摘要：本文以聚乙烯醇（PVA）為載體，等質(zhì)量添加MA-LDHs和AT阻燃劑，制備阻燃液，再通過涂布工藝，在紙張兩面涂布阻燃液，制備阻燃紙，測(cè)試了阻燃紙的相關(guān)性能。結(jié)果表明，隨著阻燃劑用量的增加，阻燃紙的縱向、橫向抗張強(qiáng)度均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，而撕裂度先下降后上升。阻燃紙的阻燃性能均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，平時(shí)續(xù)燃時(shí)間為0s，平均灼燃時(shí)間≤35s，平均炭化長(zhǎng)度≤45.5mm。MA-LDHs和AT復(fù)合阻燃劑是比較理想的紙用阻燃劑，少量添加即可達(dá)到優(yōu)異的阻燃性能。

關(guān)鍵詞：鎂鋁水滑石；三氧化二銻；阻燃；阻燃紙

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)紙和紙板的要求越來越高，許多應(yīng)用場(chǎng)景要求紙張具有阻燃性[1]，如防火紙板、家居墻面的裝飾紙制品、需要阻燃的物品包裝[2-4]等。防火阻燃紙成為研究的熱點(diǎn)問題。對(duì)紙品進(jìn)行阻燃處理，一般有以下幾種途徑，即浸漬法、涂布法、內(nèi)添法和噴霧法。其中，涂布法在紙的表面上阻燃劑比較集中，對(duì)紙的物理性能影響較小，是最常用的方法。鎂鋁水滑石（MA-LDHs）是一種綠色無毒且高效的優(yōu)質(zhì)阻燃劑，同時(shí)具有氫氧化鎂、氫氧化鋁的抑煙作用和阻燃作用，作為阻燃劑被添加到多種材料中，顯示出突出的吸熱、隔氧等作用[5-7]。三氧化二銻（AT）是一種性能優(yōu)良的阻燃協(xié)效劑。Torun Sevda Boran將AT分別以4%和8%的濃度添加到三聚氰胺甲醛（MF）黏合劑中，以生產(chǎn)纖維板面板。結(jié)果表明，AT作為阻燃劑顯著提高了纖維板的阻燃性能[8]。然而，AT在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量煙氣，成本較高，限制了應(yīng)用，而HT優(yōu)良的抑煙作用恰恰彌補(bǔ)了AT的發(fā)煙短板。有研究表明，AT與水滑石添加到ABS塑料中顯示了良好的協(xié)同作用[9]。本文以聚乙烯醇（PVA）為載體，等質(zhì)量添加MA-LDHs和AT阻燃劑，制備阻燃液，解決了阻燃劑不易分散的問題。通過涂布工藝，將阻燃液涂布于紙張兩面，制成阻燃紙，測(cè)試阻燃紙的性能，評(píng)估阻燃劑的最優(yōu)添加量。

一、實(shí)驗(yàn)部分

（一）實(shí)驗(yàn)用原料

原紙（定量70g/m2）；MA-LDHs（微米級(jí)），購(gòu)自山東優(yōu)索化工科技有限公司；PVA（1799），磷酸三丁酯，AT（微米級(jí)），硅烷偶聯(lián)劑Y-縮水甘油氧丙基三甲基硅烷（KH560），無水乙醇，冰醋酸，購(gòu)自天津市樂泰化工連鎖超市。

（二）實(shí)驗(yàn)用儀器設(shè)備

紙張抗張?jiān)囼?yàn)機(jī)（DCP－KZ1000）與紙張撕裂度測(cè)定儀（YQ-Z-20），由四川長(zhǎng)江造紙儀器有限公司制造。

（三）實(shí)驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)

抗張強(qiáng)度按照GB/T 12914-2018標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定，撕裂度按照GB/T 455-2002標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定，燃燒性能按照GBT 14656-2009標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。

（四）實(shí)驗(yàn)工藝流程

1.MA-LDHs和AT的表面改性

對(duì)MA-LDHs和AT進(jìn)行KH560表面改性。將適量MA-LDHs或者AT與去離子水加入到圓底燒瓶中，持續(xù)攪拌30min，攪拌速度為500r/min。取5%的KH560添加到無水乙醇中，使用冰醋酸調(diào)節(jié)溶液的pH值為5。將KH560溶液緩慢滴入MA-LDHs或者AT的漿液中，持續(xù)攪拌4h，攪拌速度為350r/min，得到混合漿液。將混合漿液離心，100℃真空干燥12h，得到改性的MA-LDHs和AT。

2.阻燃液的制備

將PVA與蒸餾水按照質(zhì)量比12：88加入三頸瓶中，90℃水浴加熱2小時(shí)，降溫至室溫，再用三層脫脂紗布過濾，將濾液稱重。將等質(zhì)量的改性MA-LDHs、AT與一定量的水混合攪拌10min，然后分2次加入PVA溶液中，繼續(xù)攪拌30min，攪拌速度為300r/min。靜置，去掉上層阻燃液，備用。

3.阻燃紙的制備

將上述阻燃液按照一定的質(zhì)量通過涂布器涂布于紙張兩面，60℃烘箱干燥，壓平，進(jìn)行性能測(cè)試。涂布后，〖JP3〗兩面阻燃劑的涂布量分別為16g/m2、32g/m2、48g/m2和64g/m2。

二、結(jié)果與討論

（一）抗張強(qiáng)度

由圖1可知，涂布阻燃劑后，阻燃紙的縱向、橫向抗張強(qiáng)度均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，縱向抗張強(qiáng)度明顯大于橫向抗張強(qiáng)度。這是由于阻燃劑用量較低（lt;16g/m2）時(shí)，涂布于紙張表面的阻燃劑與PVA一起在干燥后形成致密的涂層結(jié)構(gòu)，PVA分子鏈中的羥基可以與紙張纖維分子鏈中的羥基形成一定的氫鍵結(jié)合，使得阻燃紙的抗張強(qiáng)度上升；當(dāng)阻燃劑含量較大（gt;16g/m2）時(shí)，隨著涂布阻燃劑用量的增多，干燥后在紙張表面形成的涂層脆性增加，彈性下降，使紙張變得較為硬脆，韌性變差，不能承受較大的負(fù)荷，導(dǎo)致抗張強(qiáng)度下降。

（二）撕裂度

由圖1可知，當(dāng)阻燃劑用量為16g/m2時(shí)，與未涂布紙比較，紙張的撕裂度有所下降，之后隨著阻燃劑用量的增加，紙張的撕裂度上升。在相同的阻燃劑用量時(shí)，阻燃紙的縱向撕裂度與橫向撕裂度差別不大。紙的撕裂度與纖維的交織情況、纖維間結(jié)合力及阻燃膜強(qiáng)度密切相關(guān)。涂布阻燃劑后（阻燃劑用量為16g/m2），阻燃液滲入紙張纖維之間，使得部分紙纖維“解纏結(jié)”，同時(shí)增加了紙纖維之間的距離，降低了纖維間結(jié)合力，此時(shí)雖然涂層的強(qiáng)度較高，但涂布薄，不足以彌補(bǔ)因部分纖維“解纏結(jié)”和纖維間結(jié)合力下降造成的影響，因此撕裂度下降。隨著阻燃劑用量的增加（gt;16g/m2），阻燃膜越來越厚，阻燃膜的影響越來越大，同時(shí)阻燃膜的流動(dòng)性變差，滲入紙張內(nèi)部的阻燃液減少，對(duì)纖維的“解纏結(jié)”作用和纖維間結(jié)合力的負(fù)影響下降，阻燃紙的撕裂度又緩慢上升。本文選用的原紙的縱向和橫向撕裂度差別較小，隨著阻燃劑用量的增加，縱向和橫向的撕裂度相差不大。

（三）阻燃紙的阻燃性能

根據(jù)GB/T 14656-2009，將紙片裁成70mm×210mm的紙條。記錄實(shí)驗(yàn)紙條的續(xù)燃時(shí)間、灼燃時(shí)間和炭化長(zhǎng)度。參照GB/T 14656-2009的要求，紙或紙板的燃燒性能要求包括平均續(xù)燃時(shí)間≤5s、平均灼燃時(shí)間≤60s、平均炭化長(zhǎng)度≤115mm。表1列出了阻燃劑用量對(duì)阻燃紙燃燒性能的影響，圖3顯示了燃燒后阻燃紙的照片。

涂布阻燃劑后，所有阻燃紙的阻燃性能均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，平時(shí)續(xù)燃時(shí)間為0s，平均灼燃時(shí)間≤35s，平均炭化長(zhǎng)度≤45.5mm。隨著阻燃劑用量的增加，阻燃紙的平均灼燃時(shí)間和平均炭化長(zhǎng)度下降。MA-LDHs在燃燒過程中大量吸熱，分解產(chǎn)生的水和CO2能夠稀釋可燃?xì)怏w，同時(shí)燃燒產(chǎn)物——多孔金屬氧化物附著于紙表面，阻止熱傳遞。AT的燃燒產(chǎn)物在紙表面形成保護(hù)膜，隔絕氧氣，阻止進(jìn)一步燃燒。兩者共同作用的結(jié)果賦予紙張優(yōu)異的阻燃性能。

結(jié)語

本文使用PVA為載體，等質(zhì)量添加MA-LDHs和AT阻燃劑，制備阻燃液。通過涂布工藝，將阻燃液涂布于紙張兩面，干燥后制成阻燃紙，測(cè)試了阻燃紙的性能，得到以下結(jié)論。

第一，涂布阻燃劑后，阻燃紙的縱向、橫向抗張強(qiáng)度均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。第二，當(dāng)阻燃劑用量為16g/m2時(shí)，與未涂布紙比較，紙張的撕裂度有所下降，之后隨著阻燃劑用量的增加，紙張的撕裂度上升。第三，涂布阻燃劑后，阻燃紙獲得了優(yōu)異的阻燃性能?？傊?，MA-LDHs和AT復(fù)合阻燃劑是比較理想的紙用阻燃劑，少量添加即可達(dá)到優(yōu)異的阻燃性能。

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作者簡(jiǎn)介：刁碩（1986— ），女，蒙古族，吉林白城人，本科，研究方向：阻燃材料。