一种复合纤维阻燃纸及其制备方法.pdf

本发明公开了一种复合纤维阻燃纸及其制备方法，涉及造纸技术领域。该复合纤维阻燃纸包括矿物纤维30～50%，植物纤维干浆30～45%，阻燃填料5～10%，填料10～20%，少量淀粉。该制备方法为：将经表面处理后的矿物纤维、阻燃填料、植物纤维和淀粉等共混，抄纸，压榨烘干后得到复合纤维阻燃纸；其中，阻燃填料由磷酸、尿素和铝镁水滑石制备得到；矿物纤维采用阳离子淀粉进行处理。本发明的阻燃纸中，以矿物纤维替代部分植物纤维，技术指标达到纸样续燃时间为0s，平均灼燃时间≤30s，平均碳化长度≤45mm，具有优异的阻燃性能。

权利要求书1.  一种复合纤维阻燃纸，其特征在于，包括按重量百分比矿物纤维30～50%，植物纤维干浆30～45%，阻燃填料5～10%，填料10～20%，少量淀粉；所述阻燃填料由磷酸、尿素和铝镁水滑石制备得到。 2.   根据权利要求1所述复合纤维阻燃纸，其特征在于，所述阻燃填料的制备方法包括如下步骤：将磷酸溶液倒入反应器中加热搅拌，温度升到60～70℃加入尿素，等温度升到130℃时加入镁铝水滑石，保温10～15min，将产物倒出，固化、粉碎后得到所述阻燃填料。 3.   根据权利要求2所述复合纤维阻燃纸，其特征在于，所述磷酸：尿素：铝镁水滑石的质量份数比为1：0.85～0.95：0.15～0.35。 4.   根据权利要求1所述复合纤维阻燃纸，其特征在于，所述矿物纤维为硅灰石纤维，纤维长度为1.0～5.0mm，直径为3.0～6.0μm。 5.   一种权利要求1～4任意一项所述复合纤维阻燃纸的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤： (1)打浆：将植物纤维放入打浆机中打至打浆度介于30～50°SR之间； (2)添加：向经过步骤(1)打浆的纸浆中依次加入矿物纤维、阻燃填料、淀粉溶液、填料进行混合；所述淀粉溶液添加到造纸湿端系统混合浆池中混合得到造纸浆料； (3)成型：将经过步骤(2)混合后的纸浆在造纸机上按照50～200g/m2的定量进行抄造，压榨和干燥后得到所述复合纤维阻燃纸；所述矿物纤维采用阳离子淀粉进行处理。 6.   根据权利要求5所述复合纤维阻燃纸的制备方法，其特征在于，所述淀粉溶液的制备方法为： 对淀粉原料进行前处理得到浓度15～29％的第一淀粉溶液； 通过水浴法将所述第一淀粉溶液稀释并升温，得到润胀后含不同粒径淀粉球的所述淀粉溶液，所述淀粉球为粒径大于10微米圆润而未破裂的淀粉球体。 7.   根据权利要求5所述复合纤维阻燃纸的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）还包括： 在所述混合浆池出口处的造纸浆料中以0.1～1kg/吨绝干浆的量添加固着剂并混合搅拌均匀；所述固着剂为阳离子聚丙烯酰胺，阴离子聚丙烯酰胺、丙烯酰胺共聚物、聚酰胺环氧氯丙烷以及聚丙烯酰胺-乙二醛聚合物中的至少一种。 8.   根据权利要求5所述复合纤维阻燃纸的制备方法，其特征在于，所述矿物纤维使用阳离子淀粉进行表面处理的方法为：将阳离子淀粉加入到水中，配制成2～4g/L浓度的溶液；升温至60℃，向溶液中加入矿物纤维，搅拌使矿物纤维表面被淀粉包裹。 9.   根据权利要求6所述复合纤维阻燃纸的制备方法，其特征在于，所述淀粉原料为原淀粉、阳离子淀粉、两性淀粉以及改性淀粉的衍生化合物中的至少一种。 10.   根据权利要求8所述复合纤维阻燃纸的制备方法，其特征在于，所述阳离子淀粉为叔胺型或季胺型淀粉。

说明书一种复合纤维阻燃纸及其制备方法
技术领域
 本发明涉及造纸技术领域，特别是涉及一种复合纤维阻燃纸及其制备方法。
背景技术
纸张是由植物纤维交织构成的，其主要成分是纤维素、半纤维素和少量木素，而这些成分都是易燃成分，通常纸的燃点在130～230℃左右，氧指数在15～20之间。纸基材料经常成为火灾的引火物质，每年因其易燃烧性所造成的经济损失相当巨大，纸基材料的阻燃性已成为一些应用领域的必要的性能指标。
目前，现有的纸及纸制品所用纤维以木浆纤维和草浆纤维为主，我国木材资源较紧缺，传统造纸消耗大量的森林资源和草资源。而且，植物纤维抄造纸张容易腐蚀、易燃、易吸湿。此外，植物纤维造纸用水量大，产生大量黑液和废水，对环境污染严重，废水处理造成产品成本增加。
公开号为CN101649575A、发明创造名称为《陶瓷纤维配抄复合纸》的专利文献公开的陶瓷纤维配抄复合纸虽然具有一定的阻燃效果，但是还达不到阻燃纸的性能要求，若提高陶瓷纤维复合纸的阻燃性能，则必须添加较多的陶瓷纤维，此时，复合纸的力学性能有较大下降。
浸渍法生产的纸需吸附大量的阻燃剂，对纸张的本身性能影响大，所以适用范围窄。涂布法的阻燃剂主要集中在纸的表面，其表面阻燃效果相对较好，但不能赋予纸内部阻燃性，且由于涂布法使用大量的有机黏结剂，所以阻燃效果不够理想。浆内添加阻燃剂的方法是在浆内添加各种水不溶性的阻燃剂，和植物纤维混合抄成阻燃纸，这种方法简单，但阻燃剂加入量大，对纸的物理性能影响大。浆内添加法制备阻燃纸，具有阻燃剂分布均匀，对纸的物理性能影响小等优点，加入少量助留助率剂后，可以大幅其提高留着率，达到阻燃效果。经过阻燃处理后的纸，可使其达到难燃要求，从而满足工业生产和人们日常生活的要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种复合纤维阻燃纸，其既能满足阻燃性能要求，又具有较好的力学性能。
本发明的另一个目的是提供一种复合纤维阻燃纸的制备方法。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种复合纤维阻燃纸，包括按重量百分比矿物纤维30～50%，植物纤维干浆30～45%，阻燃填料5～10%，填料10～20%，少量淀粉；所述阻燃填料由磷酸、尿素和铝镁水滑石制备得到。
进一步地，所述阻燃填料的制备方法包括如下步骤：将磷酸溶液倒入反应器中加热搅拌，温度升到60～70℃加入尿素，等温度升到130℃时加入镁铝水滑石，保温10～15min，将产物倒出，固化、粉碎后得到所述阻燃填料。
优选地，所述磷酸：尿素：铝镁水滑石的质量份数比为1：0.85～0.95：0.15～0.35。
优选地，所述矿物纤维为硅灰石纤维，纤维长度为1.0～5.0mm，直径为3.0～6.0μm。
一种所述复合纤维阻燃纸的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)打浆：将植物纤维放入打浆机中打至打浆度介于30～50°SR之间；
(2)添加：向经过步骤(1)打浆的纸浆中依次加入矿物纤维、阻燃填料、淀粉溶液、填料进行混合；所述淀粉溶液添加到造纸湿端系统混合浆池中混合得到造纸浆料；
(3)成型：将经过步骤(2)混合后的纸浆在造纸机上按照50～200g/m2的定量进行抄造，压榨和干燥后得到所述复合纤维阻燃纸；所述矿物纤维采用阳离子淀粉进行处理。
进一步地，所述淀粉溶液的制备方法为：
对淀粉原料进行前处理得到浓度15～29％的第一淀粉溶液；
通过水浴法将所述第一淀粉溶液稀释并升温，得到润胀后含不同粒径淀粉球的所述淀粉溶液，所述淀粉球为粒径大于10微米圆润而未破裂的淀粉球体。
进一步地，所述步骤（2）还包括：
在所述混合浆池出口处的造纸浆料中以0.1～1kg/吨绝干浆的量添加固着剂并混合搅拌均匀；所述固着剂为阳离子聚丙烯酰胺，阴离子聚丙烯酰胺、丙烯酰胺共聚物、聚酰胺环氧氯丙烷以及聚丙烯酰胺-乙二醛聚合物中的至少一种。
进一步地，所述矿物纤维使用阳离子淀粉进行表面处理的方法为：将阳离子淀粉加入到水中，配制成2～4g/L浓度的溶液；升温至60℃，向溶液中加入矿物纤维，搅拌使矿物纤维表面被淀粉包裹。
优选地，所述淀粉原料为原淀粉、阳离子淀粉、两性淀粉以及改性淀粉的衍生化合物中的至少一种。
优选地，所述阳离子淀粉为叔胺型或季胺型淀粉。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的复合纤维阻燃纸中，以矿物纤维替代部分植物纤维，通过各个组分的合理配比，在满足阻燃性能要求的情况下，具有较好的力学性能。技术指标达到纸样续燃时间为0s，平均灼燃时间≤32s，平均碳化长度≤57mm，具有优异的阻燃性能。
在磷酸和尿素合成聚磷酸铵的过程中加入镁铝水滑石，使反应在镁铝水滑石的孔隙和表面进行，从而制备聚磷酸铵/镁铝水滑石复合阻燃填料，充分利用聚磷酸铵的阻燃性和镁铝水滑石的阻燃性，使阻燃填料有很高的阻燃性能。
本发明所添加的化学药剂可以以一定比例配置成稳定的溶液，无需多次单独添加，从而简化生产流程，降低生产成本。
本发明的制备方法采用通常的造纸工艺直接抄造，制备方法简单，易于实现工业化生产。
本发明的制备方法，通过阳离子淀粉对矿物纤维进行表面处理，淀粉将矿物纤维包裹，提高了矿物纤维与植物纤维之间的结合力，同时，阳离子淀粉是造纸用增强剂和助留剂，提高了纸张的质量。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
1）阻燃填料由下述方法制备得到：
 ①将40kg浓度为85%的磷酸倒入反应器中，加热搅拌，温度升到60℃时加入34kg尿素，控制升温速率3℃min-1。
②等温度升到130℃时，加入6kg的镁铝水滑石，保持130℃时，保温10min，将产物倒出。
③将产物在高温箱中于210℃下固化2h，将固化后的物质粉碎、过320目筛即得阻燃填料。
2）淀粉溶液的制备方法为：
对原淀粉进行前处理得到浓度15％的第一淀粉溶液；
通过水浴法将所述第一淀粉溶液稀释并升温，得到润胀后含不同粒径淀粉球的所述淀粉溶液，所述淀粉球为粒径大于10微米圆润而未破裂的淀粉球体。
3）矿物纤维的表面处理：将叔胺型阳离子淀粉64g加入到32L水中，配制成2g/L浓度的溶液。升温至60℃，向溶液中加入矿物纤维16kg，搅拌0.5小时，使矿物纤维表面被淀粉包裹。
4）打浆：将纸浆放入盘磨打浆机中打浆至一定的打浆度；所述一定的打浆度为40°SR；
5)添加：向经过打浆的纸浆中依次加入矿物纤维、阻燃填料、淀粉溶液、填料进行混合；所述淀粉溶液添加到造纸湿端系统混合浆池中混合得到造纸浆料；在所述混合浆池出口处的造纸浆料中以0.1kg/吨绝干浆的量添加固着剂并混合搅拌均匀；所述固着剂为阳离子聚丙烯酰胺；
6)成型：将混合后的浆料在造纸机上按照一定定量进行抄造，压榨和干燥后得到复合纤维阻燃纸；所述定量为50g/m2。
实施例2
1）阻燃填料由下述方法制备得到：
 ①将20kg浓度为85%的磷酸倒入反应器中，加热搅拌，温度升到65℃时加入13kg尿素，控制升温速率3℃min-1。
②等温度升到130℃时，加入3kg的镁铝水滑石，保持130℃时，保温10min，将产物倒出。
③将产物在高温箱中于210℃下固化2h，将固化后的物质粉碎、过320目筛即得阻燃填料。
2）淀粉溶液的制备方法为：
对原淀粉进行前处理得到浓度20％的第一淀粉溶液；
通过水浴法将所述第一淀粉溶液稀释并升温，得到润胀后含不同粒径淀粉球的所述淀粉溶液，所述淀粉球为粒径大于12微米圆润而未破裂的淀粉球体。
3）矿物纤维的表面处理：将叔胺型阳离子淀粉50g加入到25L水中，配制成2g/L浓度的溶液。升温至60℃，向溶液中加入矿物纤维11kg，搅拌0.5小时，使矿物纤维表面被淀粉包裹。
4）打浆：将纸浆放入盘磨打浆机中打浆至一定的打浆度；所述一定的打浆度为45°SR；
5)添加：向经过打浆的纸浆中依次加入矿物纤维、阻燃填料、淀粉溶液、填料进行混合；所述淀粉溶液添加到造纸湿端系统混合浆池中混合得到造纸浆料；在所述混合浆池出口处的造纸浆料中以0.1kg/吨绝干浆的量添加固着剂并混合搅拌均匀；所述固着剂为阳离子聚丙烯酰胺；
6)成型：将混合后的浆料在造纸机上按照一定定量进行抄造，压榨和干燥后得到复合纤维阻燃纸；所述定量为80g/m2。
实施例3
1）阻燃填料由下述方法制备得到：
 ①将50kg浓度为85%的磷酸倒入反应器中，加热搅拌，温度升到60℃时加入42kg尿素，控制升温速率3℃min-1。
②等温度升到130℃时，加入8kg的镁铝水滑石，保持130℃时，保温10min，将产物倒出。
③将产物在高温箱中于210℃下固化2h，将固化后的物质粉碎、过320目筛即得阻燃填料。
2）淀粉溶液的制备方法为：
对原淀粉进行前处理得到浓度29％的第一淀粉溶液；
通过水浴法将所述第一淀粉溶液稀释并升温，得到润胀后含不同粒径淀粉球的所述淀粉溶液，所述淀粉球为粒径大于10微米圆润而未破裂的淀粉球体。
3）矿物纤维的表面处理：将叔胺型阳离子淀粉100g加入到40L水中，配制成2.5g/L浓度的溶液。升温至60℃，向溶液中加入矿物纤维20kg，搅拌0.5小时，使矿物纤维表面被淀粉包裹。
4）打浆：将纸浆放入盘磨打浆机中打浆至一定的打浆度；所述一定的打浆度为50°SR；
5)添加：向经过打浆的纸浆中依次加入矿物纤维、阻燃填料、淀粉溶液、填料进行混合；所述淀粉溶液添加到造纸湿端系统混合浆池中混合得到造纸浆料；在所述混合浆池出口处的造纸浆料中以0.1kg/吨绝干浆的量添加固着剂并混合搅拌均匀；所述固着剂为阳离子聚丙烯酰胺；
6)成型：将混合后的浆料在造纸机上按照一定定量进行抄造，压榨和干燥后得到复合纤维阻燃纸；所述定量为160g/m2。
将实施例1～3得到的复合纤维阻燃纸进行检测，检测数据如表1所示。
表1
性能指标 单位 国标要求 实施例1 实施例2 实施例3 续燃时间 秒 ≤5 0 1 0 灼燃时间 秒 ≤60 24 28 27 碳化长度 毫米 ≤115 39 43 37 抗张指数 N·m/g   85 83 89
从表1可看出，本发明的复合纤维阻燃纸以矿物纤维替代部分植物纤维，同时添加阻燃填料，具有阻燃填料用量少，阻燃效果明显，技术指标达到纸样续燃时间为0s，平均灼燃时间≤30s，平均碳化长度≤45mm，具有优异的阻燃性能，且具有较好的力学性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。