CN110172864B

CN110172864B - 一种利用海藻酸钠制备植物纤维耐温阻燃纸的方法

Info

Publication number: CN110172864B
Application number: CN201910364425.3A
Authority: CN
Inventors: 韩文佳
Original assignee: Qilu University of Technology
Current assignee: Qilu University of Technology
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2021-12-31
Anticipated expiration: 2039-04-30
Also published as: CN110172864A; AU2020100084A4

Abstract

本发明公开了一种利用海藻酸钠制备植物纤维耐温阻燃纸的方法，将海藻酸钠加入至植物纤维的水分散液中混合均匀后获得混合原浆，再向混合原浆中添加钙盐，使海藻酸钠与钙离子发生交联固化形成海藻酸钙获得交联原浆，然后再进行稀释、分散，并利用湿法脱水成形，经过压榨、干燥后获得植物纤维耐温阻燃纸。通过该方法制备的阻燃纸，不含有任何有害阻燃剂组分，且不会降低纸张强度，纸的强度高、韧性好，可作为环保可降解耐温阻燃材料，应用领域广泛。

Description

一种利用海藻酸钠制备植物纤维耐温阻燃纸的方法

技术领域

本发明属于耐温阻燃纸生产的技术领域，具体涉及一种利用海藻酸钠制备植物纤维耐温阻燃纸的方法。

背景技术

随着社会的进步和人们生活水平的提高，环保、安全、健康意识日益增强。植物纤维，作为世界上最广泛存在的自然资源，具有很多优点，诸如可再生、可降解、对环境友好、无毒副作用而且价格相对较低，其复合材料越来越受到青睐，应用的领域也越来越多，如食品烘焙、室内装修、工业电镀、汽车内饰材料等。但植物纤维的热稳定性差、容易燃烧的性质制约了其在诸多领域的使用，也带来了很多安全隐患。

目前，常用的耐温纸基材料生产方法主要有：通过在纤维素纤维浆料中添加或者纸张表面涂覆耐温阻燃助剂得到，添加卤系、磷系等阻燃剂有机化合物，如十溴二苯乙烷、四溴双酚A等；添加无机阻燃剂颗粒，如五氧化二磷、氢氧化镁、氢氧化铝、硼砂等；添加耐温纤维，如硅酸铝纤维、芳纶纤维等。然而，这几种方法都存在一定的局限性。就添加方式而言，浆内添加无机阻燃剂存在留着率低，严重影响材料强度的问题；表面施涂阻燃剂很难得到内外具有均一耐温阻燃性的纸基材料。就阻燃剂种类而言，含卤素的有机阻燃剂虽然具有较好的阻燃效果，但其毒性和不可降解是不可忽视的。而耐温合成纤维目前面临成本高、产量小、不可降解等问题。因此制备兼具植物纤维环保可降解等优点，且耐温性能好的植物纤维纸基材料非常有必要。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种利用海藻酸钠制备植物纤维耐温阻燃纸的方法，通过该方法制备的阻燃纸，不含有任何有害阻燃剂组分，且不会降低纸张强度，纸的强度高、韧性好，可作为环保可降解耐温阻燃材料，应用领域广泛。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种利用海藻酸钠制备植物纤维耐温阻燃纸的方法，将海藻酸钠加入至植物纤维的水分散液中混合均匀后获得混合原浆，再向混合原浆中添加钙盐，使海藻酸钠与钙离子发生交联固化形成海藻酸钙获得交联原浆，然后再进行稀释、分散，并利用湿法脱水成形，经过压榨、干燥后获得植物纤维耐温阻燃纸。

海藻酸钠(SA)是一种多糖类天然高分子材料，是从褐藻类的海带或者马尾藻中提取的一种由1,4聚β-D-苷露糖醛酸和α-L-古罗糖醛酸组成的水溶性的线性多糖碳水化合物，是海藻酸衍生物中的一种，由棕色海带中提取得到。目前，海藻酸钠大部分用于食品工业，其余用于制药业和牙科。研究人员对海藻酸钠的研究兴趣主要是它的独特的胶体性能，包括其成膜性，生物相容性能以及生物粘结性能等。特别指出的是，海藻酸钠可以与钙盐水溶液中的钙离子能发生交联固化得到海藻酸钙，成形过程是一个水溶性的海藻酸钠转变成不溶于水的海藻酸钙的过程。二价的钙离子通过离子键结合临近海藻酸分子链上的羧酸基团后，钙离子被包围在相邻的分子链之间，形成一个类似鸡蛋盒的结构。海藻酸钙是一种高分子羧酸盐，因其大分子和钙离子的作用使其具有较高的热稳定性。

当在植物纤维的水分散液中形成海藻酸钙，不仅能够提高至的耐温阻燃性能，而且由于大分子链的存在，使得植物纤维结合紧密，从而防止了纸强度的降低。

本发明的目的之二是提供一种上述方法获得的植物纤维耐温阻燃纸。

本发明的目的之三是提供一种上述植物纤维耐温阻燃纸在耐温阻燃材料中的应用。

本发明的有益效果为：

(1)本发明首先利用海藻酸钠对植物纤维在水体系环境中进行共混处理，然后借助钙盐的交联作用，制备得到热稳定性高的植物纤维/海藻酸钙网络体系，再通过湿法成形、干燥等工艺制备得到耐温阻燃纸。

(2)采用本发明所述工艺制备植物纤维耐温阻燃纸，原料均采用天然和无害组分，是一种天然环保可降解的植物纤维耐温阻燃纸。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本申请所述的植物纤维来源于木材、竹类、草类等纤维原料，可以制备成包括木浆、竹浆、草浆等造纸原浆。

本申请所述的钙盐是指溶于水能够电离出钙离子的化合物，例如氯化钙、乳酸钙、硫酸钙等。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在无法同时满足无毒、强度高、韧性好、可降解的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种利用海藻酸钠制备植物纤维耐温阻燃纸的方法。

本申请的一种典型实施方式，提供了一种利用海藻酸钠制备植物纤维耐温阻燃纸的方法，将海藻酸钠加入至植物纤维的水分散液中混合均匀后获得混合原浆，再向混合原浆中添加钙盐，使海藻酸钠与钙离子发生交联固化形成海藻酸钙获得交联原浆，然后再进行稀释、分散，并利用湿法脱水成形，经过压榨、干燥后获得植物纤维耐温阻燃纸。

海藻酸钠可以与钙盐水溶液中的钙离子能发生交联固化得到海藻酸钙，成形过程是一个水溶性的海藻酸钠转变成不溶于水的海藻酸钙的过程。二价的钙离子通过离子键结合临近海藻酸分子链上的羧酸基团后，钙离子被包围在相邻的分子链之间，形成一个类似鸡蛋盒的结构。海藻酸钙是一种高分子羧酸盐，因其大分子和钙离子的作用使其具有较高的热稳定性。当在植物纤维的水分散液中形成海藻酸钙，不仅能够提高至的耐温阻燃性能，而且由于大分子链的存在，使得植物纤维结合紧密，从而防止了纸强度的降低。

为了提高海藻酸钠与植物纤维的混合效率，优选的，将海藻酸钠制备成溶液后添加至植物纤维的水分散液。防止植物纤维影响海藻酸钠的溶解速率，从而影响海藻酸钠与植物纤维的混合效率。进一步优选的，海藻酸钠溶液的浓度为4～10％(质量)。

进一步优选的，海藻酸钠制备成溶液后添加至植物纤维的水分散液进行混合的条件为：温度30～60℃，时间为10～40min。搅拌输电为80～100rpm。

优选的，所述海藻酸钠的添加量为植物纤维质量的10～30％。经过实验发现，该范围下的效果更好。

优选的，植物纤维的水分散液的浓度为3～6％(质量)。经过实验发现，浓度太低药品浓度会降低改性效果差，浓度太高纤维分散均匀性降低效果也会变差。

为了提高钙离子与海藻酸钠的反应效率，优选的，将钙盐溶解于水中后再添加至混合原浆中。进一步优选的，钙盐水溶液的浓度为10～20％(质量)。

进一步优选的，海藻酸钠与钙离子发生交联固化的时间为20～30min。

优选的，钙盐的添加量与海藻酸钠的添加量的质量比为0.9:1.1。

优选的，所述湿法脱水成形采用长网造纸机或斜网造纸机进行成形。

进一步优选的，采用长网造纸机成形时物料浓度为0.05～0.5％(质量)；采用斜网造纸机成形时物料浓度为0.01～0.03％(质量)。

优选的，所述干燥温度为105±5℃。

本申请的另一种实施方式，提供了一种上述方法获得的植物纤维耐温阻燃纸。

本申请的第三种实施方式，提供了一种上述植物纤维耐温阻燃纸在耐温阻燃材料中的应用。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本申请的技术方案。

实施例1：

将针叶木浆纤维分散至浓度为3％，在搅拌速度为80rpm，温度为30℃的条件下，加入浓度为4％的海藻酸钠，加入量为植物纤维质量的10％，搅拌混合10分钟。然后加入浓度为10％氯化钙溶液，添加量为植物纤维的10％，搅拌速度为100rpm，时间为20分钟,然后将该体系进行再分散，利用长网造纸机在浓度为0.01％条件下脱水成形，经过压榨、干燥等过程得到阻燃的植物纤维纸。

实施例2：

将针叶木浆纤维分散至浓度为4％，在搅拌速度为90rpm，温度为50℃的条件下，加入浓度为7％的海藻酸钠，加入量为植物纤维质量的20％，搅拌混合30分钟。然后加入浓度为15％乳酸钙溶液，添加量为植物纤维的20％，搅拌速度为130rpm，时间为25分钟,然后将该体系进行再分散，利用长网造纸机在浓度为0.3％条件下脱水成形，经过压榨、干燥等过程得到阻燃的植物纤维纸。

实施例3：

将针叶木浆纤维分散至浓度为6％，在搅拌速度为100rpm，温度为60℃的条件下，加入浓度为10％的海藻酸钠，加入量为植物纤维质量的30％，搅拌混合40分钟。然后加入浓度为20％乳酸钙溶液，添加量为植物纤维的30％，搅拌速度为160rpm，时间为30分钟,然后将该体系进行再分散，利用长网造纸机在浓度为0.5％条件下脱水成形，经过压榨、干燥等过程得到阻燃的植物纤维纸。

实施例4：

将针叶木浆纤维分散至浓度为4％，在搅拌速度为90rpm，温度为50℃的条件下，加入浓度为6％的海藻酸钠，加入量为植物纤维质量的20％，搅拌混合30分钟。然后加入浓度为15％乳酸钙溶液，添加量为植物纤维的20％，搅拌速度为130rpm，时间为25分钟,然后将该体系进行再分散，利用斜网网造纸机在浓度为0.01％条件下成形，经过压榨、干燥等过程得到阻燃的植物纤维纸。

实施例5：

将针叶木浆纤维分散至浓度为4％，在搅拌速度为90rpm，温度为50℃的条件下，加入浓度为6％的海藻酸钠，加入量为植物纤维质量的20％，搅拌混合30分钟。然后加入浓度为15％钙盐溶液(氯化钙和乳酸钙的比例为1:1)，添加量为植物纤维的20％，搅拌速度为130rpm，时间为25分钟,然后将该体系进行再分散，利用斜网网造纸机在浓度为0.01％条件下成形，经过压榨、干燥等过程得到阻燃的植物纤维纸。

实施例6：

将针叶木浆纤维分散至浓度为4％，在搅拌速度为90rpm，温度为50℃的条件下，搅拌混合30分钟，然后将该体系进行再分散，利用斜网网造纸机在浓度为0.01％条件下成形，经过压榨、干燥等过程得到的植物纤维纸。

实施例中样品的性能指标

实施例	抗张指数(N.m/g)	耐破指数(KPa.m<sup>2</sup>/g)	氧指数
				1	10.25	2.12	26
2	12.56	3.26	28
				3	15.45	4.10	30
4	12.05	3.01	26
				5	12.30	3.15	27
6	7.12	1.25	19

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

Claims

1.一种利用海藻酸钠制备植物纤维耐温阻燃纸的方法，其特征是，将海藻酸钠加入至植物纤维的水分散液中混合均匀后获得混合原浆，再向混合原浆中添加钙盐，使海藻酸钠与钙离子发生交联固化形成海藻酸钙获得交联原浆，然后再进行稀释、分散，并利用湿法脱水成形，经过压榨、干燥后获得植物纤维耐温阻燃纸；

所述海藻酸钠的添加量为植物纤维质量的10~30%；

海藻酸钠与钙离子发生交联固化的时间为20~30min；

钙盐的添加量与海藻酸钠的添加量的质量比为0.9:1.1。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是，将海藻酸钠制备成溶液后添加至植物纤维的水分散液。

3.如权利要求2所述的方法，其特征是，植物纤维的水分散液的浓度为3~6%质量分数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是，将钙盐溶解于水中后再添加至混合原浆中。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述湿法脱水成形采用长网造纸机或斜网造纸机进行成形。

6.如权利要求5所述的方法，其特征是，采用长网造纸机成形时物料浓度为0.05~0.5%质量分数；采用斜网造纸机成形时物料浓度为0.01~0.03%质量分数。

7.一种权利要求1~6任一所述的方法获得的植物纤维耐温阻燃纸。

8.一种权利要求7所述的植物纤维耐温阻燃纸在耐温阻燃材料中的应用。