专利名称：一种LDHs阻燃纸的制备方法
技术领域：
本专利涉及一种层状双羟基复合金属氧化物(LDHs)阻燃纸的制备方法。特别涉及采用分子自组装法改性植物纤维从而赋予其阻燃性能，并将改性的植物纤维成型为阻燃纸或纸板的方法。
背景技术：
层状双轻基复合金属氧化物(Layered Double Hydroxides,简称类水滑石,LDHs)为具有类似水镁石的结构的阴离子粘土，其通式为[Mh2+Mx3+(OH)2]x+Ax/nnmH20，式中M2+指二价金属离子，M3+指三价金属离子，A指价数为n的阴离子，m是水合数；由带正电的金属氧化物构成的层板和层板间水合阴离子通过静电力和氢键相结合。类水滑石层板的化学组成 可根据需要进行调整，层间离子的种类和数量也可以通过插层和离子交换进行改变，不同的M2+与M3+，与不同的层间水合阴离子An-形成一系列类水滑石。类水滑石(LDHs)是一类高效、环保兼具抑烟作用的阻燃剂，广泛应用与聚合物和纸制品的阻燃。目前，国内外生产利用LDHs制备阻燃纸的方法有浆内添加法和涂布法。浆内添加法工艺操作简单，LDHs在纸中的分布比较均衡，但抄纸时阻燃剂流失非常严重，因而阻燃效果和成本不宜控制，一般阻燃剂的留着率80 %就非常不容易了，虽然通过与助留剂配合可以解决阻燃剂的流失问题，但是助留剂的使用不仅增加了生产成本且不利于白水循环；涂布法将LDHs涂布在纸的表面，对纸的物理性能影响较小，对表面要求的耐延燃性效果明显，但阻燃剂大部分集中在纸的表面，不能赋予纸内部阻燃性，阻燃效果不甚理想。生产方法发展缓慢限制了阻燃纸的应用和发展，创造新的技术手段和工艺赋予纸或纸板以防火阻燃性能具有特殊意义。纸纤维表面存在的大量羧基、羟基等极性基团，这些基团对于LDHs片晶的生长过程具有促进作用，可以使片晶在纸纤维表面生长成形。可以利用纸纤维和LDHs的特性创造出一种制备LDHs阻燃纸的新方法。
发明内容
本发明的目的创造出一种新方法制备LDHs阻燃纸。这种方法是在纸浆纤维的外表面直接生长形成一层致密的LDHs薄膜，LDHs纳米片晶与植物纤维紧密结合，LDHs使用效率高，流失少，节约生产成本，对纸浆纤维进行阻燃改性，然后对改性后的纸浆进行抄纸就可以得到LDHs阻燃纸。本发明的目的是通过以下途径实现的，它是利用分子自组装方法改性植物纤维，将改性的植物纤维成型为阻燃纸或纸板，它的具体制备步骤为
第一步，用纤维解离器将造纸用植物纤维均匀分散为浆状，备用；
第二步，取适量氯化镁(MgCl2 6H20)、氯化铝(AlCl3 6H20)、氯化锌(ZnCl2)，氯化铁(FeCl3 6H20)、碳酸钠(Na2CO3)等金属盐和尿素完全溶解在水中作为反应液，备用；
第三步，将第一步中制备的纸浆浸入在第二步制作出的反应液中，经过搅拌使纸纤维均匀分散在反应液中，将该混合物转移到高压反应釜中；第四步，将高压反应釜放入烘箱静置反应后，即得LDHs改性的植物纤维，将改性的植物纤维取出洗涤，备用；
第五步，将第四步中改性的阻燃纸纤维配置成纸浆悬浮液，在纸页成型器上抄纸，制备出阻燃纸。本发明具有以下优点1、生产工艺简单，过程易于控制，成本低，容易扩大到工业生产规模；2、LDHs纳米片晶与植物纤维紧密结合，LDHs使用效率高，流失少，节约生产成本；3、此方法可以通过改变各种LDHs的组分制备性能不同的阻燃纸；4、使用此方法不需要改变工业上的普通造纸过程，容易将这种方法与工业生产相结合，实现工业化生产。
图I :阻燃纸纤维的横截面示意图 图2 :阻燃纸的微观表面形貌
其中LDHs纳米片(I)、纸纤维(2)。由图I和图2可以知，LDHs纳米片晶在植物纤维表面生长并与植物纤维紧密结合，在植物纤维表面形成了致密的LDHs阻燃剂薄膜。
具体实施例方式本发明所使用的金属盐含有两种或两种以上金属元素，金属元素的化合价为一价、二价或三价，如 Li、Mg、Co、Fe、Cu、Ni、Cd、Zn、Al、Cr、Ga、Sc、Mn，其中二价金属与三价金属的物质的量之比为(T100 ;本发明体系的PH在7 14，使用尿素、氨水和强碱弱酸盐为反应体系在整个反应过程中提供稳定的PH ;反应时间为0. 5 15天；反应温度为5(Tl80。。。下面给出实例以对本发明作更详细的说明，有必要指出的是以下实施例不能解释为对发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍应属于本发明的保护范围。实施例I
取I. 02 glOO %漂白硫酸盐针叶木浆用纤维解离器将造纸用植物纤维均匀分散为浆状；取0. I molMgCl2 6H20、0. 05 molAlCl3 6H20和0. 67 mo I尿素完全溶解在水中作为反应液。纸浆浸入在反应液中，经过搅拌使纸纤维均匀分散在反应液中，将该混合物转移到高压反应釜中，将高压反应釜放入70 °C烘箱静置反应0.5天后，将反应产物取出洗涤并配置成2 %纸浆悬浮液，在纸页成型器上抄纸，制备出阻燃纸。实施例2
取I. 02 glOO %未漂白硫酸盐桦木浆用纤维解离器将造纸用植物纤维均匀分散为浆状；取 0. 005 molMgCl2 6H20、0. 05 molAlCl3 6H20、0. 05ZnCl2 6H20 和 0. 67 mo I 氨水完全溶解在水中作为反应液。纸浆浸入在反应液中，经过搅拌使纸纤维均匀分散在反应液中，将该混合物转移到高压反应釜中，将高压反应釜放入80 °C烘箱静置反应2天后，将反应产物取出洗涤并配置成2 %纸浆悬浮液，在纸页成型器上抄纸，制备出阻燃纸。 实施例3
取I. 02 glOO %漂白硫酸盐竹浆，用纤维解离器将植物纤维均匀分散为浆状；取0. 05molMgCl2 6H20、0. 025 molAlCl3 6H20 0. 05ZnCl2 6H20、0. 025FeCl3 6H2 0 和 0. 67 mo I 磷
酸氢钠完全溶解在水中作为反应液。纸浆浸入在反应液中，经过搅拌使纸纤维均匀分散在反应液中，将该混合物转移到高压反应釜中，将高压反应釜放入70 °C烘箱静置反应4天后，将反应产物取出洗涤并配置成2 %纸浆悬浮液，在纸页成型器上抄纸，制备出阻燃纸。
权利要求
1.本专利涉及一种制备LDHs阻燃纸的方法，其特征在于它是采用分子自组装法改性植物纤维，并将改性的植物纤维成型为阻燃纸或纸板，它的具体步骤为 第一步，用纤维解离器将造纸用植物纤维均匀分散为浆状，备用； 第二步，取金属盐和PH调节剂完全溶解在水中作为反应液，备用； 第三步，将第一步中制备的纸浆浸入在第二步制作出的反应液中，经过搅拌使纸纤维均匀分散在反应液中，将该混合物转移到高压反应釜中； 第四步，将高压反应釜放入烘箱静置反应后，将反应产物取出洗涤，备用； 第五步，将第四步中改性的阻燃纸纤维配置成纸浆悬浮液，在纸页成型器上抄纸，制备出阻燃纸。
2.根据权利要求I所述的一种制备LDHs阻燃纸的方法，其特征在于使用分子自组装原理，在适宜的温度下反应一段时间，使反应液中的组分缓慢的在纸纤维表面形成一层LDHs薄膜，实现LDHs与纸纤维的紧密结合，赋予植物纤维阻燃性能。
3.根据权利要求I所述的一种制备LDHs阻燃纸的方法，其特征在于所述的金属盐含有两种或两种以上金属元素，金属元素的化合价为一价、二价或三价，如Li、Mg、Co、Fe、Cu、Ni、Cd、Zn、Al、Cr、Ga、Sc、Mn，其中二价金属与三价金属的物质的量之比为0 100。
4.根据权利要求I所述的一种制备LDHs阻燃纸的方法，其特征在于使用PH调节剂为水溶液呈弱碱性的试剂，PH调节剂为反应体系在整个反应过程中提供较稳定的PH，如尿素、氨水和强碱弱酸盐，体系的PH在7 12 ;反应时间为0. 5 15天；反应温度为5(Tl80。。。
全文摘要
本发明公开的是一种制备LDHs阻燃纸的方法。它是采用分子自组装法改性植物纤维，并将改性的植物纤维成型为阻燃纸或纸板。具体步骤为用纤维解离器将造纸用植物纤维均匀分散为浆状，然后放在水中浸泡；取金属盐和PH调节剂溶解在水中，作为反应液；再将纸浆浸入在反应液中，经过搅拌使纸纤维均匀分散在反应液中，将该混合物转移到高压反应釜中；将高压反应釜放入烘箱静置反应后，即成为LDHs改性的植物纤维；将改性的植物纤维洗涤后配置成纸浆悬浮液，在纸页成型器上抄纸，制备出阻燃纸。此方法可使植物纤维与阻燃剂结合紧密，反应装置结构简单投资少、工艺简单易行，可实现大批量生产，制备纸的力学强度、阻燃性能好。
文档编号D21H17/66GK102704327SQ201210208539
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者刘亦武, 刘跃军, 郝宗贤 申请人:湖南工业大学