一種基于納米纖維素晶須和微膠囊的阻燃紙及其制備方法與流程

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本發(fā)明屬于阻燃紙制材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于納米纖維素晶須和微膠囊的阻燃紙及其制備方法。

背景技術(shù)：

眾所周知，植物纖維是一種易燃物質(zhì)。各種植物纖維紙基材料，包括間壁紙板等建筑材料、壁紙等室內(nèi)紙質(zhì)裝飾材料、紙箱等紙包裝材料是引起火災(zāi)的一類易燃材料，阻燃處理后的植物纖維紙一般較難引燃或引燃時(shí)間長，能夠抑制火焰的傳播，其熱釋放速率也較低，被引燃的紙張可以自熄，或者可以延長閃燃時(shí)間，這樣就給人員疏散和財(cái)產(chǎn)搶救等提供了更多的時(shí)間。在火災(zāi)中，人員傷亡最主要的原因是吸入了燃燒過程釋放的煙霧，所以理想的阻燃紙不僅要保證植物纖維紙具有高阻燃性和抑煙性，同時(shí)又能兼顧其本身的物理性能和后加工性能。

紙張燃燒時(shí)，纖維素?zé)峤饪砂l(fā)生任意鍵的斷裂，生成羥基自由基(ho·)，羥基自由基又可使纖維素大分子分解生成碳?xì)浠衔镒杂苫?rch2·)和水等。在氧存在的條件下，碳?xì)浠衔镒杂苫煞纸猱a(chǎn)生新的羥基自由基，這樣就形成循環(huán)反應(yīng)。在燃燒過程中，纖維素不斷分解生成葡萄糖、可燃性焦油和揮發(fā)性氣體等易燃物質(zhì)。對植物纖維紙進(jìn)行阻燃，就是設(shè)法阻礙纖維的熱分解，抑制可燃性氣體的生成，或者通過隔離熱和空氣及稀釋可燃性氣體來達(dá)到目的。

植物纖維紙的阻燃機(jī)理按阻燃模式可分為凝聚相阻燃機(jī)理和氣相阻燃機(jī)理,凝聚相阻燃機(jī)理主要有助于紙張的炭化，而氣相阻燃機(jī)理則主要是減緩火焰中的鏈?zhǔn)窖趸磻?yīng)。中國專利cn106120431a公開的一種阻燃抑煙植物纖維紙基材料及其制備方法，該阻燃抑煙植物纖維紙基材料由再生植物纖維、復(fù)合阻燃抑煙劑和助留劑加工而成，其中復(fù)合阻燃抑煙劑由聚磷酸銨、硅藻土和納米二氧化鈦組成，助留劑為陽離子聚丙烯酰胺和硅溶膠雙元助留體系。中國專利cn105672028a公開的一種阻燃植物纖維及阻燃紙，該阻燃紙包括植物纖維漿料和阻燃劑，其中阻燃紙由氯化鎂、氨水、漂白闊葉植物纖維木漿和超細(xì)二氧化硅填料組成，利用氯化鎂和氨水對漂白闊葉植物纖維進(jìn)行改性，使植物纖維額內(nèi)部生成氫氧化鎂阻燃劑，然后將二氧化硅引入纖維細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)行協(xié)同阻燃，提高紙張的阻燃性能。由上述現(xiàn)有技術(shù)可知，通過凝膠材料、納米物質(zhì)和化學(xué)阻燃劑相結(jié)合可以對植物纖維進(jìn)行阻燃改性，賦予紙張阻燃性能，但是阻燃性能與紙張物理性能和后加工性能難以兩全，因此仍然需要尋求良好的阻燃優(yōu)質(zhì)紙材。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于納米纖維素晶須和微膠囊的阻燃紙及其制備方法，采用納米纖維素晶須將阻燃的微膠囊和鎂鋁水滑石均勻地分散到紙漿中，使本發(fā)明制備的阻燃紙保持了完成的纖維網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)，機(jī)械性和密集度更好，且燃燒平緩，抑煙性好。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于納米纖維素晶須和微膠囊的阻燃紙，其特征在于，所述基于納米纖維素晶須和微膠囊的阻燃紙中含有納米纖維素晶須、阻燃微膠囊和鎂鋁水滑石，所述阻燃微膠囊由海泡石、三氧化二梯和硅藻土構(gòu)成。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述基于納米纖維素晶須和微膠囊的阻燃紙的紙漿由針葉木漿和闊葉木漿混合而成。

本發(fā)明還提供一種基于納米纖維素晶須和微膠囊的阻燃紙的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)將纖維素分散于濃硫酸溶液中，加熱水解，充分水洗離心至中性，得到納米纖維素晶須；

(2)將海泡石經(jīng)酸處理活化，浸漬于三氧化二梯溶液中，攪拌均勻后，加入硅藻土，加熱攪拌，去除溶劑，烘干固化后粉碎，得到阻燃微膠囊；

(3)將步驟(1)制備的納米纖維素晶須和步驟(2)制備的阻燃微膠囊充分混合，再加入到針葉木漿和闊葉木漿1:1混合而成紙漿中攪拌，最后加入鎂鋁水滑石，得到阻燃紙漿；

(4)將步驟(3)制備的阻燃紙漿在紙頁成型器上抄制成紙頁，壓榨烘干得到基于納米纖維素晶須和微膠囊的阻燃紙。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，濃硫酸溶液的濃度為40-45％，濃硫酸與纖維素的料液比為100ml:3-5g。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，加熱水解的溫度為60-80℃，時(shí)間為6-8h。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，酸處理活化的方法為：將80-100目的海泡石加入到1mol/l的鹽酸溶液中，固液比為1:10-15，在60℃下處理5h。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，三氧化二梯溶液的濃度為3mg/ml。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，海泡石、三氧化二梯和硅藻土的質(zhì)量比為1:0.2-0.3:1.2-1.5。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，阻燃紙漿中納米纖維素晶須、阻燃微膠囊和鎂鋁水滑石的總含量為20-25％，納米纖維素晶須、阻燃微膠囊、鎂鋁水滑石的質(zhì)量比為1.2：0.5-0.6:0.1-0.2。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，紙頁的定量為100g/m²,壓榨的壓力為2.5kg/cm2，壓榨的時(shí)間為5min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明制備的基于納米纖維素晶須和微膠囊的阻燃紙中含有鎂鋁水滑石，鎂鋁水滑石是層狀雙金屬氫氧化物，鎂鋁水滑石是由帶正電荷的復(fù)合金屬氫氧化物和層間帶負(fù)電的陰離子以及層間結(jié)晶水構(gòu)成的層狀化合物。鎂鋁水滑石的特殊層狀結(jié)構(gòu)賦予其較大的表面積和較多的表面吸附活性中心，可以吸附于納米纖維素晶須表面，或者吸附到阻燃微膠囊表面，分布于紙漿中，起到高效、無鹵、無毒、低煙的阻燃作用。

(2)本發(fā)明制備的基于納米纖維素晶須和微膠囊的阻燃紙中含有納米纖維素晶須，納米纖維素晶須的原料也為纖維素，表面存在大量類似羥基等親水性基團(tuán)，與紙漿的親和力好，有利于阻燃劑的均勻分散，成膜性也好，有利于紙張的成型。

(3)本發(fā)明制備的基于納米纖維素晶須和微膠囊的阻燃紙中含有阻燃微膠囊，阻燃微膠囊由海泡石、三氧化二梯和硅藻土構(gòu)成，海泡石具有孔隙結(jié)構(gòu)，可以將三氧化二梯吸附其中，再經(jīng)由硅藻土包覆形成微膠囊結(jié)構(gòu)，該阻燃微膠囊中將三種材料都具有一定的阻燃效果，將三者結(jié)合協(xié)同效果更佳明顯，更佳有利于提高極限氧指數(shù)和阻燃性能，還具有一定的隔熱性能，而且吸附性能好，可以吸附到納米纖維素晶須表面均勻的額分布到紙漿中，賦予紙材優(yōu)異的性能。

(4)本發(fā)明制備的阻燃紙保持了完成的纖維網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)，機(jī)械性和密集度更好，且燃燒平緩，抑煙性好，是一種復(fù)合阻燃材料，可適用于多種領(lǐng)域。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1：

(1)按照濃硫酸與纖維素的料液比為100ml:3g，將纖維素分散于40％的濃硫酸溶液中，在60℃下加熱水解6h，充分水洗離心至中性，得到納米纖維素晶須。

(2)將80目的海泡石加入到1mol/l的鹽酸溶液中，固液比為1:10，在60℃下處理5h，得到酸活化處理的海泡石，按照海泡石、三氧化二梯和硅藻土的質(zhì)量比為1:0.2:1.2，浸漬于3mg/ml三氧化二梯溶液中，攪拌均勻后，加入硅藻土，在50℃下加熱攪拌30min，去除溶劑，烘干固化后粉碎，得到阻燃微膠囊。

(3)按照納米纖維素晶須、阻燃微膠囊、鎂鋁水滑石的質(zhì)量比為1.2：0.5:0.1，將納米纖維素晶須和阻燃微膠囊充分混合，再加入到針葉木漿和闊葉木漿1:1混合而成紙漿中攪拌，最后加入鎂鋁水滑石，得到阻燃紙漿，其中，阻燃紙漿中納米纖維素晶須、阻燃微膠囊和鎂鋁水滑石的總含量為20％。