[发明专利]纤维素基阻燃剂及阻燃纸的制备方法

说明书

本发明涉及阻燃纸，具体涉及纤维素基阻燃剂及阻燃纸的制备方法。本发明将纤维素、磷源和有机溶剂混合后球磨，制成阻燃纤维素，并与氮源进一步反应可制备纤维素基阻燃剂。将该纤维素基阻燃剂进一步与纸浆混合制成阻燃纸。本发明通过机械化学法将纤维素解纤的同时并在纤维素纤维上修饰磷元素，既节约了成本又提高了纤维素的阻燃效果。本发明方法制备的阻燃纸具有良好的热稳定性、阻燃性、成炭性等特点，阻燃效果优异。

技术领域

本发明涉及阻燃纸，具体涉及纤维素基阻燃剂及阻燃纸的制备方法。

背景技术

近些年来，随着石油资源的日渐枯竭，人们逐渐将目光转向开发利用天然的高分子材料。众所周知，纤维素是自然界中存在的自然资源最为丰富的天然高分子材料，而且其具有很好的生物降解性与生物相容性。目前纤维素的应用主要有纸张、包装盒、膜材料、增强材料等方面。纸张是纤维素最广泛的应用方式之一。现在的很多资料是以纸质的形式存在，纸张又具有极易燃烧的性质，所以当发生火灾时会造成极大的经济损失、人身安全以及资料的无法挽回，因此制备阻燃纸张具有重要的研究意义。

现有的阻燃剂主要是小分子物质，将该种小分子阻燃剂加入到纸张中会造成纸张力学性能的损失。高分子基阻燃剂会在不牺牲基体材料的力学性能的基础上，还赋予材料阻燃性能。

磷及其磷化物很早就被用作阻燃剂使用。磷系阻燃剂的阻燃作用主要体现在火灾初期的高聚物分解阶段，因其能促进聚合物脱水炭化，从而减少聚合物因热分解而产生的可燃气体的数量，并且所生成的炭层还能隔绝氧气和热量。

发明内容

为克服阻燃纸张制备方法繁琐的缺陷，本发明提供纤维素基阻燃剂的制备及其在纸张阻燃方面应用。本发明纤维素基阻燃剂的制备方法简便，原料易得。

具体而言，本发明首先提供一种阻燃纤维素的制备方法，将纤维素、磷源和有机溶剂混合后球磨，制成阻燃纤维素。

本发明通过机械化学法将纤维素解纤的同时并在纤维素纤维上修饰磷元素，既节约了成本又提高了纤维素的阻燃效果。

进一步地，所述纤维素可选自玉米芯纤维素、海藻纤维素、海鞘纤维素或细菌纤维素。

本发明所述玉米芯是指玉米棒脱粒后的棒芯，即玉米穗轴。

进一步地，所述磷源可选自五氧化二磷。

实验表明，本发明方法尤其适用于五氧化二磷。

进一步地，在上述阻燃纤维素的制备方法中还加入催化剂甲烷磺酸。

优选地，以g/ml计，所述纤维素与所述催化剂的重量体积比为12.5:1-5，优选为12.5:2。

进一步地，所述有机溶剂可选自二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺等。

进一步地，以g/ml计，所述纤维素与所述有机溶剂的重量体积比为1:10-30，优选为1:20。

进一步地，研究发现，当所述磷源与纤维素的质量比为(0.5-5):1，尤其是2:1时，所制得的阻燃纤维素阻燃效果更佳。

在本发明一些实施例中，所述磷源与纤维素的质量比可为0.5:1，1:1，2:1，3:1，4:1或5:1。

另外，上述制备方法中，球磨时间一般可为0.5-24h，以0.5-12h为佳。

在本发明一些实施例中，所述球磨时间可为0.5h，1h，1.5h,2h，4h，6h，8h，10h，12h，16h，20h或24h。

一般地，本发明球磨转速为100-540rpm，优选为540rpm。

在本发明较佳的实施例中，所述磷源与纤维素的质量比为2:1，球磨时间为12h。