耐火纖維紙的研制

耐火纖維紙的研制

眾所周知，紙和紙是由纖維織成的。由于其基本組成部分——植物纖維的可燃性,這就決定了紙制品的易燃性。然而,在建筑、銀行、檔案等行業(yè)的墻壁紙、拉花、票據(jù)、證券、賬簿等,卻對紙?zhí)岢隽朔阑鹱枞嫉囊?因此,采用一定技術(shù)手段和工藝賦予紙或紙板以防火阻燃性具有特殊的意義。一、從源頭制止紙板的燃燒同所有的燃燒一樣,紙(紙板)燃燒的條件也是由可燃物、助燃物和火源組成。由于火源是一種人為因素,所以在制造防火阻燃紙時,只能通過改變可燃物特性和助燃物環(huán)境來達(dá)到阻燃目的。若能改變紙(紙板)本身的易燃特性,即可從源頭制止紙(紙板)的燃燒,是阻燃的最佳方法,但一般成本較高,紙板強(qiáng)度較大。紙(紙板)的燃燒環(huán)境中,O2和溫度是促使其燃燒的最主要因素,通過填充其他氣體隔離O2,或降低溫度,也能達(dá)到阻燃效果。一般采用化學(xué)助劑即可實現(xiàn)。因此,使紙(紙板)具有阻燃效果,一般從以下幾個方面考慮:(一)采用耐火纖維,從源頭制止紙(紙板)的燃燒;(二)隔離紙(紙板)與火焰,阻止火焰在紙面燃燒、蔓延;(三)降低或消耗燃燒環(huán)境中的氧,使環(huán)境缺乏最重要的燃燒條件;(四)降低燃燒區(qū)溫度,使環(huán)境溫度停留在紙面熱解溫度之下。二、高溫纖維和熱壓纖維耐火纖維紙是由各種耐火纖維作原料并配以多種添加劑而制成的薄片制品。如:以硅酸鋁纖維為主要原料,摻加適量的粘合劑,經(jīng)一定的造紙工藝過程可制成硅酸鋁纖維紙。由于硅酸鋁耐火纖維之間無結(jié)合能力,彼此之間難于形成具有較高強(qiáng)度的片狀織物,工藝上為了提高紙的強(qiáng)度,一般在制造過程中加入分散劑、穩(wěn)定劑、膠黏劑等。它具有較好的耐高溫性能和優(yōu)良的隔熱性能,可用作高溫隔熱材料、高溫緩沖材料,還可用作有色金屬熔液流槽的內(nèi)襯材料,甚至可進(jìn)一步加工制成管型、槽型及各種異型隔熱制品。但是,這種耐火纖維紙一般成本較高,適合特殊用途的耐火用紙。目前,英國已研制和生產(chǎn)了一種名叫“Kionl”的纖維防火有機(jī)物。在所有人造纖維中,能承受2500℃高溫的“Kionl”纖維是最耐火的纖維。這種纖維對大多數(shù)有機(jī)溶劑的作用穩(wěn)定,有很高的抗張強(qiáng)度和絕熱性能指標(biāo)。這些纖維適用于制造紙、紙板和呢毯,具有極佳防火功能。耐火纖維紙的生產(chǎn)工藝過程為:首先要用水或其他介質(zhì)把纖維充分分散,漂洗干凈,除去絕大部分非纖維物。然后適量添加膠黏劑、穩(wěn)定劑及其他助劑,同時不停地進(jìn)行攪拌,保持制漿不沉淀,紙漿的濃度在0.1%～0.7%范圍內(nèi),紙的均勻性和成品強(qiáng)度均較好。紙脫水后,用無機(jī)膠黏劑浸漬,干燥后捎去有機(jī)物便可得到具有一定高溫強(qiáng)度的耐火纖維紙,但同時也呈現(xiàn)脆性,這時,須配以適量熱塑性聚乙烯醇纖維作膠黏劑,嚴(yán)格控制干燥溫度和時間,即可在一般造紙機(jī)上制得強(qiáng)度較大的耐火纖維紙。(一)阻燃劑的阻燃機(jī)理典型的阻燃劑有:NaHC03、K2CO3、N2S2O6、2H2O、硼砂、硼酸、水玻璃、銨鹽,還有鹽、水溶性基復(fù)鹽、霞石(NaOAL2O3SO2)、氣態(tài)氮、鹵素衍生物、凈化等。其原理主要有四種:隔離效應(yīng):阻燃劑燃燒時能在紙制品表面形成一層隔離層,起到阻止熱傳遞、降低可燃性氣體釋放量和隔絕氧氣的作用。如在紙(紙板)中添加硼砂、硼酸、水玻璃等物質(zhì)。這些物質(zhì)在高溫下并在紙(紙板)燃燒時形成玻璃狀保護(hù)層,從而隔離紙面與火焰,阻止火焰在紙面燃燒、蔓延。稀釋效應(yīng):阻燃劑在燃燒溫度下分解產(chǎn)生大量不燃性氣體,如水、二氧化碳、氨氣等。這些不燃性氣體將可燃性氣體濃度稀釋到可燃濃度范圍以下,窒息火焰,以阻止燃燒的發(fā)生。通過NaHCO3、K2CO3、N2S2O6、2H2O熔液浸漬紙(紙板),其過火燃燒時發(fā)生如下反應(yīng),生成的CO2、SO2等氣體不能燃燒,可以達(dá)到窒息火焰的作用。吸熱效應(yīng):阻燃劑具有吸熱功能。利用阻燃在受熱時發(fā)生分解反應(yīng)(此過程一般為吸熱反應(yīng)),通過阻燃劑吸收熱量以及熱分解產(chǎn)生不燃性揮發(fā)物的汽熱化,使紙及紙制品在受熱情況下溫度難以升高而阻止聚合物熱降解的發(fā)生,起到阻燃作用。如在紙(紙板)中添加銨鹽分解釋放出不能燃燒的氮氣(NH3),并伴有吸熱作用,從而達(dá)到窒息火焰、降低燃燒區(qū)及周圍空氣溫度的目的。抑制效應(yīng):高聚物的燃燒主要是OH自由基連鎖反應(yīng),此類物質(zhì)具有與OH自由基反復(fù)反應(yīng)生成H2O的能力,結(jié)果抑制了產(chǎn)生自由基的連鎖反應(yīng)。(二)阻燃劑的用量在膠黏劑中添加阻燃劑,最根本的原則就是不能影響現(xiàn)用膠黏劑的物理性能,或用添加了阻燃劑的膠黏劑,其流態(tài)性、粘著力強(qiáng)度等物理性能應(yīng)滿足生產(chǎn)要求。同時,從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮,所選阻燃劑應(yīng)價廉、易得。對于每一種具有流態(tài)性的膠黏劑,都具有某種最佳粘度和表面張力指標(biāo)。任何顯著地偏離最佳指標(biāo)的傾向,對粘合性的質(zhì)量和其應(yīng)用均會有不良影響。因此,選用阻燃劑,必須考慮其對膠黏劑的影響。在眾多的阻燃劑中,有些會降低膠黏劑的流態(tài)性,另外一些則會提高膠黏劑的流態(tài)性。因此,可以向膠黏劑中加入至少兩種以上的阻燃劑。其中一種能降低膠黏劑的流態(tài)性;另一種能提高其流態(tài)性。阻燃劑的總加入量依據(jù)紙制包裝品的耐火程度而定,各種材料的配比,以達(dá)到最佳流態(tài)指標(biāo)為準(zhǔn)。為達(dá)到更好的阻燃性能,還應(yīng)對膠黏劑的粘度、表面張力加以控制。如在淀粉膠黏劑中加入脲基樹脂時,加入溴化鈉(能降低膠黏劑的流態(tài)性)、氯化銨(能提高膠黏劑的流態(tài)性)這兩種阻燃劑,則可制得既具