CN112480534A - 一种耐热阻燃纸塑复合袋及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及包装技术领域，具体公开了一种耐热阻燃纸塑复合袋及其制备方法。耐热阻燃纸塑复合袋包括塑胶层和纸质层，塑胶层包括如下重量份数的组分：聚丙烯100‑200份；聚乙烯20‑50份；阻燃剂30‑60份；相容剂20‑30份；邻苯二甲酸二（2‑乙基己基）酯5‑10份；硬脂酸钠3‑5份；液体石蜡5‑10份；阻燃剂由间苯二酚双（二苯基磷酸酯）和纳米二氧化硅按重量比1：（1.2‑1.4）混合组成；纸质层为牛皮纸。其制备方法为：将原料混合，挤出造粒，注塑成型，制得塑胶层；将塑胶层加热涂覆于纸质层上，制得复合纸；将复合纸加工成复合袋。本申请的耐热阻燃纸塑复合袋具有良好的耐热阻燃性能和抗拉强度。
Description
技术领域
本申请涉及包装技术领域，更具体地说，它涉及一种耐热阻燃纸塑复合袋及其制备方法。
背景技术
纸塑复合袋是由塑胶与牛皮纸复合而成，通常塑胶层采用聚丙烯或聚乙烯为基材的扁丝编织布，牛皮纸则采用精制复合专用牛皮纸。纸塑复合袋是一种小型的散装容器，主要以人力或叉车实现单元化运输，它便于装运小宗散装粉粒状物料，具有强度高、防水性好、外观漂亮、便于装卸等特性，是一种最流行和实用的普通包装材料。
纸塑复合袋被广泛应用在塑胶原料、水泥、饲料、化工、肥料等行业。其中，纸塑复合袋主要用于食品包装、化工材料包装、食品添加剂包装、饲料添加剂包装、颜料包装、纺织助剂包装、奶粉包装、建筑材料干粉砂浆包装、工程塑料、种子包装以及其它一些包装等。
在普通纸塑复合袋应用过程中，其虽然有质轻、化学稳定性好、强度高、防水性好等优点，但是在将其用于包装一些易燃易爆物品时，普通纸塑复合袋的阻燃性能较低，存在安全隐患。
发明内容
为了提高纸塑复合袋的耐火阻燃性能，本申请提供一种耐热阻燃纸塑复合袋及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种耐热阻燃纸塑复合袋，采用如下的技术方案：
一种耐热阻燃纸塑复合袋，包括塑胶层和纸质层，所述纸质层为牛皮纸：所述塑胶层包括如下重量份数的组分：
聚丙烯100-200份；
聚乙烯20-50份；
阻燃剂30-60份；
相容剂20-30份；
邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯5-10份；
硬脂酸钠3-5份；
液体石蜡5-10份；
所述阻燃剂由间苯二酚双(二苯基磷酸酯)和纳米二氧化硅混合组成，所述间苯二酚双(二苯基磷酸酯)和纳米二氧化硅的重量比为1：(1.2-1.4)。
通过采用上述技术方案，将聚丙烯作为主要基材，其具有机械性能好、无毒、耐热、耐化学药品、容易加工成型等优点。加入的相容剂可以改善基材之间的相容性，提高材料的机械性能和耐热性能。邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯作为增塑剂，可增加塑料的弹性和韧性。硬质酸钠作为稳定剂，加入基材中可以减少或防止聚合物在加工使用过程中受热而发生降解或交联的现象发生。液体石蜡作为润滑剂，可以降低基材之间的流动阻力，从而使基材更易混合。
阻燃剂成分中的间苯二酚双(二苯基磷酸酯)具有优异的阻燃性能，而且对材料的热稳定性能、机械性能影响较小，间苯二酚双(二苯基磷酸酯)在抑制燃烧反应的同时，还可使材料火焰燃烧强度减弱。纳米二氧化硅与间苯二酚双(二苯基磷酸酯)之间具有良好的协同阻燃性能，纳米二氧化硅可以附着在间苯二酚双(二苯基磷酸酯)表面，从而加强间苯二酚双(二苯基磷酸酯)的阻燃性能和机械强度。
优选的，所述纳米二氧化硅为改性纳米二氧化硅，其改性方法为：将纳米二氧化硅加入无水乙醇中搅拌，加入硅烷偶联剂，搅拌后烘干。
通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅容易发生粉体团聚现象，使其在体系中的分散性较弱。使用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行表面改性，提高纳米二氧化硅的分散性，改性纳米二氧化硅和间苯二酚双(二苯基磷酸酯)形成覆盖在基体树脂表面且无孔洞的碳层，使气体不能自由进出，热量难以交换，从而使得改性纳米二氧化硅和间苯二酚双(二苯基磷酸酯)体现出较佳的阻燃效果。
优选的，加入硅烷偶联剂后升温至50-60℃，搅拌2-3h，烘干温度为80-100℃，烘干时间为30-50min。
通过采用上述技术方案，提高反应温度可以使硅烷偶联剂对纳米二氧化硅的改性更加充分，且上述升温范围为较优温度范围。将改性后的纳米二氧化硅进行烘干处理，减少改性纳米二氧化硅颗粒之间的黏连，提高改性纳米二氧化硅在体系中的分散性，使制得的阻燃剂具有较好的耐火阻燃性能。
优选的，所述聚丙烯为玻璃纤维改性聚丙烯，所述玻璃纤维改性聚丙烯中聚丙烯与玻璃纤维的重量比为1：(0.2-0.4)。
通过采用上述技术方案，玻璃纤维改性聚丙烯具有较好的机械强度和耐热性，同时，使用玻璃纤维增强改性后的聚丙烯，其耐水蒸汽性、耐化学腐蚀性和耐蠕变性均得到不同程度的提高。
优选的，所述玻璃纤维的直径为8-12μm，所述玻璃纤维的长度为0.3-0.5mm。
通过采用上述技术方案，将玻璃纤维的直径和长度控制在上述范围，使玻璃纤维在聚丙烯中分散较好，同时，使玻璃纤维改性聚丙烯具有较好的机械强度和耐火阻燃性能。
优选的，所述玻璃纤维改性聚丙烯的制备方法为：将聚丙烯和玻璃纤维按比例混合，加入硅烷偶联剂搅拌后，挤出造粒，烘干，注塑成型。
通过采用上述技术方案，加入硅烷偶联剂，使玻璃纤维和聚丙烯两者之间形成良好的界面，提高玻璃纤维在聚丙烯中的分散性，从而提高玻璃纤维和聚丙烯复合体系的机械强度和抗热阻燃性能。
优选的，使用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度为170-200℃，加料转速为10-20rpm，螺杆转速为100-200rpm；所述烘干温度为70-90℃，烘干时间为5-10min。
通过采用上述技术方案，在上述温度范围和转速范围下，制得的母粒品相较好、质地均匀，同时，将制得的母粒进行烘干处理，减少母粒之间的黏连，便于后续的注塑成型。
优选的，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
通过采用上述技术方案，加入的马来酸苷接枝聚丙烯，可以提高聚丙烯、聚乙烯以及其他添加助剂之间的相容性，从而提高制得塑胶层的机械强度和耐热阻燃性能。
第二方面，本申请提供一种耐火阻燃纸塑复合袋的制备方法，采用如下的技术方案：
一种耐火阻燃纸塑复合袋的制备方法，包括以下步骤：
S1，将聚丙烯、聚乙烯、阻燃剂、相容剂、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯、硬脂酸钠、液体石蜡混合后，挤出造粒，注塑成型，制得塑胶层；
S2，将塑胶层进行加热并涂覆于纸质层的表面，制得复合纸；
S3，将复合纸加工成耐热阻燃纸塑复合袋。
通过采用上述技术方案，使耐热阻燃纸塑复合袋的制备方法简单易行，可以进行大规模生产，同时，制备过程中的各原料均易获得，且价格低廉，有利于节省成本，提高经济效益。
优选的，所述S2中，加热温度为180-200℃。
通过采用上述技术方案，加热至上述温度，使塑胶层与纸质层可以较好的粘接，提高耐热阻燃纸塑复合袋的质量，减少塑胶层与纸质层发生分离的情况发生。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请使用的阻燃剂，利用间苯二酚双(二苯基磷酸酯)和纳米二氧化硅之间的协同阻燃性能，提高制得塑胶层的耐火阻燃性，将间苯二酚双(二苯基磷酸酯)和纳米二氧化硅的重量比控制在1：(1.2-1.4)，在保证了其耐火阻燃性能的同时，提高了塑胶层的机械强度；
2、本申请中优选采用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行表面改性，由于减少了纳米二氧化硅粉体之间的团聚现象，从而使纳米二氧化硅可以较好的分散在基材表面，提高与间苯二酚双(二苯基磷酸酯)之间的协同阻燃性能，提高塑胶层的机械强度；
3、本申请通过使用玻璃纤维对聚丙烯进行增强改性，提高了聚丙烯的机械强度和耐热性能，使制得的塑胶层具有较好的耐化学腐蚀性和耐热阻燃性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例中的聚丙烯、聚乙烯、硬脂酸钠均采自西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司；
邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯均采自上海易恩化学技术有限公司；
液体石蜡、纳米二氧化硅均采自上海麦克林生化科技有限公司；
间苯二酚双(二苯基磷酸酯)均采自长沙祯祥生物科技有限公司；
牛皮纸均采自中山市亿达纸业有限公司；
硅烷偶联剂均采自济南荣广化工有限公司，型号为KH-570；
玻璃纤维均采自泰山玻璃纤维有限公司；
马来酸酐接枝聚丙烯均采自东莞市樟木头恒泰塑胶原料经营部。
原料的制备例
制备例1：一种阻燃剂，其制备过程为：将间苯二酚双(二苯基磷酸酯)和纳米二氧化硅按照重量比1:1.2投入搅拌机中搅拌混合10min，获得阻燃剂。
制备例2：一种阻燃剂，与制备例1的不同之处在于，间苯二酚双(二苯基磷酸酯)和纳米二氧化硅的重量比为1:1.3。
制备例3：一种阻燃剂，与制备例1的不同之处在于，间苯二酚双(二苯基磷酸酯)和纳米二氧化硅的重量比为1:1.4。
实施例
实施例1：一种耐热阻燃纸塑复合袋，包括塑胶层和纸质层。
塑胶层的各组分及其相应的重量如表1所示，纸质层采用牛皮纸。
耐热阻燃纸塑复合袋的制备步骤如下：
S1，将聚丙烯、聚乙烯、阻燃剂、相容剂、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯、硬脂酸钠、液体石蜡投入搅拌机内混合10min后，使用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度为180℃、185℃、195℃、200℃、205℃、205℃、210℃、210℃，然后在210℃下注塑成型，制得塑胶层，其中，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，阻燃剂采用制备例1中制得的阻燃剂；
S2，将塑胶层进行加热至180℃，并涂覆于纸质层的表面，制得复合纸；
S3，使用纸张复合机将复合纸加工成耐热阻燃纸塑复合袋。
实施例2-6：一种耐热阻燃纸塑复合袋，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量如表1所示。
表1实施例1-6中各组分及其重量(kg)
实施例7：一种耐热阻燃纸塑复合袋，与实施例3的不同之处在于，耐热阻燃纸塑复合袋的制备过程内S1中，阻燃剂采用制备例2中制得的阻燃剂。
实施例8：一种耐热阻燃纸塑复合袋，与实施例3的不同之处在于，耐热阻燃纸塑复合袋的制备过程内S1中，阻燃剂采用制备例3中制得的阻燃剂。
实施例9：一种耐热阻燃纸塑复合袋，与实施例7的不同之处在于，阻燃剂中的纳米二氧化硅为改性纳米二氧化硅，纳米二氧化硅的改性方法为：将20kg纳米二氧化硅加入2000mL无水乙醇中，搅拌；加入100mL硅烷偶联剂，升温至50℃，搅拌2h；在80℃的温度下烘干30min，得到改性纳米二氧化硅。
实施例10：一种耐热阻燃纸塑复合袋，与实施例7的不同之处在于，阻燃剂中的纳米二氧化硅为改性纳米二氧化硅，纳米二氧化硅的改性方法为：将20kg纳米二氧化硅加入2000mL无水乙醇中，搅拌；加入100mL硅烷偶联剂，升温至55℃，搅拌2.5h；在90℃的温度下烘干40min，得到改性纳米二氧化硅。
实施例11：一种耐热阻燃纸塑复合袋，与实施例7的不同之处在于，阻燃剂中的纳米二氧化硅为改性纳米二氧化硅，纳米二氧化硅的改性方法为：将20kg纳米二氧化硅加入2000mL无水乙醇中，搅拌；加入100mL硅烷偶联剂，升温至60℃，搅拌3h；在100℃的温度下烘干50min，得到改性纳米二氧化硅。
实施例12：一种耐热阻燃纸塑复合袋，与实施例10的不同之处在于，耐热阻燃纸塑复合袋的制备过程内S1中，使用的聚丙烯为玻璃纤维改性聚丙烯，其制备方法为：将聚丙烯和玻璃纤维按重量比1:0.2混合，加入占原料总重量为0.5％的硅烷偶联剂搅拌，使用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度为170、175、185、190、195、195、200、200℃，加料转速为10rpm，螺杆转速为100rpm，然后将制得的母粒进行烘干处理，烘干温度为70℃，烘干5min。
其中，所使用的玻璃纤维直径为8μm，长度为0.3mm。
实施例13：一种耐热阻燃纸塑复合袋，与实施例10的不同之处在于，耐热阻燃纸塑复合袋的制备过程内S1中，使用的聚丙烯为玻璃纤维改性聚丙烯，其制备方法为：将聚丙烯和玻璃纤维按重量比1:0.3混合，加入占原料总重量为0.5％的硅烷偶联剂搅拌，使用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度为170、175、185、190、195、195、200、200℃，加料转速为15rpm，螺杆转速为150rpm，然后将制得的母粒进行烘干处理，烘干温度为80℃，烘干7.5min。
其中，所使用的玻璃纤维直径为10μm，长度为0.4mm。
实施例14：一种耐热阻燃纸塑复合袋，与实施例10的不同之处在于，耐热阻燃纸塑复合袋的制备过程内S1中，使用的聚丙烯为玻璃纤维改性聚丙烯，其制备方法为：将聚丙烯和玻璃纤维按重量比1:0.4混合，加入占原料总重量为0.5％的硅烷偶联剂搅拌，使用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度为170、175、185、190、195、195、200、200℃，加料转速为20rpm，螺杆转速为200rpm，然后将制得的母粒进行烘干处理，烘干温度为90℃，烘干10min。
其中，所使用的玻璃纤维直径为12μm，长度为0.5mm。
实施例15：一种耐热阻燃纸塑复合袋，与实施例13的不同之处在于，耐热阻燃纸塑复合袋的制备过程内S2中，加热的温度设定为190℃。
实施例16：一种耐热阻燃纸塑复合袋，与实施例13的不同之处在于，耐热阻燃纸塑复合袋的制备过程内S2中，加热的温度设定为200℃。
对比例
对比例1：一种纸塑复合袋，与实施例1的不同之处在于，所使用的阻燃剂中，没有加入纳米二氧化硅。
对比例2：一种纸塑复合袋，与实施例1的不同之处在于，没有加入阻燃剂。
对比例3：一种纸塑复合袋，与实施例3的不同之处在于，所使用的阻燃剂中，间苯二酚双(二苯基磷酸酯)和纳米二氧化硅的重量比1:1。
对比例4：一种纸塑复合袋，与实施例3的不同之处在于，所使用的阻燃剂中，间苯二酚双(二苯基磷酸酯)和纳米二氧化硅的重量比1:1.5。
对比例5：一种纸塑复合袋，与实施例10的不同之处在于，加入硅烷偶联剂后，常温下搅拌1h。搅拌完成后，在60℃的温度下烘干20min。
对比例6：一种纸塑复合袋，与实施例10的不同之处在于，加入硅烷偶联剂后，升温至80℃，搅拌4h。搅拌完成后，在120℃的温度下烘干1h。
对比例7：一种纸塑复合袋，与实施例13的不同之处在于，聚丙烯和玻璃纤维的重量比为1:0.1混合，双螺杆挤出机的加料转速为8rpm，螺杆转速为80rpm，然后将制得的母粒进行烘干处理，烘干温度为60℃，烘干3min。
对比例8：一种纸塑复合袋，与实施例13的不同之处在于，聚丙烯和玻璃纤维的重量比为1:0.5混合，双螺杆挤出机的加料转速为30rpm，螺杆转速为220rpm，烘干处理的温度为100℃，烘干15min。
对比例9：一种纸塑复合袋，与实施例13的不同之处在于，所使用的玻璃纤维直径为6μm，长度为0.2mm。
对比例10：一种纸塑复合袋，与实施例13的不同之处在于，所使用的玻璃纤维直径为15μm，长度为0.6mm。
对比例11：一种纸塑复合袋，与实施例13的不同之处在于，纸塑复合袋的制备过程内S2中，加热的温度设定为150℃。
对比例12：一种纸塑复合袋，与实施例13的不同之处在于，纸塑复合袋的制备过程内S2中，加热的温度设定为220℃。
性能检测试验
分别取实施例1-16和对比例1-12制得的纸塑复合袋作为测试对象，制成100mm*10mm*4mm的试验样品，使用极限氧指数仪测试其极限氧指数，测试结果计入下列表2。
由表2中测试数据可以看出：实施例1-16中制得的耐火阻燃纸塑复合袋的极限氧指数均高于30％，属于难燃材料，其中实施例13位最优实施例。
结合实施例1和对比例1，并结合表2可以看出，阻燃剂中加入纳米二氧化硅后，制得纸塑复合袋的极限氧指数提高8％，说明纳米二氧化硅的加入可以提高间苯二酚双(二苯基磷酸酯)的阻燃性能，从而提高纸塑复合袋的耐火阻燃性能。
结合实施例1和对比例2，并结合表2可以看出，加入本申请中制备例1中制得的阻燃剂可以显著提高纸塑复合袋的耐火阻燃性能，制得的纸塑复合袋的极限氧指数提高12％，由原本的易燃材料升级为了难燃材料。
结合实施例3、7、8和对比例3、4，并结合表2可以看出，本申请所制备的阻燃剂，间苯二酚双(二苯基磷酸酯)和纳米二氧化硅的较优重量比为1：(1.2-1.4)，在此重量比范围下，间苯二酚双(二苯基磷酸酯)和纳米二氧化硅的协同阻燃效果较好。
结合实施例7、9、10、11和对比例5、6，并结合表2可以看出，纳米二氧化硅经过硅烷偶联剂表面改性后，可以提高阻燃剂的耐火阻燃性能。在纳米二氧化硅改性过程中，加入硅烷偶联剂后升温的较优温度范围为50-60℃，较优搅拌时长为2-3h，较优烘干温度为80-100℃，较优烘干时间为30-50min，在上述范围内，纳米二氧化硅改性效果最好。
结合实施例10、12、13、14和对比例7、8，并结合表2可以看出，使用玻璃纤维改性聚丙烯制备纸塑复合袋，可以提高纸塑复合袋的阻燃性能，且改性过程中，聚丙烯与玻璃纤维的较优重量比为1：(0.2-0.4)，挤出温度的较优设定为170-200℃，加料转速的较优范围为10-20rpm，螺杆转速的较优范围为100-200rpm，烘干温度的较优范围为70-90℃，烘干时间的较优范围为5-10min。
结合实施例10、12、13、14和对比例9、10，并结合表2可以看出，当使用直径为8-12μm、长度为0.3-0.5mm的玻璃纤维对聚丙烯进行改性时，改性效果最好，使制得的耐火阻燃纸塑复合袋拥有较高的极限氧指数，阻燃性能较好。
结合实施例10、13、15、16和对比例11、12，并结合表2可以看出，在纸塑复合袋的制备过程内S2中，加热温度的较优温度为180-200℃，在此温度下制得的纸塑复合袋的耐热性能较好。
表2性能测试结果
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种耐热阻燃纸塑复合袋，其特征在于，包括塑胶层和纸质层，所述纸质层为牛皮纸；所述塑胶层包括如下重量份数的组分：
聚丙烯 100-200份；
聚乙烯 20-50份；
阻燃剂 30-60份；
相容剂 20-30份；
邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯 5-10份；
硬脂酸钠 3-5份；
液体石蜡 5-10份；
所述阻燃剂由间苯二酚双（二苯基磷酸酯）和纳米二氧化硅混合组成，所述间苯二酚双（二苯基磷酸酯）和纳米二氧化硅的重量比为1：（1.2-1.4）。
2.根据权利要求1所述的耐热阻燃纸塑复合袋，其特征在于，所述纳米二氧化硅为改性纳米二氧化硅，其改性方法为：将纳米二氧化硅加入无水乙醇中搅拌，加入硅烷偶联剂，搅拌后烘干。
3.根据权利要求2所述的耐热阻燃纸塑复合袋，其特征在于，加入硅烷偶联剂后升温至50-60℃，搅拌2-3h，烘干温度为80-100℃，烘干时间为30-50min。
4.根据权利要求1所述的耐热阻燃纸塑复合袋，其特征在于，所述聚丙烯为玻璃纤维改性聚丙烯，所述玻璃纤维改性聚丙烯中聚丙烯与玻璃纤维的重量比为1：（0.2-0.4）。
5.根据权利要求4所述的耐热阻燃纸塑复合袋，其特征在于，所述玻璃纤维的直径为8-12μm，所述玻璃纤维的长度为0.3-0.5mm。
6.根据权利要求5任一所述的耐热阻燃纸塑复合袋，其特征在于，所述玻璃纤维改性聚丙烯的制备方法为：将聚丙烯和玻璃纤维按比例混合，加入硅烷偶联剂搅拌后，挤出造粒，烘干，注塑成型。
7.根据权利要求6所述的耐热阻燃纸塑复合袋，其特征在于，使用双螺杆挤出机挤出造粒，挤出温度为170-200℃，加料转速为10-20rpm，螺杆转速为100-200rpm；所述烘干温度为70-90℃，烘干时间为5-10min。
8.根据权利要求1所述的耐热阻燃纸塑复合袋，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
9.权利要求1-8任一所述的耐热阻燃纸塑复合袋的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将聚丙烯、聚乙烯、阻燃剂、相容剂、邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯、硬脂酸钠、液体石蜡混合后，挤出造粒，注塑成型，制得塑胶层；
S2，将塑胶层进行加热并涂覆于纸质层的表面，制得复合纸；
S3，将复合纸加工成耐热阻燃纸塑复合袋。
10.根据权利要求9所述的耐热阻燃纸塑复合袋的制备方法，其特征在于，所述S2中，加热温度为180-200℃。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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