海藻纤维基复合纸的制备及阻燃性能研究

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传统的纸张由于其易燃性而成为人们身边的安全隐患。为提高纸张的阻燃性,通常选择在纸张中添加阻燃剂来实现这一目的;添加方法主要有:浆内添加法、涂布法、浸渍法、喷雾法、施胶法等。但这些方法均存在一定的缺点,或易对纸张的机械性能产生影响,或对纸张的阻燃能力提升有限,而且阻燃剂的大量使用也会对环境造成危害。海藻酸钙纤维是一种具有本质阻燃性的可再生纤维,将其用作制备阻燃纸的原料,可以有效减少阻燃剂的使用,符合生态环保理念。然而,研究发现,海藻酸钙纤维在燃烧时存在阴燃现象,尤其是在密集态下,阴燃更加严重。为解决海藻酸钙纤维的阴燃,通过共混引入其他纤维来制备海藻纤维基复合纸,以期抑制复合纸中海藻酸钙纤维的阴燃,并对复合纸的阻燃性、燃烧行为及热稳定性进行了研究。1、将阻燃lyocell纤维(FRL)与海藻酸钙纤维(Ca-Alg)按不同质量分数混合制备了海藻纤维基复合纸。垂直燃烧结果表明,当复合纸中FRL的质量分数为20~70%时,复合纸可满足阻燃纸的垂直燃烧标准,Ca-Alg的阴燃可被FRL有效的抑制。SEM和Raman分析表明,燃烧时,FRL在Ca-Alg表面形成的致密炭层起到了隔绝质/热传递的作用,抑制了Ca-Alg的阴燃。通过锥形量热分析了复合纸的燃烧行为,当复合纸中FRL质量分数为30%时,复合纸的火灾危险性最小;FRL的引入降低了复合纸的有效燃烧热。热重分析表明,FRL和Ca-Alg的最大质量损失速率温度相近,因此有利于发挥二者的协同效应。基于此,提出了FRL和Ca-Alg在复合纸中的协同阻燃机理。2、将涤纶(PET)和锦纶(PA)分别与Ca-Alg按不同质量分数混合制备了海藻纤维基复合纸。垂直燃烧结果表明,当复合纸中PET(或PA)的质量分数为20%时,PET(或PA)对Ca-Alg的阴燃效果最佳,且PA对Ca-Alg的阴燃抑制效果优于PET。SEM和Raman分析表明,PET和PA受热熔融覆盖在Ca-Alg纤维表面,削弱了质/热传递作用,抑制了Ca-Alg的阴燃。此外,复合纸的火灾危险性小于木浆纸。Ca-Alg热降解的中间产物影响了PA的降解过程,PA降解产物的可能进一步Ca-Alg的阴燃起到了抑制作用。3、将阻燃涤纶(FRPET)和阻燃锦纶(FRPA)分别与Ca-Alg按不同质量分数混合制备了海藻纤维基复合纸。与PET复合纸和PA复合纸相比,FRPET和FRPA复合纸对Ca-Alg阴燃的抑制作用更为明显。尤其是当复合纸中FRPA的质量分数为30%时,复合纸的阻燃性能满足了阻燃纸的垂直燃烧的标准。
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