專利名稱：一種LDHs阻燃紙的制備方法
技術領域：
本專利涉及一種層狀雙羥基復合金屬氧化物(LDHs)阻燃紙的制備方法。特別涉及采用分子自組裝法改性植物纖維從而賦予其阻燃性能，并將改性的植物纖維成型為阻燃紙或紙板的方法。
背景技術：
層狀雙輕基復合金屬氧化物(Layered Double Hydroxides,簡稱類水滑石,LDHs)為具有類似水鎂石的結構的陰離子粘土，其通式為[Mh2+Mx3+(OH)2]x+Ax/nnmH20，式中M2+指二價金屬離子，M3+指三價金屬離子，A指價數為n的陰離子，m是水合數；由帶正電的金屬氧化物構成的層板和層板間水合陰離子通過靜電力和氫鍵相結合。類水滑石層板的化學組成 可根據需要進行調整，層間離子的種類和數量也可以通過插層和離子交換進行改變，不同的M2+與M3+，與不同的層間水合陰離子An-形成一系列類水滑石。類水滑石(LDHs)是一類高效、環保兼具抑煙作用的阻燃劑，廣泛應用與聚合物和紙制品的阻燃。目前，國內外生產利用LDHs制備阻燃紙的方法有漿內添加法和涂布法。漿內添加法工藝操作簡單，LDHs在紙中的分布比較均衡，但抄紙時阻燃劑流失非常嚴重，因而阻燃效果和成本不宜控制，一般阻燃劑的留著率80 %就非常不容易了，雖然通過與助留劑配合可以解決阻燃劑的流失問題，但是助留劑的使用不僅增加了生產成本且不利于白水循環；涂布法將LDHs涂布在紙的表面，對紙的物理性能影響較小，對表面要求的耐延燃性效果明顯，但阻燃劑大部分集中在紙的表面，不能賦予紙內部阻燃性，阻燃效果不甚理想。生產方法發展緩慢限制了阻燃紙的應用和發展，創造新的技術手段和工藝賦予紙或紙板以防火阻燃性能具有特殊意義。紙纖維表面存在的大量羧基、羥基等極性基團，這些基團對于LDHs片晶的生長過程具有促進作用，可以使片晶在紙纖維表面生長成形。可以利用紙纖維和LDHs的特性創造出一種制備LDHs阻燃紙的新方法。

發明內容
本發明的目的創造出一種新方法制備LDHs阻燃紙。這種方法是在紙漿纖維的外表面直接生長形成一層致密的LDHs薄膜，LDHs納米片晶與植物纖維緊密結合，LDHs使用效率高，流失少，節約生產成本，對紙漿纖維進行阻燃改性，然后對改性后的紙漿進行抄紙就可以得到LDHs阻燃紙。本發明的目的是通過以下途徑實現的，它是利用分子自組裝方法改性植物纖維，將改性的植物纖維成型為阻燃紙或紙板，它的具體制備步驟為
第一步，用纖維解離器將造紙用植物纖維均勻分散為漿狀，備用；
第二步，取適量氯化鎂(MgCl2 6H20)、氯化鋁(AlCl3 6H20)、氯化鋅(ZnCl2)，氯化鐵(FeCl3 6H20)、碳酸鈉(Na2CO3)等金屬鹽和尿素完全溶解在水中作為反應液，備用；
第三步，將第一步中制備的紙漿浸入在第二步制作出的反應液中，經過攪拌使紙纖維均勻分散在反應液中，將該混合物轉移到高壓反應釜中；第四步，將高壓反應釜放入烘箱靜置反應后，即得LDHs改性的植物纖維，將改性的植物纖維取出洗滌，備用；
第五步，將第四步中改性的阻燃紙纖維配置成紙漿懸浮液，在紙頁成型器上抄紙，制備出阻燃紙。本發明具有以下優點1、生產工藝簡單，過程易于控制，成本低，容易擴大到工業生產規模；2、LDHs納米片晶與植物纖維緊密結合，LDHs使用效率高，流失少，節約生產成本；3、此方法可以通過改變各種LDHs的組分制備性能不同的阻燃紙；4、使用此方法不需要改變工業上的普通造紙過程，容易將這種方法與工業生產相結合，實現工業化生產。


圖I :阻燃紙纖維的橫截面示意圖 圖2 :阻燃紙的微觀表面形貌
其中LDHs納米片(I)、紙纖維(2)。由圖I和圖2可以知，LDHs納米片晶在植物纖維表面生長并與植物纖維緊密結合，在植物纖維表面形成了致密的LDHs阻燃劑薄膜。
具體實施例方式本發明所使用的金屬鹽含有兩種或兩種以上金屬元素，金屬元素的化合價為一價、二價或三價，如 Li、Mg、Co、Fe、Cu、Ni、Cd、Zn、Al、Cr、Ga、Sc、Mn，其中二價金屬與三價金屬的物質的量之比為(T100 ;本發明體系的PH在7 14，使用尿素、氨水和強堿弱酸鹽為反應體系在整個反應過程中提供穩定的PH ;反應時間為0. 5 15天；反應溫度為5(Tl80。。。下面給出實例以對本發明作更詳細的說明，有必要指出的是以下實施例不能解釋為對發明保護范圍的限制，該領域的技術熟練人員根據上述發明內容對本發明作出的一些非本質的改進和調整，仍應屬于本發明的保護范圍。實施例I
取I. 02 glOO %漂白硫酸鹽針葉木漿用纖維解離器將造紙用植物纖維均勻分散為漿狀；取0. I molMgCl2 6H20、0. 05 molAlCl3 6H20和0. 67 mo I尿素完全溶解在水中作為反應液。紙漿浸入在反應液中，經過攪拌使紙纖維均勻分散在反應液中，將該混合物轉移到高壓反應釜中，將高壓反應釜放入70 °C烘箱靜置反應0.5天后，將反應產物取出洗滌并配置成2 %紙漿懸浮液，在紙頁成型器上抄紙，制備出阻燃紙。實施例2
取I. 02 glOO %未漂白硫酸鹽樺木漿用纖維解離器將造紙用植物纖維均勻分散為漿狀；取 0. 005 molMgCl2 6H20、0. 05 molAlCl3 6H20、0. 05ZnCl2 6H20 和 0. 67 mo I 氨水完全溶解在水中作為反應液。紙漿浸入在反應液中，經過攪拌使紙纖維均勻分散在反應液中，將該混合物轉移到高壓反應釜中，將高壓反應釜放入80 °C烘箱靜置反應2天后，將反應產物取出洗滌并配置成2 %紙漿懸浮液，在紙頁成型器上抄紙，制備出阻燃紙。 實施例3
取I. 02 glOO %漂白硫酸鹽竹漿，用纖維解離器將植物纖維均勻分散為漿狀；取0. 05molMgCl2 6H20、0. 025 molAlCl3 6H20 0. 05ZnCl2 6H20、0. 025FeCl3 6H2 0 和 0. 67 mo I 磷
酸氫鈉完全溶解在水中作為反應液。紙漿浸入在反應液中，經過攪拌使紙纖維均勻分散在反應液中，將該混合物轉移到高壓反應釜中，將高壓反應釜放入70 °C烘箱靜置反應4天后，將反應產物取出洗滌并配置成2 %紙漿懸浮液，在紙頁成型器上抄紙，制備出阻燃紙。
權利要求
1.本專利涉及一種制備LDHs阻燃紙的方法，其特征在于它是采用分子自組裝法改性植物纖維，并將改性的植物纖維成型為阻燃紙或紙板，它的具體步驟為 第一步，用纖維解離器將造紙用植物纖維均勻分散為漿狀，備用； 第二步，取金屬鹽和PH調節劑完全溶解在水中作為反應液，備用； 第三步，將第一步中制備的紙漿浸入在第二步制作出的反應液中，經過攪拌使紙纖維均勻分散在反應液中，將該混合物轉移到高壓反應釜中； 第四步，將高壓反應釜放入烘箱靜置反應后，將反應產物取出洗滌，備用； 第五步，將第四步中改性的阻燃紙纖維配置成紙漿懸浮液，在紙頁成型器上抄紙，制備出阻燃紙。
2.根據權利要求I所述的一種制備LDHs阻燃紙的方法，其特征在于使用分子自組裝原理，在適宜的溫度下反應一段時間，使反應液中的組分緩慢的在紙纖維表面形成一層LDHs薄膜，實現LDHs與紙纖維的緊密結合，賦予植物纖維阻燃性能。
3.根據權利要求I所述的一種制備LDHs阻燃紙的方法，其特征在于所述的金屬鹽含有兩種或兩種以上金屬元素，金屬元素的化合價為一價、二價或三價，如Li、Mg、Co、Fe、Cu、Ni、Cd、Zn、Al、Cr、Ga、Sc、Mn，其中二價金屬與三價金屬的物質的量之比為0 100。
4.根據權利要求I所述的一種制備LDHs阻燃紙的方法，其特征在于使用PH調節劑為水溶液呈弱堿性的試劑，PH調節劑為反應體系在整個反應過程中提供較穩定的PH，如尿素、氨水和強堿弱酸鹽，體系的PH在7 12 ;反應時間為0. 5 15天；反應溫度為5(Tl80。。。
全文摘要
本發明公開的是一種制備LDHs阻燃紙的方法。它是采用分子自組裝法改性植物纖維，并將改性的植物纖維成型為阻燃紙或紙板。具體步驟為用纖維解離器將造紙用植物纖維均勻分散為漿狀，然后放在水中浸泡；取金屬鹽和PH調節劑溶解在水中，作為反應液；再將紙漿浸入在反應液中，經過攪拌使紙纖維均勻分散在反應液中，將該混合物轉移到高壓反應釜中；將高壓反應釜放入烘箱靜置反應后，即成為LDHs改性的植物纖維；將改性的植物纖維洗滌后配置成紙漿懸浮液，在紙頁成型器上抄紙，制備出阻燃紙。此方法可使植物纖維與阻燃劑結合緊密，反應裝置結構簡單投資少、工藝簡單易行，可實現大批量生產，制備紙的力學強度、阻燃性能好。
文檔編號D21H17/66GK102704327SQ201210208539
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月25日 優先權日2012年6月25日
發明者劉亦武, 劉躍軍, 郝宗賢 申請人:湖南工業大學