一种高加填阻燃纸及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于阻燃材料生产领域，具体涉及一种高加填阻燃纸及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]阻燃纸是通过浆内添加、浸溃或涂布等加工工艺将阻燃剂添加到纸张内部或表面而制成的。阻燃剂通过阻碍纤维热分解，抑制可燃气体生成，或者通过隔离热和空气以及稀释可燃气体等一种或几种途径而达到阻燃目的。
[0003]浸溃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。
[0004]极限氧指数是指纸张在氧和氮混合气体中当刚能支撑其燃烧时氧的体积分数浓度。它是表征材料燃烧行为的指数。极限氧指数可以用燃烛试验测定，将一个纸条在特定条件下向下燃烧进行测定。通常认为极限氧指数为21以上时，该物质在空气中即难以顺利燃烧，已具有火焰自熄性。
[0005]在造纸领域，因填料单价远低于浆料，通常采用提升浆料强度或增加干强剂用量等手段达到提升纸张强度整体之目的，为提升纸张灰分含量拓展空间，因此纸张强度的提升可有效弥补因灰分提升导致纸张强度的损失。如此，虽然能维持纸张强度，但会造成纸张微观结构的“坍塌”现象，即纸张密度变大，使得抄造相同克重纸张的厚度明显偏低，因而可能无法满足纸张后加工及终端客户使用的需要。
[0006]为了降低纸张生产成本和改善印刷性能，大量的无机填料被添加到浆料系统中。由于天然植物纤维自身留着填料的能力很差，为了实现填料的留着，通常会在纸浆中添加丙烯酰胺、淀粉等助留剂。然而，对于PCC (沉淀碳酸钙)等粒径较小、表面电荷性能接近中性的填料粒子来讲，采用向纸浆中添加丙烯酰胺、淀粉等助留剂的方式对填料的留着要较GCC (研磨碳酸韩)、kaolin (高岭土)等要差。
【发明内容】
[0007]为了克服现有技术存在的不足和缺点，本发明的目的在于提供一种高加填阻燃纸的制备方法，该制备方法以植物纤维为原料通过特定抄造工艺和添加多种化学剂来达到目的；
本发明的另一目的在于提供上述方法制备而成的高加填阻燃纸。
[0008]本发明的目的通过下述技术方案实现:
一种高加填阻燃纸的制备方法，包括以下操作步骤:
(1)打浆:将浆料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(I)打浆的纸浆中依次加入羧基含量为1.8?2.5mmol/g的改性纤维、阻燃填料、淀粉溶液、填料进行混合；所述改性纤维的含量为绝干浆的10%?30% ；所述阻燃填料的质量为绝干浆重量的5%?10%，所述淀粉溶液以1.0?1kg/吨绝干浆的量添加到造纸湿端系统混合浆池中混合得到造纸浆料，所述填料的质量为绝干浆重量的10%?40% ；
(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阻燃纸；
所述改性纤维是采用TEMPO氧化体系来对植物纤维进行羧基化改性后得到的；
所述阻燃填料由磷酸、尿素和铝镁水滑石制备得到。
[0009]进一步地，所述的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°C加入尿素，等温度升到130°C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。所述的加热的升温速率3?6°C mirT1，聚合反应温度不超过130°C ;所述固化是将产物放入高温箱中，在210?230°C下固化2?
2.5h。
[0010]优选地,所述磷酸:尿素:招镁水滑石的质量份数比为1:0.85?0.95:0.15?0.35。所述阻燃填料为过320目筛的粉末。
[0011]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。
[0012]进一步地，所述改性纤维是采用选择性氧化体系来对植物纤维进行羧基化改性后得到的，所述选择性氧化体系包括对所述植物纤维的仲羟基进行选择性氧化的氧化剂体系以及对植物纤维的伯羟基进行选择性氧化的氧化剂体系。
[0013]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?Ikg/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。
[0014]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。
[0015]优选地，所述植物纤维主要指针叶材、阔叶材、禾草类及其它植物纤维原料。在本实施方式中，优选针叶材和阔叶材纤维原料来作为羧基化改性的植物纤维。
[0016]优选地，所述填料为碳酸钙等。
[0017]一种由所述高加填阻燃纸的制备方法制备得到的高加填阻燃纸。
[0018]相对于现有技术，本发明具有如下的优点:
本发明通过利用羧基含量为1.8?2.5mmol/g的改性纤维来作为抄造纸张的纤维使用，利用改性纤维表面富含的羧基官能团促进了纤维的润胀，增加纤维与纤维、纤维与填料间结合力，形成更为致密的纤维网状结构，通过这种网络结构的机械截留和羧基官能团的离子化作用，可以增加填料的留着，实现纸张的高加填量。
[0019]本发明在抄纸过程中添加经过特殊处理的淀粉溶液，使得淀粉溶液中的淀粉球填充于纸张微观结构的空隙处，起到对纸张内部纤维与填料间的粘结与撑胀作用，从而同时获得纸张强度与厚度的双提升。
[0020]本发明在阻燃纸的生产过程中，在纸浆中加入少量的聚磷酸铵/镁铝水滑石复合阻燃填料，就可使纸具有较好的阻燃性，其加入量远远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]本发明所采用的抄造工艺对纸张阻燃性能改善作用明显，且物理性能损失较小。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0023]实施例1
一种高加填阻燃纸的生产工艺，其特征在于包括以下操作步骤:
(I)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。
[0024](2)添加:将经过步骤⑴打浆的纸浆依次与不同重量的羧基含量为1.8?2.5mmol/g的改性纤维、阻燃填料、淀粉溶液、填料进行混合；改性纤维的含量为绝干浆的10% ;阻燃填料的质量为绝干纸衆重量的10% ;淀粉溶液以1.0kg/吨绝干楽:的量添加到造纸湿端系统混合浆池中混合得到造纸浆料，填料的质量为绝干浆重量的10% ；
步骤(2)还包括: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；
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°C时加入34kg尿素，控制升温速率3 °C mirT1。
[0025]②等温度升到130°C时，加入6kg的镁铝水滑石，保持130°C时，保温lOmin，将产物倒出。
[0026]③将产物在高温箱中于210°C下固化2h，将固化后的物质粉碎、过320目筛即得阻燃填料。
[0027]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。
[0028]改性纤维的制备方法为:
采用TEMPO氧化体系来对针叶浆进行羧基化改性后得到的，改性后的纤维的羧基含量为 L 8 ?2.5mmol/g0
[0029](3)成型:将经过步骤(2)混合后的纸浆在纸机上按照一定定量进行抄造，压榨和干燥后得到所述阻燃纸；所述定量为50g/m2;
将步骤(3)得到的阻燃纸与只经以上步骤(I)处理的纸浆抄成的空白纸片对比阻燃性能(极限氧指数)。
[0030]本实施例中的高加填阻燃纸与空白纸样的极限氧指数相比，阻燃纸的极限氧指数由12.4提高到了 28.9。本实施例中的高加填阻燃纸的抗张指数为98N*m/g，厚度为104um，。
[0031]实施例2
一种高加填阻燃纸的生产工艺，其特征在于包括以下