一种高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸及其原位合成方法

1.本发明属于纤维素类阻燃材料技术领域，具体涉及一种高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸及其原位合成方法。


背景技术：

2.纸张及纸制品一般是由植物纤维抄造而成，而植物纤维主要是失水葡萄糖（c6h
12
o6）的缩合物，是极易燃烧的物质。植物纤维的易燃性决定了纸张及纸制品的易燃性。现实生活中的火灾有很大一部分是由纸制品引起的，尤其是壁纸等室内装修材料的广泛应用，加剧了火灾的发生。随着人们防火意识的增强， 火灾的危害得到高度重视。因此，人们对纸张阻燃性能的要求与日俱增，阻燃纸的研究也备受关注。
3.阻燃纸一般是通过浆内添加、浸渍和涂布等加工方法将阻燃剂添加到纸张内部或涂覆在纸张表面而制得的。阻燃剂通过阻碍纤维的热分解、抑制可燃气体的生成或者通过隔离热和空气以及稀释可燃性气体等一种或者几种途径来达到阻燃的目的。由于含卤阻燃剂在燃烧时会释放出大量烟雾和氰化氢、苯乙烯等有毒、有害、腐蚀性气体，会对人类造成极大的伤害，无卤阻燃剂得到广泛使用。
4.近年来，无卤阻燃剂，包括红磷、可膨胀石墨以及膨胀型阻燃剂，已用于阻燃纤维素纤维纸。红磷具有较高的阻燃效率，但其颜色较深，加工过程中会释放有毒的磷化氢气体，限制了其在纤维素纤维纸中的应用。可膨胀石墨颜色较深，阻燃效率较低，其应用也受到一定限制。此外，膨胀型阻燃剂虽然在纤维素纤维纸中具有优异的阻燃性能，但很容易迁移到材料表面，不利于其在纤维素纤维纸中的应用。无机氢氧化物如氢氧化镁是目前最常用的绿色、无公害阻燃剂，具有阻燃抑烟、无毒不挥发等优势，在阻燃纸中得到了广泛应用。然而，作为无机氢氧化物，氢氧化镁颗粒由于易于发生聚集，无论以何种方式加入到纸页中，都或多或少地存在着与纤维素材料相容性差、阻燃效率低、无法获得高阻燃性能等问题。
5.综上所述，研发一种高阻燃性能的氢氧化镁阻燃纸具有重要意义。


技术实现要素：

6.针对现有技术中氢氧化镁类阻燃剂制备阻燃纸时，与纤维素材料相容性差、阻燃效率低、无法获得高阻燃性能纸张的问题，本发明提供了一种高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸及其原位合成方法，形成的碱式氯化镁和氢氧化镁协同作用大幅度提高了氢氧化镁阻燃纸的阻燃性能。
7.本发明通过以下技术方案实现：一种高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸的原位合成方法，包括以下步骤：（1）将氧化钙加入至氯化镁溶液中，搅拌至形成分散均匀的混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液，氧化钙和氯化镁的摩尔比小于1；（2）将纤维素纤维纸浆打浆处理形成纤维素纤维悬浮液，与步骤（1）中的氢氧化
镁/氯化镁/氯化钙分散液混合，静置，获得表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液；（3）将步骤（2）中表面沉积和吸附混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液抄制成纸，干燥，得高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸。
8.进一步地，步骤（1）中所述的氯化镁是六水合氯化镁或无水氯化镁；步骤（2）中所述的纤维素纤维纸浆为针叶木浆、阔叶木浆、棉浆、麦草浆中的一种以上。
9.进一步地，步骤（1）中所述的氧化钙与六水合氯化镁的质量比为1：10~50，氧化钙与无水氯化镁的质量比为1:2~20；步骤（2）中所述的纤维素纤维纸浆与六水合氯化镁的质量比例为0.4~5：1，纤维素纤维纸浆与无水氯化镁的质量比为1~10：1。
10.进一步地，步骤（2）中所述的纤维素纤维悬浮液中纤维素纤维纸浆与水的质量比为1：40~60，打浆度为40~90
°
sr，纤维素纤维的打浆处理是指将纤维素纤维经机械处理，使纤维素纤维获得分丝帚化。
11.进一步地，步骤（2）中纤维素纤维悬浮液与混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙混合分散液的混合时间为10~30min，静置为密封静置3~72 h。
12.进一步地，步骤（3）中抄制成纸是指将表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液通过真空抽滤，制成湿纤维素纤维纸。
13.进一步地，步骤（3）中所述的干燥为在100~150oc下加热干燥10~30min，其中的沉积到纤维素纤维表面的部分氢氧化镁与氯化镁在加热条件下可以继续反应，形成碱式氯化镁，与未反应的氢氧化镁对纤维素纤维起到协同阻燃的作用，从而提高氢氧化镁阻燃纸的阻燃性能。
14.本发明中，所述的高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸的原位合成方法制备的高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸。
15.本发明中，将与氯化镁的摩尔比小于1的氧化钙粉末加入氯化镁溶液中，充分搅拌，其中的氧化钙与水反应形成氢氧化钙，氢氧化钙继续与氯化镁反应形成氢氧化镁和氯化钙，在纸张干燥过程中，沉积到纤维素纤维表面的部分氢氧化镁与氯化镁在加热条件下可以继续反应，形成碱式氯化镁，与未反应的氢氧化镁对纤维素纤维起到协同阻燃的作用，从而提高氢氧化镁阻燃纸的阻燃性能。利用本发明的方法制备的负载有氢氧化镁和碱式氯化镁的纤维素纤维阻燃纸，由于采用了原位合成技术，氢氧化镁和碱式氯化镁在纤维素纤维表面分布均匀，避免了常规加填技术导致的氢氧化镁颗粒之间的聚集，且氢氧化镁和碱式氯化镁对纤维素纤维的附着作用强，即使在六水合氯化镁与纤维素纤维的质量比高达10:4时，纸张仍然保持了良好的匀度。此外，由于纤维状碱式氯化镁的引入，大幅度提高了纸张的阻燃性能。具有工艺简单、成本低廉、适于规模化生产的优势。
16.有益效果本发明通过在纤维素纤维表面原位合成氢氧化镁/碱式氯化镁，大幅度提高了氢氧化镁/碱式氯化镁在纤维素纤维表面的负载量和分布均匀性，抄制成阻燃纸，大幅度提高了阻燃纸的阻燃性能，且利用了碱式氯化镁与氢氧化镁的协同作用，大幅度提高了的阻燃效率，适用于制备阻燃性能要求高的绿色环保型阻燃纸。
附图说明
17.图1为实施例1制备的原位沉积氢氧化镁/碱式氯化镁阻燃纸（实施例1）的sem图图2为含有氢氧化镁/碱式氯化镁的高加填阻燃纸（实施例1）照片。
具体实施方式
18.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例；除另有指明，实施例中的所述的份数为质量份。
19.实施例1（1）将5份六水合氯化镁分散在10份去离子水中，搅拌到氯化镁完全溶解得氯化镁水溶液，然后取0.1份氧化钙粉末在搅拌下分散于上述氯化镁水溶液中，直到形成均匀的混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液；（2）将2份针叶木浆分散到100份去离子水中，经疏解后，打浆到90
°
sr，获得纤维素纤维悬浮液，与步骤（1）中的混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液在搅拌下混合30分钟，密封后静置72小时，使得氢氧化镁/氯化镁/氯化钙在纤维素纤维表面充分吸附，获得表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液；（3）将步骤（2）中表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液通过真空抽滤成形，获得湿纸页，将湿纸页在150oc下干燥10分钟，促使部分氢氧化镁与氯化镁反应形成碱式氯化镁，获得高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸；将上述制备的高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸裁剪成1cm
×
2cm纸条，直接用酒精灯点燃、计时，其燃烧时间为220s。
20.实施例2（1）将4份六水合氯化镁分散在10份去离子水中，搅拌到氯化镁完全溶解得氯化镁水溶液，然后取0.1份氧化钙粉末在搅拌下分散于上述氯化镁水溶液中，直到形成均匀的混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液；（2）将4份针叶木浆分散到240份去离子水中，经疏解后，打浆到80
°
sr，获得纤维素纤维悬浮液，与步骤（1）中混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液在搅拌下混合20分钟，密封后静置24小时，使得混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙在纤维素纤维表面充分吸附，获得表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液；（3）将步骤（2）中表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液通过真空抽滤成形，获得湿纸页，将湿纸页在130oc下干燥15分钟，促使部分氢氧化镁与氯化镁反应形成碱式氯化镁，获得高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸；将上述制备的高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸裁剪成1cm
×
2cm纸条，直接用酒精灯点燃、计时，其燃烧时间为189s。
21.实施例3（1）将3份六水合氯化镁分散在10份去离子水中，搅拌到氯化镁完全溶解得氯化镁水溶液，然后取0.1份氧化钙粉末在搅拌下分散于上述氯化镁水溶液中，直到形成均匀的混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液；（2）将6份阔叶木浆分散到300份去离子水中，经疏解后，打浆到60
°
sr，获得纤维素
纤维悬浮液，与步骤（1）中混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液在搅拌下混合15分钟，密封后静置3小时，使得混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙在纤维素纤维表面充分吸附，获得表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液；（3）将步骤（2）中表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液通过真空抽滤成形，获得湿纸页，将湿纸页在100oc下干燥30分钟，促使部分氢氧化镁与氯化镁反应形成碱式氯化镁，获得高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸；将上述制备的高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸裁剪成1cm
×
2cm纸条，直接用酒精灯点燃、计时，其燃烧时间为171s。
22.实施例4（1）将1份六水合氯化镁分散在10份去离子水中，搅拌到氯化镁完全溶解得氯化镁水溶液，然后取0.1份氧化钙粉末在搅拌下分散于上述氯化镁水溶液中，直到形成均匀的混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液；（2）将5份阔叶木浆分散到200份去离子水中，经疏解后，打浆到50
°
sr，获得纤维素纤维悬浮液，与步骤（1）中混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液在搅拌下混合15分钟，密封后静置8小时，使得混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙在纤维素纤维表面充分吸附，获得表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液；（3）将步骤（2）中表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液通过真空抽滤成形，获得湿纸页，将湿纸页在120oc下干燥20分钟，促使部分氢氧化镁与氯化镁反应形成碱式氯化镁，获得高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸；将上述制备的高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸裁剪成1cm
×
2cm纸条，直接用酒精灯点燃、计时，其燃烧时间为153s。
23.实施例5（1）将2份六水合氯化镁分散在10份去离子水中，搅拌到氯化镁完全溶解得氯化镁水溶液，然后取0.1份氧化钙粉末在搅拌下分散于上述氯化镁水溶液中，直到形成均匀的混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液；（2）将6份棉短绒浆分散到300份去离子水中，经疏解后，打浆到70
°
sr，获得纤维素纤维悬浮液，与步骤（1）中混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液在搅拌下混合10分钟，密封后静置12小时，使得混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙在纤维素纤维表面充分吸附，获得表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液；（3）将步骤（2）中表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液通过真空抽滤成形，获得湿纸页，将湿纸页在100oc下干燥30分钟，促使部分氢氧化镁与氯化镁反应形成碱式氯化镁，获得高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸；将上述制备的高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸裁剪成1cm
×
2cm纸条，直接用酒精灯点燃、计时，其燃烧时间为181s。
24.实施例6（1）将1份六水合氯化镁分散在10份去离子水中，搅拌到氯化镁完全溶解得氯化镁水溶液，然后取0.1份氧化钙粉末在搅拌下分散于上述氯化镁水溶液中，直到形成均匀的混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液；（2）将4份麦草浆分散到100份去离子水中，经疏解后，打浆到40
°
sr，获得纤维素纤
维悬浮液，与步骤（1）中混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液在搅拌下混合15分钟，密封后静置48小时，使得混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙在纤维素纤维表面充分吸附，获得表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液；（3）将步骤（2）中表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液通过真空抽滤成形，获得湿纸页，将湿纸页在100oc下干燥30分钟，促使部分氢氧化镁与氯化镁反应形成碱式氯化镁，获得高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸；将上述制备的高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸裁剪成1cm
×
2cm纸条，直接用酒精灯点燃、计时，其燃烧时间为154s。
25.实施例7（1）将2份无水合氯化镁分散在10份去离子水中，搅拌到氯化镁完全溶解得氯化镁水溶液，然后取0.1份氧化钙粉末在搅拌下分散于上述氯化镁水溶液中，直到形成均匀的混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液；（2）将2份针叶木浆分散到100份去离子水中，经疏解后，打浆到85
°
sr，获得纤维素纤维悬浮液，与步骤（1）中混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液在搅拌下混合30分钟，密封后静置60小时，使得混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙在纤维素纤维表面充分吸附，获得表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液；（3）将步骤（2）中表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液通过真空抽滤成形，获得湿纸页，将湿纸页在150oc下干燥10分钟，促使部分氢氧化镁与氯化镁反应形成碱式氯化镁，获得高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸；将上述制备的高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸裁剪成1cm
×
2cm纸条，直接用酒精灯点燃、计时，其燃烧时间为218s。
26.实施例8（1）将1份无水合氯化镁分散在10份去离子水中，搅拌到氯化镁完全溶解得氯化镁水溶液，然后取0.1份氧化钙粉末在搅拌下分散于上述氯化镁水溶液中，直到形成均匀的混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液；（2）将3份阔叶木浆分散到150份去离子水中，经疏解后，打浆到60
°
sr，获得纤维素纤维悬浮液，与步骤（1）中混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液在搅拌下混合30分钟，密封后静置48小时，使得混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙在纤维素纤维表面充分吸附，获得表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液；（3）将步骤（2）中表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液通过真空抽滤成形，获得湿纸页，将湿纸页在130oc下干燥15分钟，促使部分氢氧化镁与氯化镁反应形成碱式氯化镁，获得高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸；将上述制备的高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸裁剪成1cm
×
2cm纸条，直接用酒精灯点燃、计时，其燃烧时间为192s。
27.实施例9（1）将0.4份无水合氯化镁分散在10份去离子水中，搅拌到氯化镁完全溶解得氯化镁水溶液，然后取0.1份氧化钙粉末在搅拌下分散于上述氯化镁水溶液中，直到形成均匀的混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液；（2）将2份棉短绒浆分散到100份去离子水中，经疏解后，打浆到70
°
sr，获得纤维素
纤维悬浮液，与步骤（1）中混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液在搅拌下混合20分钟，密封后静置24小时，使得混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙在纤维素纤维表面充分吸附，获得表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液；（3）将步骤（2）中表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液通过真空抽滤成形，获得湿纸页，将湿纸页在120oc下干燥20分钟，促使部分氢氧化镁与氯化镁反应形成碱式氯化镁，获得高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸；将上述制备的高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸裁剪成1cm
×
2cm纸条，直接用酒精灯点燃、计时，其燃烧时间为186s。
28.实施例10（1）将0.2份无水合氯化镁分散在10份去离子水中，搅拌到氯化镁完全溶解得氯化镁水溶液，然后取0.1份氧化钙粉末在搅拌下分散于上述氯化镁水溶液中，直到形成均匀的混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液；（2）将2份麦草浆分散到100份去离子水中，经疏解后，打浆到50
°
sr，获得纤维素纤维悬浮液，与步骤（1）中混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液在搅拌下混合20分钟，密封后静置12小时，使得混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙在纤维素纤维表面充分吸附，获得表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液；（3）将步骤（2）中表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液通过真空抽滤成形，获得湿纸页，将湿纸页在100oc下干燥30分钟，促使部分氢氧化镁与氯化镁反应形成碱式氯化镁，获得高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸；将上述制备的高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸裁剪成1cm
×
2cm纸条，直接用酒精灯点燃、计时，其燃烧时间为177s。
29.对比例1（1）将8份六水合氯化镁分散在10份去离子水中，搅拌到氯化镁完全溶解得氯化镁水溶液，然后取0.2份氧化钙粉末在搅拌下分散于上述氯化镁水溶液中，直到形成均匀的混合相氢氧化镁/氯化钙分散液；（2）将2份针叶木浆分散到100份去离子水中，经疏解后，打浆到90
°
sr，获得纤维素纤维悬浮液，与步骤（1）中混合相氢氧化镁/氯化钙分散液在搅拌下混合30分钟，密封后静置72小时，使得混合相氢氧化镁/氯化钙在纤维素纤维表面充分吸附，获得表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液；（3）将步骤（2）中表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液通过真空抽滤成形，获得湿纸页，将湿纸页在150oc下干燥10分钟，获得高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸；将上述制备的高阻燃性能氢氧化镁阻燃纸裁剪成1cm
×
2cm纸条，直接用酒精灯点燃、计时，其燃烧时间为137s。
30.对比例2（1）将0.2份无水合氯化镁分散在15份去离子水中，搅拌到氯化镁完全溶解得氯化镁水溶液，然后取0.1份氧化钙粉末在搅拌下分散于上述氯化镁水溶液中，直到形成均匀的混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液；（2）将2份针叶木浆分散到100份去离子水中，经疏解后，打浆到90
°
sr，获得纤维素
纤维悬浮液，与步骤（1）中混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙分散液在搅拌下混合30分钟，密封后静置72小时，使得混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙在纤维素纤维表面充分吸附，获得表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液；（3）将步骤（2）中表面沉积和吸附有混合相氢氧化镁/氯化镁/氯化钙的纤维素纤维悬浮液通过真空抽滤成形，获得湿纸页，将湿纸页在150oc下干燥10分钟，氢氧化镁与氯化镁反应形成碱式氯化镁，获得高阻燃性能碱式氯化镁阻燃纸；将上述制备的碱式氯化镁阻燃纸裁剪成1cm
×
2cm纸条，直接用酒精灯点燃、计时，其燃烧时间为128s。