CN105133415B - 一种环保型海洋生物基阻燃纸及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型海洋生物基阻燃纸及其制备方法，属于环保型阻燃材料制备技术领域。该方法是选用平均长度为3‑6mm的海藻短切纤维作为纸浆纤维，然后与木浆液进行混合，再向混合后的混合浆液中加入分散剂进行稳定和分散；最后将分散后的混合浆液经过超纸机进行抄纸来制备阻燃纸。本发明在不添加任何阻燃剂的前提下，以海藻短切纤维作为纸浆纤维，经简单生产工序制得具有阻燃性能和耐用性能的纸张，海藻短切纤维内部金属离子起到催化裂解作用，减少了可燃性气体的生成，通过该方法制备得到的阻燃纸其极限氧指数大于30％。本发明工艺流程简单、绿色环保、效果持久稳定，解决了在纸张制备过程中引入有毒的、对环境造成危害的阻燃剂的问题。

Description

一种环保型海洋生物基阻燃纸及其制备方法

技术领域

本发明属于环保型阻燃材料制备技术领域，具体涉及一种环保型海洋生物基阻燃纸及其制备方法。

背景技术

传统纸质材料中的主要成分是纤维素、半纤维素和少量木质素，纸张是由植物纤维经抄造后交织构成，植物纤维的易燃性直接决定了纸品的燃烧性能，而传统纸质材料中的主要组分都是易燃成分，并且通常情况下纸的燃烧氧指数在15％-20％之间，因而纸品的使用往往伴随有引发火灾的隐患。全世界每年因其易燃烧性造成的巨大的经济损失，因此，纸质材料的阻燃性能已成为其应用领域的重要性能指标。

阻燃纸是指着火时具有抑制火焰蔓延性能(即具有火焰自消性)的纸张，属于特种纸的范畴。纸的阻燃性是指在火焰中，有碳化但没有明火燃烧，对火焰的扩大产生阻碍作用。目前纸张阻燃一般是通过添加阻燃剂来实现的，目前常用于纸的阻燃剂包括金属氢氧化物、金属氧化物及卤系、硼系和氮系阻燃剂等：

(1)金属氢氧化物、金属氧化物类阻燃剂及其复配物，属于无机阻燃剂范畴，具有一定的阻燃效果和抑烟能力，但阻燃效率低，添加量一般在50wt％以上才能获得良好的阻燃效果，这导致纸张的加工性能和物理性能显著下降，此外这类阻燃剂多数为亲水性物质，其干扰了表面多为羟基的纤维表面间分子间的氢键形成，从而限制了该类阻燃剂的添加量；

(2)造纸中常用的卤系阻燃剂主要有有机卤化物、含卤氨类酸盐和含卤高分子等，多为氯系和溴系阻燃剂。其突出优点为具有高效阻燃效果，极限氧指数高，但其缺点是遇燃后释放出浓烟和腐蚀性有毒物质，在阻燃过程中可能产生二噁英、呋喃等毒性物质，使人呼吸困难、窒息，甚至迷失方向贻误逃生机会；同时其环境污染问题严重；

(3)用于纸阻燃的磷系阻燃剂主要有磷酸盐、聚磷酸铵及磷酸酯等。磷酸酯类阻燃剂在纸张阻燃中最为常见，典型品种为磷酸三甲苯酯。磷系阻燃剂主要是通过稀释效应和隔离效应对纸进行阻燃。磷系阻燃剂不仅客服了含卤阻燃剂燃烧烟雾大、释放有毒、腐蚀性其他的缺陷，又客服了无极阻燃剂高添加量，严重影响材料物理机械性能的缺点，具有高阻燃性，低烟、低毒、无腐蚀性气体产生等优点，但目前主要使用的磷酸酯阻燃剂主要是小分子化合物，大多数为液体，具有挥发性高、耐热性差等缺点；

(4)纸张阻燃中所用的硼系阻燃剂主要包含硼酸锌、偏硼酸钡、硼砂、硼酸铵等无机硼系化合物。硼系化合物受热时生产不燃物包覆在纸张表面，隔绝纸张与空气的接触，促进碳化作用；另外，硼系化合物含有的结晶水受热分解，在一定程度上增强了阻燃效果；目前，硼化物作为阻燃剂仍以无机硼酸盐和硼酸为主，有机硼阻燃剂由于其稳定性差及价格高等因素，一定程度上限制了其使用；

(5)用于纸张阻燃的氮系阻燃及主要为三聚氰胺及其衍生物、双氰胺盐等，他们主要通过稀释效应和隔离效应来阻燃纸及纸制品；如CN104099810A公开了一种环保阻燃纸及其制备方法，其是将植物纤维原料进行碎解得到浆料，然后在浆料中加入不同比例的阻燃剂等工序制备得到，其中阻燃剂选用的为三聚氰胺氰尿酸盐，制备得到的阻燃纸极限氧指数为18％-23％之间，该专利中添加的阻燃剂其属于氮系阻燃剂，氮系阻燃剂虽然具有低毒、无腐蚀、对热和紫外线稳定、廉价等优点，但其单独使用时阻燃效果差。

上述五种阻燃剂各有利弊，总的来看，目前纸张阻燃用的阻燃剂均不可避免地存在影响其使用的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保型海洋生物基阻燃纸及其制备方法，其是选用具有天然本质阻燃性能的海藻短切纤维作为纸浆纤维，并对木浆液进行混合改性，最终达到阻燃的效果，通过该方法制备得到的阻燃纸其极限氧指数大于30％。

本发明的任务之一在于提供一种环保型阻燃纸的制备方法。

一种环保型阻燃纸的制备方法，其是以纸浆纤维和木浆液为原料，所述纸浆纤维为海藻短切纤维，该制备方法包括：

a、制备平均长度为3-6mm的海藻短切纤维的步骤；

b、制备叩解度为30-60°SR的木浆液的步骤；

c、将所述海藻短切纤维与木浆液进行混合，再向混合后的混合浆液中加入分散剂进行稳定和分散的步骤；

d、将分散后的混合浆液经过抄纸机进行抄纸的步骤。

上述技术方案直接带来的有益技术效果为：通过添加平均长度为3-6mm的海藻短切纤维作为木浆纤维原料，在不添加任何阻燃剂的前提下，经简单生产工序制得具有阻燃性能和耐用性能的纸张，以海藻短切纤维作为纸浆纤维，海藻短切纤维内部金属离子起到催化裂解作用，减少了可燃性气体的生成、形成碱性环境、生成不燃性CO₂并稀释可燃性气体、生成金属氧化物和金属碳酸盐沉淀覆盖纸张内纤维表面，形成固态屏障；同时由于海藻酸盐纤维内部致密的螯合结构提高了纤维的裂解温度，最终达到阻燃的效果。

作为本发明的一种优选方案，步骤a包括：将质量分数为2-12％的海藻酸钠溶液在温度为15-100℃条件下经过滤、脱泡纺丝制得海藻纤维，将所得海藻纤维进行短切，得到平均长度为3-6mm的海藻短切纤维。

作为本发明的另一种优选方案，步骤b中，所述木浆液是选用全木浆打浆制备的。

进一步的，步骤c中，海藻短切纤维占混合浆液中绝干浆质量的20-80％；所用分散剂为阴离子分散剂或水溶性高分子分散剂。

进一步的，步骤d中，分散后的混合浆液中的浆料先稀释至质量份数为0.1-2％后再进行抄纸步骤。

进一步的，步骤d中，抄纸步骤包括：经过上网过滤脱水形成湿纸张，并进行烘干及高压差脱水，其中，上网网内负压控制为40-100Pa，其中在形成湿纸张时，湿纸页干度为1.8-5.5wt％；在高压差脱水时，纸页干度为12-40wt％。

进一步的，所述阴离子分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、纤维素硫酸钠、烷基二苯醚磺酸钠或烷基酚聚氧乙烯醚磷酸脂盐；所述水溶性高分子分散剂为海藻酸钠；

上述阴离子型分散剂和海藻酸钠等水溶性高分子分散剂可单独或配合使用。

本发明的任务之二是提供一种上述制备方法制备得到的环保型阻燃纸。

本发明所带来的有益技术效果：

本发明提出了一种环保型海洋生物基阻燃纸及其制备方法，其选用具有阻燃性能的海藻短切纤维作为纸浆纤维，通过将海藻短切纤维与木浆液复配成不同长度的混合纤维体系,既可以发挥长纤维的优势，又可提高海藻短切纤维在纸浆中的分散程度，改善纸张的均匀度，使纤维的结合更加紧密，提高了纸张的强度。同时，本发明具有对环境友好、持久性高、可自然降解等优点。

本发明选用海藻短切纤维作为纸浆纤维，与现有技术相比，不需再单独添加阻燃剂，而且海藻短切纤维内部致密的螯合结构提高了纤维的裂解温度，最终达到不发烟、无融滴的阻燃的效果，本发明制备得到的阻燃纸其极限氧指数大于30％。

具体实施方式

本发明提出了一种环保型海洋生物基阻燃纸及其制备方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做进一步清楚、完整的说明。

本发明所选原料均可通过商业渠道购买获得。

实施例1：

本发明，一种环保型海洋生物基阻燃纸的制备方法，其具体包括以下步骤：

步骤1、海藻短切纤维制备：在60℃下制得5wt％的海藻酸钠溶液，在60℃下经湿法纺丝设备制得海藻纤维长纤，再通过切丝设备制得长度为3mm和5mm的海藻短切纤维，两种纤维按照4:6的比例混合；

步骤2、木浆液的制备：将6wt％的木浆送入打浆机中打浆，打浆时间60分钟，叩解度为30°SR；

步骤3、混合：将步骤2中的木浆液与步骤1中的海藻短切纤维进行均匀搅拌混合得混合浆液，海藻短切纤维的质量为绝干纸浆质量的20％，稀释混合浆液到1wt％，加入稀释后的浓度为0.03wt％的分散剂烷基二苯醚磺酸钠，用量为每吨纸2Kg；

步骤4、抄纸及后处理步骤：将步骤3中分散后的混合浆液经抄纸机进行抄纸形成湿纸张，上网网内负压为90Pa，在成形脱水段，湿纸页干度达到3wt％，在高压差脱水段，纸页干度达到27wt％，然后进入烘缸中进行烘干处理，烘缸在工作压力1.5kg/cm²下进行干燥成纸。

本实施例制备得到的阻燃纸其极限氧指数为32％。

实施例2：

本发明，一种环保型海洋生物基阻燃纸的生产方法的生产方法，具体包括以下步骤：

步骤1、海藻短切纤维的制备：在80℃下制得7wt％的海藻酸钠溶液，在50℃下经湿法纺丝设备制得海藻纤维长纤，再通过切丝设备制得长度为3mm、4mm、5mm、6mm的海藻短切纤维，四种纤维按照3:1:1:5的比例混合；

步骤2、木浆液的制备：打浆，将5wt％的木浆送入打浆机中打浆，打浆时间90分钟，叩解度为40°SR；

步骤3、混合：将步骤2中木浆液与步骤1中的海藻短切纤维进行均匀搅拌混合得混合浆液，海藻短切纤维的质量为绝干纸浆质量的50％，稀释混合浆液到1wt％，加入稀释后的浓度为0.5wt％的分散剂海藻酸钠，用量为每吨纸10Kg；

步骤4、抄纸及后处理步骤：将步骤3中分散后的混合浆液经抄纸机进行抄纸形成湿纸张，上网网内负压为40-100Pa，其中在成形脱水段，湿纸页干度达到4wt％，在高压差脱水段，纸页干度达到33wt％，然后进入烘缸中进行烘干处理，烘缸在工作压力2kg/cm2下进行干燥成纸。

本实施例制备得到的阻燃纸其极限氧指数为36％。

实施例3：

本发明，一种环保型海洋生物基阻燃纸的生产方法的生产方法，具体包括以下步骤：

步骤1、海藻短切纤维的制备：在80℃下制得2wt％的海藻酸钠溶液，在50℃下经湿法纺丝设备制得海藻纤维长纤，再通过切丝设备制得长度为3mm、4mm、5mm、6mm的海藻短切纤维，四种纤维按照3:1:1:5的比例混合；

步骤2、木浆液的制备：打浆，将5wt％的木浆送入打浆机中打浆，打浆时间90分钟，叩解度为60°SR；

步骤3、混合：将步骤2中木浆液与步骤1中的海藻短切纤维进行均匀搅拌混合得混合浆液，海藻短切纤维的质量为绝干纸浆质量的80％，稀释混合浆液到1wt％，加入稀释后的浓度为0.5wt％的分散剂海藻酸钠，用量为每吨纸10Kg；

步骤4、抄纸及后处理步骤：将步骤3中分散后的混合浆液经抄纸机进行抄纸形成湿纸张，上网网内负压为40-100Pa，其中在成形脱水段，湿纸页干度达到4wt％，在高压差脱水段，纸页干度达到33wt％，然后进入烘缸中进行烘干处理，烘缸在工作压力2kg/cm²下进行干燥成纸。

本实施例制备得到的阻燃纸其极限氧指数为43％。

实施例4：

与实施例1不同之处在于：分散剂为纤维素硫酸钠。

本实施例制备得到的阻燃纸其极限氧指数为41％。

上述阴离子分散剂并不限于本发明所例举的几种，其它所举例子的制备方法和未举例子的制备方法，在上述四个制备方法的指引下能显而易见的实现。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换、简单组合等多种变形，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种环保型阻燃纸的制备方法，其是以纸浆纤维和木浆液为原料，其特征在于：所述纸浆纤维为海藻短切纤维，该制备方法包括：

a、将质量分数为2-12％的海藻酸钠溶液在温度为15-100℃条件下经过滤、脱泡纺丝制得海藻纤维，将所得海藻纤维进行短切，制备平均长度为3-6mm的海藻短切纤维的步骤；

b、制备叩解度为30-60°SR的木浆液的步骤；

c、将所述海藻短切纤维与木浆液进行混合，再向混合后的混合浆液中加入分散剂进行稳定和分散的步骤,海藻短切纤维占混合浆液中绝干浆质量的20-80％；所述分散剂为阴离子分散剂或水溶性高分子分散剂,所述阴离子分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、纤维素硫酸钠、烷基二苯醚磺酸钠或烷基酚聚氧乙烯醚磷酸脂盐；所述水溶性高分子分散剂为海藻酸钠；

d、将分散后的混合浆液经过抄纸机进行抄纸的步骤。

2.根据权利要求1所述的环保型阻燃纸的制备方法，其特征在于：步骤b中，所述木浆液是选用全木浆打浆制备的。

3.根据权利要求1所述的环保型阻燃纸的制备方法，其特征在于：步骤d中，分散后的混合浆液中的浆料先稀释至质量份数为0.1-2％后再进行抄纸步骤。

4.根据权利要求1所述的环保型阻燃纸的制备方法，其特征在于：步骤d中，抄纸步骤包括：经过上网过滤脱水形成湿纸张，并进行烘干及高压差脱水，其中，上网网内负压控制为40-100Pa，其中在形成湿纸张时，湿纸页干度为1.8-5.5wt％；在高压差脱水时，纸页干度为12-40wt％。

5.一种由权利要求1-4任一项所述的制备方法制备得到的环保型阻燃纸。