骤(1)制得的三聚氰胺多聚磷酸酯，置于恒速搅拌器中继续在86℃条件下搅拌反应14h后取出纤维，用去离子水和丙酮进行清洗，最后进行真空干燥，得到接枝改性的反应型阻燃植物纤维；其中：所述植物纤维浆与过硫酸钠、三聚氰胺多聚磷酸酯的质量比为1.6：0.02：0.2。

应用实施例1

将实施例1制得的反应型阻燃植物纤维用于制备阻燃纸基材料，所述阻燃纸基材料的制备方法如下：

(1)按配比量向所述阻燃植物纤维中加入聚丙烯酰胺(CPAM)增强剂、助留剂，然后加入清水搅拌均匀，调节纸浆浓度为0.3wt％，得到抄纸用浆料；

其中：所述阻燃二次纤维与聚丙烯酰胺的质量比为1：0.001；

所述助留剂由阳离子聚丙烯酰胺和膨润土组成，所述阻燃植物纤维、阳离子聚丙烯酰胺、膨润土的质量比为1：0.0003：0.002。

(2)将步骤(1)所得浆料置于抄片器中抄制成湿纸页，经2.5kg/cm²压榨后在80℃条件下烘干，然后将烘干后的纸页按配比量经表面施胶后继续在80℃条件下烘干，获得阻燃纸基材料；其中：

所述表面施胶用施胶剂由阳离子淀粉和实施例1步骤(2)接枝改性后的废液(含三聚氰胺多聚磷酸酯)组成，所述阻燃植物纤维、阳离子淀粉、接枝改性后的废液的质量比为1：0.01：0.15。

应用实施例2

将实施例2制得的反应型阻燃植物纤维用于制备阻燃纸基材料，所述阻燃纸基材料的制备方法如下：

(1)按配比量向所述阻燃植物纤维中加入聚丙烯酰胺(CPAM)增强剂、助留剂，然后加入清水搅拌均匀，调节纸浆浓度为0.4wt％，得到抄纸用浆料；

其中：所述阻燃二次纤维与聚丙烯酰胺的质量比为1：0.002；

所述助留剂由阳离子聚丙烯酰胺和膨润土组成，所述阻燃植物纤维、阳离子聚丙烯酰胺、膨润土的质量比为1：0.0004：0.003。

(2)将步骤(1)所得浆料置于抄片器中抄制成湿纸页，经3.0kg/cm²压榨后在90℃条件下烘干，然后将烘干后的纸页按配比量经表面施胶后继续在90℃条件下烘干，获得阻燃纸基材料；其中：

所述表面施胶用施胶剂由阳离子淀粉和实施例2步骤(2)接枝改性后的废液(含三聚氰胺多聚磷酸酯)组成，所述阻燃植物纤维、阳离子淀粉、接枝改性后的废液的质量比为1：0.015：0.2。

应用实施例3

将实施例3制得的反应型阻燃植物纤维用于制备阻燃纸基材料，所述阻燃纸基材料的制备方法如下：

(1)按配比量向所述阻燃植物纤维中加入聚丙烯酰胺(CPAM)增强剂、助留剂，然后加入清水搅拌均匀，调节纸浆浓度为0.5wt％，得到抄纸用浆料；

其中：所述阻燃二次纤维与聚丙烯酰胺的质量比为1：0.0025；

所述助留剂由阳离子聚丙烯酰胺和膨润土组成，所述阻燃植物纤维、阳离子聚丙烯酰胺、膨润土的质量比为1：0.0005：0.0025。

(2)将步骤(1)所得浆料置于抄片器中抄制成湿纸页，经4.0kg/cm²压榨后在100℃条件下烘干，然后将烘干后的纸页按配比量经表面施胶后继续在100℃条件下烘干，获得阻燃纸基材料；其中：

所述表面施胶用施胶剂由阳离子淀粉和实施例3步骤(2)接枝改性后的废液(含三聚氰胺多聚磷酸酯)组成，所述阻燃植物纤维、阳离子淀粉、接枝改性后的废液的质量比为1：0.02：0.2。

应用实施例4

将实施例4制得的反应型阻燃植物纤维用于制备阻燃纸基材料，所述阻燃纸基材料的制备方法如下：

(1)按配比量向所述阻燃植物纤维中加入聚丙烯酰胺(CPAM)增强剂、助留剂，然后加入清水搅拌均匀，调节纸浆浓度为0.6wt％，得到抄纸用浆料；

其中：所述阻燃二次纤维与聚丙烯酰胺的质量比为1：0.003；

所述助留剂由阳离子聚丙烯酰胺和膨润土组成，所述阻燃植物纤维、阳离子聚丙烯酰胺、膨润土的质量比为1：0.0006：0.004。

(2)将步骤(1)所得浆料置于抄片器中抄制成湿纸页，经5.0kg/cm²压榨后在90℃条件下烘干，然后将烘干后的纸页按配比量经表面施胶后继续在90℃条件下烘干，获得阻燃纸基材料；其中：

所述表面施胶用施胶剂由阳离子淀粉和实施例4步骤(2)接枝改性后的废液(含三聚氰胺多聚磷酸酯)组成，所述阻燃植物纤维、阳离子淀粉、接枝改性后的废液的质量比为1：0.02：0.25。

将应用实施例1～4制得的阻燃纸基材料的主要性能指标进行测试。阻燃性采用氧指数仪按照ASTM D2863氧指数测试标准测试；纵向干抗张强度以《纸和纸板抗张强度的测定》国家标准GB T 12914-2008为依据进行检测；耐破指数按照GB/T 454-2002《纸耐破度的测定》标准进行测试；测试结果如表1所示。

表1应用实施例1～4制得的阻燃纸基材料的主要性能指标测试结果表

由表1结果可知，采用本发明反应型阻燃植物纤维制得的阻燃纸基材料阻燃性良好、持久，无卤、无毒，物理强度好，且本发明接枝改性后的废液用于配制阻燃表面施胶液，其工艺简单、无污染、生产成本低，具有较广阔的市场前景。

Claims

1.一种反应型阻燃植物纤维的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

（1）将乙醇加入反应器中，然后在搅拌条件下依次向反应器中加入三聚氰胺、聚磷酸，溶解完全后将体系升温至65～75℃反应5～6h，再在75℃条件下保温反应8～10h，最后真空干燥8～10h，得到三聚氰胺多聚磷酸酯；其中：所述乙醇、三聚氰胺、聚磷酸的质量份数比为1：0.1～0.2：0.1～0.2；

（2）按配比将植物纤维浆、过硫酸盐引发剂加入另一反应器中，加热升温至80～90℃搅拌0.5～1h，然后向反应器中加入步骤（1）制得的三聚氰胺多聚磷酸酯，再在80～90℃条件下恒温搅拌反应12～15h，反应结束后，取出纤维，最后清洗、干燥，得到接枝改性的阻燃植物纤维；其中：所述植物纤维浆与过硫酸盐、三聚氰胺多聚磷酸酯的质量份数比为1.5～2：0.01～0.02：0.1～0.3。

2.根据权利要求1所述的反应型阻燃植物纤维的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述植物纤维浆采用质量份数比为1：0.5～1.0的针叶木浆和阔叶木浆为原料，用PFI盘磨机混合磨浆后制得。

3.根据权利要求1所述的反应型阻燃植物纤维的制备方法，其特征在于：所述植物纤维浆的浓度为10～15wt%。

4.根据权利要求1所述的反应型阻燃植物纤维的制备方法，其特征在于：所述过硫酸盐为过硫酸钠，过硫酸钾或过硫酸铵中的任一种。

5.权利要求1～4任一项所述的反应型阻燃植物纤维的制备方法制备得到的反应型阻燃植物纤维。

6.权利要求1～4任一项所述方法制得的反应型阻燃植物纤维在制备阻燃纸基材料中的应用。