[发明专利]一种含稀土水滑石阻燃纸及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学领域，特别是一种含稀土水滑石阻燃纸及其制备方法和应用。

背景技术

以植物纤维为原料的纸材料以其原料来源广泛，印刷性能好，便于复合加工，便于工业化生产，便于运输，成本低，重量轻，废弃物可回收利用且可降解等优点被广泛应用于包装、建筑、装饰等领域。但是，纸质材料易于燃烧，且燃烧速度极快，它们一接触火就会化为灰烬，并且它们通常是火灾的引燃物质，或推动火势迅猛地发展，不少火灾是纸质材料被引燃所造成的。由纸质材料带来的火灾隐患已成为全球关注的社会问题，改变其易燃性也愈来愈受到人们的高度重视。从消防安全的角度出发，纸质材料尤其是用于包装、建筑等方面的纸质材料都必须经过阻燃处理。对纸质材料进行阻燃处理可以降低火灾隐患、阻止和延缓火焰蔓延趋势，赢得扑救时间，减少火灾损失。因此，对纸包材料进行阻燃处理也是十分必要的。目前，我国生产的阻燃纸主要通过添加阻燃剂，其中应用最广泛的是含卤阻燃剂。但是，一般含卤阻燃材料发生火灾时释放出大量烟雾和有毒、有害腐蚀性气体，火灾事故中的人员致死原因80%以上与材料产生的浓烟和有毒气体有关。因此，研究和开发无卤、高效、无毒、环保的阻燃材料具有十分重要的意义。

层状双羟基复合金属氧化物（Layered Double Hydroxides, 简称LDHs）是水滑石（Hydrotalcite, 简称HT）和类水滑石化合物（Hydrotalcite-Like Compounds, 简称HTLCs）的统称，由这些化合物插层组装的一系列超分子材料称为水滑石类插层材料（简称LDHs）。其化学组成通式为：[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^z+[A^n-]_z/n·mH₂O。LDHs在受热时，其结构水和层板羟基及层间阴离子以水和CO₂的形式脱出，起到降低燃烧气体浓度、阻隔O₂气的阻燃作用；并可减少对基材物理性能的不良影响，有利于提高燃烧时的氧指数，加强阻燃效果；LDHs经500℃-600℃高温分解后形成多孔、比表面大的复合金属氧化物，吸附燃烧过程中产生的烟雾，从而起到抑烟作用。LDHs的结构水、层板羟基及层间阴离子在不同温度范围内脱离层板，从而可在较大范围内(200~800℃)释放阻燃物种；在阻燃过程中，吸热量大，有利于降低燃烧时产生的高温。LDHs显著的阻燃效果和特殊的理化性能，可以实现少的添加量和高的阻燃效率，从而达到真正的高效阻燃。目前，LDHs主要应用于催化、吸附、离子交换，在阻燃领域内的研究相对较少，有些研究者合成了二元LDHs(如MgAl-CO₃)和三元LDHs(如MgAlZn-CO₃)，并应用在阻燃高分子材料中。目前，国内将LDHs应用于阻燃纸中的研究比较少。专利《一种LDHs阻燃纸的制备方法》通过添加MgAlZnFe-CO₃水滑石制备的阻燃纸具有一定的阻燃效果，但其阻燃效果的改善有限。

稀土在高分子材料领域中已经得到广泛的应用，有关研究已显示稀土化合物在改进塑料、橡胶、纤维、涂料等高分子材料加工和应用性能以及赋予高分子材料新功能等方面具有独特的功效；如：镧系化合物可以作为PVC 的热稳定剂。与传统的阻燃剂如三氧化二锑相比，稀土阻燃剂具有潜在的无卤、高效、低烟、多功能等特点，氧化镧已作为阻燃协效剂应用在膨胀型阻燃剂体系，以提高阻燃材料的阻燃效果。可见，稀土在阻燃方面具有潜在的应用价值。

目前，国内也有很多将稀土氧化物和水滑石作为阻燃剂来使用，但一般都是当做阻燃助剂，还需要另外一种主阻燃剂。这样就使工艺更加复杂，增加了生产成本。另外，大部分研究报道都是含稀土元素LDHs在阻燃聚合物材料中的应用，而在阻燃纸中的应用研究未见文献报道。

为了提高LDHs在阻燃纸中的阻燃效果，本专利在LDHs的层板上引入稀土元素制备含稀土元素水滑石，然后采用不同方法把含稀土水滑石添加到纸纤维中，或对纸纤维进行改性，制备阻燃纸。此类含稀土水滑石阻燃纸利用稀土元素的协效阻燃作用，其阻燃效果得到了显著提高，且力学性能优良。另外，本专利发明的含稀土水滑石阻燃纸采用的是一种无卤阻燃剂，具有环保、高效、无污染的特点；该阻燃纸制备方法简单、多样，适于工业生产。这种含稀土水滑石阻燃纸可广泛应用于包装、建筑以及生活用纸等领域。

发明内容