CN113215859A - 一种简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法 - Google Patents
一种简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113215859A CN113215859A CN202110508949.2A CN202110508949A CN113215859A CN 113215859 A CN113215859 A CN 113215859A CN 202110508949 A CN202110508949 A CN 202110508949A CN 113215859 A CN113215859 A CN 113215859A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- paper
- retardant
- flame
- preparation
- efficient
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 title claims abstract description 83
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 75
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 24
- IMQLKJBTEOYOSI-GPIVLXJGSA-N Inositol-hexakisphosphate Chemical compound OP(O)(=O)O[C@H]1[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](OP(O)(O)=O)[C@H](OP(O)(O)=O)[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H]1OP(O)(O)=O IMQLKJBTEOYOSI-GPIVLXJGSA-N 0.000 claims abstract description 15
- IMQLKJBTEOYOSI-UHFFFAOYSA-N Phytic acid Natural products OP(O)(=O)OC1C(OP(O)(O)=O)C(OP(O)(O)=O)C(OP(O)(O)=O)C(OP(O)(O)=O)C1OP(O)(O)=O IMQLKJBTEOYOSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 235000002949 phytic acid Nutrition 0.000 claims abstract description 15
- 239000000467 phytic acid Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229940068041 phytic acid Drugs 0.000 claims abstract description 15
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012043 crude product Substances 0.000 claims description 6
- 239000012264 purified product Substances 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 3
- QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N dicyandiamide Chemical compound NC(N)=NC#N QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 14
- 238000007639 printing Methods 0.000 abstract description 11
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 abstract description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000004483 ATR-FTIR spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 5
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 229910000039 hydrogen halide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012433 hydrogen halide Substances 0.000 description 2
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000007777 multifunctional material Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001757 thermogravimetry curve Methods 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H27/00—Special paper not otherwise provided for, e.g. made by multi-step processes
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H21/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties
- D21H21/14—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties characterised by function or properties in or on the paper
- D21H21/34—Ignifugeants
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H23/00—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper
- D21H23/02—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper characterised by the manner in which substances are added
- D21H23/22—Addition to the formed paper
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H25/00—After-treatment of paper not provided for in groups D21H17/00 - D21H23/00
- D21H25/04—Physical treatment, e.g. heating, irradiating
- D21H25/06—Physical treatment, e.g. heating, irradiating of impregnated or coated paper
Landscapes
- Paper (AREA)
Abstract
本发明属于阻燃纸制备技术领域，具体为一种简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法，该简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法的具体步骤如下：S1：合成阻燃剂；S2：对纸张阻燃处理：采用到浸渍容器和干燥设备，将步骤S1中得到的阻燃剂粉末去离子水中，制备得到整理液，整理液置于浸渍容器中；然后，原纸在室温下导入浸渍容器中，用整理液平滑地浸渍原纸并保持15秒；随后，在干燥设备中干燥处理浸渍后的原纸，即可得到阻燃办公纸。以植酸、柠檬酸为主要原料成功合成了高效环保的办公用纸阻燃剂。通过浸渍和干燥工艺以提高A4办公纸阻燃性能。纸张可燃性的问题得到有效抑制，印刷效果和纸张的物理性能几乎没有受到影响。
Description
技术领域
本发明涉及阻燃纸制备技术领域，具体为一种简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法。
背景技术
纸是一种多功能材料，在日常生活中有着广泛的应用，如壁纸、包装纸、装饰纸、办公用纸等。根据世界观察研究所的一份报告，全球纸张消费量在20世纪后半叶增长了6倍多，世界五分之一的木材最终被用于制造纸制品。A4纸是一种由纤维素、半纤维素和木质素组成的国际办公用纸，其尺寸由国际标准化组织规定。对于以天然植物纤维为原料的传统纸张来说，易燃性可能是其最致命的弱点，不仅增加了重要珍贵文献的保存难度，还可能引发严重的火灾，严重危害人类生命财产安全。随着人们防火意识的增强，火灾灾害越来越受到人们的重视。因此，人们对纸张阻燃性能的要求越来越高，对阻燃纸的研究也越来越受到重视。
阻燃纸的生产方法一般可分为两种：一种是采用具有阻燃性能的特种纤维生产，主要包括碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、芳纶纤维和石棉纤维等具有阻燃性能的无机纤维。另一种是利用传统的造纸工艺，将阻燃剂直接添加到纸张的生产过程中制成阻燃纸。在实际应用中，第二种生产方法要求阻燃剂满足一些特殊要求，如良好的分散性和填料保持性，这限制了一些阻燃剂的使用。目前，应用较为广泛的是无机、卤素、磷和氮阻燃剂。无机化合物的广泛应用对纸张的物理性能有很大的影响。卤素系阻燃剂虽然阻燃效果好，用量少，在燃烧过程中会产生大量的卤化氢气体，具有很强的毒性和腐蚀性，且不能满足无毒、对环境和人体健康无害的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法，以解决上述背景技术中提出的阻燃剂满足一些特殊要求，如良好的分散性和填料保持性，这限制了一些阻燃剂的使用。无机化合物的广泛应用对纸张的物理性能有很大的影响。卤素系阻燃剂虽然阻燃效果好，用量少，在燃烧过程中会产生大量的卤化氢气体，具有很强的毒性和腐蚀性，且不能满足无毒、对环境和人体健康无害的要求的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法，该简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法的具体步骤如下：
S1：合成阻燃剂：将0.05mol植酸和0.05mol柠檬酸加入回流烧瓶中进行缩合；
在恒温加热磁力搅拌器的磁力搅拌下，将植酸和柠檬酸的混合物在130℃温度下保持2h搅拌；
植酸和柠檬酸的混合物搅拌混合后，加入0.7mol双氰胺，在130℃温度下保温2h，得到粗产物；
之后，粗产物用无水乙醇和丙酮沉淀、洗涤3-5次，以除去未反应的反应物，得到纯化产物；
最后，纯化产物在-50℃温度条件下和8pa压力下用冷冻干燥机干燥，得到阻燃剂粉末；
S2：对纸张阻燃处理：采用到浸渍容器和干燥设备，将步骤S1中得到的阻燃剂粉末加入去离子水中，制备得到整理液，整理液置于浸渍容器中；
然后，原纸在室温下导入浸渍容器中，用整理液平滑地浸渍原纸并保持15秒；
随后，在干燥设备中干燥处理浸渍后的原纸，即可得到阻燃办公纸。
优选的，所述纸张为密度70g/m2的A4纸原纸。
优选的，所述植酸的浓度为50wt％。
优选的，所述回流烧瓶为250ml回流烧瓶。
优选的，所述整理液制备为15wt％、20wt％、25wt％和30wt％四种浓度的整理液。
优选的，所述浸渍容器内部下侧两端和上表面两端均设置导向辊，所述纸张搭在上表面两个导向辊的上侧且搭在下侧的两个导向辊下侧，出口处采用刮刀去除多余整理液。
优选的，所述干燥设备烘干温度为50℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
以植酸、柠檬酸为主要原料成功合成了高效环保的办公用纸阻燃剂。通过浸渍和干燥工艺以提高A4办公纸阻燃性能。纸张可燃性的问题得到有效抑制，印刷效果和纸张的物理性能几乎没有受到影响。
附图说明
图1为本发明的浸渍容器、干燥设备的结构示意图；
图2为阻燃剂合成路线图；
图3为阻燃办公纸加工前后的ATR-FTIR分析图；
图4为处理前后处纸张表面显微图；
图5为纸张加工前后的XPS分析图；
图6为阻燃办公纸垂直燃烧后的图；
图7为纸张在空气气氛下的TG和DTG曲线图；
图8为氮气氛下纸张的TG和DTG曲线图；
图9为纸张加工前后的印刷效果图；
图10为三维颜色空间中三种颜色的L*、a*、b*值的分布图；
图11为三色纸的K/S值图；
图12为纸张拉伸强度与应变的关系图。
图中：1浸渍容器、2干燥设备、3、刮刀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例：
请参阅图1-12，本发明提供一种技术方案：一种简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法，该简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法的具体步骤如下：
S1：合成阻燃剂：将0.05mol植酸和0.05mol柠檬酸加入回流烧瓶中进行缩合；
在恒温加热磁力搅拌器的磁力搅拌下，将植酸和柠檬酸的混合物在130℃温度下保持2h搅拌；
植酸和柠檬酸的混合物搅拌混合后，加入0.7mol双氰胺，在130℃温度下保温2h，得到粗产物；
之后，粗产物用无水乙醇和丙酮沉淀、洗涤3-5次，以除去未反应的反应物，得到纯化产物；
最后，纯化产物在-50℃温度条件下和8pa压力下用冷冻干燥机干燥，得到阻燃剂粉末(PCD阻燃剂粉末)；
S2：对纸张阻燃处理：采用到浸渍容器1和干燥设备2，将步骤S1中得到的阻燃剂粉末加入去离子水中，制备得到整理液，整理液置于浸渍容器1中；
然后，原纸在室温下进入浸渍容器1中，用整理液平滑地浸渍原纸并保持15秒；
随后，在干燥设备2中干燥处理浸渍后的原纸，即可得到阻燃办公纸。
进一步地，所述纸张为密度70g/m2的A4纸原纸。
进一步地，所述植酸的浓度为50wt％。
进一步地，所述回流烧瓶为250ml回流烧瓶。
进一步地，所述整理液制备为15wt％、20wt％、25wt％和30wt％四种浓度的整理液。
进一步地，所述浸渍容器1内部下侧两端和上表面两端均设置导向辊，所述纸张搭在上表面两个导向辊的上侧且搭在下侧的两个导向辊下侧，出口处采用刮刀3去除多余整理液。
进一步地，所述干燥设备2烘干温度为50℃。
对制成的阻燃办公纸实验：
性能测试
在Nicolet Nexus 670红外光谱仪上，在500～4000cm-1范围内对制成的阻燃办公纸进行了衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)研究。
利用日立S-4800型扫描电子显微镜(SEM)观察了纸张涂饰前后的表面形貌，并在涂饰前对样品表面进行了喷金处理。
利用X射线光电子能谱(XPS)对escalab250xi(美国赛默飞世尔公司)A4纸的化学成分进行了表征。使用AlKαX射线源，分析室的真空度为1.0×10-8pa，分析仪在50ev的通过能下进行光谱分析。
极限氧指数(LOI)在JF-3型氧指数仪(江宁分析仪)上测定，并按ASTM D2863标准试验程序测定。
采用YG(B)815D-I型阻燃性能测试仪(中国温州方圆)，按照ASTM D6413标准试验程序进行了垂直可燃性试验(VFT)。
在DTG-60H热分析仪(日本岛津)上进行了空气和氮气气氛下的热重分析(TGA)试验，从室温加热到800℃，升温速率为10℃/min。
采用美国datacolor650智能测色配色系统，在D65光源和10°标准观察镜下，对纸张的印刷效果和颜色指数进行了评价。测量纸张在可见光范围(360-700nm)内的反射率值，然后使用仪器软件中的Kubelka-Munk方程(1)将反射率值转换为颜色强度(K/S值)。
K/S＝(1-R)2/2R (I)
式中，K、S和R分别是纸样的光吸收系数、散射系数和反射率。
采用WSD-3U智能数字白度仪(北京康光)按ISO 2470标准测试程序测定样品白度。
用YG(B)026G-250型电子万能试验机(温州大荣)按ASTM D2863对纸张进行拉伸强度试验。
纸的刚度测试由FY207自动织物刚度测试仪(中国温州方圆)根据ASTM D1388标准测试程序进行。
性能测试结果：
A4纸的ATR-FTIR光谱
处理前后阻燃办公纸的ATR-FTIR光谱如图3所示。3340和2900cm-1处的峰分别与O-H和C-H的拉伸振动有关，这是纤维素的特征峰。3420和1590cm-1处的峰值是由NH-弯曲振动引起的。3212cm-1处的峰值对应于NH4+单元的振动吸收。2320cm-1处的峰对应于-C≡N的振动吸收。1735和1705cm-1处的峰对应于柠檬酸中羰基的拉伸振动。1240cm-1处的峰值对应于P＝O的拉伸振动吸收。在980cm-1处观察到O-P-C拉伸振动的峰值。768cm-1处的峰值对应于P-O-C吸收。这些结果也表明了合成的阻燃剂PCD含有磷和氮等元素(图3中上部分光谱线为对照纸张的线，下部分光谱线为处理后纸张的线)。
纸张的表面形貌和元素
利用扫描电子显微镜(SEM)观察了处理前后纸张的表面微观形貌。图4中第一排图片从左至右依次为a、b、c，第二排图片从左至右依次为d、e、f，图中左上角有标记，从图4a-c可以看出，原纸的纤维是清晰的、扁平的、杂乱无章的，纤维间隙中的少量絮状物质可能是在制纸过程中，粘合剂粘结其他物质。当纸用阻燃剂处理时，纤维的表面形貌发生了明显的变化，明显有物质附着覆盖在纸张纤维表面(如图4d-f所示)，表明阻燃剂PCD通过简单的浸渍和干燥处理成功地固着在纸的表面。
利用X射线光电子能谱(XPS)进一步研究了处理前后纸张表面元素的变化，XPS结果如图5所示。由于O1s和C1s是纤维素的主要成分，处理前后纸张的光谱都能清晰地观察到两个O1s和C1s峰，且处理后纸张的峰强度低于A4纸。而P2s(0.75％)、P2p(5.51％)和N1s(20.1％)的峰仅出现在处理后的纸上，进一步证明阻燃剂已成功沉积在纸表面，且进一步说明了合成的阻燃剂阻燃剂含有磷和氮等元素。
纸的阻燃性
采用极限氧指数(LOI)和垂直可燃性试验(VFT)评价A4纸的阻燃性能。纸张的LOI值和VFT数据结果见表1、图6显示了垂直可燃性试验后纸张的形态。众所周知，LOI值越高，阻燃性能越好。结果表明，原A4纸的LOI值仅为19.7％，完全烧尽，不留碳质；而随着PCD用量的增加，LOI值明显增大。当PCD用量增加到30％wt时，处理纸的LOI值可达48.5％。在垂直燃烧测试中，随着PCD浓度的增加，处理纸的炭长不断减小，所有纸张在火焰移除后，明火立即熄灭，未观察到续燃和阴燃现象。表明处理纸具有优异的阻燃性能。具体的燃烧过程如支持视频(电影S1-S5)所示。这些结果证明，改性后的A4纸具有较高的阻燃效率，阻燃剂有利于碳质炭的形成，产生不可燃气体，改变燃烧特性，有利于办公纸的阻燃。
表1 A4纸垂直可燃性试验数据
纸张的热稳定性
用热重分析(TGA)测定了对照纸和处理纸在空气和氮气气氛下的热稳定性，TG和DTG曲线分别如图7-8所示，TG和DTG数据，如T10％(10％失重温度)、Tmax(最大衍生重量温度)和残炭量总结在表2-3中。
TGA曲线表明，纸张的热降解温度范围在200～400℃之间，在空气条件下，空白纸的T10％为271.5℃，Tmax为350.1℃，在800℃时只有9.1％的残炭；与空白纸相比，处理后的纸具有较低的T10％(195.6℃)、较低的Tmax(240.2℃)和较多的残炭(22.2％)，在氮气气氛下也具有相似的结果(如图8和表3所示)。T10％的减少是由于阻燃剂的分解以及氨和水作为气体产物在200到400℃之间的演变，当PCD浓度增加到30wt％时，在氮气条件下，残炭增加到处理纸的31.5％，比空白纸高出140.05％，这是因为阻燃剂催化了纸的脱水，有利于碳质残炭的形成，防止了可燃气体的扩散，结果表明，改性后的A4纸具有较高的热稳定性。
表2空气气氛下纸张的热重数据
表3氮气氛下纸张的热重数据
印刷效果及颜色评价
本实验采用商业彩色数码打印机(HP型)对A4纸加工前后的打印效果进行了测试。从照片(如图9所示)可以看出，纸张的印刷效果几乎相同，可以清楚地看到纸张上的文字和图案，处理过的纸张颜色也很丰富。
为了进一步研究纸张阻燃处理前后的色差，利用CIE-L*a*b*三维均匀颜色空间，通过Datacolor仪器对纸张的印刷效果和颜色指数进行评估，其中L*表示明度，L*＝0时最深的黑色，L*＝100时最亮的白色，a*、b*表示色度，a*表示红绿色度(红色(+)或绿色(-))，b*表示黄青色度(黄色(+)或蓝色(-))。采集各色度参数值，结果如表4和图10所示。
表4三种颜色纸张的L*、a*、b*值
从表4可以看出，明度L*值：红色和绿色的L*值随着PCD用量的增加而略减小，表明处理后纸张的亮度有所降低，而蓝色的L*值变化不大；色度a*、b*值：绿色和蓝色的a*值略有差异，处理过的纸张的颜色或偏红色或偏黄色，而红色的a*值相对稳定；红色、绿色、蓝色的b*值相对稳定。通过数据分析表明PCD的附着对纸张的印刷效果略有影响。由于印刷品的颜色失真较小可以满足办公用纸的颜色要求，所以我们相信这个结果是可以接受的。
类似地，从K/S图(如图11所示)可以看出，随着PCD量的增加，红色和绿色的表观颜色强度变得越来越深，而蓝色的颜色强度没有显著变化。因此，PCD附着影响颜色的L*、a*和b*值，从而对纸张的颜色强度有一定的影响。
纸张的其他物理性能
除了以上对阻燃性和印刷效果的研究外，我们还研究了纸张的其他物理性能，包括白度、柔软度和拉伸强度等，结果如表5和图12所示。
表5纸张的物理性质
关于物理性能测试，每个样品测试三次。结果表明，随着PCD用量的增加，纸张的白度降低。这可能是由于PCD附着在纸张表面，增加了纸张的粗糙度，产生了一定的漫反射，导致白度下降。拉伸强度和刚度随着PCD的增加而相应增加，其原因可能是部分PCD渗入到纸张中，提高了纤维间的粘结力，从而提高了纸张的强度和刚度。
本文以生物质植酸、柠檬酸为主要原料成功合成了一种高效环保的办公用纸阻燃剂。PCD用量30％wt时，处理后纸张的LOI值达到48.5％，无续燃和阴燃，具有良好的阻燃性能。同时，加工后的阻燃纸张具有良好的印刷效果，其明度(L*)、色度(a*、b*)等几乎不受影响。而阻燃纸基本性能如白度、刚度和拉伸强度等保持良好。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法，其特征在于：该简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法的具体步骤如下：
S1：合成阻燃剂：将0.05mol植酸和0.05mol柠檬酸加入回流烧瓶中进行缩合；
在恒温加热磁力搅拌器的磁力搅拌下，将植酸和柠檬酸的混合物在130℃温度下保持2h搅拌；
植酸和柠檬酸的混合物搅拌混合后，加入0.7mol双氰胺，在130℃温度下保温2h，得到粗产物；
之后，粗产物用无水乙醇和丙酮沉淀、洗涤3-5次，以除去未反应的反应物，得到纯化产物；
最后，纯化产物在-50℃温度条件下和8pa压力下用冷冻干燥机干燥，得到阻燃剂粉末；
S2：对纸张阻燃处理：采用到浸渍容器(1)和干燥设备(2)，将步骤S1中得到的阻燃剂粉末加入去离子水中，制备得到整理液，整理液置于浸渍容器(1)中；
然后，原纸在室温下导入浸渍容器(1)中，用整理液平滑地浸渍原纸并保持15秒；
随后，在干燥设备(2)中干燥处理浸渍后的原纸，即可得到阻燃办公纸。
2.根据权利要求1所述的一种简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法，其特征在于：所述纸张为密度70g/m2的A4纸原纸。
3.根据权利要求1所述的一种简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法，其特征在于：所述植酸的浓度为50wt％。
4.根据权利要求1所述的一种简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法，其特征在于：所述回流烧瓶为250ml回流烧瓶。
5.根据权利要求1所述的一种简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法，其特征在于：所述整理液制备为15wt％、20wt％、25wt％和30wt％四种浓度的整理液。
6.根据权利要求1所述的一种简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法，其特征在于：所述浸渍容器(1)内部下侧两端和上表面两端均设置导向辊，所述纸张搭在上表面两个导向辊的上侧且搭在下侧的两个导向辊下侧，出口处采用刮刀去除多余整理液。
7.根据权利要求1所述的一种简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法，其特征在于：所述干燥设备(2)烘干温度为50℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110508949.2A CN113215859B (zh) | 2021-05-11 | 2021-05-11 | 一种简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110508949.2A CN113215859B (zh) | 2021-05-11 | 2021-05-11 | 一种简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113215859A true CN113215859A (zh) | 2021-08-06 |
| CN113215859B CN113215859B (zh) | 2023-11-10 |
Family
ID=77094462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110508949.2A Active CN113215859B (zh) | 2021-05-11 | 2021-05-11 | 一种简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113215859B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114717874A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-07-08 | 山东宙雨消防科技股份有限公司 | 一种阻燃纸的制作方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002053680A1 (fr) * | 2000-12-28 | 2002-07-11 | Ajinomoto Co., Inc. | Ignifugeants et compositions de resine thermoplastique contenant ces derniers |
| CN103233391A (zh) * | 2013-04-03 | 2013-08-07 | 湖南中烟工业有限责任公司 | 一种烟用酸性阻燃添加剂及其应用 |
| CN104928978A (zh) * | 2015-04-02 | 2015-09-23 | 青岛科技大学 | 一种基于六氨基环三磷腈的阻燃纸的制备方法 |
| CN106519239A (zh) * | 2016-10-11 | 2017-03-22 | 西南科技大学 | 一种含磷‑氮‑碳聚合型膨胀型阻燃剂的制备方法及其用途 |
| CN106996039A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-08-01 | 苏州大学 | 一种耐久性阻燃蚕丝织物的制备方法 |
| CN108049173A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-05-18 | 天津工业大学 | 一种含磷氮阻燃整理剂及阻燃纤维素纤维织物的制备方法 |
| CN110273295A (zh) * | 2019-06-20 | 2019-09-24 | 南通大学 | 一种纤维素纤维用阻燃抗菌植酸铵整理剂及其整理方法 |
| US20200056057A1 (en) * | 2018-08-17 | 2020-02-20 | The University Of Massachusetts | Synergistic flame retardant compositions and fiber blends including the same |
-
2021
- 2021-05-11 CN CN202110508949.2A patent/CN113215859B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002053680A1 (fr) * | 2000-12-28 | 2002-07-11 | Ajinomoto Co., Inc. | Ignifugeants et compositions de resine thermoplastique contenant ces derniers |
| CN103233391A (zh) * | 2013-04-03 | 2013-08-07 | 湖南中烟工业有限责任公司 | 一种烟用酸性阻燃添加剂及其应用 |
| CN104928978A (zh) * | 2015-04-02 | 2015-09-23 | 青岛科技大学 | 一种基于六氨基环三磷腈的阻燃纸的制备方法 |
| CN106519239A (zh) * | 2016-10-11 | 2017-03-22 | 西南科技大学 | 一种含磷‑氮‑碳聚合型膨胀型阻燃剂的制备方法及其用途 |
| CN106996039A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-08-01 | 苏州大学 | 一种耐久性阻燃蚕丝织物的制备方法 |
| CN108049173A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-05-18 | 天津工业大学 | 一种含磷氮阻燃整理剂及阻燃纤维素纤维织物的制备方法 |
| US20200056057A1 (en) * | 2018-08-17 | 2020-02-20 | The University Of Massachusetts | Synergistic flame retardant compositions and fiber blends including the same |
| CN110273295A (zh) * | 2019-06-20 | 2019-09-24 | 南通大学 | 一种纤维素纤维用阻燃抗菌植酸铵整理剂及其整理方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 徐爱玲等: "植酸的铵化及其对Lyocell织物的阻燃整理", 《纺织学报》 * |
| 高平强（著）: "《无机纳米硼酸盐复合阻燃材料制备技术》", 31 March 2019, 吉林大学出版社 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114717874A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-07-08 | 山东宙雨消防科技股份有限公司 | 一种阻燃纸的制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113215859B (zh) | 2023-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113322676A (zh) | 一种生物质基环保耐洗阻燃剂pd阻燃整理织物及其制备方法 | |
| CN111452450B (zh) | 一种长效阻燃防刺穿防辐射复合面料及其加工工艺 | |
| CN114990876B (zh) | 一种可用于防护服的阻燃织物及其制备方法 | |
| CN113215859B (zh) | 一种简便高效环保的阻燃办公纸的制备方法 | |
| CN110042701A (zh) | 一种防潮阻燃浸渍纸及其制备方法 | |
| CN115611942A (zh) | 一种三异氰尿酸磷酸铵阻燃剂的合成方法及应用 | |
| Zhang et al. | One-step green synthesis of eco-friendly novel N–P synergistic flame retardant for cotton fabric | |
| Liu et al. | Construction of biological flame retardant layer on cotton fabric via photografting of nucleotide/amino acid monomers | |
| CN108457124B (zh) | 阻燃剂及其制备方法和应用 | |
| CN114075800B (zh) | 一种具有阻燃性能的纸基电磁屏蔽复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN103510429B (zh) | 一种复合阻燃纸基材料及其制备方法 | |
| CN112359597B (zh) | 一种有机/无机杂化薄膜包覆棉纺织品及其制备方法 | |
| Chen et al. | Application of modified phytic acid as flame retardant in cellulosic paper | |
| CN111909615B (zh) | 一种用于耐火棉纺织绳的水性阻燃涂料 | |
| CN109537277B (zh) | 接枝鸟苷酸的糖醛酸化阻燃粘胶纤维的制备方法及阻燃粘胶纤维 | |
| Yu et al. | One-pot strategy to simultaneously prepare dyed, flame retardant and UV-resistant silk fabric based on a safflower yellow derivative | |
| CN105463853A (zh) | 一种阻燃耐高温麻织物的整理方法 | |
| Li et al. | Electrostatic self-assembly endows cellulose paper with durable efficient flame retardancy and mechanical performance improvement | |
| CN111718517A (zh) | 一种高阻燃性的导电复合材料及其制备方法 | |
| CN111113601A (zh) | 一种编织工艺品的阻燃处理方法 | |
| CN114672990B (zh) | 一种阻燃棉织物的制备方法 | |
| Gao et al. | Highly efficient, durable and eco-friendly intumescent flame retardant for wool fabrics | |
| CN111608001B (zh) | 阻燃纤维、阻燃纸及其制备方法 | |
| CN117587661B (zh) | 一种防水阻燃的环保坑纸及其制备工艺 | |
| CN115142256B (zh) | 一种阻燃布料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |