阻燃蜂窝纸的研制.docx

宋彬章李志生陈继伟(广东省造纸研究所 ,广州 , 510300 )摘 要 :本文介绍了阻燃蜂窝纸芯国内外概况 ,对其原纸和阻燃剂的选择进行了研究 ,并对生产工艺进行了探讨 。关键词 :蜂窝纸芯 ; 阻燃 ; 生产工艺中图分类号 : ts 761. 2文献标识码 : a文章编号 : 1671 - 4571 ( 2006) 0620053 203随着社会经济发展 ,纸和纸制品的使用范围越来越广 ,在包装材料 、建筑材料 、工农业和日常生活 用品等方面有广泛的用途 。纸极易燃烧 ,所以纸制品的阻燃处理是降低火灾隐患 、减少火灾损失的有力措施之一 。随着我国消防法规的不断健全 ,纸和 纸产品的阻燃处理将获得飞速发展 。蜂窝纸板应用现代仿生学原理 ,采用瓦楞纸芯作 原料 ,经特殊工艺和设备制作而成 ,具有承重大 、弹性 好 、重量轻 、成本低的特点 ,广泛应用于烟草业 、陶瓷 业 、玻璃仓储业 、港口码头运输业的托盘 、军队武器弹药库 、家具业 、以及代替发泡塑料的包装行业 。国内曾有报道有厂家试制阻燃防火蜂窝纸板 ,但由于防火效果差而未能形成生产规模 。我们对目 前所需要使用防火型蜂窝纸板的相关行业和厂家调查表明 ,国外此类产品价格高无法大范围使用 。我 们在这几年对阻燃方面的技术积累的基础上 ,根据目前市场的需求 ,对高效阻燃防火新结构蜂窝纸板 进行了研究 ,提高其性价比 ,在价格低于同类产品的30 % ,能与国外同类产品竞争 。而随着人们生活水平的提高 ,防火意识的日益增强 ,防火型蜂窝纸板必 将逐步推广使用 ,特别是防火要求严格的行业如建筑建材行业等 。 阻燃纸及其制品随着人们防火阻燃意识的增强将获得更快的发展 ,其领域也将不断拓宽 。目前在 以下几个领域已得到应用 : 1 ) 包装材料方面 , 纸和纸制品 (主要是蜂窝纸板 )占有重要地位 ,一些发达国家纸和纸制品占整个包装材料的 40 % 50 % ,我 国也在 40 %左右 。由于纸及纸制品原料来源充沛 ,价格便宜 ,使用性能良好 ,无毒无污染 ,可以回收再 利用或再生 ,是包装行业的绿色产品 。由于未经阻燃处理的纸质包装材料 ,在运输和贮存过程中易引起火灾 ,所以从消防角度出发 ,必须经过阻燃处理 ;2 )建筑材料 、装饰材料方面 ,壁纸 、蜂窝纸板现已得 到广泛的应用 ,如不经阻燃处理 ,一旦着火 ,会立即被引燃 ,甚至引起轰燃现象 。经过阻燃处理 ,既安全 又不影响使用 ; 3 )其它方面的应用 。随着科学技术 和国防工业的迅猛发展 ,在电子 、机械 、汽车 、航空航 天 、兵器 、音响等行业中大量使用的电池隔膜材料 、 绝缘材料 、过滤材料 、密封材料 、音响振膜 、离合器的摩擦 、砂纸 等 。如 使用 阻燃 制品 , 操 作 更加 安全 可 1 靠。我们开发生产高效阻燃蜂窝纸芯 ,是以高强瓦 楞纸为基材 ,添加自行研制的高效环保膨胀型阻燃 剂 ,采用浸渍涂布的方式 ,涂布后制成阻燃纸 ,后加工成蜂窝纸芯 。1 原纸的选择2我们根据生产蜂窝纸板的要求选择 150 g /m 的高强瓦楞纸作为原纸 ,原纸要求环压强度高 、施胶度 适中 。寻求环压强度高的纸比较容易 ,但要找到施 胶度适中的纸不易 。因为国内外的高强瓦楞纸都有施胶 ,而且施胶都较好 ,因此较难吸收阻燃剂 ,难于 达到项目要求的阻燃效果 。刚开始我们是选择施胶 好的高强瓦楞纸 ,选用渗透剂来控制阻燃剂的吸收 量 ,但是在生产过程中 ,发现极难控制好吸收量 ,这 样质量就很难控制好 ,所以我们放弃了使用渗透剂来控制阻燃剂的吸收量 。我们挑选了各种高强瓦楞 原纸 ,经过一系列小试研究 ,最后我们选择了从荷兰 进口的 150 g /m2 的高强瓦楞原纸 。该纸的各项指标 达到使用要求 。该纸各项指标如下表 1。作者简介 : 宋彬章 ,男 ,助理工程师 ,主要从事特种纸的研究 。3 基金项目 :广东省经贸委项目 粤经贸技术 ( 2003 ) 21 pap e r sc ience & techno logy 2006 vo l. 25 no. 653表 1原纸主要物理指标的阻燃剂为高效环保 、绿色化工产品 ;采用浸渍涂布工艺生产的阻燃纸性价比高 ,阻燃效果好 。定量/ gm - 2厚度/mmcobb值 纵向环压指数/ gm - 2 /n m g - 1横向环压指数/n m g - 1指标在一定条件下反应多聚磷酸 、季戊四醇 、脲 、相关配备剂p、n 膨胀型数值151. 70. 2419214. 799. 97表面活性剂渗透剂阻燃剂p、n 膨胀型阻燃剂水溶液 (磷酸脂产物 )2 阻燃剂的选择图 1 阻燃剂制备示意图20世纪 60 年代以来 ,阻燃剂经历了70 年代到3 生产工艺的确定80年代初每年增长 10 %以上的蓬勃 发 展时 期 , 90年代稳步发展阶段 ,到 1998 年全球阻燃剂的总消耗 量约 110万 t。 20世纪 80 年代 ,膨胀型阻燃体系由 于阻燃新法规的颁布和卤素阻燃剂的环境问题得到迅速发展 ,对无卤阻燃剂热塑性聚酰亚胺的热分析 研究表明 ,当阻燃添加剂中含有磷 、氮两种元素时 , 产生协同效应 ,提高了氮气产出量 ,使其热分解在一 个较宽的温度范围进行 ,凝聚相炭质层的产生对阻 燃起主要作用 。 20 世纪 90 年代 , 人们对膨胀阻燃 机理研究更加深入 ,特别是在 p - n 协效阻燃机理 以及构成阻燃体系的不同成分之间的协同效应的研究 。目前在阻燃纸的制备中 ,阻燃剂的引入主要有 两种工艺 :一种是在纸浆内添加阻燃剂生产阻燃纸 ,另一种是将纸在阻燃剂的溶液中浸渍涂布生产阻燃 纸 。前者对阻燃剂的溶解性能没有要求 ,这种方式 由于阻燃剂在纸中的留着率低 、流失大 ,导致阻燃纸 成本高 ,在很大程度上制约着阻燃纸的实际应用 ,而后者虽然不存在阻燃剂的流失问题 ,但是所用的阻 燃剂必须溶于水中 ,而且阻燃纸的阻燃效果取决于 阻燃剂自身的阻燃效率和阻燃剂在纸中的渗透与迁 移性能 。理想的纸用阻燃剂应该是阻燃效率高 ,添 加量少 ,成本较低 ,无毒 、无烟 ,对环境友好 ,热稳定 性好 ,便于加工 ,且对纸张的各项性能影响小 ,迁移 性和渗透性方面较好地协调统一 。高效环保的阻燃体系是阻燃科学的发展趋势 ,含 p、n 的膨胀型阻燃剂的出现为阻燃材料的研究 开发奠定了新的里程碑 ,它属于绿色化工产品 ,在燃 烧时 ,可使聚合物表面形成泡沫性炭 ,既阻止热和氧向聚合物内部传递 ,又阻止聚合物的降解产物向火焰扩散 。我们自行研制的阻燃剂示意图如图 1。我 们着重研究了阻燃剂的分子量 、分子结构和元素组 成与其对纸的渗透性能和阻燃性能的关系 ,并对阻燃剂的配方进行筛选优化 ,研究它对纸的物理机械 性能的影响及在阻燃纸中的应用 。通过调节阻燃剂 的分子量的大小 ,使其阻燃高效性 、在纸制品中的渗 透与迁移性及阻燃持久性达到协调统一 。我们研制本项目生产分两部分进行 ,如图 2 ,涂布在涂布机上进行 ,涂布完成后在蜂窝制品公司加工成蜂窝 纸芯 ,生产中试我们在我所的“广东省纸张整饰和 涂布加工基地 ”的 1092mm 涂布机上进行 ,生产工艺条件的确定主要是阻燃剂涂布量的确定 。高效阻燃剂涂布机内浸渍涂布加工成型高强瓦楞纸阻燃纸高效防火阻燃蜂窝纸芯图 2阻燃剂的涂布量既要满足足够的阻燃剂吸收量才能达到阻燃效果 ,又要避免涂布过量的阻燃剂而 造成浪费 ,导致生产成本的升高 。所以选择合适的 涂布量是生产工艺的关键 。如表 2 ,我们做了原纸 在不同浸渍时间吸 收阻 燃剂 的 试验 。最后 经过 检 测 ,我们选择了 2 #纸样 , 它在常温下浸渍 10 s阻燃效果达到 b 1级 ,每吨的涂布量在 320 kg - 350 kg,成 本也在可接受范围之内 。表 2阻燃纸阻燃剂吸收量小试数据cobb值/ gm - 2吸收量/ gm - 2定量/ gm - 2浸渍时间/ s每吨用量/ kg纸样5101520252132354350151. 7151. 7151. 7151. 7151. 71382112312833301 #1685101520252549525661153. 6153. 6153. 6153. 6153. 61633193383643972 #192510152020303442153. 6153. 6153. 6153. 61301952212733 #163根据小试的工艺条件 ,我们确定了生产工艺条件 ,涂布机车速 20m /m in,干燥温度 115 。我们生 产出一批样后 ,送样到广东省消防产品质量监督检 验站 ,样品检测结果如表 3。54造纸科学与技术 2006年 第 25 卷 第 6期表 3阻燃纸检测结果向环压指数分别下降了 33. 87 %和 30. 89 % ,而改善后 ,纵 向 、横 向 环 压 指 数 分 别 下 降 了 12. 85 % 和11. 63 % ,取得了较好效果 。项 目检测结果标 准纵向 : 56横向 : 58纵向 : 0横向 : 0纵向 : 0横向 : 1纵向 : 71横向 : 7932 为难燃32 为难燃5 s5 s5 s5 s150150氧指数 / %表 4阻燃纸吸潮后定量变化续燃时间 / s原纸定量阻燃纸定量吸潮后定量变化率- 2- 2- 2 / gm / gm / gm / % 阴燃时间 / s12151. 7151. 7197. 1199. 3215. 3207. 69. 234. 16损毁长度 /mm注 : 1 为未改善阻燃剂配方数值 , 2 为改善后数值 。4 结 论表 5原纸吸收阻燃剂后物理性能的变化指 标原数值1 变化率 / %2 变化率 / %试验结果表明我们的阻燃蜂窝纸芯防火达到国家阻燃标准的 b 1 级 ,达到难燃等级 。 目前唯一存在的问题是阻燃剂 添加 到 纸里 面后 ,纸会有一些吸潮 ,影响了纸的环压强度 ,目前正 努力解决此方面的问 题 。经 过 一段 时间 的 研究 试验 ,目前取得了一定的效果 ,吸潮的情况有了很大的 改善 。表 4为阻燃纸吸潮前后定量的变化 ,未改善 配方前定量变化率为 9. 23 % ,而改变配方后定量变 化率为 4. 16 % ,降低了近 5 个百分点 。表 5 为前后 纸的吸潮对纸的物理指标的影响 。从表 5 可知 ,原 纸吸收了阻燃剂之后厚度有所变化 ,这是原纸表面吸收了阻燃剂的缘故 ,也使纸的吸水有所降低 ,所以cobb值有所降低 。在改善阻燃剂配方前 ,纵向 、横定量/ gm - 2厚度/mmcobb/ gm - 2纵向环压指数/n m g - 1横向环压指数151. 7197. 129. 93199. 331. 380. 240. 254. 170. 254. 17192181- 5. 73183- 4. 6914. 799. 78- 33. 8712. 89- 12. 859. 976. 89- 30. 898. 81- 11. 63- 1/n m g注 : 1 为未改善阻燃剂配方数值 , 2 为改善后数值 。参 考 文 献 1 王永强等主编. 阻燃材料及应用技术 m . 北京 :化学工业出版社re sea rch on in f lamm a t ion 2re ta rd in g hon eycom b pa pers ong b inzhang l i z h ishengc hen j iw ei( guangdong pap e r indu stry r e sea rch in stitu te, guangzhou, 510300 )a b stra c t: th is p ap e r in troduced the gene ra l situa tion of inflamm a tion re ta rd ing honeycom b p ap e r a t hom e and a2b road, repo rted the re sea rch s of the se lec tion of inflamm a tion2re ta rd ing honeycom b ba se p ap e r and inflamm a tion2re2ta rdan t and the p roduc tion techno logy.key word s: honeycom b p ap e r; inflamm a tion2re ta rd ing; p roduc tion techno logy(上接第 37 页 )en zym a t ic d e in k in g of m ixed o ff ice w a ste pa per w ith l ipa sec hen peng l in l ux u l ili(d ep a rtm en t of r e sou rce s sc ience and enginee ring, sta te key l abo ra to ry ofpu lp and pap e r enginee ring, sou th ch ina u n ive rsity of techno logy, guangzhou, 510640)a b stra c t:m ixed office wa ste p ap e r (mow ) ha s a h ighe r va lue