[发明专利]一种无机耐燃纸及其制备方法、应用

说明书

技术领域

本发明涉及耐燃纸及其制备领域，特别涉及一种无机耐燃纸及其制备方法、应用。

背景技术

纸是我们日常生活中扮演者非常重要的角色。纸可以用来写字、画画、印刷，扮演着记载和传递信息的角色；纸被世界上绝大多数国家用来制造钞票，承载着货币流通的任务；此外，纸材料也被广泛应用在包装、室内装修和环保等领域，一些特种纸由于独特的热学、力学、电学、磁学等性能还具有一些其他的特殊用途。传统的纸材料其主要成分为有机纤维素，因此容易发生发黄现象，并且遇火容易燃烧。历史上许多珍贵的文献资料因此都难以完整地保存至今。作为钞票用纸，传统的纸材料也存在同样的容易燃烧问题。可以说火是传统纸材料的克星。另一方面，传统的造纸技术工艺繁复，并且在生产过程中容易对环境造成严重的污染。造纸原料纸浆的主要来源是植物纤维，每年因造纸造成的毁林面积占全球森林减少面积的40％以上，对全球的环境和气候造成了难以估量的破坏。而据英国政府的权威报告指出，停止毁林是抗击气候变化最有效也最廉价的方式之一。

为了克服纸材料容易燃烧的缺点，开发替代传统纸张材料的制造技术以缓解环境压力，一些研究人员尝试用无机材料来制作耐燃的纸材料。比如采用溶胶凝胶或者熔体拉丝制备的玻璃或者陶瓷纤维为主要材料，通过施加无机粘结剂和填充剂制造无机耐燃纸。这种纸具有很好的耐燃特性，但由于传统技术制备的玻璃或者陶瓷纤维直径较粗，纤维柔韧性不高，导致制备的纸张材料也存在柔韧性差的缺点。这类无机耐燃纸适于作为建筑物装修材料、防火材料等使用，应用在书写、绘画、钞票制造、包装等方面显然不合适。另一种方法是以碳酸钙超细粉体为纸张主要原料，与一定比例的树脂和其他填充剂混合后通过类似塑料薄膜的制造工艺制造无机-有机复合纸材料，也就是前几年在国内声名大噪的“石头纸”。这种纸有着一定程度上的耐燃特性，但其有机树脂成分限制了其耐燃温度的提高，并且其有机树脂成分在自然环境中是否能降解也是一个极有争议的话题。最近，有研究者提出了采用化学法合成的陶瓷纳米纤维来制备无机耐燃纸的方法。这种方法以油酸钙为前驱体，通过水热反应制备出直径可控的羟基磷灰石超长纳米线，并以此作为新型纸张的构建材料，采用真空抽滤技术，制备出羟基磷灰石耐燃纸。虽然这种技术制备的耐燃纸有很好的耐高温性能以及较好的柔韧性和力学强度，但技术本身的制备效率低下，离实现工业化生产还有较大的距离。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的之一在于提供一种无机耐燃纸的制备方法，制备效率高，原料常见且廉价，制造过程简单、高效、安全、环保、节能，容易实现规模化生产。

本发明的目的之二在于提供一种无机耐燃纸，具有很好的柔韧性和很高的力学强度及化学稳定性。

本发明的目的之三在于提供上述无机耐燃纸的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种无机耐燃纸的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过溶胶凝胶技术合成硅酸盐玻璃前驱纺丝溶胶；

(2)以步骤(1)合成的硅酸盐玻璃前驱纺丝溶胶为纺丝液，通过静电纺丝技术制备硅酸盐玻璃纳米纤维无纺膜；

(3)将步骤(2)得到的硅酸盐玻璃纳米纤维无纺膜浸泡在无机填充剂溶液中，取出并沥干，随后在空气中室温下晾干，再用压辊机滚压压实，转移到烘箱中烘烤，得到无机耐燃纸；

所述无机填充剂溶液为钛酸丁酯的乙醇溶液、正硅酸乙酯的乙醇溶液、异丙醇铝的乙醇溶液、硝酸锆的乙醇溶液、硝酸钙的水溶液中的一种以上。

步骤(1)所述通过溶胶凝胶技术合成硅酸盐玻璃前驱纺丝溶胶，具体为：

将正硅酸乙酯、无水乙醇、水和浓度为30wt％的HCl溶液以质量比10:(8.7～43.6):(1.1～3.2):(0.04～0.25)混合均匀，然后通过加热水解和陈化得到硅酸盐玻璃前驱纺丝溶胶。

步骤(2)所述以步骤(1)合成的硅酸盐玻璃前驱纺丝溶胶为纺丝液，通过静电纺丝技术制备硅酸盐玻璃纳米纤维无纺膜，具体为：

将硅酸盐玻璃前驱纺丝溶胶密封在一端连接有金属针头的玻璃或者塑料容器中，由注射泵将溶胶从容器中由金属针头推出，其中供液速度为0.1～3mL/h，同时对金属针头施加5～20kV的高压直流静电场进行静电纺丝，得到的纤维用转速为1000～3000rpm的金属滚筒收集，通过收集时间的长短调控硅酸盐玻璃纳米纤维无纺膜的厚度。