碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙及其制備方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)的阻燃效果低、抗腐蝕性差、制備成本高、對環(huán)境有污染問題。其實(shí)現(xiàn)方案是：在配制的0.42～1.82mol/L鎂離子溶液、0.18～0.78mol/L鋁離子溶液和0.24～1.04mol/L碳酸鈉懸濁液的混合液中加入1.62～7.02mol/L氫氧根離子懸濁液，并依次進(jìn)行加熱攪拌、沉淀和洗滌，獲得碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀；再在此復(fù)相沉淀中加入廢棄碎紙，加熱攪拌，獲得阻燃紙漿；最后除水、晾干，獲得碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙。本發(fā)明阻燃效果好，無腐蝕性、無污染、制備成本低，可用于大型辦工場合室內(nèi)裝修的建筑行業(yè)，及包裝、預(yù)防火災(zāi)。
【專利說明】
碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于化工材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙，可用于大型辦工場合、賓館、飯店、學(xué)校、居民家庭等的室內(nèi)裝修的建筑行業(yè)，以及包裝，預(yù)防火災(zāi)。
【背景技術(shù)】
[0002]預(yù)防火災(zāi)是現(xiàn)代社會安全的一個主題內(nèi)容。眾所周知，〃紙是包不住火的〃，這是一個常識。因?yàn)榧堃话闶怯芍参锢w維抄制而成。而植物纖維主要是失水葡萄糖(C6H12O6)的縮合物，是易燃物。植物纖維的易燃性，決定了紙品的易燃性。這樣，從安全角度考慮，紙品的易燃性決定了紙品在某些特殊場所使用的局限性。
[0003]特別是隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，人們生活水平的提高，紙品已廣泛地被應(yīng)用于建筑、交通運(yùn)輸、電工器材、宇航、日用家具及生活用品等各個方面。這些由植物纖維抄制而成的紙制品絕大多數(shù)具有易燃或可燃等特點(diǎn)，尤其是它們的起火燃點(diǎn)溫度較低，更易誘發(fā)火災(zāi)，給社會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，基于對環(huán)境的保護(hù)、人類健康的關(guān)注和社會安全的考慮，發(fā)展無毒、無鹵、環(huán)保型、超高效阻燃紙已成為紙制品的主要發(fā)展趨勢。
[0004]阻燃紙即經(jīng)過阻燃處理的紙制品，具備引燃后自熄、難燃、不燃、耐高溫、抑煙等特性，是具有特殊用途的紙質(zhì)材料，可被應(yīng)用于包裝、建筑、特種工業(yè)等多個領(lǐng)域。
[0005]但是，現(xiàn)有阻燃紙及其制備工藝方法還存在很多不足，具體表現(xiàn)為:
[0006]一.阻燃紙的阻燃效果有限，需要進(jìn)一步的提高，例如:
[0007]在公告號CN201310544950的發(fā)明專利中公開了一種阻燃原紙及其生產(chǎn)方法。該方法是將廢紙進(jìn)行碎漿，打漿，調(diào)漿，一次成型以及脫水得到一次成型紙;將硼酸和氨基磺酸胍以3.5-4.5:5.5-6.5質(zhì)量比例加入到淀粉糊化物中，且硼酸和氨基磺酸胍總質(zhì)量與淀粉糊化物質(zhì)量的比為8-15:100，攪拌均勻，得到阻燃液。用阻燃液浸透一次成型紙，獲得阻燃原紙。該方法的不足之處在于，I)陰燃時間<5s;2)損毀長度<150_，損毀長度較長。
[0008]在公告號CN201210336491的發(fā)明專利中公開了一種阻燃紙的制備方法。該方法以次磷酸鋁8?10、氫氧化鋁8?10、三氧化二銻8?10、白炭黑8?10、硬脂酸鈣3?5、羧甲基纖維素鈉1、水100為原料制備阻燃液，通過在原紙的表面單面噴涂阻燃液，獲得阻燃紙。該方法的不足之處在于，I)灼燃時間<2s，存在灼燃現(xiàn)象;2)平均炭化長度<20mm，炭化長度較長。
[0009]在公告號CN201210100321的發(fā)明專利中公開了一種水基無鹵阻燃紙及其制備方法。該方法以氫氧化鎂、氫氧化鋁、三氧化二銻、微米級或納米級水滑石中的兩種復(fù)配成復(fù)合阻燃劑或者采用三氧化二銻作為阻燃劑。由阻燃劑、膠液、消泡劑組成阻燃液。在原紙表面涂覆阻燃液后烘干得阻燃層，獲得阻燃紙。該方法的不足之處在于，I)平均灼燃時間<23s，灼燃時間較長;2)平均炭化長度< 26mm，炭化長度較長。
[0010]在公告號CN201310612886的發(fā)明專利中公開了一種加填陶瓷纖維的阻燃紙及其制備方法。該方法以氫氧化鎂與三氧化二銻復(fù)合阻燃劑、或者氫氧化鋁與三氧化二銻復(fù)合阻燃劑、或者采用氫氧化鎂或者氫氧化鋁作為阻燃劑;采用硅烷偶聯(lián)劑對阻燃劑進(jìn)行表面處理;采用陽離子型聚丙烯酰胺對陶瓷纖維進(jìn)行表面處理;將表面處理后的陶瓷纖維和阻燃劑與經(jīng)過打漿的植物纖維及松香膠共混，抄紙，之后烘干，獲得陶瓷纖維加填阻燃紙。該方法的不足之處在于，I)工藝過程復(fù)雜;2)平均灼燃時間為<38s，灼燃時間較長;3)平均碳化長度< 59mm，炭化長度較長。
[0011]在公告號CN201310529846的發(fā)明專利中公開了一種復(fù)合阻燃紙基材料及其制備方法。該方法以聚磷酸銨和硅藻土為原料制備阻燃料;通過用凹版印刷機(jī)以水性油墨印刷的方式，兩面印刷涂敷于原紙紙面，獲得阻燃紙。該方法的不足之處在于，I)由于目前聚磷酸銨的工藝聚合度較小，所以聚磷酸銨具有較大的吸濕性;2)平均續(xù)燃時間為4?5s;3)平均灼燃時間為36?55s，灼燃時間較長;4)平均炭化長度為90?102mm，炭化長度較長。
[0012]在公告號CN201410055620的發(fā)明專利中公開了一種復(fù)合阻燃填料及添加該阻燃填料的阻燃紙的制備方法。該方法通過將85%濃度的磷酸倒入反應(yīng)器中，加熱攪拌，溫度升至Ij60-70°C加入尿素，控制升溫速率3?6°Cmin—S聚合反應(yīng)溫度不超過130°C，等溫度升到130 0C時，加入鎂鋁水滑石，保持130 0C時，保溫10?15min，將產(chǎn)物倒出，放入高溫箱中，在210?230°C下固化2?2.5h，將固化后的物質(zhì)粉碎、過篩，得到復(fù)合阻燃填料。然后將針葉木漿打漿，并加入復(fù)合阻燃填料和聚丙烯酰銨助留助濾劑，采用長網(wǎng)造紙機(jī)抄制，獲得阻燃紙。該方法的不足之處在于，I)工藝過程復(fù)雜;2)尿素和磷酸均屬低毒類產(chǎn)品，所用原料對工作人員的身體健康存在潛在危害，對環(huán)境有危害;3)平均續(xù)燃時間為3?5s，存在續(xù)燃現(xiàn)象;4)平均灼燃時間為38?50s，灼燃時間較長;5)平均炭化長度為98?112mm，炭化長度較長。
[0013]二.阻燃紙的制備成本高、合成工藝復(fù)雜，例如:
[0014]在公告號CN201510154745的發(fā)明專利中公開了一種基于六氨基環(huán)三磷腈的阻燃紙的制備方法。該方法以六氨基環(huán)三膦腈HACTP為阻燃劑，通過噴涂法制備阻燃紙。該方法的不足之處在于，I)六氨基環(huán)三磷腈的制備成本高，合成工藝復(fù)雜;2)炭化長度為4.0mm;3)續(xù)焰時間為2.0s，仍存在續(xù)焰現(xiàn)象。
[0015]在公告號CN201210208539的發(fā)明專利中公開了一種LDHs阻燃紙的制備方法。該方法將L1、Mg、Co、Fe、Cu、N1、Cd、Zn、Al、Cr、Ga、Sc、Mn金屬元素的化合價(jià)為一價(jià)、二價(jià)或三價(jià)的金屬鹽和PH調(diào)節(jié)劑溶解在水中，作為反應(yīng)液。再將紙漿浸入在反應(yīng)液中，經(jīng)過攪拌使紙纖維均勻分散在反應(yīng)液中，將該混合物轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜中；將高壓反應(yīng)釜放入烘箱靜置反應(yīng)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，獲得阻燃紙。該方法的不足之處在于，I)高壓反應(yīng)釜的使用增加了整個制備工藝過程的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性;2)高壓反應(yīng)釜的使用提高了阻燃紙的制備成本。
[0016]在公告號CN201310020260的發(fā)明專利中公開了一種阻燃紙制備方法。該方法以以質(zhì)量比為35-75份的硅酸鋁纖維、5-45份的膠黏劑為原料。將硅酸鋁纖維經(jīng)除渣后進(jìn)行打漿處理5-30min，再與膠黏劑混合后倒入疏解器800-3000rad疏解，用造紙成型器進(jìn)行抄造，抽真空干燥，獲得阻燃紙。該方法的不足之處在于，I)續(xù)燃時間8.5s，續(xù)燃時間較長;2)陰燃時間3.4s;3)疏解器的使用增加了工藝的復(fù)雜性。
[0017]三.阻燃紙的制備工藝過程存在腐蝕性強(qiáng)、且對環(huán)境有危害的缺點(diǎn)，例如:
[0018]在公告號CN201310106099的發(fā)明專利中公開了一種浸膠法制備黑色吸音阻燃紙的方法。該方法將玻璃纖維和馬尾松纖維混抄成原紙，再將由苯丙膠乳、丙烯酸膠乳或丁苯膠乳組成的粘結(jié)劑和由溴系阻燃劑、鹵一磷系協(xié)同阻燃劑或磷系組成的阻燃劑，以及色漿按照一定順序和比例配成浸膠溶液。最后將制備成的原紙均勻地放入浸膠溶液中浸漬，浸膠后吸去紙張表面的膠液后干燥，獲得阻燃紙。該方法的不足之處在于，I)阻燃級別均為2級，阻燃能力較低;2)溴系阻燃劑和鹵系阻燃劑，腐蝕性強(qiáng)、且對環(huán)境有害。
[0019]在公告號CN200710045323的發(fā)明專利中公開了一種阻燃防潮紙及其制備方法。該方法以硼砂、淀粉、硼酸、尿素、硫酸銨、磷酸、氫氧化鋁、磷酸二氫鈉、磷酸脲、聚磷酸銨的一種或幾種組合制備阻燃劑液料，以淀粉、改性淀粉、聚乙烯醇、纖維素醚、松香膠、乳膠的一種或幾種組合制備膠質(zhì)劑，通過用原紙?jiān)谠旒垯C(jī)或/和涂布機(jī)上浸漬阻燃、膠質(zhì)劑液料，再經(jīng)機(jī)上烘缸干燥，一次成卷獲得阻燃紙。該方法的不足之處在于，I)工藝過程復(fù)雜；2)所用阻燃劑尿素、硼砂、磷酸和磷酸脲均屬低毒物;硫酸銨和磷酸二氫鈉對人體的眼睛、粘膜和皮膚有刺激作用;這些原料對環(huán)境存在潛在危害，比如可對水體造成污染。
[0020]在公告號CN201410716512的發(fā)明專利中公開了一種復(fù)合纖維阻燃紙及其制備方法。該方法以磷酸、尿素和鋁鎂水滑石制備阻燃填料，通過將經(jīng)表面處理后的礦物纖維、阻燃填料、植物纖維和淀粉等共混，抄紙，壓榨烘干，獲得阻燃紙。該方法的不足之處在于，I)尿素IE磷酸均屬低毒物，對環(huán)境有危害;2)平均灼燃時間<30s，灼燃時間較長;3)平均碳化長度< 45mm，炭化長度較長。
[0021]在公告號CN201310253018的發(fā)明專利中公開了一種含稀土水滑石阻燃紙及其制備方法。該方法以含鑭、鈰、釤、鋱、銪等稀土元素的二元、三元、四元、五元或六元的含稀土水滑石作為阻燃劑，然后將5?300份水滑石通過漿內(nèi)添加法、浸漬法、涂布法直接添加到100份紙纖維中、或通過自組裝法對100份紙纖維進(jìn)行改性，最后在紙業(yè)成型器上抄紙，獲得阻燃紙。該方法的不足之處在于，I)稀土元素都存在潛在的放射性污染問題；2)續(xù)焰時間0.82?3.12s; 3)灼燃時間8?75s、甚至不自熄，灼燃時間較長;4)炭化長度23?91mm，炭化長度較長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙及其制備方法，以提高阻燃效果和抗腐蝕性，降低制備成本，減小對環(huán)境污染。
[0023]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0024]1.一種碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙，其特征在于，通過0.42?1.82mol/L的鎂離子水溶液，0.18?0.78mol/L的鋁離子水溶液、1.62?7.02mol/L的氫氧根離子懸濁液，0.24?1.04mol/L的碳酸鈉懸池液與廢棄的紙混合而成；
[0025]所述0.42?1.82mol/L的鎂離子水溶液，是用摩爾比為1:1:1的氯化鎂、硝酸鎂和硫酸鎂混合配制而成；
[0026]所述0.18?0.78moVL的鋁離子水溶液，是用摩爾比為1:1:1的碳酸鋁、六水合氯化鋁和偏鋁酸鈉混合配制而成；
[0027]所述0.24?1.04mol/L的碳酸鈉懸濁液，是在500毫升去離子水中溶入12.72?55.12克碳酸鈉獲得；
[0028]所述1.62?7.02mol/L的氫氧根離子懸濁液，是用摩爾比為16:1的氫氧化鈉和氫氧化鈣混合配制而成；
[0029 ]所述廢棄的紙，添加量為1.2g/L?44.2g/L。
[0030]2.—種碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0031](I)配制鋁離子水溶液:
[0032]將7.245?31.395克的AlCl3.6H20、7.02?30.42克的Al2(CO3)3和2.46?10.66克的NaAlO2溶入到500ml去離子水中混合，配制成濃度為0.18?0.78mol/L的鋁離子水溶液，過濾去除鋁離子水溶液中的雜質(zhì)；
[0033](2)配制鎂離子水溶液:
[0034]將8.4?36.4克的MgS(k、10.36?44.89克的Mg(NO3)2和6.65?28.82克的MgCl2溶入到500ml去離子水中混合，配制成濃度為0.42?1.82mol/L的鎂離子水溶液，過濾去除鎂離子水溶液中的雜質(zhì)；
[0035](3)制備氫氧根離子懸濁液:
[0036]將30.5?132.14克的NaOH和3.53?15.28克的Ca(OH)2溶入到500ml去離子水中混合，配制成濃度為1.62?7.02mol/L的氫氧根離子懸濁液；
[0037](4)制備碳酸鈉懸濁液:
[0038]將12.72?55.12克Na2CO3溶入到500毫升的去離子水中，配制成濃度為0.24?1.04mol/L的碳酸鈉懸池液；
[0039](5)制備碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相懸濁液:
[0040]將鎂離子水溶液、鋁離子水溶液和碳酸鈉懸濁液進(jìn)行混合加熱攪拌;然后將加熱溫度升高到90°C，向此鎂離子、鋁離子和碳酸鈉的混合液中以8毫升/分鐘的速度加入200毫升氫氧根離子懸濁液，并以600轉(zhuǎn)/分鐘速度進(jìn)行混合加熱攪拌;之后，再將加熱溫度升高到100C,繼續(xù)以15毫升/分鐘的速度加入300毫升氫氧根離子懸濁液，并以400轉(zhuǎn)/分鐘速度繼續(xù)進(jìn)行混合加熱攪拌，得到碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相懸濁液；
[0041](6)制備洗滌后的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物:
[0042]將碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相懸濁液在20?30°C的室溫下靜置20?30分鐘，倒掉上層清液，再在此碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物中加入1000毫升的去離子水，再靜置0.5?I小時，倒掉上層清液;如此反復(fù)2?3次，得到洗滌后的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物；
[0043](7)制備碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合紙漿漿料:
[0044]在洗滌后的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物中加入500毫升的去離子水，并放入5.1?22.1克翦碎的廢棄紙，進(jìn)行加熱攪拌，加熱溫度為50?80°C，攪拌速度為1200?2400轉(zhuǎn)/分鐘，加熱攪拌時間為0.2?0.3小時，得到碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合紙漿漿料；
[0045](8)制備碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙:
[0046]將網(wǎng)孔大小為40目?60目的面篩子水平放置，將200毫升碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合紙漿漿料平鋪到面篩子上去除水分，獲得碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙胚體;然后將復(fù)合阻燃紙胚體從面篩子揭下來放到平板上涼干，獲得碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙。
[0047]所述的去除鋁離子水溶液中的雜質(zhì)，是先將漏斗架到儀器支架上面，將干凈的燒杯放到漏斗下面;然后，將濾紙折疊鋪到漏斗上面;之后，將鋁離子水溶液按30毫升/分鐘的速度倒到濾紙上面，獲得去除雜質(zhì)后的鋁離子水溶液。
[0048]所述的去除鎂離子水溶液中的雜質(zhì)，是先將漏斗架到儀器支架上面，將干凈的燒杯放到漏斗下面;然后，將濾紙折疊鋪到漏斗上面;之后，將鎂離子水溶液按40毫升/分鐘的速度倒到濾紙上面，獲得去除雜質(zhì)后的鎂離子水溶液。
[0049]所述的將鎂離子水溶液、鋁離子水溶液和碳酸鈉懸濁液進(jìn)行混合加熱攪拌，其工藝條件是:攪拌速度為800轉(zhuǎn)/分鐘，加熱溫度75 °C，攪拌時間25分鐘。
[0050]所述的將200毫升碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合紙漿漿料平鋪到面篩子上去除水分，是先將濾紙平鋪到面篩子上面的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合紙漿漿料上面，再將鹿皮巾平鋪到濾紙上面，均勻按壓鹿皮巾0.01?0.012小時；之后，揭下鹿皮巾，擰干水，再將擰干后鹿皮巾重新平鋪到濾紙上面，均勻按壓0.0I?0.012小時;之后，揭下鹿皮巾，擰干水，如此反復(fù)4?5次，獲得碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙胚體。
[0051]作為優(yōu)選，所述碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙的厚度為0.5mm?1.6mm。
[0052]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0053]1.碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙具有無鹵、無毒、無腐蝕的特點(diǎn)。
[0054]經(jīng)XRD測試表明，本發(fā)明中的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物的相組成為碳酸鈣、氫氧化鋁、氫氧化鎂和鎂鋁水滑石。
[0055]因?yàn)樘妓徕}、氫氧化鎂、氫氧化鋁、鎂鋁水滑石受熱分解，分別發(fā)生以下吸熱化學(xué)反應(yīng):
[0056]碳酸鈣—氧化鈣+二氧化碳?xì)怏w?
[0057]氫氧化鎂—氧化鎂+水蒸汽?
[0058]氫氧化鋁—氧化鋁+水蒸汽?
[0059]鎂鋁水滑石—氧化鋁+氧化鎂+水蒸汽丨+二氧化碳?xì)怏w?
[0060]所以，碳酸鈣、氫氧化鎂、氫氧化鋁、鎂鋁水滑石具有無鹵、無毒和環(huán)保的特點(diǎn)，故本發(fā)明所制備的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙亦具有無鹵、無毒、無腐蝕的特點(diǎn)。
[0061 ] 2.碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙阻燃效果顯著。
[0062]經(jīng)阻燃性能測試表明，本發(fā)明所獲得的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙，阻燃性能非常優(yōu)良，具體表現(xiàn)為:平均續(xù)燃時間<ls、平均炭化長度表明碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙阻燃效果顯著，這是因?yàn)?
[0063]覆蓋在紙纖維上的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相受熱會分解，此分解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，這樣可以降低紙質(zhì)表面的溫度；同時，在此吸熱反應(yīng)過程中，釋放出的水蒸汽具有降低紙質(zhì)纖維表面溫度的作用，釋放出的二氧化碳?xì)怏w有助于隔離紙質(zhì)纖維與空氣中的氧氣的接觸，吸熱反應(yīng)的固態(tài)殘留物氧化鈣、氧化鋁和氧化鎂能覆蓋在紙纖維的表面上，隔離紙纖維與氧氣的接觸，從而使碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相從氣相、固相等多方面起到對紙纖維的阻燃作用。
[0064]另外，在造紙過程中，由于本發(fā)明的制備方法避免了紙漿分散劑的使用，從而避免了分散劑對阻燃顆粒在紙纖維表面的留著率所產(chǎn)生的不利影響。
[0065]并且，超高倍透射電鏡TEM測試表明，本發(fā)明復(fù)合阻燃紙中的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相顆粒為直徑45?120nm、厚度I?2nm的片狀納米晶體，其具有較高的比表面積，同時碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相晶體中的氫氧化鎂和鎂鋁水滑石納米晶體是板層狀晶體結(jié)構(gòu)，其層間帶有電荷，這些特征加強(qiáng)了阻燃劑納米微粒在紙纖維表面的助留，提高了阻燃顆粒在紙纖維表面的留著率。碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合相阻燃顆粒在紙纖維表面的留著率越高，且在紙漿纖維表面的覆蓋越高，則越有助于阻礙紙纖維與氧氣的接觸，這樣，碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙的阻燃性能就越好。
[0066]3.碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙的制備工藝過程無毒、環(huán)保。
[0067]本發(fā)明不以溴系阻燃劑、鹵系阻燃劑、稀土元素為原料，也不需要低毒類產(chǎn)品尿素和硼砂等，而是以鋁酸鈉、六水合氯化鋁、氫氧化鈉和碳酸鈉為主要原料，通過制備得到鎂離子水溶液、鋁離子水溶液和碳酸鈉的混合液，并在鎂離子水溶液、鋁離子水溶液和碳酸鈉的混合液加入氫氧化鈉溶液，得到碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合懸濁液，并將翦碎的廢棄紙放入洗滌后的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合懸濁液中，加熱攪拌獲取阻燃紙漿料，克服了因?yàn)樵现械匿逑底枞紕?、鹵系阻燃劑、稀土元素和低毒類產(chǎn)品的選用所帶來的潛在的生物毒性和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn);本發(fā)明通過對碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙漿的漿料進(jìn)行成型、去除水分、干燥，最終得到碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙，能夠方便、可靠的制備出無毒、環(huán)保的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙。
[0068]4.碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙制備成本低、工藝過程簡單。
[0069]本發(fā)明無需用成本高的六氨基環(huán)三磷腈阻燃劑，而是采用基于我國儲量非常豐富的鎂礦和鋁礦資源而獲取的廉價(jià)的氯化鎂和氯化鋁等原料，克服了由于原料的價(jià)格貴而使制備得的阻燃紙價(jià)格貴的缺點(diǎn)。
[0070]另外，由于本發(fā)明的制備方法選取常壓下的機(jī)械攪拌，替代了現(xiàn)有技術(shù)通過應(yīng)用高壓反應(yīng)釜設(shè)備完成反應(yīng)過程，從而降低了整個制備過程的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性，使得碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙的制備工藝過程具有相對簡單、安全的特點(diǎn)。
[0071]5.碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙有助于提高紙張的印刷質(zhì)量。
[0072]TEM測試表明，本發(fā)明制備的片狀的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相顆粒，具有細(xì)度高、顆粒尺寸分布窄的特征，有助于提高所得紙的光散射性能和不透明度，這是因?yàn)?，片狀的納米晶體的填料，相對于尺寸相近的非片狀的填料和非板狀的、尺寸較大的填料粒子，其磨蝕性更小，減少了填料對造紙網(wǎng)的磨蝕，克服了在膠版印刷過程中很容易出現(xiàn)的堆墨現(xiàn)象，從而提高了紙張?jiān)谟∷⑦^程中的印刷質(zhì)量。
[0073]6.碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙有助于提高紙張的韌性。
[0074]經(jīng)SEM測試表明，本發(fā)明所獲得的阻燃紙纖維的形貌特點(diǎn)為徑10微米?20微米、長300微米?700微米的微米級的纖維，而且碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀粒子沒有出現(xiàn)過度絮聚，使紙具有較高的勻度；同時，此微米級的紙纖維表面光滑、幾乎沒有裂紋和缺陷，表明碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀的加入，能有效改善紙纖維的力學(xué)性能，有助于提高紙張的韌性。
[0075]綜上所述，本發(fā)明提出的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙，阻燃效果顯著、無毒、無腐蝕性，而且制備工藝簡單可靠、無環(huán)境污染，原材料在我國儲藏豐富、來源廣，制備成本低廉，適于工業(yè)化大生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0076]圖1是本發(fā)明制備試樣的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；
[0077]圖2是本發(fā)明的制作工藝流程圖；
[0078]圖3是根據(jù)GB/T14656-2009《阻燃紙和紙板燃燒性能試驗(yàn)方法》測量炭化長度的示意圖；
[0079]圖4是對本發(fā)明實(shí)施例1制備試樣的微觀形貌特征和成份測試結(jié)果；
[0080]圖5是對本發(fā)明實(shí)施例2制備試樣的微觀形貌特征和成份測試結(jié)果；
[0081]圖6是對本發(fā)明實(shí)施例3制備試樣的微觀形貌特征和成份測試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0082]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作詳細(xì)說明。
[0083]參見圖1，本發(fā)明的制備實(shí)驗(yàn)裝置，包括:加熱用的恒溫水浴鍋1、攪拌用的機(jī)械攪拌器2、盛裝反應(yīng)溶液的不銹鋼器皿3。
[0084]參照圖2，給出如下三種實(shí)施例。
[0085]實(shí)施例1，制備納米復(fù)相沉淀物中含12.3%碳酸鈣和87.7%鋁鎂納米晶體的復(fù)合阻燃紙。
[0086]第一步，配置鋁離子水溶液。
[0087]將31.395克的AlCl3.6H20、30.42克的Al2(CO3)3和 10.66克的NaAlO2溶入到500ml去離子水中混合，配制成濃度為0.78mol/L的鋁離子水溶液，過濾去除鋁離子水溶液中的雜質(zhì)。
[0088]第二步，配置鎂離子水溶液。
[0089]將36.4克的MgS04、44.89克的Mg(NO3)2和28.82克的MgCl2溶入到500ml去離子水中混合，配制成到濃度為1.82mol/L的鎂離子水溶液，過濾去除鎂離子水溶液中的雜質(zhì)。
[0090]第三步，配制氫氧根離子懸濁溶液。
[0091]將132.14克的NaOH和15.28克的Ca(OH)2溶入到500ml去離子水中混合，配制成濃度為7.02mol/L的氫氧根離子懸濁溶液。
[0092]第四步，配制碳酸鈉懸濁液。
[0093]將55.12克Na2CO3溶入到500毫升的去離子水中，配制成濃度為1.04mol/L的碳酸鈉懸濁液。
[0094]第五步，制備碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相懸濁液。
[0095]將鎂離子水溶液、鋁離子水溶液和碳酸鈉懸濁液進(jìn)行混合加熱攪拌，其工藝條件是:攪拌速度為800轉(zhuǎn)/分鐘，加熱溫度75 °C，攪拌時間25分鐘；
[0096]然后將加熱溫度升高到90°C，并向此鎂離子、鋁離子和碳酸鈉的混合液中以8毫升/分鐘的速度加入200毫升氫氧根離子懸濁液，以600轉(zhuǎn)/分鐘速度進(jìn)行混合加熱攪拌；
[0097]之后，再將加熱溫度升高到100°C，繼續(xù)以15毫升/分鐘的速度加入300毫升氫氧根離子懸濁液，并以400轉(zhuǎn)/分鐘速度繼續(xù)進(jìn)行混合加熱攪拌，得到碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相懸濁液。
[0098]第六步，獲取碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物。
[0099]將碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相懸濁液在20°C的室溫下靜置20分鐘，倒掉上層清液；
[0100]再在此碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物中加入1000毫升的去離子水，靜置0.5小時，倒掉上層清液;如此反復(fù)3次，得到洗滌后的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物。
[0101]第七步，獲取碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合紙漿漿料。
[0102]在洗滌后的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物中加入500毫升的去離子水，并放入22.1克翦碎的廢棄紙，進(jìn)行加熱攪拌，加熱溫度為70°C，攪拌速度為1800轉(zhuǎn)/分鐘，加熱攪拌時間為0.3小時，得到碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合紙漿漿料。
[0103]第八步，獲取碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙。
[0104]首先，將網(wǎng)孔大小為40目的面篩子水平放置，將200毫升碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合紙漿漿料平鋪到面篩子上去除水分，獲得碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙胚體；
[0105]然后，將復(fù)合阻燃紙胚體從面篩子揭下來放到平板上涼干，獲得納米復(fù)相沉淀物中含12.3%碳酸鈣和87.7%鋁鎂納米晶體的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙。
[0106]實(shí)施例2，制備納米復(fù)相沉淀物中含6.5%碳酸鈣和93.5%鋁鎂納米晶體的復(fù)合阻燃紙。
[0107]步驟一，將10.06克的AlCl3.6Η20、9.75克的Al2(⑶3)3和3.42克的NaAlO2溶入到500ml去離子水中混合，配制成濃度為0.25mol/L的鋁離子水溶液，過濾去除鋁離子水溶液中的雜質(zhì)；
[0108]步驟二，將11.68克的MgS04、14.41克的Mg(NO3)2和9.25克的MgCl2溶入到500ml去離子水中混合，配制成濃度為0.584moI/L的鎂離子水溶液，過濾去除鎂離子水溶液中的雜質(zhì)；
[0109]步驟三，將45.2克的NaOH和5.23克的Ca(OH)2溶入到500ml去離子水中混合，配制成濃度為2.4mol/L的氫氧根離子懸濁液；
[0110]步驟四，將19.1克Na2CO3溶入到500毫升的去離子水中，配制成濃度為0.36mol/L的碳酸鈉懸池液；
[0111]步驟五，具體過程與實(shí)施例1中的第五步相同，得到碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相懸濁液；
[0112]步驟六，將碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相懸濁液在25°C的室溫下靜置25分鐘，倒掉上層清液，再在此碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物中加入1000毫升的去離子水，再靜置0.6小時，倒掉上層清液;如此反復(fù)3次，得到洗滌后的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物；
[0113]步驟七，在洗滌后的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物中加入500毫升的去離子水，并放入7.65克翦碎的廢棄紙，進(jìn)行加熱攪拌，加熱溫度為500C，攪拌速度為1200轉(zhuǎn)/分鐘，加熱攪拌時間為0.3小時，得到碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合紙漿漿料；
[0114]步驟八，將網(wǎng)孔大小為60目的面篩子水平放置，將200毫升碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合紙漿漿料平鋪到面篩子上去除水分，獲得碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙胚體;然后將復(fù)合阻燃紙胚體從面篩子揭下來放到平板上涼干，獲得納米復(fù)相沉淀物中含6.5%碳酸鈣和93.5%鋁鎂納米晶體的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙。
[0115]實(shí)施例3，制備納米復(fù)相沉淀物中含5%碳酸鈣和95%鋁鎂納米晶體的復(fù)合阻燃紙。
[0116]步驟A，配置招離子水溶液。
[0117]將7.245克的AlCl3.6H20、7.02克的Al2(CO3)3和2.46克的NaAlO2溶入到500ml去離子水中混合，配制成濃度為0.18mol/L的鋁離子水溶液，過濾去除鋁離子水溶液中的雜質(zhì)。
[0118]步驟B，配置鎂離子水溶液。
[0119]將8.4克的MgS04、10.36克的Mg(NO3)2和6.65克的MgCl2溶入到500ml去離子水中混合，配制成濃度為0.42mol/L的鎂離子水溶液，過濾去除鎂離子水溶液中的雜質(zhì)。
[0120]步驟C，配制氫氧根離子懸濁液。
[0121 ] 將30.5克的NaOH和3.53克的Ca(OH)2溶入到500ml去離子水中混合，配制成濃度為1.62mol/L的氫氧根離子懸濁液。
[0122]步驟D，配制碳酸鈉懸濁液。
[0123]將12.72克Na2CO3溶入到500毫升的去離子水中，配制成濃度為0.24mol/L的碳酸鈉懸濁液。
[0124]步驟E，制備碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相懸濁液。具體過程與實(shí)施例1中的第五步相同。
[0125]步驟F，獲取碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物。
[0126]將碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相懸濁液在30°C的室溫下靜置30分鐘，倒掉上層清液，再在此碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物中加入1000毫升的去離子水，再靜置I小時，倒掉上層清液;如此反復(fù)2次，得到洗滌后的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物。
[0127]步驟G，獲取碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合紙漿漿料。
[0128]在洗滌后的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物中加入500毫升的去離子水，并放入5.1克翦碎的廢棄紙，進(jìn)行加熱攪拌，加熱溫度為80°C，攪拌速度為2400轉(zhuǎn)/分鐘，加熱攪拌時間為0.2小時，得到碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合紙漿漿料。
[0129]步驟H，獲取碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙。
[0130]將網(wǎng)孔大小為60目的面篩子水平放置，將200毫升碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合紙漿漿料平鋪到面篩子上去除水分，獲得碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙胚體;然后將復(fù)合阻燃紙胚體從面篩子揭下來放到平板上涼干，獲得納米復(fù)相沉淀物中含5%碳酸鈣和95%鋁鎂納米晶體的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙。
[0131]本發(fā)明的效果可通過以下測試結(jié)果進(jìn)一步說明:
[0132]—.阻燃性能測試
[0133]根據(jù)GB/T14656-2009《阻燃紙和紙板燃燒性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測試，具體如下:
[0134]1.測試條件
[0135]切取尺寸為(70X210)mm的阻燃紙?jiān)嚇?，使火焰直接與阻燃紙?jiān)嚇拥走吔佑|12秒，然后立即將其移開火焰，記錄該阻燃紙?jiān)嚇拥睦m(xù)焰時間和灼燃時間。
[0136]隨后，水平把持住該阻燃紙?jiān)嚇?，用直徑?mm的玻璃棒輕輕拍打試樣的炭化區(qū)域，以去除松脆的炭渣，如圖3所示，測量并記錄每個空缺區(qū)域的最大長度，從試樣底邊開始測量，精確到Imm0
[0137]2.測試內(nèi)容
[0138]續(xù)焰時間，即續(xù)燃時間:在上述試驗(yàn)條件下，移開燃燒器火焰后試樣持續(xù)有焰燃燒的時間。
[0139]灼燃時間:試樣停止有焰燃燒后，試樣持續(xù)灼熱燃燒的時間。
[0140]炭化長度:在試驗(yàn)條件下，與試樣脫離的炭化材料的長度。
[0141]GB/T 14656-2009要求試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合下列要求:
[0142]a)平均續(xù)焰時間，即平均續(xù)燃時間<5s;
[0143]b)平均灼燃時間彡60s;
[0144]c)平均炭化長度<115mm。
[0145]測試I，對本發(fā)明實(shí)施例1制備試樣的阻燃性能測試表明:其平均續(xù)燃時間<ls、平均灼燃時間< 5s、平均炭化長度(9mm ；
[0146]測試2，對本發(fā)明實(shí)施例2制備試樣的阻燃性能測試表明:其平均續(xù)燃時間<ls、平均灼燃時間< 6s、平均炭化長度< I Omm ；
[0147]測試3，對本發(fā)明實(shí)施例3制備試樣的阻燃性能測試表明:其平均續(xù)燃時間<ls、平均灼燃時間< 6s、平均炭化長度< I Omm ；
[0148]因?yàn)槔m(xù)焰時間，即續(xù)燃時間越短、灼燃時間越短、炭化長度越小，試樣的阻燃性能越好。所以，用本發(fā)明方法制作的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙，具有非常優(yōu)良的阻燃性會K。
[0149]二.成分測試
[0150]1.測試條件
[0151]X射線分析采用日本理學(xué)電機(jī)株式會社出產(chǎn)的D/Max型X射線衍射儀，靶材為Cu靶，角度掃描速度為5°/min。
[0152]依據(jù)《電子材料現(xiàn)代分析概論》(張有綱等編著，北京:國防工業(yè)出版社，258?282)，按式《1》、《2》和《3》分別計(jì)算試樣中碳酸鈣相、鋁鎂納米晶相的相組成百分比，
[ΟΙ53]碳酸I丐的相組成=I碰網(wǎng)/M《I》
[ΟΙ54]招鎂納米晶體的相組成=(M-1碰網(wǎng))/M《2》
[οι 55] M=Imm+ imim&Ismw+1鐮&麻《3》
[0156]式中，I鐮S櫧石、1_樵、I嶽傾和1_丐分別為Mg6Al2(OH)16CO3.4H20相、Mg(OH)2相、Al(0H) 3相和CaCO3相在X射線衍射儀XRD衍射圖譜中的最強(qiáng)衍射峰的峰值。
[0157]2.測試內(nèi)容
[0158]對用本發(fā)明實(shí)施例獲取碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物，做X射線衍射測試XRD分析，結(jié)果如圖4(c)、圖5(c)和圖6(c)。其中:
[0159]圖4(c)是用X射線衍射儀對本發(fā)明實(shí)施例1制備試樣的成份測試結(jié)果；
[0160]圖5(c)是用X射線衍射儀對本發(fā)明實(shí)施例2制備試樣的成份測試結(jié)果；
[0161]圖6(c)是用X射線衍射儀對本發(fā)明實(shí)施例3制備試樣的成份測試結(jié)果；
[0162]圖4(c)的XRD圖譜表明，本發(fā)明實(shí)施例1獲取的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物的相組成為:87.7%鋁鎂納米相和12.3%碳酸鈣相。
[0163]圖5(c)的XRD圖譜表明，本發(fā)明實(shí)施例2獲取的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物的相組成為:93.5 %鋁鎂納米相和6.5 %碳酸鈣相。
[0164]圖6(c)的XRD圖譜表明，本發(fā)明實(shí)施例3獲取的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物的相組成為:95%鋁鎂納米相和5.0%碳酸鈣相。
[0165]因?yàn)镃aC03、Mg(0H)2、Al(0H)3、Mg6Al2(0H)16C03.4H20受熱分解發(fā)生如下吸熱反應(yīng):
[0166]CaC03^Ca0+C02T
[0167]Mg(OH)2^MgO+H2OT
[0168]Α1(0Η)3—Α1203+Η20Τ
[0169]Mg6Al2(OH)I6CO3.4H20^Al203+Mg0+H20T+C02T
[0170]所以，這樣可以降低紙張表面的溫度；同時，在此吸熱反應(yīng)過程中，釋放出的水蒸汽也具有降低紙張纖維表面溫度的作用，釋放出的二氧化碳?xì)怏w有助于隔離紙張纖維與空氣中的氧氣的接觸，分解反應(yīng)的固態(tài)殘留物Ca0、Al203和MgO能覆蓋在紙纖維的表面上，隔離紙纖維與氧氣的接觸，從而從氣相、固相等多方面起到對紙纖維的阻燃作用。并且，CaC03、Mg(0H)2、Al(0H)3、Mg6Al2(0H)16C03.4H20具有無齒、無毒和環(huán)保的特點(diǎn)，故本發(fā)明所制備的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙具有無鹵、無毒、無腐蝕的特點(diǎn)。
[0171]三.對碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物的微觀形貌測試
[0172]1.測試條件
[0173]采用日本JEM-3010型高分辨透射電子顯微鏡進(jìn)行微觀形貌測試，該透射電鏡的點(diǎn)分辨率為0.19納米，晶格分辨率為0.14納米。樣品臺:單傾臺、雙傾臺、低背景雙傾臺。CCD相機(jī)為:Gatan 894，分辨率為2048 X 2048。
[0174]2.測試內(nèi)容
[0175]在超高倍透射電鏡TEM下觀測本發(fā)明實(shí)施例制備的試樣中的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物，結(jié)果見圖4(a)、圖5(a)和圖6(a);進(jìn)一步做超高倍透射電鏡的電子衍射測試，結(jié)果見圖4(b)、圖5(b)和圖6(b)。其中:
[0176]圖4(a)是對本發(fā)明實(shí)施例1制備試樣的用超高倍透射電鏡拍攝的形貌特征照片，其左下角標(biāo)尺為100納米；
[0177]圖4(b)是用超高倍透射電鏡的電子衍射對圖4(a)拍攝區(qū)域的結(jié)晶狀況的測試結(jié)果;
[0178]圖5(a)對本發(fā)明實(shí)施例2制備試樣的用超高倍透射電鏡拍攝的形貌特征照片，其左下角標(biāo)尺為100納米；
[0179]圖5(b)是用超高倍透射電鏡的電子衍射對圖5(a)拍攝區(qū)域的結(jié)晶狀況的測試結(jié)果;
[0180]圖6(a)對本發(fā)明實(shí)施例3制備試樣的用超高倍透射電鏡拍攝的形貌特征照片，其左下角標(biāo)尺為100納米；
[0181]圖6(b)是用超高倍透射電鏡的電子衍射對圖6(a)拍攝區(qū)域的結(jié)晶狀況的測試結(jié)果;
[0182]圖4(a)的TEM照片表明，本發(fā)明實(shí)施例1獲取的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物的形貌為片狀，其厚度為I?2納米、直徑為50?100納米。
[0183]圖4(b)表明，獲得了衍射環(huán)，說明用本發(fā)明方法制作的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物為結(jié)晶態(tài)，即:碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物為晶體；
[0184]圖5(a)的TEM照片表明，本發(fā)明實(shí)施例2獲取的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物的形貌為片狀，其厚度約為I?2納米、直徑約為45?105納米。
[0185]圖5(b)表明，獲得了衍射環(huán)，說明用本發(fā)明方法制作的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物為結(jié)晶態(tài)，即:碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物為晶體；
[0186]圖6(a)的TEM照片表明，本發(fā)明實(shí)施例3獲取的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物的形貌為片狀，其厚度約為I?2納米、直徑約為50?120納米。
[0187]圖6(b)表明，獲得了衍射環(huán)，說明用本發(fā)明方法制作的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物為結(jié)晶態(tài)，即:碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物為晶體；
[0188]納米結(jié)晶形態(tài)的片狀填料，相對于尺寸相近的非片狀填料和非板狀的、尺寸較大的填料粒子，其磨蝕性更小。因此，由于本發(fā)明中的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相填料為片狀的納米結(jié)晶形態(tài)，對造紙網(wǎng)的磨蝕較小、并且能夠克服在膠版印刷過程中很容易出現(xiàn)的堆墨現(xiàn)象，所以，用本發(fā)明方法制作的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙，具有能提高紙張?jiān)谟∷⑦^程中的印刷質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。
[0189]四.對碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙的微觀形貌測試
[0190]1.測試條件
[0191]采用日本電子公司JXA—840型掃描電子顯微鏡進(jìn)行微觀形貌測試。
[0192]2.測試內(nèi)容
[0193]在掃描電子顯微電鏡SBTf觀測本發(fā)明實(shí)施例制備的試樣中的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙，結(jié)果見圖4(d)、圖4(e)、圖5(d)、圖6(d)和圖6(e)。其中:
[0194]圖4(d)是對本發(fā)明實(shí)施例1制備試樣的用掃描電子顯微鏡拍攝的形貌特征照片，其放大150倍，中間標(biāo)尺為100微米；
[0195]圖4(e)是對圖4(d)拍攝區(qū)域進(jìn)一步放大后所獲得的本發(fā)明實(shí)施例1制備試樣的形貌特征照片，其放大600倍，中間標(biāo)尺為20微米；
[0196]圖5(d)是對本發(fā)明實(shí)施例2制備試樣的用掃描電子顯微鏡拍攝的形貌特征照片(放大300倍，中間標(biāo)尺為50微米)
[0197]圖6(d)是對本發(fā)明實(shí)施例3制備試樣的用掃描電子顯微鏡拍攝的形貌特征照片，其放大200倍，中間標(biāo)尺為100微米；
[0198]圖6(e)是對圖6(d)拍攝區(qū)域進(jìn)一步放大后所獲得的本發(fā)明實(shí)施例3制備試樣的形貌特征照片，其放大2000倍，中間標(biāo)尺為10微米；
[0199]圖4(d)的SEM照片表明，對本發(fā)明實(shí)施例1獲取的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙放大150倍后，發(fā)現(xiàn)其形貌特點(diǎn)為徑10?20微米、長600?700微米的纖維。
[0200]圖4(e)的SEM照片表明，對本發(fā)明方法實(shí)施例1獲取的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙放大600倍后，發(fā)現(xiàn)碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物粒子沒有出現(xiàn)過度絮聚、微米級的紙纖維表面光滑、幾乎沒有裂紋和缺陷。
[0201]圖5(d)的SEM照片表明，對本發(fā)明實(shí)施例2獲取的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙放大300倍后，發(fā)現(xiàn)其形貌特點(diǎn)為徑10?16微米、長300?500微米的纖維。并且，碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物粒子沒有出現(xiàn)過度絮聚，微米級的紙纖維表面光滑、幾乎沒有裂紋和缺陷。
[0202]圖6(d)的SEM照片表明，對本發(fā)明實(shí)施例3獲取的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙放大200倍后，發(fā)現(xiàn)其形貌特點(diǎn)為徑10?20微米、長400?500微米的纖維。
[0203]圖6(e)的SEM照片表明，對本發(fā)明實(shí)施例3獲取的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙放大2000倍后，發(fā)現(xiàn)碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物粒子沒有出現(xiàn)過度絮聚、微米級的紙纖維表面光滑、幾乎沒有裂紋和缺陷。
[0204]因?yàn)?，裂紋和缺陷極少、表面光滑的微米級的紙纖維，有助于提高紙張的勻度和韌性，所以，用本發(fā)明方法制作的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙張具有較高的勻度和韌性的優(yōu)點(diǎn)。
[0205]綜上，本發(fā)明的制備方法周期短，工藝簡單，常壓制備，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙，其特征在于，通過0.42?1.82mol/L的鎂離子水溶液，0.18?0.78mo VL的鋁離子水溶液、1.62?7.02mol/L的氫氧根離子懸濁液，0.24?1.04mol/L的碳酸鈉懸池液與廢棄的紙混合而成； 所述0.42?1.82moI/L的鎂離子水溶液，是用摩爾比為1:1:1的氯化鎂、硝酸鎂和硫酸鎂混合配制而成； 所述0.18?0.78moI/L的鋁離子水溶液，是用摩爾比為1:1:1的碳酸鋁、六水合氯化鋁和偏鋁酸鈉混合配制而成； 所述0.24?1.04mol/L的碳酸鈉懸濁液，是在500毫升去離子水中溶入12.72?55.12克碳酸鈉獲得； 所述1.62?7.02mol/L的氫氧根離子懸濁液，是用摩爾比為16:1的氫氧化鈉和氫氧化鈣混合配制而成； 所述廢棄的紙，添加量為10.2g/L?44.2g/L。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙，其特征在于，該復(fù)合阻燃紙的厚度為0.5mm?1.6mm。3.—種碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)配制鋁離子水溶液: 將 7.245 ?31.395 克的 AlCl3.6H20、7.02 ?30.42克的 Al2(⑶ 3)3和 2.46 ?10.66克的NaAlO2溶入到500ml去離子水中混合，配制成濃度為0.18?0.78mol/L的鋁離子水溶液，過濾去除鋁離子水溶液中的雜質(zhì)； (2)配制鎂離子水溶液: 將8.4?36.4克的MgS04、10.36?44.89克的Mg(NO3)2和6.65?28.82克的MgCl2溶入到500ml去離子水中混合，配制成濃度為0.42?1.82mol/L的鎂離子水溶液，過濾去除鎂離子水溶液中的雜質(zhì)； (3)制備氫氧根離子懸濁液: 將30.5?132.14克的NaOH和3.53?15.28克的Ca(OH)2溶入到500ml去離子水中混合，配制成濃度為1.62?7.02mol/L的氫氧根離子懸濁液； (4)制備碳酸鈉懸濁液: 將12.72?55.12克Na2CO3溶入到500毫升的去離子水中，配制成濃度為0.24?1.04mol/L的碳酸鈉懸濁液； (5)制備碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相懸濁液: 將鎂離子水溶液、鋁離子水溶液和碳酸鈉懸濁液進(jìn)行混合加熱攪拌;然后將加熱溫度升高到90°C，并向此鎂離子、招離子和碳酸鈉的混合液中以8毫升/分鐘的速度加入200毫升氫氧根離子懸濁液，以600轉(zhuǎn)/分鐘速度進(jìn)行混合加熱攪拌;之后，再將加熱溫度升高到100°C，繼續(xù)以15毫升/分鐘的速度加入300毫升氫氧根離子懸濁液，并以400轉(zhuǎn)/分鐘速度繼續(xù)進(jìn)行混合加熱攪拌，得到碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相懸濁液； (6)制備洗滌后的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物: 將碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相懸濁液在20?30°C的室溫下靜置20?30分鐘，倒掉上層清液，再在此碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物中加入1000毫升的去離子水，再靜置0.5?I小時，倒掉上層清液;如此反復(fù)2?3次，得到洗滌后的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物； (7)制備碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合紙漿漿料: 在洗滌后的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)相沉淀物中加入500毫升的去離子水，并放入5.1?22.1克翦碎的廢棄紙，進(jìn)行加熱攪拌，加熱溫度為50?80°C，攪拌速度為1200?2400轉(zhuǎn)/分鐘，加熱攪拌時間為0.2?0.3小時，得到碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合紙漿漿料； (8)制備碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙: 將網(wǎng)孔大小為40目?60目的面篩子水平放置，將200毫升碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合紙漿漿料平鋪到面篩子上去除水分，獲得碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙胚體;然后將復(fù)合阻燃紙胚體從面篩子揭下來放到平板上涼干，獲得碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟(I)中過濾去除鋁離子水溶液中的雜質(zhì)，按如下步驟進(jìn)行: 先將漏斗架到儀器支架上面，將干凈的燒杯放到漏斗下面； 然后，將濾紙折疊鋪到漏斗上面； 之后，將鋁離子水溶液按30毫升/分鐘的速度倒到濾紙上面，獲得去除雜質(zhì)后的鋁離子水溶液。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟(2)中過濾去除鎂離子水溶液中的雜質(zhì)，按如下步驟進(jìn)行: 先將漏斗架到儀器支架上面，將干凈的燒杯放到漏斗下面； 然后，將濾紙折疊鋪到漏斗上面； 之后，將鎂離子水溶液按40毫升/分鐘的速度倒到濾紙上面，獲得去除雜質(zhì)后的鎂離子水溶液。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟(5)中將鎂離子水溶液、鋁離子水溶液和碳酸鈉懸濁液進(jìn)行混合加熱攪拌，其工藝條件是:攪拌速度為800轉(zhuǎn)/分鐘，加熱溫度75°C，攪拌時間25分鐘。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟(8)中將200毫升碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合紙漿漿料平鋪到面篩子上去除水分，按如下步驟進(jìn)行: 先將濾紙平鋪到面篩子上面的碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合紙漿漿料上面，再將鹿皮巾平鋪到濾紙上面，均勻按壓鹿皮巾0.01?0.012小時； 之后，揭下鹿皮巾，擰干水，再將擰干后鹿皮巾重新平鋪到濾紙上面，均勻按壓0.01?0.012小時； 之后，揭下鹿皮巾，擰干水，如此反復(fù)4?5次，獲得碳酸鈣與鋁鎂納米復(fù)合阻燃紙胚體。
【文檔編號】D21H21/34GK106049161SQ201610351633
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】任慶利, 羅強(qiáng), 雷天民, 李艷輝, 孫鵬, 羅杰華, 趙婷, 樊宇翔, 侯天佑
【申請人】西安電子科技大學(xué)