一種高加填阻燃紙及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于阻燃材料生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種高加填阻燃紙及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]阻燃紙是通過漿內(nèi)添加、浸潰或涂布等加工工藝將阻燃劑添加到紙張內(nèi)部或表面而制成的。阻燃劑通過阻礙纖維熱分解，抑制可燃?xì)怏w生成，或者通過隔離熱和空氣以及稀釋可燃?xì)怏w等一種或幾種途徑而達(dá)到阻燃目的。
[0003]浸潰法生產(chǎn)的紙需吸附大量的阻燃劑，對紙張的本身性能影響大，所以適用范圍窄。涂布法的阻燃劑主要集中在紙的表面，其表面阻燃效果相對較好，但不能賦予紙內(nèi)部阻燃性，且由于涂布法使用大量的有機(jī)黏結(jié)劑，所以阻燃效果不夠理想。漿內(nèi)添加阻燃劑的方法是在漿內(nèi)添加各種水不溶性的阻燃劑，和植物纖維混合抄成阻燃紙，這種方法簡單，但阻燃劑加入量大，對紙的物理性能影響大。漿內(nèi)添加法制備阻燃紙，具有阻燃劑分布均勻，對紙的物理性能影響小等優(yōu)點(diǎn)，加入少量助留助率劑后，可以大幅其提高留著率，達(dá)到阻燃效果。經(jīng)過阻燃處理后的紙，可使其達(dá)到難燃要求，從而滿足工業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ畹囊蟆?br>[0004]極限氧指數(shù)是指紙張?jiān)谘鹾偷旌蠚怏w中當(dāng)剛能支撐其燃燒時(shí)氧的體積分?jǐn)?shù)濃度。它是表征材料燃燒行為的指數(shù)。極限氧指數(shù)可以用燃燭試驗(yàn)測定，將一個(gè)紙條在特定條件下向下燃燒進(jìn)行測定。通常認(rèn)為極限氧指數(shù)為21以上時(shí)，該物質(zhì)在空氣中即難以順利燃燒，已具有火焰自熄性。
[0005]在造紙領(lǐng)域，因填料單價(jià)遠(yuǎn)低于漿料，通常采用提升漿料強(qiáng)度或增加干強(qiáng)劑用量等手段達(dá)到提升紙張強(qiáng)度整體之目的，為提升紙張灰分含量拓展空間，因此紙張強(qiáng)度的提升可有效彌補(bǔ)因灰分提升導(dǎo)致紙張強(qiáng)度的損失。如此，雖然能維持紙張強(qiáng)度，但會造成紙張微觀結(jié)構(gòu)的“坍塌”現(xiàn)象，即紙張密度變大，使得抄造相同克重紙張的厚度明顯偏低，因而可能無法滿足紙張后加工及終端客戶使用的需要。
[0006]為了降低紙張生產(chǎn)成本和改善印刷性能，大量的無機(jī)填料被添加到漿料系統(tǒng)中。由于天然植物纖維自身留著填料的能力很差，為了實(shí)現(xiàn)填料的留著，通常會在紙漿中添加丙烯酰胺、淀粉等助留劑。然而，對于PCC (沉淀碳酸鈣)等粒徑較小、表面電荷性能接近中性的填料粒子來講，采用向紙漿中添加丙烯酰胺、淀粉等助留劑的方式對填料的留著要較GCC (研磨碳酸韓)、kaolin (高嶺土)等要差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種高加填阻燃紙的制備方法，該制備方法以植物纖維為原料通過特定抄造工藝和添加多種化學(xué)劑來達(dá)到目的；
本發(fā)明的另一目的在于提供上述方法制備而成的高加填阻燃紙。
[0008]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種高加填阻燃紙的制備方法，包括以下操作步驟:
(1)打漿:將漿料放入打漿機(jī)中打至打漿度介于30?50°SR之間；
(2)添加:向經(jīng)過步驟(I)打漿的紙漿中依次加入羧基含量為1.8?2.5mmol/g的改性纖維、阻燃填料、淀粉溶液、填料進(jìn)行混合；所述改性纖維的含量為絕干漿的10%?30% ；所述阻燃填料的質(zhì)量為絕干漿重量的5%?10%，所述淀粉溶液以1.0?1kg/噸絕干漿的量添加到造紙濕端系統(tǒng)混合漿池中混合得到造紙漿料，所述填料的質(zhì)量為絕干漿重量的10%?40% ；
(3)成型:將經(jīng)過步驟(2)混合后的紙漿在造紙機(jī)上按照50?200g/m2的定量進(jìn)行抄造，壓榨和干燥后得到所述阻燃紙；
所述改性纖維是采用TEMPO氧化體系來對植物纖維進(jìn)行羧基化改性后得到的；
所述阻燃填料由磷酸、尿素和鋁鎂水滑石制備得到。
[0009]進(jìn)一步地，所述的阻燃填料的制備方法，包括如下步驟:將磷酸溶液倒入反應(yīng)器中加熱攪拌，溫度升到60?70°C加入尿素，等溫度升到130°C時(shí)加入鎂鋁水滑石，保溫10?15min，將產(chǎn)物倒出，固化、粉碎后得到所述阻燃填料。所述的加熱的升溫速率3?6°C mirT1，聚合反應(yīng)溫度不超過130°C ;所述固化是將產(chǎn)物放入高溫箱中，在210?230°C下固化2?
2.5h。
[0010]優(yōu)選地,所述磷酸:尿素:招鎂水滑石的質(zhì)量份數(shù)比為1:0.85?0.95:0.15?0.35。所述阻燃填料為過320目篩的粉末。
[0011]進(jìn)一步地，所述淀粉溶液的制備方法為:
對淀粉原料進(jìn)行前處理得到濃度15?29%的第一淀粉溶液；
通過水浴法將所述第一淀粉溶液稀釋并升溫，得到潤脹后含不同粒徑淀粉球的所述淀粉溶液，所述淀粉球?yàn)榱酱笥?0微米圓潤而未破裂的淀粉球體。
[0012]進(jìn)一步地，所述改性纖維是采用選擇性氧化體系來對植物纖維進(jìn)行羧基化改性后得到的，所述選擇性氧化體系包括對所述植物纖維的仲羥基進(jìn)行選擇性氧化的氧化劑體系以及對植物纖維的伯羥基進(jìn)行選擇性氧化的氧化劑體系。
[0013]進(jìn)一步地，所述步驟(2)還包括:
在所述混合漿池出口處的造紙漿料中以0.1?Ikg/噸絕干漿的量添加固著劑并混合攪拌均勻；所述固著劑為陽離子聚丙烯酰胺，陰離子聚丙烯酰胺、丙烯酰胺共聚物、聚酰胺環(huán)氧氯丙烷以及聚丙烯酰胺-乙二醛聚合物中的至少一種。
[0014]優(yōu)選地，所述淀粉原料為原淀粉、陽離子淀粉、兩性淀粉以及改性淀粉的衍生化合物中的至少一種。
[0015]優(yōu)選地，所述植物纖維主要指針葉材、闊葉材、禾草類及其它植物纖維原料。在本實(shí)施方式中，優(yōu)選針葉材和闊葉材纖維原料來作為羧基化改性的植物纖維。
[0016]優(yōu)選地，所述填料為碳酸鈣等。
[0017]一種由所述高加填阻燃紙的制備方法制備得到的高加填阻燃紙。
[0018]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明通過利用羧基含量為1.8?2.5mmol/g的改性纖維來作為抄造紙張的纖維使用，利用改性纖維表面富含的羧基官能團(tuán)促進(jìn)了纖維的潤脹，增加纖維與纖維、纖維與填料間結(jié)合力，形成更為致密的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通過這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的機(jī)械截留和羧基官能團(tuán)的離子化作用，可以增加填料的留著，實(shí)現(xiàn)紙張的高加填量。
[0019]本發(fā)明在抄紙過程中添加經(jīng)過特殊處理的淀粉溶液，使得淀粉溶液中的淀粉球填充于紙張微觀結(jié)構(gòu)的空隙處，起到對紙張內(nèi)部纖維與填料間的粘結(jié)與撐脹作用，從而同時(shí)獲得紙張強(qiáng)度與厚度的雙提升。
[0020]本發(fā)明在阻燃紙的生產(chǎn)過程中，在紙漿中加入少量的聚磷酸銨/鎂鋁水滑石復(fù)合阻燃填料，就可使紙具有較好的阻燃性，其加入量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一般阻燃填料的加入量，提高了阻燃填料的阻燃效率，也可降低成本。
[0021]本發(fā)明所采用的抄造工藝對紙張阻燃性能改善作用明顯，且物理性能損失較小。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0023]實(shí)施例1
一種高加填阻燃紙的生產(chǎn)工藝，其特征在于包括以下操作步驟:
(I)打漿:將紙漿放入盤磨打漿機(jī)中打漿至一定的打漿度；所述一定的打漿度為40。 SR。
[0024](2)添加:將經(jīng)過步驟⑴打漿的紙漿依次與不同重量的羧基含量為1.8?2.5mmol/g的改性纖維、阻燃填料、淀粉溶液、填料進(jìn)行混合；改性纖維的含量為絕干漿的10% ;阻燃填料的質(zhì)量為絕干紙衆(zhòng)重量的10% ;淀粉溶液以1.0kg/噸絕干楽:的量添加到造紙濕端系統(tǒng)混合漿池中混合得到造紙漿料，填料的質(zhì)量為絕干漿重量的10% ；
步驟(2)還包括:在所述混合漿池出口處的造紙漿料中以0.1kg/噸絕干漿的量添加固著劑并混合攪拌均勻；所述固著劑為陽離子聚丙烯酰胺；
阻燃填料由下述方法制備得到:
①將40kg濃度為85%的磷酸倒入反應(yīng)器中，加熱攪拌，溫度升到60°C時(shí)加入34kg尿素，控制升溫速率3 °C mirT1。
[0025]②等溫度升到130°C時(shí)，加入6kg的鎂鋁水滑石，保持130°C時(shí)，保溫lOmin，將產(chǎn)物倒出。
[0026]③將產(chǎn)物在高溫箱中于210°C下固化2h，將固化后的物質(zhì)粉碎、過320目篩即得阻燃填料。
[0027]淀粉溶液的制備方法為:
對原淀粉進(jìn)行前處理得到濃度15%的第一淀粉溶液；
通過水浴法將所述第一淀粉溶液稀釋并升溫，得到潤脹后含不同粒徑淀粉球的所述淀粉溶液，所述淀粉球?yàn)榱酱笥?0微米圓潤而未破裂的淀粉球體。
[0028]改性纖維的制備方法為:
采用TEMPO氧化體系來對針葉漿進(jìn)行羧基化改性后得到的，改性后的纖維的羧基含量為 L 8 ?2.5mmol/g0
[0029](3)成型:將經(jīng)過步驟(2)混合后的紙漿在紙機(jī)上按照一定定量進(jìn)行抄造，壓榨和干燥后得到所述阻燃紙；所述定量為50g/m2;
將步驟(3)得到的阻燃紙與只經(jīng)以上步驟(I)處理的紙漿抄成的空白紙片對比阻燃性能(極限氧指數(shù))。
[0030]本實(shí)施例中的高加填阻燃紙與空白紙樣的極限氧指數(shù)相比，阻燃紙的極限氧指數(shù)由12.4提高到了 28.9。本實(shí)施例中的高加填阻燃紙的抗張指數(shù)為98N*m/g，厚度為104um，。
[0031]實(shí)施例2
一種高加填阻燃紙的生產(chǎn)工藝，其特征在于包括以下