高填充高耐熱聚乙烯醇基微發(fā)泡型阻燃紙及其熱塑加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于阻燃紙及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種高填充高耐熱聚乙烯 醇基微發(fā)泡型阻燃紙及其熱塑加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，傳統(tǒng)紙張主要是以植物纖維為原料，通過制漿和抄紙等工序加工而成。 制漿是采用機(jī)械、化學(xué)的方法或者兩者相結(jié)合的方法把植物纖維原料離解變成本色紙漿或 漂白紙漿;抄紙則是將懸浮在水中的紙漿纖維，經(jīng)過一定的加工方式使其結(jié)合生成合乎各 種要求的紙。傳統(tǒng)造紙技術(shù)雖已廣泛應(yīng)用，但仍存在一些問題:工序復(fù)雜;在木材資源日益 緊缺的現(xiàn)代社會(huì)，需要消耗大量的森林和草資源，對(duì)自然造成了極大的危害；最為重要的 是，傳統(tǒng)造紙過程中產(chǎn)生的大量廢水導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染。
[0003] 由此，以聚合物為基材的合成紙開始出現(xiàn)并逐漸發(fā)展起來了（何京.合成紙的研 究，發(fā)展與展望[J].湖北造紙，2004(1): 18-19)。合成紙的主要原料是聚乙烯(PE)、聚丙烯 (PP)、聚苯乙烯（PS)、聚氯乙烯（PVC)等聚合物樹脂，其加工過程是把上述樹脂與碳酸鈣 (calciumcarbonate)型、粘土（clay，主要成分Si02、A1203)型、Si02(silica)型、云母 (talc)型和Ti〇2(titanium dioxide)型及復(fù)合(兩種以上填充)型等填充劑進(jìn)行混合，并經(jīng) 過熔融、成膜，沿不同軸向拉伸，生成薄膜，然后將薄膜進(jìn)行"紙狀化"處理，使之變得不透明 且白度提高的合成紙。
[0004] 雖然合成紙具有諸多優(yōu)點(diǎn)如防水、防蛀、尺寸穩(wěn)定、力學(xué)性能優(yōu)良、表面平滑，也適 于書刊印刷等，但仍存在一些難以克服的缺點(diǎn)：
[0005] 1、軟化點(diǎn)較低，耐熱性差，不適用于量大面廣的快速激光打印。
[0006] 由于常規(guī)合成紙的聚合物樹脂多采用聚烯烴、PVC等通用樹脂，其軟化溫度均低于 130°C，而激光打印過程中需將紙張加熱至170°C以上的高溫才能進(jìn)行打印，因而常規(guī)合成 紙難以承受這樣的高溫，不適用于激光打印。
[0007] 2、環(huán)保性差，廢棄合成紙回收困難。
[0008] 制備常規(guī)合成紙的聚合物樹脂多為一些難以自然降解高分子材料，且廢棄過程中 又通常與傳統(tǒng)紙張混在一起，不易分開，因而難以回收利用，也難于自然降解，環(huán)保性差。
[0009] 3、阻燃性差。
[0010] 與傳統(tǒng)植物纖維紙張一樣，合成紙也因原料的原因存在極易燃燒的問題。
[0011]隨著紙材料應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，市場(chǎng)也開始對(duì)紙材料提出應(yīng)具備阻燃性能的要 求，以避免由于紙材料引發(fā)火災(zāi)造成的生命和財(cái)產(chǎn)損失。針對(duì)合成紙存在的阻燃環(huán)保性差、 制備困難，工序復(fù)雜，成本高昂等問題，天津科技大學(xué)唐鑫(唐鑫等，新型硅酸鈣填料對(duì)涂布 阻燃紙性能影響的研究[J].中華紙業(yè)，2014(2) :24-27)利用了新型硅酸鈣與三氧化二銻和 十溴二苯乙烷的協(xié)同作用，通過涂布法，制備出了物理強(qiáng)度和阻燃性能倶佳的阻燃箱紙板， 其中硅酸鈣填料的添加量為10%;天津科技大學(xué)李超(李超等.鎂鋁水滑石制備阻燃紙的研 究[J].中華紙業(yè)，2011(2) :39-42.)采用鎂鋁水滑石與磷系阻燃劑組合體系制備了阻燃紙， 該阻燃紙同樣采用了涂布法，其最佳的阻燃體系配方為:鎂鋁水滑石90份，紅磷10份，潤(rùn)濕 劑1.5份和分散劑1.25份；高民強(qiáng)（高民強(qiáng).一種阻燃環(huán)保石頭墻紙基材：CN102875867 A [P]. 2013.)公開了一種阻燃環(huán)保石頭紙，其制備方法為:將15-25份PE，75-85份改性超細(xì)碳 酸鈣和1-5份發(fā)泡劑在高溫下造粒后經(jīng)擠出或吹膜得到紙基材，然后于液態(tài)阻燃劑中浸泡、 烘干得到阻燃紙；邱東興（邱東興，阻燃合成紙:CN101659770 A[P]. 2009.)是將PE樹脂，PP 樹脂，無機(jī)填料，阻燃劑，偶聯(lián)劑，抗靜電劑以及其他助劑經(jīng)混合、混煉膠化、壓延成型得到 阻燃合成紙，其中無機(jī)填料主要為碳酸鈣和滑石粉等，阻燃劑選用的三氧化二銻以及四溴 雙酸A等溴系阻燃劑。
[0012]以上合成阻燃紙雖然已有一定的應(yīng)用，但也存在以下問題：
[0013] 1、由于采用溴系阻燃體系對(duì)傳統(tǒng)紙張和合成紙進(jìn)行阻燃，而該類阻燃劑在燃燒過 程中釋放大量有毒氣體，發(fā)煙量大以及環(huán)保性差。近年來，隨著社會(huì)環(huán)保意識(shí)的提高，溴系 阻燃體系已被逐漸取代。
[0014] 2、因大都采用了涂布法、浸漬法等工藝，不僅工藝復(fù)雜，且不具連續(xù)性，難以實(shí)現(xiàn) 工業(yè)化生產(chǎn)。
[0015] 3、原料體系復(fù)雜，除基體材料外，需要添加無機(jī)填料，阻燃劑，發(fā)泡劑以及相容劑 等其他助劑。
[0016] 因此，開發(fā)高耐溫性適用于激光打印、環(huán)境友好、工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的阻燃紙仍 具有重大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，首先提供一種采用耐熱性優(yōu)良、環(huán)境 友好的聚乙烯醇材料作為基材，以無機(jī)阻燃劑作為主阻燃劑，通過熱塑加工方法制備的高 耐熱高填充聚乙烯醇基微發(fā)泡型阻燃紙，該阻燃紙具有綜合性能優(yōu)異，成本低，適用于激光 打印。
[0018] 本發(fā)明的另一目的是提供一種熱塑加工制備高耐熱高填充聚乙烯醇基微發(fā)泡型 阻燃紙的方法，該方法易實(shí)現(xiàn)連續(xù)性工業(yè)化生產(chǎn)。
[0019] 本發(fā)明提供的高填充高耐熱聚乙烯醇基微發(fā)泡型阻燃紙，其特征在于該阻燃紙以 重量份計(jì)是按以下配比，通過熱塑加工方法制備而成： 聚乙烯醇 100份 增塑發(fā)泡劑 20~50份
[0020] 無機(jī)阻燃劑 80~160份 阻燃協(xié)效劑 1~5份，
[0021]該阻燃紙的垂直燃燒等級(jí)為V-0,極限氧指數(shù)為35~41 %，拉伸強(qiáng)度為1.0-4.5MPa，表觀密度為0.05-0.50g/cm3，泡孔平均直徑為70-200M1，厚度為0.1-2.0mm。
[0022]以上阻燃紙中所述的聚乙烯醇的聚合度為500~2400,醇解度為88~99%。
[0023]以上阻燃紙中所述的增塑發(fā)泡劑優(yōu)選30~50份，具體為水或水與乙醇、甘油或季 戊四醇中的任一種組成，其中水與乙醇、甘油或季戊四醇的重量份之比為1~4:1。
[0024]以上阻燃紙中所述的無機(jī)阻燃劑優(yōu)選120~160份，具體為氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼 酸鋅、水滑石和蒙脫土中的任一種，優(yōu)選氫氧化鋁或氫氧化鎂。
[0025]以上阻燃紙中所述的阻燃協(xié)效劑為聚磷酸銨、三聚氰胺磷酸鹽、三聚氰胺聚磷酸 鹽或次磷酸鋁中的任一種。
[0026]本發(fā)明提供的上述高填充高耐熱聚乙烯醇基微發(fā)泡型阻燃紙的熱塑加工方法，該 方法的工藝步驟和條件如下：
[0027] (1)將100份聚乙烯醇、20~50份增塑發(fā)泡劑混合均勻，并使聚乙烯醇在室溫下溶 脹完全得到增塑聚乙烯醇顆粒，然后將其與80~160份無機(jī)阻燃劑和1~5份阻燃協(xié)效劑在 高速混合機(jī)中混合均勻得到復(fù)合粉體；
[0028] (2)將所得復(fù)合粉體加入螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行微發(fā)泡擠出，出口模后進(jìn)行冷卻牽引、 展平、卷繞后即得發(fā)泡片(膜)材料，螺桿擠出機(jī)采用四段加熱，其中熔融段溫度為170~180 °C，口模段溫度為110~140°C，擠出轉(zhuǎn)速為10~40rpm，牽引速率為20-50rpm。
[0029]以上方法中所用的聚乙烯醇的聚合度為500~2400,醇解度為88~99%。
[0030]以上方法中所用的增塑發(fā)泡劑優(yōu)選30~50份，具體為水或水與乙醇、甘油或季戊 四醇中的任一種組成，其中水與乙醇、甘油或季戊四醇的重量份之比為1~4:1。
[0031]以上方法中所用的無機(jī)阻燃劑優(yōu)選120~160份，具體為氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸 鋅、水滑石和蒙脫土中的任一種，優(yōu)選氫氧化鋁或氫氧化鎂。
[0032]以上方法中所用的阻燃協(xié)效劑為聚磷酸銨、三聚氰胺磷酸鹽、三聚氰胺聚磷酸鹽 或次磷酸鋁中的任一種。
[0033]以上方法中口模段溫度優(yōu)選110~130 °C。
[0034]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下積極效果：
[0035] 1、由于本發(fā)明提供的阻燃紙是以聚乙烯醇作為基料，而聚乙烯醇是一種環(huán)境友好 的高分子材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能和抗靜電性能，對(duì)溶劑和氣體有良好的阻隔性能，且成 本較低，最為重要的是，聚乙烯醇熱變形溫度高達(dá)200°C，因而該阻燃紙耐熱性優(yōu)良，可以承 受激光打印的高溫，滿足量大面廣的快速激光打印的要求。
[0036] 2、由于本發(fā)明提供的阻燃紙所用的聚乙烯醇基料為多羥基的結(jié)構(gòu)，可以作為大分 子成碳劑，具有本征型阻燃的特性，加之其中含有熱穩(wěn)定性好，環(huán)境友好，價(jià)格低廉的高填 充無機(jī)阻燃劑和輔助的阻燃協(xié)效劑，因而其不僅具備優(yōu)異的阻燃性，且可大大降低成本。
[0037] 3、由于本發(fā)明提供的制備方法中不僅采用了環(huán)境友好，可自然降解又能溶于水的 聚乙烯醇作為基料，且還采用了簡(jiǎn)單環(huán)保的增塑發(fā)泡體系，因而既可直接通過熱塑加工工 藝來制備高填充聚乙烯醇微發(fā)泡阻燃制品，且該工藝簡(jiǎn)單易行，成本低廉，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的工 業(yè)化生產(chǎn)。
[0038] 4、由于本發(fā)明提供的制備方法中采用了低沸點(diǎn)的小分子物質(zhì)作為增塑發(fā)泡劑，且 所采用的無機(jī)阻燃劑既是主阻燃劑，同時(shí)也起著異相成核劑的作用，因而在加工過程中可 以通過改變?cè)鏊馨l(fā)泡劑和無機(jī)阻燃劑的添加量來調(diào)控與紙張相似的微發(fā)泡材料的結(jié)構(gòu)和 性能，一方面簡(jiǎn)單易行，有利于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的工業(yè)化生產(chǎn)，另一方面又能制備滿足不同使用要 求的阻燃紙產(chǎn)品。
[0039] 5、本發(fā)明提供的阻燃紙不僅填補(bǔ)了聚乙烯醇作為制備原料的空白，也為該阻燃紙
技術(shù)領(lǐng)域提供了一種可供選擇的綜合性能優(yōu)異的新產(chǎn)品。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 以下給出實(shí)施例以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是以下實(shí)施例僅用 于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練 人員可以根據(jù)本發(fā)明做出一些非實(shí)質(zhì)性的改性和調(diào)整。
[0041] 值得說明的是：1)以下實(shí)施例中所用原料的份數(shù)均為重量份;2)以下實(shí)施例中增 塑發(fā)泡劑的水與乙醇、甘油或季戊四醇的配比為重量份比例；3)以下實(shí)施例中所得阻燃紙 的垂直燃燒性能是按照ASTM D3801標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的，極限氧指數(shù)是按照ASTM D2863標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試 的，拉伸強(qiáng)度是按照GB/T 1040-2006標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的，表觀密度是按照GB/T63432009標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試 的，泡孔平均直徑是按照GB/T12811-1991測(cè)得的，厚度是采用薄膜厚度測(cè)試儀測(cè)量的。 [0042] 實(shí)