鎂鋁類水滑石的合成及其在紙張阻燃中的應(yīng)用.pdf

1、紙?jiān)谌藗兩詈蜕鐣?huì)發(fā)展中起著十分重要的作用,其應(yīng)用范圍很廣。但是,紙及紙制品是極易燃燒的物質(zhì)。很多火災(zāi)是由紙及紙制品被引燃所造成的。因此對紙張的阻燃處理是十分必要的。目前,造紙用阻燃劑用量最大的還是鹵系阻燃劑,但因?yàn)槠渥枞歼^程中分解的產(chǎn)物對人體有害并污染環(huán)境,這類阻燃劑勢必將被更加環(huán)保、高效的無機(jī)阻燃劑取代。鎂鋁類水滑石兼具了氫氧化鎂和氫氧化鋁類阻燃劑的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)又克服了它們各自的不足,具有阻燃、消煙和填充等功能。是一種高效、無鹵、無毒

2、和低煙的新型阻燃劑。本文對鎂鋁類水滑石和其改性產(chǎn)物的合成、表征及其在紙張阻燃中的應(yīng)用做了深入的研究。
　　首先,考查了原始鎂鋁摩爾比例和層間陰離子對水滑石性能的影響,合成了鎂鋁摩爾比例分別為3:1、2:1、1:1、1:2和1:3,層間陰離子分別為C1-、NO3-、CO32-和Cl-/NO3-的水滑石,并將其以漿內(nèi)添加的方式應(yīng)用于紙張阻燃中。結(jié)果表明,合成的不同類型的鎂鋁水滑石體積平均粒徑均在200nm左右,且具有較高的正電荷。隨著

3、原始鎂鋁比例的降低,水滑石的粒徑逐漸減小,而zeta電位和電荷密度則呈逐漸上升的趨勢。當(dāng)鎂鋁比例較高時(shí)層間陰離子為Cl-、CO32-和Cl-/NO3-的水滑石結(jié)晶度較高且晶相均一。水滑石的熱分解都分為兩個(gè)過程,物理吸附和層間水的脫除以及層板OH-基團(tuán)和層間陰離子的脫除.層間陰離子為Cl-/NO3-的水滑石分解溫度范圍最廣,熱解殘余量也最高,為58.74%,說明其熱穩(wěn)定性最好。原始鎂鋁比例為3:1,層間陰離子為Cl-/NO3-的水滑石阻燃

4、性最好,當(dāng)其加入量為20%時(shí),阻燃紙的氧指數(shù)為26.2%,達(dá)到難燃級,且隨著鎂鋁比例的降低,水滑石的阻燃性也逐漸降低。隨著水滑石加入量的增加,阻燃紙的耐破指數(shù)和抗張指數(shù)基本上呈先上升后下降的趨勢,當(dāng)水滑石加入量超過10%后對阻燃紙的物理強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響,其中鎂鋁比例為3:1,層間陰離子為Cl-/NO3-的水滑石當(dāng)其加入量為20%時(shí),紙張的耐破指數(shù)和抗張指數(shù)分別降低了25.93%和21.94%。原始鎂鋁比例為3:1,層間陰離子為CO32-

5、的水滑石白度最高,當(dāng)其加入量為20%時(shí),阻燃紙的白度由空白紙樣的77.1%提高到了81.7%,提高了5.97%。
　　然后,合成了Zn2+摻雜和硅摻雜的改性鎂鋁水滑石,并探討了其和鎂鋁水滑石對紙張性能的影響。結(jié)果表明,合成的Zn-Mg-Al LDH和Si-Mg-Al LDH均具有典型的水滑石的結(jié)構(gòu),且結(jié)晶度較好,晶相單一,帶有較高的正電荷,引入Zn2+后水滑石的粒徑有所增大,電荷密度有所降低,而硅摻雜后水滑石的粒徑有所降低,電荷密

6、度有所提高。Zn2+的引入和硅的摻雜明顯提高了鎂鋁水滑石的阻燃性,當(dāng)層間陰離子為Cl-/NO3-的Zn-Mg-Al LDH和Si-Mg-Al LDH添加量為20%時(shí),阻燃紙的氧指數(shù)分別為26.7%和26.6%,相對空白紙樣的16.9%分別提高了57.99%和57.39%,而相對于添加相同量未改性鎂鋁水滑石的阻燃紙也分別提高了3.1%和2.7%。添加Zn-Mg-Al LDH的阻燃紙的物理強(qiáng)度明顯大于添加Mg-Al LDH的阻燃紙,當(dāng)層間陰

7、離子為Cl-/NO3-的Zn—Mg-AI LDH添加量為20%時(shí),阻燃紙的耐破指數(shù)和抗張指數(shù)分別為0.92 kPa·m2·g-1和16.35 N·m·g-1,相對添加相同量鎂鋁水滑石的阻燃紙分別提高了15.00%和8.93%:而摻雜硅和未進(jìn)行硅摻雜的鎂鋁水滑石對紙張物理強(qiáng)度的影響差別不大。Zn-Mg-Al LDH比Mg-Al LDH具有更高的白度,當(dāng)層間陰離子為CO32-、Cl-/NO3-的Zn—Mg-Al LDH添加量為20%時(shí),阻燃

8、紙的白度分別為83.2%和81.7%,相對添加相同量鎂鋁水滑石的阻燃紙分別提高了1.84%和1.24%;而硅摻雜后水滑石的白度有一定程度的降低,對阻燃紙的白度有不利影響。
　　最后,對合成的鎂鋁水滑石進(jìn)行了有機(jī)化改性,分別用油酸鈉、單硬脂酸甘油酯、硬脂酸鈉對其進(jìn)行了改性,對其性能進(jìn)行了分析并應(yīng)用于紙張中,分析了紙張的性能。結(jié)果表明,所選用的改性劑能對鎂鋁水滑石進(jìn)行有效的改性,改性后的鎂鋁水滑石出現(xiàn)了相應(yīng)的官能團(tuán)。但是有機(jī)化改性對鎂