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紙制品的阻燃解決方案及阻燃性能測試都有哪些

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紙制品的阻燃解決方案及阻燃性能測試都有哪些

發布日期:2019-01-26 作者: 點擊:

  造紙術是中國古代四大發明之一,經過約2000年的發展,紙制品在日常生活中已經隨處可見,在包裝材料、建筑材料、工業生產中已經得到廣泛的應用。

  紙制品極易燃燒,歷史上也發生過很多因紙制品燃燒引起的重大火災,造成了巨大的經濟損失。所以,對紙制品進行阻燃處理變得非常有必要。

  那么

  紙制品的阻燃解決方案究竟有哪些

  其實關于紙制品的阻燃最早可追述到19世紀,早期采用的阻燃劑多為硅酸鹽、硫酸銨、磷酸銨等無機鹽。近年來,隨著紙制品的應用范圍不斷拓寬,聚磷酸銨、氰胺及其衍生物、磷酸胍及胍鹽等阻燃劑也逐漸投入應用。

  早期的無機鹽阻燃劑效果其實并不持久,尤其是在遇到水或者長時間暴露在潮濕的環境下,但由于其價格便宜,目前仍然應用于一些阻燃要求不高的紙制品。

  到今天,紙制品的阻燃解決方案相比古代已經有很大的進步。在介紹現代紙制品阻燃解決方案之前,我們先來了解下紙制品的加工過程。

  雖然現代紙制品阻燃解決方案有很多,但在實際生產中也僅有幾種方案得到了應用:

  1、采用不燃性或難燃性的造紙原料

  這類原料含有石棉、礦棉、玻璃纖維等無機纖維,經過特殊的造紙工藝,制成不燃性或者難燃性紙張。當然,這種紙張受限于強度低、成本高、使用面窄等各種缺點,并沒有得到廣泛的應用。

  2、打漿過程中添加不溶于水的阻燃劑

  打漿過程中將阻燃劑與其他造紙助劑一起加入到紙漿中。該方法可將阻燃劑均勻的分散在紙張中,阻燃效果好,生產時不需改變原有的造紙設備,工藝也只需很小的改進。

  采用的阻燃劑一般是不溶于水的。例如,氫氧化鋁,ATH一部分會結合到纖維素纖維主體上,另一部分作為填料形成耐水性阻燃制品,因此用量很大(一般30%-60%)。這種阻燃劑還具有增白、提高熱穩定性和印刷性能等優點。而氯化石蠟和三氧化二銻阻燃體系,則由于其具有一定毒性,限制了其使用范圍。

  對于水溶性阻燃劑,如APP等,可在抄紙過程中含水量為5%-10%時再加入,避免阻燃劑額損失。

  

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  3、用阻燃劑水溶液/水分散液對原紙浸漬

  受紙張厚度的影響,阻燃劑的添加量通常在10-20g/m2,采用方法二時會受一定限制,而采用浸漬法則不受這種限制。這種方法在造紙設備之外進行處理,變化范圍比較大,處理時間短,操作方便,適用于各類原料紙張、裝飾紙、壁紙、建筑用紙等。

  紙制品的阻燃浸漬處理方法與木材相似。阻燃劑一般配置成10%-20%的水溶液,添加一定量滲透劑,一段時間后取出、干燥、平整,得到阻燃紙制品。

  浸漬處理的阻燃劑,大多采用磷酸銨、水溶性聚磷酸銨。近年來,經常采用的還包括磷酸胍、氨基磺后,但紙張易吸潮,且手感性不好。

  4、將阻燃溶液覆蓋在紙張表面

  該方法也叫涂覆法,即采用阻燃劑水溶液或阻燃劑分散液刷涂、噴涂于紙張表面。該方法能節省阻燃劑的用量,操作方便,但對于厚的紙張只能做到表面阻燃,這對于紙張的整體阻燃是不利的。

  通常在涂覆法中,阻燃劑與膠黏劑共同使用,可以提升紙制品的強度,耐磨防潮。

  5、施膠壓榨時壓入阻燃劑

  在打漿調料操作時,加入一定量的膠料和沉淀劑進入施膠,在施膠前表面撒上阻燃劑,然后將它壓入到紙內。施膠的附著量有限,所以這種阻燃處理效果不太好,此方法也僅適用于具有施膠壓榨裝置的造紙機械。

  它可以在短時間內制得樣品,從而進行小批量生產。同時可以用最少的阻燃劑用量達到阻燃目的,且額外費用不高。

  目前,我國大多數采用浸漬法和涂覆法進行紙制品的阻燃處理,而需要阻燃的紙制品在經過阻燃處理后還遠不夠,還需要對其阻燃性能進行測試。那么

  紙制品的阻燃性能如何來測試

  我們知道,阻燃塑料的測試有多種測試方法,每種方法側重點均不同,但結合起來就能得到綜合評價,阻燃紙制品也是如此。通常有以下幾種測試方法:

  1、垂直燃燒試驗

  將紙制品垂直的懸掛在試樣架上,規定的條件下,試樣與火焰接觸,根據燒毀長度、續燃時間、陰燃時間來測試其阻燃性能。

  該方法適用于厚度小于1.6mm的紙制品,樣品尺寸為21cm*7cm,點火12s,測定試樣的余暉時間和炭化長度。當試樣的平均炭化長度小于或等于11.5cm時,認為是合格產品。

  相關的參照標準為美國紙漿與造紙工業技術協會標準:TAPPI T461 OM-84《阻燃處理紙與紙板的燃燒試驗方法》、中國標準GB/T 14656-93《阻燃紙與紙板燃燒試驗方法》、日本JIS A1321《建筑物內裝飾材料的難燃性方法和實驗程序》。

  2、斜面燃燒試驗

  斜面燃燒是在一定規格的燃燒箱內進行。試樣與水平面呈一定角度(通常為45°),由底邊向上燃燒。

  相關標準參考日本JIS A1322《建筑用薄形材料的難燃性試驗方法》和JIS Z2150《薄型材料的防火性能的試驗方法(45°斜面法)》。

  3、氧指數的測定

  氧指數的測定在研制阻燃紙制品中是十分有效的工具,它可以提供定量數字供篩選阻燃劑配方。在某些國內外的紙制品的標準中提出了阻燃級別與氧指數的關系。

  日本 JIS D 1201標準中規定了汽車內部采用的有機材料燃燒性能測試中規定的試件氧指數值:阻燃1級>30;阻燃2級>27;阻燃3級<27。

  4、熱分析技術

  熱分析技術在紙制品的阻燃性能測試中,雖然不能做到定量分析,但是給出的結論對于阻燃機理的研究及配方改進是有益的。


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