本发明属于新型阻燃纸制备
技术领域：
，具体涉及一种高强度包装阻燃纸及其制备方法。
背景技术：
：纸在我们的社会生活中扮演着重要的角色，它是传播科学文化知识的重要载体，也是各类商品和产品的主要材料和辅助材料。纸和纸制品在我们生活中的应用越来越广泛，成为了必不可少的材料，但其易燃性大大限制了其应用。诸多领域不仅要求之类材料具有较好的强度、白度、厚度和透气度，并且要求其具有较强的阻燃性能。对纸及纸制品进行阻燃处理又是防范火灾、降低隐患、减少损失的强有力措施。因此，发展和生产阻燃纸对我们的社会生活和生产力的提高有着重要的意义。植物纤维纸张的主要成分是纤维素（c6h10o5)n，另外还含有半纤维素和木素。纸张燃烧时的反应属剧烈自由基反应，是热解反应与氧化反应的结合。燃烧时，首先纤维素材料热解发生任意键的断裂，生成羟自由基（ho·）等，羟自由基与纤维素等高分子物质相遇，使纤维素分解生成碳氢化合物自由基和水等。在氧存在条件下，碳氢化合物自由基分解产生新的羟基自由基，如此循环，直到纸张燃烧完全为止。在燃烧过程中，纤维素不断分解生成葡萄糖、可燃性焦油和挥发性气体等易燃物质。挥发性气体的扩散和热传导，使火焰蔓延到邻近纸张表面，并且将其加热到热解温度，使燃烧不断进行下去。阻燃纸主要有2大类：一类是以石棉、矿棉、玻璃纤维等无机纤维为主要成分生产的纸；另一类是在植物纤维纸浆中添加各种阻燃剂或通过浸渍、涂布而制成的具有阻燃效果的纸产品。用无机纤维制成的纸具有很好的阻燃性能，但由于石棉等无机纤维不利于生产者的健康，而且成形纸页的性能较差，在环保日益受重视的今天，其应用受到限制，添加阻燃剂的植物纤维纸则发展较快。对纸及纸制品进行阻燃，就是设法阻碍纤维的热分解，抑制可燃性气体的生成，或者通过隔离热和空气及稀释可燃性气体达到目的。阻燃剂阻燃途径：（1）吸热效应，阻燃剂具有吸热功能，利用阻燃剂在受热时发生分解反应，此过程一般为吸热反应，通过阻燃剂吸收热量以及热分解产生不燃性挥发物的气化热，使纸及纸制品在受热情况下温度难以升高而阻止聚合物热降解的发生，起到阻燃作用。（2）稀释效应，阻燃剂在燃烧温度下产生大量不燃性气体如蒸汽、co2、氨气等，这些气体将可燃性气体稀释到可燃浓度以下，以阻止燃烧。（3）抑制效应，高聚物燃烧主要是使·oh自由基产生连锁反应，此类物质具有与·oh自由基反复反应生成h2o的能力，结果抑制了产生自由基的连锁反应。（4）隔离效应，阻燃剂可在燃烧时在纸及纸制品表面形成一层隔离层，起到阻止热传递、降低可燃性气体释放量和隔绝氧气的作用，从而达到阻燃目的。其中氢氧化镁作为无机阻燃剂的优秀品种，属于环保型绿色无机阻燃剂，与同类无机阻燃剂相比，氢氧化镁兼具阻燃、抑烟、抗酸以及填充等功能。氢氧化镁热分解温度在340℃左右，比目前常用的无机阻燃剂氢氧化铝高出140℃，可以使添加氢氧化镁的合成材料能承受更高的加工温度。此外，氢氧化镁粒径一般较细，对设备磨损小，利于延长加工设备使用寿命。zhou等以氢氧化镁为主的阻燃体系通过涂布加工工艺制备出了阻燃性能优良的阻燃纸。但是制备的阻燃纸强度不是很好。同时现有技术氢氧化镁阻燃剂的制备方法包括步骤：首先，在反应器中加入氯化镁形成氯化镁溶液，并对应加热至设定温度t；然后，在反应器中加入氧化钙、氧化镁、氢氧化钠与水混合后形成的复合沉淀剂；接着，等复合沉淀剂加入完全后，在设定温度t下继续恒温反应，然后洗涤过滤反应器中的氯离子；再者，将氢氧化镁滤饼进行再浆处理；最后，将再浆处理后的氢氧化镁滤饼进行物理破碎处理，得到氢氧化镁阻燃剂。另外一种采用氢氧化铝阻燃剂的方法是先将硫酸铝与微晶纤维素在水中共混，然后采用中和法在溶液中原位生成氢氧化铝，从而得到氢氧化铝-微晶纤维素无机-有机杂化材料，然后再接枝丙烯酰胺得到复合阻燃填料，与纸浆混合抄造后得到阻燃纸。技术实现要素：本发明的目的是提供一种高强度包装阻燃纸及其制备方法，通过先将硫酸镁与聚乙烯醇纤维水中混合，然后再往里面加入氢氧化钠溶液后得到氢氧化镁-聚乙烯醇纤维复合溶胶，最后再接枝聚氨基甲酸酯得到复合阻燃填料，与纸浆混合抄造后得到阻燃纸。本发明的制备方法提高了阻燃填料与纸张纤维的结合能力，并且接枝聚氨基甲酸酯进一步强化了纸张的韧性，使得阻燃纸的强度得到大幅度提高，可以充分利用氢氧化镁优越的阻燃性能，同时解决了一般氢氧化镁为主的阻燃体系加工工艺过程复杂，能耗高，纸张强度和韧性均不足的缺点。本发明涉及的具体技术方案如下：一种高强度包装阻燃纸的制备方法，先将硫酸镁与聚乙烯醇纤维在水中混合，然后加入氢氧化钠溶液，反应得到氢氧化镁-聚乙烯醇纤维复合溶胶，再加入聚氨基甲酸酯进行接枝反应，得到复合阻燃填料，最后与纸浆混合抄造制得高强度包装阻燃纸；制备的具体步骤如下：（1）常温常压下，将聚乙烯醇纤维溶解于硫酸镁溶液中，然后配置质量浓度为7～9%的氢氧化钠溶液，并以缓慢速度加入到溶解有聚乙烯醇纤维的硫酸镁溶液中，同时以不低于1200r/min的速度剧烈搅拌，直到溶液ph达到11.0～12.0时，停止加入氢氧化钠溶液，继续搅拌30～40min，得到分散相粒径为30～50nm的氢氧化镁-聚乙烯醇纤维复合溶胶；其中，所述聚乙烯醇纤维的加入量为硫酸镁溶液质量的30～40%；（2）在反应容器上安装电动搅拌器、温度计及带分水器的回流冷凝管，并加入步骤（1）所得的复合溶胶，然后加入聚氨基甲酸酯浆料及催化剂，升高温度，并不断搅拌，进行接枝反应，反应体系逐渐变成无色透明的粘稠溶液，结束反应，降压蒸馏，除去未反应的小分子，洗涤、真空干燥，得到接枝改性的复合阻燃填料；其中，所述聚氨基甲酸酯浆料的加入量为复合溶胶质量的40～50%，催化剂的加入量为聚氨基甲酸酯浆料质量的2～3%；（3）将纸浆与步骤（2）所得的复合阻燃填料按照质量比7:1～8:1混合，搅拌5～10min后，加入纸浆质量0.1～0.2%的聚氧化乙烯溶液，并继续搅拌10～20min，然后进行抄造，压榨，并利用隧道式微波干燥设备干燥，成型后即可得到高强度的包装阻燃纸。优选的，步骤（1）所述硫酸镁溶液的质量浓度为11～13%。优选的，步骤（1）所述氢氧化钠溶液的缓慢添加速度为2～4ml/min。优选的，步骤（2）所述聚氨基甲酸酯浆料中，聚氨基甲酸酯的质量浓度为30～35%。优选的，步骤（2）所述催化剂为邻苯二甲酸二酯、琥珀酸酯、对甲苯磺酸或硅钨酸中的至少一种。优选的，步骤（2）所述接枝反应温度为120～130℃，反应时间为1.5～2.5h。优选的，步骤（2）所述搅拌速度为100～120r/min，真空干燥的温度为90～100℃，真空干燥的时间为22～24h。优选的，步骤（3）所述压榨压力为1～1.2mpa。上述制备方法制备得到的高强度包装阻燃纸。优选的，所述高强度包装阻燃纸的阻燃等级为v-0级，抗张力为33.9～36.3n，白度为59.7～67.5%，不透明度为56.6～63.5%，透气度为71.4～77.5μm/pa·s。在本发明的制备过程中，氢氧化镁的原位生成及接枝反应，是制备复合阻燃填料的控制关键。在氢氧化镁的原位生成过程中，聚乙烯醇纤维首先起到促进分散的作用，使生成的氢氧化镁颗粒的粒径小而均匀，然后附着于颗粒上起到改善氢氧化镁颗粒表面性能的作用，使其表面活性增强。在与纸浆复合后，起到增强氢氧化镁颗粒与纸浆的界面结合的作用，使得所得包装纸的强度更好。接枝反应是为了在氢氧化镁及聚乙烯醇纤维上引入柔性链段，其上的氢氧根及羟基，与聚氨基甲酸酯上的基团发生化学反应，进一步改善氢氧化镁的表面性能，使其增强的材料强度进一步提高的同时，赋予包装纸良好的韧性。接枝反应的温度应注意控制，太低影响制备效率，太高可能导致反应的不均匀及较多副产物的生成，影响填料的纯度，进而影响包装纸的整体性能。本发明提供了一种高强度包装阻燃纸及其制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1.本发明采用氢氧化镁为阻燃填料，兼具阻燃、抑烟、抗酸以及填充等功能，可制得阻燃性、消烟性、耐腐蚀性及力学性能优良的包装纸。2.本发明采用氢氧化镁为阻燃填料，由于其分解温度高，可使包装纸具有更高的加工温度。3.本发明原位合成氢氧化镁，粒径仅30～50nm，对设备磨损小，利于延长加工设备使用寿命。4.本发明的方法引入聚乙烯醇纤维，有利于促进阻燃填料的均匀分散，并增强其与纸张纤维的界面结合，得到的包装纸各项力学性能较优良，尤其是强度提高幅度较大。5.本发明的方法对阻燃填料进行接枝处理，引入具有软段的聚氨基甲酸酯，增强了纸张的韧性。6.本发明使用的方法，涉及到的原料及设备常见，工艺过程简单，能耗低，可实现规模化生产。具体实施方式以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。实施例1一种高强度包装阻燃纸及其制备方法，其制备阻燃纸的具体过程如下：常温常压下，将3.6kg聚乙烯醇纤维溶解于10kg质量浓度为12%的硫酸镁溶液中，然后配置质量浓度为8%的氢氧化钠溶液，并以3ml/min的速度加入硫酸镁溶液中，同时以1200r/min的速度剧烈搅拌，直到溶液ph达到11.0～12.0时，停止加入氢氧化钠溶液，继续搅拌35min，得到分散相粒径为30～50nm的氢氧化镁-聚乙烯醇纤维复合溶胶；在反应容器上安装电动搅拌器、温度计及带分水器的回流冷凝管，并加入10kg所得的复合溶胶，然后加入4kg聚氨基甲酸酯浆料及0.2kg邻苯二甲酸二酯，升高温度至125℃，并以110r/min的速度不断搅拌，反应体系逐渐变成无色透明的粘稠溶液，同时分水器中的水分不断增多，2h后结束反应，降压蒸馏，除去未反应的小分子，然后洗涤，在100℃下真空干燥22h，得到接枝改性的复合阻燃填料；将7.5kg纸浆与1kg复合阻燃填料混合，搅拌8min后，加入10g聚氧化乙烯，并继续搅拌14min，然后进行抄造，再在1.1mpa的压力下压榨，并利用隧道式微波干燥设备，成型后即可得到高强度的包装阻燃纸。对实施例1得到的包装阻燃纸，测试其阻燃等级、最大抗张力、白度、不透明度及透气度，得到的数据如表1所示。实施例2一种高强度包装阻燃纸及其制备方法，其制备阻燃纸的具体过程如下：常温常压下，将3.4kg聚乙烯醇纤维溶解于10kg质量浓度为13%的硫酸镁溶液中，然后配置质量浓度为9%的氢氧化钠溶液，并以3ml/min的速度加入硫酸镁溶液中，同时以1200r/min的速度剧烈搅拌，直到溶液ph达到11.0～12.0时，停止加入氢氧化钠溶液，继续搅拌30min，得到分散相粒径为30～50nm的氢氧化镁-聚乙烯醇纤维复合溶胶；在反应容器上安装电动搅拌器、温度计及带分水器的回流冷凝管，并加入10kg所得的复合溶胶，然后加入4.5kg聚氨基甲酸酯浆料及0.2kg琥珀酸酯，升高温度至128℃，并以115r/min的速度不断搅拌，反应体系逐渐变成无色透明的粘稠溶液，同时分水器中的水分不断增多，2.2h后结束反应，降压蒸馏，除去未反应的小分子，然后洗涤，在95℃下真空干燥24h，得到接枝改性的复合阻燃填料；将7kg纸浆与1kg复合阻燃填料混合，搅拌10min后，加入10g聚氧化乙烯，并继续搅拌10min，然后进行抄造，再在1.2mpa的压力下压榨，并利用隧道式微波干燥设备，成型后即可得到高强度的包装阻燃纸。对实施例2得到的包装阻燃纸，测试其阻燃等级、最大抗张力、白度、不透明度及透气度，得到的数据如表1所示。实施例3一种高强度包装阻燃纸及其制备方法，其制备阻燃纸的具体过程如下：常温常压下，将3.8kg聚乙烯醇纤维溶解于10kg质量浓度为12%的硫酸镁溶液中，然后配置质量浓度为8%的氢氧化钠溶液，并以2ml/min的速度加入硫酸镁溶液中，同时以1200r/min的速度剧烈搅拌，直到溶液ph达到11.0～12.0时，停止加入氢氧化钠溶液，继续搅拌40min，得到分散相粒径为30～50nm的氢氧化镁-聚乙烯醇纤维复合溶胶；在反应容器上安装电动搅拌器、温度计及带分水器的回流冷凝管，并加入10kg所得的复合溶胶，然后加入5kg聚氨基甲酸酯浆料及0.3kg对甲苯磺酸，升高温度至120℃，并以120r/min的速度不断搅拌，反应体系逐渐变成无色透明的粘稠溶液，同时分水器中的水分不断增多，2.5h后结束反应，降压蒸馏，除去未反应的小分子，然后洗涤，在100℃下真空干燥22h，得到接枝改性的复合阻燃填料；将8kg纸浆与1kg复合阻燃填料混合，搅拌7min后，加入10g聚氧化乙烯，并继续搅拌16min，然后进行抄造，再在1.2mpa的压力下压榨，并利用隧道式微波干燥设备，成型后即可得到高强度的包装阻燃纸。对实施例3得到的包装阻燃纸，测试其阻燃等级、最大抗张力、白度、不透明度及透气度，得到的数据如表1所示。实施例4一种高强度包装阻燃纸及其制备方法，其制备阻燃纸的具体过程如下：常温常压下，将3.2kg聚乙烯醇纤维溶解于10kg质量浓度为11%的硫酸镁溶液中，然后配置质量浓度为7%的氢氧化钠溶液，并以3ml/min的速度加入硫酸镁溶液中，同时以1200r/min的速度剧烈搅拌，直到溶液ph达到11.0～12.0时，停止加入氢氧化钠溶液，继续搅拌32min，得到分散相粒径为30～50nm的氢氧化镁-聚乙烯醇纤维复合溶胶；在反应容器上安装电动搅拌器、温度计及带分水器的回流冷凝管，并加入10kg所得的复合溶胶，然后加入4kg聚氨基甲酸酯浆料及0.3kg对甲苯磺酸，升高温度至122℃，并以115r/min的速度不断搅拌，反应体系逐渐变成无色透明的粘稠溶液，同时分水器中的水分不断增多，1.8h后结束反应，降压蒸馏，除去未反应的小分子，然后洗涤，在90℃下真空干燥22h，得到接枝改性的复合阻燃填料；将7kg纸浆与1kg复合阻燃填料混合，搅拌6min后，加入10g聚氧化乙烯，并继续搅拌18min，然后进行抄造，再在1mpa的压力下压榨，并利用隧道式微波干燥设备，成型后即可得到高强度的包装阻燃纸。对实施例4得到的包装阻燃纸，测试其阻燃等级、最大抗张力、白度、不透明度及透气度，得到的数据如表1所示。实施例5一种高强度包装阻燃纸及其制备方法，其制备阻燃纸的具体过程如下：常温常压下，将4kg聚乙烯醇纤维溶解于10kg质量浓度为12%的硫酸镁溶液中，然后配置质量浓度为8%的氢氧化钠溶液，并以3ml/min的速度加入硫酸镁溶液中，同时以1200r/min的速度剧烈搅拌，直到溶液ph达到11.0～12.0时，停止加入氢氧化钠溶液，继续搅拌35min，得到分散相粒径为30～50nm的氢氧化镁-聚乙烯醇纤维复合溶胶；在反应容器上安装电动搅拌器、温度计及带分水器的回流冷凝管，并加入10kg所得的复合溶胶，然后加入4.5kg聚氨基甲酸酯浆料及0.2kg硅钨酸，升高温度至125℃，并以110r/min的速度不断搅拌，反应体系逐渐变成无色透明的粘稠溶液，同时分水器中的水分不断增多，2h后结束反应，降压蒸馏，除去未反应的小分子，然后洗涤，在95℃下真空干燥23h，得到接枝改性的复合阻燃填料；将7.5kg纸浆与1kg复合阻燃填料混合，搅拌7min后，加入10g聚氧化乙烯，并继续搅拌15min，然后进行抄造，再在1.1mpa的压力下压榨，并利用隧道式微波干燥设备，成型后即可得到高强度的包装阻燃纸。对实施例5得到的包装阻燃纸，测试其阻燃等级、最大抗张力、白度、不透明度及透气度，得到的数据如表1所示。实施例6一种高强度包装阻燃纸及其制备方法，其制备阻燃纸的具体过程如下：常温常压下，将3kg聚乙烯醇纤维溶解于10kg质量浓度为13%的硫酸镁溶液中，然后配置质量浓度为9%的氢氧化钠溶液，并以2ml/min的速度加入硫酸镁溶液中，同时以1200r/min的速度剧烈搅拌，直到溶液ph达到11.0～12.0时，停止加入氢氧化钠溶液，继续搅拌30min，得到分散相粒径为30～50nm的氢氧化镁-聚乙烯醇纤维复合溶胶；在反应容器上安装电动搅拌器、温度计及带分水器的回流冷凝管，并加入10kg所得的复合溶胶，然后加入4.8kg聚氨基甲酸酯浆料及0.3kg邻苯二甲酸二酯，升高温度至130℃，并以100r/min的速度不断搅拌，反应体系逐渐变成无色透明的粘稠溶液，同时分水器中的水分不断增多，2.5h后结束反应，降压蒸馏，除去未反应的小分子，然后洗涤，在90℃下真空干燥22h，得到接枝改性的复合阻燃填料；将8kg纸浆与1kg复合阻燃填料混合，搅拌10min后，加入10g聚氧化乙烯，并继续搅拌10min，然后进行抄造，再在1mpa的压力下压榨，并利用隧道式微波干燥设备，成型后即可得到高强度的包装阻燃纸。对实施例6得到的包装阻燃纸，测试其阻燃等级、最大抗张力、白度、不透明度及透气度，得到的数据如表1所示。实施例7一种高强度包装阻燃纸及其制备方法，其制备阻燃纸的具体过程如下：常温常压下，将3.5kg聚乙烯醇纤维溶解于10kg质量浓度为11%的硫酸镁溶液中，然后配置质量浓度为7%的氢氧化钠溶液，并以4ml/min的速度加入硫酸镁溶液中，同时以1200r/min的速度剧烈搅拌，直到溶液ph达到11.0～12.0时，停止加入氢氧化钠溶液，继续搅拌30min，得到分散相粒径为30～50nm的氢氧化镁-聚乙烯醇纤维复合溶胶；在反应容器上安装电动搅拌器、温度计及带分水器的回流冷凝管，并加入10kg所得的复合溶胶，然后加入4.2kg聚氨基甲酸酯浆料及0.2kg琥珀酸酯，升高温度至130℃，并以120r/min的速度不断搅拌，反应体系逐渐变成无色透明的粘稠溶液，同时分水器中的水分不断增多，2.5h后结束反应，降压蒸馏，除去未反应的小分子，然后洗涤，在90℃下真空干燥24h，得到接枝改性的复合阻燃填料；将7kg纸浆与1kg复合阻燃填料混合，搅拌5min后，加入10g聚氧化乙烯，并继续搅拌20min，然后进行抄造，再在1.2mpa的压力下压榨，并利用隧道式微波干燥设备，成型后即可得到高强度的包装阻燃纸。对实施例7得到的包装阻燃纸，测试其阻燃等级、最大抗张力、白度、不透明度及透气度，得到的数据如表1所示。表1实施例1～7得到的产品性能测试结果具体实施例阻燃等级最大抗张力（n）白度（%）不透明度（%）透气度（μm/pa·s）实施例1v-035.567.463.573.8实施例2v-036.364.658.977.5实施例3v-036.267.559.672.9实施例4v-033.964.859.171.4实施例5v-034.663.258.574.2实施例6v-035.559.757.271.6实施例7v-035.260.156.575.3由表1可见：本发明制得的包装阻燃纸，阻燃等级均能达到v-0级，最大抗张力达34n，白度达59%以上，不透明度达56%以上，透气度达71μm/pa·s，其综合性能优良，适用范围较广。当前第1页12