CN109853282A

CN109853282A - 一种利用阻燃二次纤维制备的阻燃牛皮箱纸板及其制备方法

Info

Publication number: CN109853282A
Application number: CN201910198521.5A
Authority: CN
Inventors: 赵志芳; 沙力争; 顾佳燕
Original assignee: ZHEJIANG RONGSHENG PAPER INDUSTRY HOLDING Co Ltd
Current assignee: ZHEJIANG RONGSHENG PAPER INDUSTRY HOLDING Co Ltd
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2019-06-07
Anticipated expiration: 2039-03-15
Also published as: CN109853282B

Abstract

本发明涉及一种利用阻燃二次纤维制备的阻燃牛皮箱纸板及其制备方法，涉及阻燃材料领域。本发明以国产旧瓦楞纸箱废纸(OCC)和美国旧瓦楞纸箱废纸(AOCC)制得的二次纤维浆为原料，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，在80～90℃条件下接枝反应制备阻燃二次纤维；然后将造纸助剂与阻燃二次纤维混合后抄制湿纸页，经压榨、干燥、表面施胶、再干燥后即得阻燃牛皮箱纸板；其中，接枝改性后的废液可用于配制阻燃表面施胶剂作为牛皮箱纸板的表面施胶。本发明制备工艺简单、无污染、生产成本低，且制得的牛皮箱纸板的阻燃性好，极限氧指数≥27％，物理强度高，具有较广阔的市场前景。

Description

一种利用阻燃二次纤维制备的阻燃牛皮箱纸板及其制备方法

技术领域

本发明涉及阻燃材料领域，更具体地说，本发明涉及一种利用阻燃二次纤维制备的阻燃牛皮箱纸板及其制备方法。

背景技术

在现代商品贸易中，包装材料发挥着对商品的保存、美化和保护的重要作用，其中瓦楞包装纸箱约占世界包装材料的37％左右。我国瓦楞纸箱行业近年来取得了快速发展，2017年我国瓦楞纸箱行业产值已达3924.73亿元。随着各类产品更新换代的速度加快，零库存管理和快速物流成为刚性需求，这些都促进了瓦楞纸箱行业的快速发展。电子商务等行业的持续快速发展也支撑了瓦楞纸箱行业的发展。根据相关部门的统计，我国快递2015年超过206亿件，稳居世界第一；2017年，全国快递服务企业业务量累计完成400.6亿件，同比增长28％。现有各类包装纸箱用的牛皮箱纸板一般都用废纸制造，多数情况下没有进行阻燃处理。目前阻燃技术仅用于少量的高档包装纸箱或特殊产品，如出口产品，少量高档消费品，易燃易爆品、军工品等。一般纸箱包括电商纸箱是没有阻燃处理的，这是种隐患，包装纸箱运输或贮存中火灾也时有发生，随着社会进步和人们生活要求的提高，对包装纸箱用牛皮箱纸板进行阻燃处理是一种必然的要求。

本发明要解决的技术问题有以下几点：

1、解决二次纤维的阻燃性问题。

众所周知，植物纤维是一种易燃物质，制造包装用纸箱的牛皮箱纸板一般都用二次纤维(废纸)来生产，其本质是各类植物纤维，如木浆纤维、草浆纤维等，所以是一种易燃材料，是引起火灾的一类易燃材料，一直都是消防工作的重点。对二次纤维(废纸)进行阻燃处理可以降低包装纸箱火灾隐患、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。阻燃处理后的牛皮箱纸板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，被引燃的牛皮箱纸板可以自熄，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。所以对制造包装用纸箱的牛皮箱纸板而言，阻燃性是其必备的重要性能，本发明要解决的是二次纤维(废纸)的阻燃性问题。

2、解决包装纸板阻燃持久性问题。

目前很多阻燃纸的缺点是阻燃功能持久性不长，包括阻燃包装纸板，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，造成包装纸板的阻燃性能降低或消失，从而影响其使用效果和寿命。

3、解决纸内添加阻燃剂对牛皮箱纸板物理强度的影响问题。

目前阻燃型牛皮箱纸板通常采用纸内添加阻燃剂的方法生产，如在纸中加入常用的含氮、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实现阻燃，这种方法阻燃效率较低，需要加入大量的阻燃剂才有阻燃效果。其带来的问题是：由于加入量大，影响纤维间的结合，从而将严重削弱牛皮箱纸板本身的物理强度，降低了其使用性能；另外加入量大，流失多，阻燃成本高；加入量大也增加了纸页的灰分，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利用阻燃二次纤维制备的阻燃牛皮箱纸板及其制备方法。

为达到上述第一个目的，本发明采取的技术方案是：

一种利用阻燃二次纤维制备的阻燃牛皮箱纸板，定量为80～90g/m²，挺度为1.1～1.2mN·m，耐破指数为2.1～2.3Kpa·m²/g，裂断长为3.5～3.8km，极限氧指数≥27％。

本发明的第二个目的在于提供上述所述利用阻燃二次纤维制备阻燃牛皮箱纸板的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将国产旧瓦楞纸箱废纸(OCC)和美国旧瓦楞纸箱废纸(AOCC)经碎浆、净化、筛选、浓缩处理后磨浆，制得二次纤维浆；

(2)按配比将步骤(1)获得的二次纤维浆、过硫酸盐引发剂加入反应器中，加热升温至80～90℃搅拌0.5～1.5h，然后向反应器中加入三聚氰胺多聚磷酸酯，继续在80～90℃条件下恒温搅拌12～15h，反应结束后，取出纤维，最后洗浆，得到接枝改性的阻燃二次纤维；

(3)将步骤(2)得到的阻燃二次纤维、造纸助剂混合后经抄制、压榨、干燥、表面施胶、再干燥，得到所述的阻燃牛皮箱纸板。

进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述二次纤维浆的浓度为3～5wt％，打浆度为30～35°SR。

进一步地，上述技术方案，所述OCC原料、AOCC原料、过硫酸盐、三聚氰胺多聚磷酸酯的质量份数比为1：0.2～0.5：0.02～0.04：0.2～0.4。

优选地，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。

进一步，上述技术方案，步骤(3)所述造纸助剂包括增强剂、保留脱水促进剂；所述增强剂优选为聚丙烯酰胺(CPAM)；所述保留脱水促进剂由聚二烯丙基氯化氨、阳离子淀粉/膨润土复合物和复合微生物酶组成。

优选地，上述技术方案，所述阻燃二次纤维与增强剂的质量份数比为1：0.002～0.004。

优选地，上述技术方案，所述复合微生物酶是由纤维素酶、半纤维素酶组成的酶复合物，通过其降解表面纤维，脱除部分细微纤维，提高湿纸页空隙，加快湿纸页在纸机网上的滤水速度。

优选地，上述技术方案，所述阻燃二次纤维、聚二烯丙基氯化氨、阳离子淀粉/膨润土复合物、复合微生物酶的质量份数比为1：0.0005～0.001：0.008～0.012：0.00003～0.00005。

更优选地，所述阳离子淀粉/膨润土复合物中阳离子淀粉与膨润土的质量份数比为1：0.4～0.8。

进一步，上述技术方案，所述表面施胶工艺采用的表面施胶剂由质量比为1：0.01～0.02：0.01～0.02：0.1～0.2的阳离子淀粉、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物和步骤(2)接枝改性反应后的废液组成，所述废液含三聚氰胺多聚磷酸酯。

进一步，上述技术方案，所述表面施胶剂用量为所述阻燃二次纤维质量的3～5％，施胶浓度为8～12％。

与现有技术相比，本发明涉及的一种利用阻燃二次纤维制备的阻燃牛皮箱纸板及其制备方法具有如下有益效果：

(1)本发明利用反应型阻燃原理(而非添加型)，采用反应型阻燃剂三聚氰胺多聚磷酸酯，通过阻燃剂与二次纤维中的组分发生接枝反应，真正成为了二次纤维的一部分，制得阻燃型二次纤维，从而赋予二次纤维长期持久的阻燃效果和其制备的阻燃牛皮箱纸板阻燃的持久性。

(2)本发明制备的阻燃二次纤维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，不影响牛皮箱纸板的物理强度；不仅如此，三聚氰胺多聚磷酸酯还具有一定的交联作用，可以提高牛皮箱纸板的物理强度，由此可见，本发明制备的牛皮箱纸板的阻燃性好、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为本发明利用阻燃二次纤维制备阻燃牛皮箱纸板的工艺流程图。

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

本实施例的一种利用阻燃二次纤维制备阻燃牛皮箱纸板的方法，包括如下步骤：

(1)制浆步骤：

(11)将质量比为1：0.2的国产旧瓦楞纸箱废纸(OCC)、美国旧瓦楞纸箱废纸(AOCC)经水力碎浆机碎解后，进行高浓除渣，然后经粗筛和精筛，浓缩机浓缩处理后，用锥形磨浆机1列2台串联混合磨浆，获得浓度为3％，打浆度为30°SR的二次纤维浆，贮存于成浆池备用；

(12)将步骤(11)所得二次纤维浆、过硫酸铵加入反应器中，加热升温至80℃搅拌1.5h，然后向反应器中加入三聚氰胺多聚磷酸酯，继续在80℃条件下恒温搅拌15h，反应结束后，取出纤维，最后洗浆，得到接枝改性的阻燃二次纤维，其中：所述OCC原料、AOCC原料、过硫酸铵、三聚氰胺多聚磷酸酯的质量比为1：0.2：0.02：0.2。

(2)抄纸步骤：

(21)按配比量向所述阻燃二次纤维中加入聚丙烯酰胺(CPAM)增强剂、保留脱水促进剂得到抄纸用浆料；

其中：所述阻燃二次纤维与增强剂的质量比为1：0.002；

所述保留脱水促进剂由聚二烯丙基氯化氨、阳离子淀粉/膨润土复合物和复合微生物酶组成，所述复合微生物酶是由质量比为1：1的纤维素酶、半纤维素酶组成的酶复合物，通过其降解表面纤维，脱除部分细微纤维，提高湿纸页空隙，加快湿纸页在纸机网上的滤水速度。所述阻燃二次纤维、聚二烯丙基氯化氨、阳离子淀粉/膨润土复合物、复合微生物酶的质量比为1：0.0005：0.008：0.00003；所述阳离子淀粉/膨润土复合物中阳离子淀粉与膨润土的质量比为1：0.4。

(22)将步骤(21)所得浆料通过流送系统流送至叠网纸机的网部抄制形成湿纸页，经压榨、烘干后进行表面施胶处理；表面施胶量为3％(相当于纸重量，即阻燃二次纤维重量)，施胶浓度为8％；施胶后经100℃烘缸干燥，然后经软压光后制得阻燃牛皮箱纸板；

所述软压光工艺具体是采用双辊软压光技术；

表面施胶剂配方：所述表面施胶剂由阳离子淀粉、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物和接枝改性后的废液(含三聚氰胺多聚磷酸酯)组成。所述阻燃二次纤维、阳离子淀粉、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、接枝改性后的废液质量比为：1：0.01：0.01：0.1。

实施例2

(1)制浆步骤：

(11)将质量比为1：0.3的国产旧瓦楞纸箱废纸(OCC)、美国旧瓦楞纸箱废纸(AOCC)经水力碎浆机碎解后，进行高浓除渣，然后经粗筛和精筛，浓缩机浓缩处理后，用锥形磨浆机1列2台串联混合磨浆，获得浓度为4％，打浆度为32°SR的二次纤维浆，贮存于成浆池备用；

(12)将步骤(11)所得二次纤维浆、过硫酸钾加入反应器中，加热升温至80℃搅拌1.5h，然后向反应器中加入三聚氰胺多聚磷酸酯，继续在85℃条件下恒温搅拌13h，反应结束后，取出纤维，最后洗浆，得到接枝改性的阻燃二次纤维，其中：所述OCC原料、AOCC原料、过硫酸钾、三聚氰胺多聚磷酸酯的质量比为1：0.3：0.03：0.3。

(2)抄纸步骤：

其中：所述阻燃二次纤维与增强剂的质量比为1：0.003；

所述保留脱水促进剂由聚二烯丙基氯化氨、阳离子淀粉/膨润土复合物和复合微生物酶组成，所述复合微生物酶是由质量比为1：2的纤维素酶、半纤维素酶组成的酶复合物，通过其降解表面纤维，脱除部分细微纤维，提高湿纸页空隙，加快湿纸页在纸机网上的滤水速度。所述阻燃二次纤维、聚二烯丙基氯化氨、阳离子淀粉/膨润土复合物、复合微生物酶的质量比为1：0.0008：0.01：0.00004；所述阳离子淀粉/膨润土复合物中阳离子淀粉与膨润土的质量比为1：0.5。

(22)将步骤(21)所得浆料通过流送系统流送至叠网纸机的网部抄制形成湿纸页，经压榨、烘干后进行表面施胶处理；表面施胶量为4％(相当于纸重量，即阻燃二次纤维重量)，施胶浓度为9％；施胶后经100℃烘缸干燥，然后经软压光后制得阻燃牛皮箱纸板；

所述软压光工艺具体是采用双辊软压光技术；

表面施胶剂配方：所述表面施胶剂由阳离子淀粉、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物和接枝改性后的废液(含三聚氰胺多聚磷酸酯)组成。阻燃二次纤维、阳离子淀粉、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、接枝改性后的废液质量比为1：0.015：0.015：0.15。

实施例3

(1)制浆步骤：

(11)将质量比为1：0.4的国产旧瓦楞纸箱废纸(OCC)、美国旧瓦楞纸箱废纸(AOCC)经水力碎浆机碎解后，进行高浓除渣，然后经粗筛和精筛，浓缩机浓缩处理后，用锥形磨浆机1列2台串联混合磨浆，获得浓度为5％，打浆度为30°SR的二次纤维浆，贮存于成浆池备用；

(12)将步骤(11)所得二次纤维浆、过硫酸铵加入反应器中，加热升温至86℃搅拌1h，然后向反应器中加入三聚氰胺多聚磷酸酯，继续在86℃条件下恒温搅拌15h，反应结束后，取出纤维，最后洗浆，得到接枝改性的阻燃二次纤维，其中：所述OCC原料、AOCC原料、过硫酸铵、三聚氰胺多聚磷酸酯的质量比为1：0.4：0.025：0.25。

(2)抄纸步骤：

其中：所述阻燃二次纤维与增强剂的质量比为1：0.004；

所述保留脱水促进剂由聚二烯丙基氯化氨、阳离子淀粉/膨润土复合物和复合微生物酶组成，所述复合微生物酶是由质量比为1：1的纤维素酶、半纤维素酶组成的酶复合物，通过其降解表面纤维，脱除部分细微纤维，提高湿纸页空隙，加快湿纸页在纸机网上的滤水速度。所述阻燃二次纤维、聚二烯丙基氯化氨、阳离子淀粉/膨润土复合物、复合微生物酶的质量比为1：0.001：0.012：0.00005；所述阳离子淀粉/膨润土复合物中阳离子淀粉与膨润土的质量比为1：0.8。

(22)将步骤(21)所得浆料通过流送系统流送至叠网纸机的网部抄制形成湿纸页，经压榨、烘干后进行表面施胶处理；表面施胶量为5％(相当于纸重量，即阻燃二次纤维重量)，施胶浓度为10％；施胶后经120℃烘缸干燥，然后经软压光后制得阻燃牛皮箱纸板；

所述软压光工艺具体是采用双辊软压光技术；

表面施胶剂配方：所述表面施胶剂由阳离子淀粉、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物和接枝改性后的废液(含三聚氰胺多聚磷酸酯)组成。阻燃二次纤维、阳离子淀粉、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、接枝改性后的废液质量比为1：0.02：0.02：0.2。

实施例4

(1)制浆步骤：

(11)将质量比为1：0.5的国产旧瓦楞纸箱废纸(OCC)、美国旧瓦楞纸箱废纸(AOCC)经水力碎浆机碎解后，进行高浓除渣，然后经粗筛和精筛，浓缩机浓缩处理后，用锥形磨浆机1列2台串联混合磨浆，获得浓度为3％，打浆度为35°SR的二次纤维浆，贮存于成浆池备用；

(12)将步骤(11)所得二次纤维浆、过硫酸钠加入反应器中，加热升温至90℃搅拌0.5h，然后向反应器中加入三聚氰胺多聚磷酸酯，继续在90℃条件下恒温搅拌12h，反应结束后，取出纤维，最后洗浆，得到接枝改性的阻燃二次纤维，其中：所述OCC原料、AOCC原料、过硫酸钠、三聚氰胺多聚磷酸酯的质量比为1：0.5：0.04：0.4。

(2)抄纸步骤：

其中：所述阻燃二次纤维与增强剂的质量比为1：0.0025；

所述保留脱水促进剂由聚二烯丙基氯化氨、阳离子淀粉/膨润土复合物和复合微生物酶组成，所述复合微生物酶是由质量比为2：1的纤维素酶、半纤维素酶组成的酶复合物，通过其降解表面纤维，脱除部分细微纤维，提高湿纸页空隙，加快湿纸页在纸机网上的滤水速度。所述阻燃二次纤维、聚二烯丙基氯化氨、阳离子淀粉/膨润土复合物、复合微生物酶的质量比为1：0.0008：0.009：0.000045；所述阳离子淀粉/膨润土复合物中阳离子淀粉与膨润土的质量比为1：0.55。

(22)将步骤(21)所得浆料通过流送系统流送至叠网纸机的网部抄制形成湿纸页，经压榨、烘干后进行表面施胶处理；表面施胶量为3.5％(相当于纸重量，即阻燃二次纤维重量)，施胶浓度为8％；施胶后经100℃烘缸干燥，然后经软压光后制得阻燃牛皮箱纸板；

所述软压光工艺具体是采用双辊软压光技术；

将应用实施例1～4制得的阻燃牛皮箱纸板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；挺度按照GB/T 22364-2008《纸和纸板弯曲挺度的测定》标准进行测试；耐破指数按照GB/T 454-2002《纸耐破度的测定》标准进行测试；裂断长按照GB-T 12914-2008《纸和纸板抗张强度的测定》标准进行测试，测试结果如表1所示。

表1实施例1～4制得的阻燃牛皮箱纸板的主要性能指标测试结果表

技术指标	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					定量g/m<sup>2</sup>	80	90	84	86
挺度mN·m	1.1	1.2	1.15	1.6
					耐破指数Kpa·m<sup>2</sup>/g	2.1	2.3	2.24	2.18
裂断长km	3.5	3.8	3.7	3.6
					阻燃性(极限氧指数％)	27.2	28.9	27.5	28.5

由表1结果可知，采用本发明阻燃二次纤维制得的阻燃牛皮箱纸板阻燃性良好、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

1.一种利用阻燃二次纤维制备的阻燃牛皮箱纸板，其特征在于：定量为80～90g/m²，挺度为1.1～1.2mN·m，耐破指数为2.1～2.3Kpa·m²/g，裂断长为3.5～3.8km，极限氧指数≥27％。

2.权利要求1所述的利用阻燃二次纤维制备阻燃牛皮箱纸板的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的利用阻燃二次纤维制备阻燃牛皮箱纸板的方法，其特征在于：步骤(1)所述二次纤维浆的浓度为3～5wt％，打浆度为30～35°SR。

4.根据权利要求2所述的利用阻燃二次纤维制备阻燃牛皮箱纸板的方法，其特征在于：所述OCC原料、AOCC原料、过硫酸盐、三聚氰胺多聚磷酸酯的质量份数比为1：0.2～0.5：0.02～0.04：0.2～0.4。

5.根据权利要求2所述的利用阻燃二次纤维制备阻燃牛皮箱纸板的方法，其特征在于：步骤(3)所述造纸助剂包括增强剂、保留脱水促进剂，所述增强剂为聚丙烯酰胺；所述保留脱水促进剂由聚二烯丙基氯化氨、阳离子淀粉/膨润土复合物和复合微生物酶组成；所述复合微生物酶是由纤维素酶、半纤维素酶组成的酶复合物。

6.根据权利要求5所述的利用阻燃二次纤维制备阻燃牛皮箱纸板的方法，其特征在于：所述阻燃二次纤维与增强剂的质量份数比为1：0.002～0.004。

7.根据权利要求5所述的利用阻燃二次纤维制备阻燃牛皮箱纸板的方法，其特征在于：所述阻燃二次纤维、聚二烯丙基氯化氨、阳离子淀粉/膨润土复合物、复合微生物酶的质量份数比为1：0.0005～0.001：0.008～0.012：0.00003～0.00005。

8.根据权利要求2所述的利用阻燃二次纤维制备阻燃牛皮箱纸板的方法，其特征在于：所述阳离子淀粉/膨润土复合物中阳离子淀粉与膨润土的质量份数比为1：0.4～0.8。

9.根据权利要求2所述的利用阻燃二次纤维制备阻燃牛皮箱纸板的方法，其特征在于：所述表面施胶工艺采用的表面施胶剂由质量比为1：0.01～0.02：0.01～0.02：0.1～0.2的阳离子淀粉、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物和步骤(2)接枝改性反应后的废液组成，所述废液含三聚氰胺多聚磷酸酯。

10.根据权利要求9所述的利用阻燃二次纤维制备阻燃牛皮箱纸板的方法，其特征在于：所述表面施胶剂用量为所述阻燃二次纤维质量的3～5％，施胶浓度为8～12％。