耐火纤维纸的研制

耐火纤维纸的研制

众所周知，纸和纸是由纤维织成的。由于其基本组成部分——植物纤维的可燃性,这就决定了纸制品的易燃性。然而,在建筑、银行、档案等行业的墙壁纸、拉花、票据、证券、账簿等,却对纸提出了防火阻燃的要求,因此,采用一定技术手段和工艺赋予纸或纸板以防火阻燃性具有特殊的意义。一、从源头制止纸板的燃烧同所有的燃烧一样,纸(纸板)燃烧的条件也是由可燃物、助燃物和火源组成。由于火源是一种人为因素,所以在制造防火阻燃纸时,只能通过改变可燃物特性和助燃物环境来达到阻燃目的。若能改变纸(纸板)本身的易燃特性,即可从源头制止纸(纸板)的燃烧,是阻燃的最佳方法,但一般成本较高,纸板强度较大。纸(纸板)的燃烧环境中,O2和温度是促使其燃烧的最主要因素,通过填充其他气体隔离O2,或降低温度,也能达到阻燃效果。一般采用化学助剂即可实现。因此,使纸(纸板)具有阻燃效果,一般从以下几个方面考虑:(一)采用耐火纤维,从源头制止纸(纸板)的燃烧;(二)隔离纸(纸板)与火焰,阻止火焰在纸面燃烧、蔓延;(三)降低或消耗燃烧环境中的氧,使环境缺乏最重要的燃烧条件;(四)降低燃烧区温度,使环境温度停留在纸面热解温度之下。二、高温纤维和热压纤维耐火纤维纸是由各种耐火纤维作原料并配以多种添加剂而制成的薄片制品。如:以硅酸铝纤维为主要原料,掺加适量的粘合剂,经一定的造纸工艺过程可制成硅酸铝纤维纸。由于硅酸铝耐火纤维之间无结合能力,彼此之间难于形成具有较高强度的片状织物,工艺上为了提高纸的强度,一般在制造过程中加入分散剂、稳定剂、胶黏剂等。它具有较好的耐高温性能和优良的隔热性能,可用作高温隔热材料、高温缓冲材料,还可用作有色金属熔液流槽的内衬材料,甚至可进一步加工制成管型、槽型及各种异型隔热制品。但是,这种耐火纤维纸一般成本较高,适合特殊用途的耐火用纸。目前,英国已研制和生产了一种名叫“Kionl”的纤维防火有机物。在所有人造纤维中,能承受2500℃高温的“Kionl”纤维是最耐火的纤维。这种纤维对大多数有机溶剂的作用稳定,有很高的抗张强度和绝热性能指标。这些纤维适用于制造纸、纸板和呢毯,具有极佳防火功能。耐火纤维纸的生产工艺过程为:首先要用水或其他介质把纤维充分分散,漂洗干净,除去绝大部分非纤维物。然后适量添加胶黏剂、稳定剂及其他助剂,同时不停地进行搅拌,保持制浆不沉淀,纸浆的浓度在0.1%～0.7%范围内,纸的均匀性和成品强度均较好。纸脱水后,用无机胶黏剂浸渍,干燥后捎去有机物便可得到具有一定高温强度的耐火纤维纸,但同时也呈现脆性,这时,须配以适量热塑性聚乙烯醇纤维作胶黏剂,严格控制干燥温度和时间,即可在一般造纸机上制得强度较大的耐火纤维纸。(一)阻燃剂的阻燃机理典型的阻燃剂有:NaHC03、K2CO3、N2S2O6、2H2O、硼砂、硼酸、水玻璃、铵盐,还有盐、水溶性基复盐、霞石(NaOAL2O3SO2)、气态氮、卤素衍生物、净化等。其原理主要有四种:隔离效应:阻燃剂燃烧时能在纸制品表面形成一层隔离层,起到阻止热传递、降低可燃性气体释放量和隔绝氧气的作用。如在纸(纸板)中添加硼砂、硼酸、水玻璃等物质。这些物质在高温下并在纸(纸板)燃烧时形成玻璃状保护层,从而隔离纸面与火焰,阻止火焰在纸面燃烧、蔓延。稀释效应:阻燃剂在燃烧温度下分解产生大量不燃性气体,如水、二氧化碳、氨气等。这些不燃性气体将可燃性气体浓度稀释到可燃浓度范围以下,窒息火焰,以阻止燃烧的发生。通过NaHCO3、K2CO3、N2S2O6、2H2O熔液浸渍纸(纸板),其过火燃烧时发生如下反应,生成的CO2、SO2等气体不能燃烧,可以达到窒息火焰的作用。吸热效应:阻燃剂具有吸热功能。利用阻燃在受热时发生分解反应(此过程一般为吸热反应),通过阻燃剂吸收热量以及热分解产生不燃性挥发物的汽热化,使纸及纸制品在受热情况下温度难以升高而阻止聚合物热降解的发生,起到阻燃作用。如在纸(纸板)中添加铵盐分解释放出不能燃烧的氮气(NH3),并伴有吸热作用,从而达到窒息火焰、降低燃烧区及周围空气温度的目的。抑制效应:高聚物的燃烧主要是OH自由基连锁反应,此类物质具有与OH自由基反复反应生成H2O的能力,结果抑制了产生自由基的连锁反应。(二)阻燃剂的用量在胶黏剂中添加阻燃剂,最根本的原则就是不能影响现用胶黏剂的物理性能,或用添加了阻燃剂的胶黏剂,其流态性、粘着力强度等物理性能应满足生产要求。同时,从经济效益方面考虑,所选阻燃剂应价廉、易得。对于每一种具有流态性的胶黏剂,都具有某种最佳粘度和表面张力指标。任何显著地偏离最佳指标的倾向,对粘合性的质量和其应用均会有不良影响。因此,选用阻燃剂,必须考虑其对胶黏剂的影响。在众多的阻燃剂中,有些会降低胶黏剂的流态性,另外一些则会提高胶黏剂的流态性。因此,可以向胶黏剂中加入至少两种以上的阻燃剂。其中一种能降低胶黏剂的流态性;另一种能提高其流态性。阻燃剂的总加入量依据纸制包装品的耐火程度而定,各种材料的配比,以达到最佳流态指标为准。为达到更好的阻燃性能,还应对胶黏剂的粘度、表面张力加以控制。如在淀粉胶黏剂中加入脲基树脂时,加入溴化钠(能降低胶黏剂的流态性)、氯化铵(能提高胶黏剂的流态性)这两种阻燃剂,则可制得既具