专利摘要

专利摘要

本发明公开了一种核壳结构的纸用阻燃剂，可用于浆内添加，解决了现有技术中浆内添加阻燃剂会对纸板的性能产生不良影响的问题。本发明的核壳结构的纸用阻燃剂由包括以下重量份的原料制成：羟丙基甲基纤维素0.1‑1份，乳化剂5‑10份，核壳结构的阻燃剂颗粒20‑50份；所述核壳结构的阻燃剂颗粒以聚乙烯亚胺交联物为外壳，以包裹了聚磷酸铵的纳米分子筛为内核。本发明还公开了一种核壳结构的纸用阻燃剂的制备方法和应用。本发明的核壳结构的纸用阻燃剂，能在纸张中均匀分散，且不影响纸张的各项性能，本发明的方法简单，操作简便。

权利要求

1.一种核壳结构的纸用阻燃剂，其特征在于，由包括以下重量份的原料制成：羟丙基甲基纤维素0.1-1份，乳化剂5-10份，核壳结构的阻燃剂颗粒20-50份；所述核壳结构的阻燃剂颗粒以聚乙烯亚胺交联物为外壳，以包裹了聚磷酸铵的纳米分子筛为内核；所述阻燃剂颗粒由包括以下重量份的组分制成：

磷酸80-120份；

尿素90-140份；

纳米分子筛60-90份；

聚乙烯亚胺30-120份；

戊二醛1-15份；

所述阻燃剂颗粒的制备方法包括以下步骤：

步骤1.按重量份称取各原料；

步骤2.预聚体溶液的制备：取聚乙烯亚胺溶液，加入戊二醛溶液，充分搅拌后，加热至70-90℃后保温，得到预聚体溶液；

步骤3.将磷酸加热至60-80℃后，加入尿素，缓慢升温至120-140℃后，加入纳米分子筛，在高速搅拌条件下分散，保温30-50min，降温至70-90℃，逐滴加入步骤2制得的预聚体溶液，在70-90℃条件下充分搅拌，聚合反应，并保证反应体系的pH值为3-5，反应完成后，再调节pH值呈弱碱性，静置后离心分离，依次用水、无水乙醇洗涤，干燥，得到核壳结构的阻燃剂颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种核壳结构的纸用阻燃剂，其特征在于，所述阻燃剂颗粒由包括以下重量份的组分制成：

磷酸100份；

尿素100份；

纳米分子筛70份；

聚乙烯亚胺60份；

戊二醛10份。

3.根据权利要求1或2所述的一种核壳结构的纸用阻燃剂，其特征在于，所述纳米分子筛为纳米ZSM-5沸石分子筛。

4.根据权利要求1-3 任意一项所述的一种核壳结构的纸用阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.按重量份称取各原料；

步骤2.预聚体溶液的制备：取聚乙烯亚胺溶液，加入戊二醛溶液，充分搅拌后，加热至70-90℃后保温，得到预聚体溶液；

步骤3.将磷酸加热至60-80℃后，加入尿素，缓慢升温至120-140℃后，加入纳米分子筛，在高速搅拌条件下分散，保温30-50min，降温至70-90℃，逐滴加入步骤2制得的预聚体溶液，在70-90℃条件下充分搅拌，聚合反应，并保证反应体系的pH值为3-5，反应完成后，再调节pH值呈弱碱性，静置后离心分离，依次用水、无水乙醇洗涤，干燥，得到核壳结构的阻燃剂颗粒；

步骤4.将羟丙基甲基纤维素加水分散后，加入乳化剂、所述阻燃剂颗粒，混合均匀，出料；

所述步骤3中高速搅拌为3000-4000转/分。

5.根据权利要求4所述的一种核壳结构的纸用阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤2中所述聚乙烯亚胺溶液的浓度为5-10wt%；所述戊二醛溶液的浓度为3-7wt%，步骤4中将羟丙基甲基纤维素加5-10倍量的水分散。

6.根据权利要求5所述的一种核壳结构的纸用阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤4中，加入乳化剂、所述阻燃剂颗粒，混合均匀后，再调节体系的pH值为7.5-8.5，出料。

7.权利要求1-3任意一项所述的纸用阻燃剂的应用，其特征在于，将所述纸用阻燃剂与纸浆混合后制备阻燃纸。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述纸用阻燃剂用量为纸张绝对干纤维量的10-20wt%。

说明书

技术领域

本发明属于阻燃剂技术领域，具体涉及一种核壳结构的纸用阻燃剂及其制备方法和应用。

背景技术

纸板是由纤维交织而成，这就使得其具有可燃性，并且燃烧时速度快，形成的火势发展迅猛。在某些特殊行业对纸板的阻燃性就提出要求。要制备具有阻燃效果的纸板一般以下方面考察：首先，原材料若采用阻燃纤维制备，可从源头上制止纸板的燃烧，但以此制备的纸板成本非常高；其次，使纸板与火焰隔离，或降低氧含量和燃烧温度，此法一般采用添加阻燃剂。

使用阻燃剂制备阻燃纸版有3种方法：一是涂布法，将阻燃剂涂布于纸板表面；二是浸渍法，将纸板浸渍于含阻燃剂的溶液中；三是浆内添加法，就是在打浆时将阻燃剂加入。采用涂布法时，会存在阻燃剂分布不均匀，成膜性能不好，易发生老化、断裂的问题。采用浸渍法制备的纸板，存在吸湿性强的缺点。采用浆内添加法制备纸板，阻燃剂均匀地分布在纸板内，阻燃效果良好，但是浆内添加阻燃剂，会对纸板的性能产生不良影响。

因此，提供一种用于浆内添加的阻燃剂，在起到良好阻燃作用的同时，不会影响纸板的各项性能，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供一种核壳结构的纸用阻燃剂，可用于浆内添加，解决现有技术中浆内添加阻燃剂会对纸板的性能产生不良影响的问题。

本发明的目的之二在于，提供该核壳结构的纸用阻燃剂的制备方法。

本发明的目的之三在于，提供该核壳结构的纸用阻燃剂的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明所述的一种核壳结构的纸用阻燃剂，由包括以下重量份的原料制成：羟丙基甲基纤维素0.1-1份，乳化剂5-10份，核壳结构的阻燃剂颗粒20-50份；所述核壳结构的阻燃剂颗粒以聚乙烯亚胺交联物为外壳，以包裹了聚磷酸铵的纳米分子筛为内核。

进一步地，所述阻燃剂颗粒由以下包括以下重量份的组分制成：

磷酸80-120份；

尿素90-140份；

纳米分子筛60-90份；

聚乙烯亚胺30-120份；

戊二醛1-15份。

进一步地，所述纸用阻燃剂由包括以下重量份的组分制成：

磷酸100份；

尿素100份；

纳米分子筛70份；

聚乙烯亚胺60份；

戊二醛10份。

进一步地，所述纳米分子筛为纳米ZSM-5沸石分子筛。

本发明所述的一种核壳结构的纸用阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.按重量份称取各原料；

步骤2.预聚体溶液的制备：取聚乙烯亚胺溶液，加入戊二醛溶液，充分搅拌后，加热至70-90℃后保温，得到预聚体溶液；

步骤3.将磷酸加热至60-80℃后，加入尿素，缓慢升温至120-140℃后，加入纳米分子筛，在高速搅拌条件下分散，保温30-50min，降温至70-90℃，逐滴加入步骤2制得的预聚体溶液，在70-90℃条件下充分搅拌，聚合反应，并保证反应体系的pH值为3-5，反应完成后，再调节pH值呈弱碱性，静置后离心分离，依次用水、无水乙醇洗涤，干燥，得到核壳结构的阻燃剂颗粒；

步骤4.将羟丙基甲基纤维素加水分散后，加入乳化剂、所述阻燃剂颗粒，混合均匀，出料。

进一步地，步骤2中所述聚乙烯亚胺溶液的浓度为5-10wt％；所述戊二醛溶液的浓度为3-7wt％，步骤4中将羟丙基甲基纤维素加5-10倍量的水分散。

进一步地，所述步骤3中高速搅拌为3000-4000转/分。

进一步地，步骤4中，加入乳化剂、所述阻燃剂颗粒，混合均匀后，再调节体系的pH值为7.5-8.5，出料。

本发明所述的纸用阻燃剂的应用，将所述纸用阻燃剂与纸浆混合后制备阻燃纸。

进一步地，所述纸用阻燃剂用量为纸张绝对干纤维量的10-20wt％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的核壳结构的纸用阻燃剂，能在纸张中均匀分散，且不影响纸张的各项性能，本发明的方法简单，操作简便。

本发明的核壳结构的阻燃剂颗粒，以聚乙烯亚胺交联物为外壳，以包裹了聚磷酸铵的纳米分子筛为内核。分子筛表面具有大量的微孔，在聚磷酸铵的合成过程中加入分子筛，利用分子筛的多孔性和高吸附性，使磷酸和尿素在分子筛的表面和微孔内部发生原位聚合反应，从而使大量的聚磷酸铵与分子筛形成紧密结合，从而具有更好的热稳定性，提高阻燃作用。

聚乙烯亚胺能有效增加纸张的湿强度，将其交联物包覆于纳米分子筛表面，通过聚乙烯亚胺将阻燃剂颗粒与纸张纤维结合起来，改变了传统了阻燃剂颗粒以物理分散的方式存在于纸张中，从而影响纸张强度等性能的问题。

本发明中的羟丙基甲基纤维素可以用作保护胶体，使阻燃剂颗粒在纸浆中均匀分散外，同时羟丙基甲基纤维素带有氢键，能与纸浆纤维及阻燃剂颗粒结合，强化纸张强度。

本发明的纸用阻燃剂呈弱碱性，能有效中和纸张中的游离酸，满足档案类用纸的需求。

本发明方法采用在合成聚磷酸铵的过程中加入纳米分子筛，使生成的小粒径的聚磷酸铵直接进入分子筛孔道内，减少了乳化剂的用量，降低了生产成本。

具体实施方式

以下具体实施例可以对本发明的内容做出更为详细的说明，但本发明的主题范围不局限于以下具体实施例，凡是基于本发明内容所实现的技术、工艺均属于本发明的范围。

本发明实施例中纸张的燃烧测试参照GB/T 14656-2009进行，具体如下：

将纸张裁成21cm×7cm，用调整到长度4cm的火焰点火12s后移开火焰，测定余烬时间和纸条炭化的长度。每组燃烧试验进行2次实验。

本发明实施例中纸板的抗张性能测试参照GB/T 12914-2008进行，具体如下：

样条尺寸为21cm×1.5cm，量程设置为200mm，拉伸速率为20mm/min，夹间距设置为180mm。抗张性能试验平行2次实验。

实施例1

本实施例提供了本发明的核壳结构的阻燃剂颗粒的制备，具体为：

步骤1.按重量份称取各原料：

磷酸100份；

尿素100份；

纳米分子筛70份；

聚乙烯亚胺60份；

戊二醛10份。

步骤2.预聚体溶液的制备：取聚乙烯亚胺加水配制成浓度为8wt％的溶液；取戊二醛加水配制成浓度为5wt％的溶液，将戊二醛溶液加入到聚乙烯亚胺溶液中，充分搅拌后，加热至80℃后保温，得到预聚体溶液；

步骤3.将磷酸加热至70℃后，加入尿素，缓慢升温至130℃后，控制升温速率为2℃/min，然后加入纳米分子筛，以3500转/分的转速搅拌分散，保温40min后，降温至80℃，逐滴加入步骤2制得的预聚体溶液，在80℃条件下以200转/分的转速搅拌，聚合反应，并保证反应体系的pH值为4，反应完成后，再调节pH值为7.5，静置后离心分离，依次用水、无水乙醇洗涤，干燥，得到核壳结构的阻燃剂颗粒。

实施例2

本实施例提供了本发明的核壳结构的阻燃剂颗粒的制备，具体为：

步骤1.按重量份称取各原料：

磷酸80份；

尿素140份；

纳米分子筛90份；

聚乙烯亚胺30份；

戊二醛15份。

步骤2.预聚体溶液的制备：取聚乙烯亚胺加水配制成浓度为5wt％的溶液；取戊二醛加水配制成浓度为7wt％的溶液，将戊二醛溶液加入到聚乙烯亚胺溶液中，充分搅拌后，加热至90℃后保温，得到预聚体溶液；

步骤3.将磷酸加热至80℃后，加入尿素，缓慢升温至120℃后，控制升温速率为2℃/min，然后加入纳米分子筛，以3000转/分的转速搅拌分散，保温50min后，降温至70℃，逐滴加入步骤2制得的预聚体溶液，在70℃条件下以100转/分的转速搅拌，聚合反应，并保证反应体系的pH值为3，反应完成后，再调节pH值为7.5，静置后离心分离，依次用水、无水乙醇洗涤，干燥，得到核壳结构的阻燃剂颗粒。

实施例3

本实施例提供了本发明的核壳结构的阻燃剂颗粒的制备，具体为：

步骤1.按重量份称取各原料：

磷酸120份；

尿素90份；

纳米分子筛60份；

聚乙烯亚胺120份；

戊二醛1份。

步骤2.预聚体溶液的制备：取聚乙烯亚胺加水配制成浓度为10wt％的溶液；取戊二醛加水配制成浓度为3wt％的溶液，将戊二醛溶液加入到聚乙烯亚胺溶液中，充分搅拌后，加热至70℃后保温，得到预聚体溶液；

步骤3.将磷酸加热至60℃后，加入尿素，缓慢升温至140℃后，控制升温速率为2℃/min，然后加入纳米分子筛，以4000转/分的转速搅拌分散，保温30min后，降温至90℃，逐滴加入步骤2制得的预聚体溶液，在90℃条件下以300转/分的转速搅拌，聚合反应，并保证反应体系的pH值为5，反应完成后，再调节pH值为7.4，静置后离心分离，依次用水、无水乙醇洗涤，干燥，得到核壳结构的阻燃剂颗粒。

实施例4

本实施例提供了本发明的核壳结构的纸用阻燃剂的制备方法，具体如下：

步骤1.按重量份称取原料：羟丙基甲基纤维素0.5份，乳化剂7份，核壳结构的阻燃剂颗粒35份。本实施例的核壳结构的阻燃剂颗粒为采用实施例1方法制得的阻燃剂颗粒。

步骤2.将羟丙基甲基纤维素加水分散后，加入乳化剂、所述阻燃剂颗粒，混合均匀，调节体系pH值为7.5，出料。

实施例5

本实施例提供了本发明的核壳结构的纸用阻燃剂的制备方法，具体如下：

步骤1.按重量份称取原料：羟丙基甲基纤维素0.1份，乳化剂5份，核壳结构的阻燃剂颗粒50份。本实施例的核壳结构的阻燃剂颗粒为采用实施例2方法制得的阻燃剂颗粒。

步骤2.将羟丙基甲基纤维素加水分散后，加入乳化剂、所述阻燃剂颗粒，混合均匀，调节体系pH值为8.5，出料。

实施例6

本实施例提供了本发明的核壳结构的纸用阻燃剂的制备方法，具体如下：

步骤1.按重量份称取原料：羟丙基甲基纤维素1份，乳化剂10份，核壳结构的阻燃剂颗粒20份。本实施例的核壳结构的阻燃剂颗粒为采用实施例3方法制得的阻燃剂颗粒。

步骤2.将羟丙基甲基纤维素加水分散后，加入乳化剂、所述阻燃剂颗粒，出料。

实施例7

本实施例提供了不同分子筛用量的考察。

本实施例中各纸用阻燃剂与实施例4相比，分子筛的用量不同，其余条件均相同。取本实施例中制得的各纸用阻燃剂制备阻燃纸，对制得的阻燃纸的各项性能进行测试，结果见表1。

阻燃纸的制备方法为：将纸浆分散成为2wt％的纸浆悬浮液后，采用浆内添加纸用阻燃剂，在快速纸页成型器中抄取阻燃纸抄纸，纸张定量为120g·m^-2。阻燃剂的添加量为纸张绝对干纤维量的15wt％。

表1

同时制备不添加阻燃剂的纸张，并对其抗张性能进行测试，不添加阻燃剂的纸张其抗张强度为7.056Kn.m^-1。结果表明，采用本发明的阻燃剂能有效增加纸张的抗张强度，并具有良好的阻燃效果。

实施例8

本实施例提供了不同聚乙烯亚胺用量的考察。

本实施例中各纸用阻燃剂与实施例4相比，聚乙烯亚胺的用量不同，其余条件均相同。取本实施例中制得的各纸用阻燃剂制备阻燃纸，对制得的阻燃纸的各项性能进行测试，结果见表2。

阻燃纸的制备方法同实施例7。

表2

结果表明，采用本发明的阻燃剂能有效增加纸张的抗张强度，并具有良好的阻燃效果。未添加聚乙烯亚胺的阻燃纸的抗张强度下降。

实施例9

本实施例提供了羟丙基甲基纤维素用量的考察。

本实施例中各纸用阻燃剂与实施例4相比，羟丙基甲基纤维素的用量不同，其余条件均相同。取本实施例中制得的各纸用阻燃剂制备阻燃纸，对制得的阻燃纸的各项性能进行测试，结果见表3。

阻燃纸的制备方法同实施例7。

表3

结果表明，添加了羟丙基甲基纤维素能增加纸张的抗张强度和阻燃效果。

实施例10

本实施例提供了不同纸用阻燃剂用量的考察。

采用实施例4制得的纸用阻燃剂制备阻燃剂，阻燃纸的制备方法同实施例7，只是阻燃剂的添加量不同，其余条件均相同。对制得的阻燃纸的各项性能进行测试，结果见表4。

表4

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

一种核壳结构的纸用阻燃剂及其制备方法和应用专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。