高填充高耐熱聚乙烯醇基微發泡型阻燃紙及其熱塑加工方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于阻燃紙及其制備方法技術領域，具體涉及到一種高填充高耐熱聚乙烯 醇基微發泡型阻燃紙及其熱塑加工方法。
【背景技術】
[0002] 眾所周知，傳統紙張主要是以植物纖維為原料，通過制漿和抄紙等工序加工而成。 制漿是采用機械、化學的方法或者兩者相結合的方法把植物纖維原料離解變成本色紙漿或 漂白紙漿;抄紙則是將懸浮在水中的紙漿纖維，經過一定的加工方式使其結合生成合乎各 種要求的紙。傳統造紙技術雖已廣泛應用，但仍存在一些問題:工序復雜;在木材資源日益 緊缺的現代社會，需要消耗大量的森林和草資源，對自然造成了極大的危害；最為重要的 是，傳統造紙過程中產生的大量廢水導致了嚴重的環境污染。
[0003] 由此，以聚合物為基材的合成紙開始出現并逐漸發展起來了（何京.合成紙的研 究，發展與展望[J].湖北造紙，2004(1): 18-19)。合成紙的主要原料是聚乙烯(PE)、聚丙烯 (PP)、聚苯乙烯（PS)、聚氯乙烯（PVC)等聚合物樹脂，其加工過程是把上述樹脂與碳酸鈣 (calciumcarbonate)型、粘土（clay，主要成分Si02、A1203)型、Si02(silica)型、云母 (talc)型和Ti〇2(titanium dioxide)型及復合(兩種以上填充)型等填充劑進行混合，并經 過熔融、成膜，沿不同軸向拉伸，生成薄膜，然后將薄膜進行"紙狀化"處理，使之變得不透明 且白度提高的合成紙。
[0004] 雖然合成紙具有諸多優點如防水、防蛀、尺寸穩定、力學性能優良、表面平滑，也適 于書刊印刷等，但仍存在一些難以克服的缺點：
[0005] 1、軟化點較低，耐熱性差，不適用于量大面廣的快速激光打印。
[0006] 由于常規合成紙的聚合物樹脂多采用聚烯烴、PVC等通用樹脂，其軟化溫度均低于 130°C，而激光打印過程中需將紙張加熱至170°C以上的高溫才能進行打印，因而常規合成 紙難以承受這樣的高溫，不適用于激光打印。
[0007] 2、環保性差，廢棄合成紙回收困難。
[0008] 制備常規合成紙的聚合物樹脂多為一些難以自然降解高分子材料，且廢棄過程中 又通常與傳統紙張混在一起，不易分開，因而難以回收利用，也難于自然降解，環保性差。
[0009] 3、阻燃性差。
[0010] 與傳統植物纖維紙張一樣，合成紙也因原料的原因存在極易燃燒的問題。
[0011]隨著紙材料應用領域的不斷拓寬，市場也開始對紙材料提出應具備阻燃性能的要 求，以避免由于紙材料引發火災造成的生命和財產損失。針對合成紙存在的阻燃環保性差、 制備困難，工序復雜，成本高昂等問題，天津科技大學唐鑫(唐鑫等，新型硅酸鈣填料對涂布 阻燃紙性能影響的研究[J].中華紙業，2014(2) :24-27)利用了新型硅酸鈣與三氧化二銻和 十溴二苯乙烷的協同作用，通過涂布法，制備出了物理強度和阻燃性能倶佳的阻燃箱紙板， 其中硅酸鈣填料的添加量為10%;天津科技大學李超(李超等.鎂鋁水滑石制備阻燃紙的研 究[J].中華紙業，2011(2) :39-42.)采用鎂鋁水滑石與磷系阻燃劑組合體系制備了阻燃紙， 該阻燃紙同樣采用了涂布法，其最佳的阻燃體系配方為:鎂鋁水滑石90份，紅磷10份，潤濕 劑1.5份和分散劑1.25份；高民強（高民強.一種阻燃環保石頭墻紙基材：CN102875867 A [P]. 2013.)公開了一種阻燃環保石頭紙，其制備方法為:將15-25份PE，75-85份改性超細碳 酸鈣和1-5份發泡劑在高溫下造粒后經擠出或吹膜得到紙基材，然后于液態阻燃劑中浸泡、 烘干得到阻燃紙；邱東興（邱東興，阻燃合成紙:CN101659770 A[P]. 2009.)是將PE樹脂，PP 樹脂，無機填料，阻燃劑，偶聯劑，抗靜電劑以及其他助劑經混合、混煉膠化、壓延成型得到 阻燃合成紙，其中無機填料主要為碳酸鈣和滑石粉等，阻燃劑選用的三氧化二銻以及四溴 雙酸A等溴系阻燃劑。
[0012]以上合成阻燃紙雖然已有一定的應用，但也存在以下問題：
[0013] 1、由于采用溴系阻燃體系對傳統紙張和合成紙進行阻燃，而該類阻燃劑在燃燒過 程中釋放大量有毒氣體，發煙量大以及環保性差。近年來，隨著社會環保意識的提高，溴系 阻燃體系已被逐漸取代。
[0014] 2、因大都采用了涂布法、浸漬法等工藝，不僅工藝復雜，且不具連續性，難以實現 工業化生產。
[0015] 3、原料體系復雜，除基體材料外，需要添加無機填料，阻燃劑，發泡劑以及相容劑 等其他助劑。
[0016] 因此，開發高耐溫性適用于激光打印、環境友好、工藝簡單、成本低廉的阻燃紙仍 具有重大的意義。
【發明內容】
[0017] 本發明的目的是針對現有技術存在的問題，首先提供一種采用耐熱性優良、環境 友好的聚乙烯醇材料作為基材，以無機阻燃劑作為主阻燃劑，通過熱塑加工方法制備的高 耐熱高填充聚乙烯醇基微發泡型阻燃紙，該阻燃紙具有綜合性能優異，成本低，適用于激光 打印。
[0018] 本發明的另一目的是提供一種熱塑加工制備高耐熱高填充聚乙烯醇基微發泡型 阻燃紙的方法，該方法易實現連續性工業化生產。
[0019] 本發明提供的高填充高耐熱聚乙烯醇基微發泡型阻燃紙，其特征在于該阻燃紙以 重量份計是按以下配比，通過熱塑加工方法制備而成： 聚乙烯醇 100份 增塑發泡劑 20~50份
[0020] 無機阻燃劑 80~160份 阻燃協效劑 1~5份，
[0021]該阻燃紙的垂直燃燒等級為V-0,極限氧指數為35~41 %，拉伸強度為1.0-4.5MPa，表觀密度為0.05-0.50g/cm3，泡孔平均直徑為70-200M1，厚度為0.1-2.0mm。
[0022]以上阻燃紙中所述的聚乙烯醇的聚合度為500~2400,醇解度為88~99%。
[0023]以上阻燃紙中所述的增塑發泡劑優選30~50份，具體為水或水與乙醇、甘油或季 戊四醇中的任一種組成，其中水與乙醇、甘油或季戊四醇的重量份之比為1~4:1。
[0024]以上阻燃紙中所述的無機阻燃劑優選120~160份，具體為氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼 酸鋅、水滑石和蒙脫土中的任一種，優選氫氧化鋁或氫氧化鎂。
[0025]以上阻燃紙中所述的阻燃協效劑為聚磷酸銨、三聚氰胺磷酸鹽、三聚氰胺聚磷酸 鹽或次磷酸鋁中的任一種。
[0026]本發明提供的上述高填充高耐熱聚乙烯醇基微發泡型阻燃紙的熱塑加工方法，該 方法的工藝步驟和條件如下：
[0027] (1)將100份聚乙烯醇、20~50份增塑發泡劑混合均勻，并使聚乙烯醇在室溫下溶 脹完全得到增塑聚乙烯醇顆粒，然后將其與80~160份無機阻燃劑和1~5份阻燃協效劑在 高速混合機中混合均勻得到復合粉體；
[0028] (2)將所得復合粉體加入螺桿擠出機中進行微發泡擠出，出口模后進行冷卻牽引、 展平、卷繞后即得發泡片(膜)材料，螺桿擠出機采用四段加熱，其中熔融段溫度為170~180 °C，口模段溫度為110~140°C，擠出轉速為10~40rpm，牽引速率為20-50rpm。
[0029]以上方法中所用的聚乙烯醇的聚合度為500~2400,醇解度為88~99%。
[0030]以上方法中所用的增塑發泡劑優選30~50份，具體為水或水與乙醇、甘油或季戊 四醇中的任一種組成，其中水與乙醇、甘油或季戊四醇的重量份之比為1~4:1。
[0031]以上方法中所用的無機阻燃劑優選120~160份，具體為氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸 鋅、水滑石和蒙脫土中的任一種，優選氫氧化鋁或氫氧化鎂。
[0032]以上方法中所用的阻燃協效劑為聚磷酸銨、三聚氰胺磷酸鹽、三聚氰胺聚磷酸鹽 或次磷酸鋁中的任一種。
[0033]以上方法中口模段溫度優選110~130 °C。
[0034]本發明與現有技術相比，具有以下積極效果：
[0035] 1、由于本發明提供的阻燃紙是以聚乙烯醇作為基料，而聚乙烯醇是一種環境友好 的高分子材料，具有優異的力學性能和抗靜電性能，對溶劑和氣體有良好的阻隔性能，且成 本較低，最為重要的是，聚乙烯醇熱變形溫度高達200°C，因而該阻燃紙耐熱性優良，可以承 受激光打印的高溫，滿足量大面廣的快速激光打印的要求。
[0036] 2、由于本發明提供的阻燃紙所用的聚乙烯醇基料為多羥基的結構，可以作為大分 子成碳劑，具有本征型阻燃的特性，加之其中含有熱穩定性好，環境友好，價格低廉的高填 充無機阻燃劑和輔助的阻燃協效劑，因而其不僅具備優異的阻燃性，且可大大降低成本。
[0037] 3、由于本發明提供的制備方法中不僅采用了環境友好，可自然降解又能溶于水的 聚乙烯醇作為基料，且還采用了簡單環保的增塑發泡體系，因而既可直接通過熱塑加工工 藝來制備高填充聚乙烯醇微發泡阻燃制品，且該工藝簡單易行，成本低廉，可實現連續的工 業化生產。
[0038] 4、由于本發明提供的制備方法中采用了低沸點的小分子物質作為增塑發泡劑，且 所采用的無機阻燃劑既是主阻燃劑，同時也起著異相成核劑的作用，因而在加工過程中可 以通過改變增塑發泡劑和無機阻燃劑的添加量來調控與紙張相似的微發泡材料的結構和 性能，一方面簡單易行，有利于實現穩定的工業化生產，另一方面又能制備滿足不同使用要 求的阻燃紙產品。
[0039] 5、本發明提供的阻燃紙不僅填補了聚乙烯醇作為制備原料的空白，也為該阻燃紙
技術領域提供了一種可供選擇的綜合性能優異的新產品。
【具體實施方式】
[0040] 以下給出實施例以對本發明進行具體描述，有必要在此指出的是以下實施例僅用 于對本發明進行進一步的說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，該領域的技術熟練 人員可以根據本發明做出一些非實質性的改性和調整。
[0041] 值得說明的是：1)以下實施例中所用原料的份數均為重量份;2)以下實施例中增 塑發泡劑的水與乙醇、甘油或季戊四醇的配比為重量份比例；3)以下實施例中所得阻燃紙 的垂直燃燒性能是按照ASTM D3801標準測試的，極限氧指數是按照ASTM D2863標準測試 的，拉伸強度是按照GB/T 1040-2006標準測試的，表觀密度是按照GB/T63432009標準測試 的，泡孔平均直徑是按照GB/T12811-1991測得的，厚度是采用薄膜厚度測試儀測量的。 [0042] 實