阻燃改性纤维素浆粕和阻燃纸的制备

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         摘要：将纤维素浆粕在不同温度下进行碱化、醚化，得到不同Na+含量的阻燃改性纤维素浆粕，其最大氧指数达到34.0，远远高于纤维素的氧指数19.0，并且改性纤维素浆粕的总热释放量最小值为6.74MJ/m2，远远低于纤维素的总热释放量20.44MJ/m2。通过造纸工艺制备了海藻酸钙纤维-改性纤维素浆粕复合阻燃纸张。

纤维素天然高分子材料由于其可燃和易燃性使其应用范围受到限制，因此，阻燃型纤维素材料受到了重视，并迅猛发展起来。常见的阻燃改性方法是加入传统的阻燃剂如卤、氮、磷类阻燃剂，但是这些阻燃剂在制造或使用的过程中会产生有毒性气体，对人体造成二次伤害，同时也对环境造成污染。因此，材料阻燃发展的趋势是绿色阻燃技术。通过研究发现钠离子相对于其它离子而言有较好的阻燃效果，通过造纸工艺将改性后的纤维素浆粕和海藻酸钙纤维制成阻燃纸，其中海藻酸钙纤维为骨架，改性纤维素浆粕起填充和架桥作用，由于钠离子改性的纤维素浆粕有一定的粘度，起到一定的粘合作用，并研究了所制得的复合纸的燃烧和阻燃性能。

1 改性纤维素浆粕和阻燃纸的制备

将10g纤维素浆粕加入20g、55%NaOH水溶液和200g、95%的乙醇混合溶液中于顶置搅拌器中搅拌，进行碱化反应120min，然后慢慢滴加20g、50%的ClCH2COOH乙醇溶液，进行醚化反应90min，冷却到室温，用盐酸调节pH=7-8，用50%的乙醇溶液洗涤，干燥得到改性的纤维素浆粕。

2 海藻酸钙纤维和改性纤维素浆粕混合制备阻燃纸

将改性纤维素浆粕与长度为5mm的海藻酸钙纤维按照改性纤维素浆粕的质量分数为10%、20%、30%、40%、50%的含量混合，然后用标准纤维解离器解离5000转，使其混合均匀，按定量为60g/m2抄成纸。

3 改性纤维素浆粕的结构与性能

浆粕与氯乙酸、氢氧化钠发生了化学反应，羧甲基基团取代了浆粕中的部分羟基氢，成功制备了羧甲基化改性纤维素浆粕。

4 不同Na+含量的改性纤维素浆粕的阻燃性能

纤维素浆粕极限氧指数为19.0，属于易燃纤维。改性纤维素浆粕的极限氧指数分别为29.5、32.5、34.0，远远大于纤维素浆粕的氧指数。随着Na+含量增加，极限氧指数也增加，说明Na+的存在能够提高纤维素浆粕的阻燃性，且Na+的含量越高，阻燃性越好。原因是浆粕中-OH基团被-CHCOONa基团取代，Na+含量增加使得-CHCOONa含量增多，改性纤维素分子的空间越来越小，糖苷键越来越难翻转，抑制了左旋葡萄糖的生成，促进了焦炭的形成，阻碍了纤维的进一步燃烧，提高了纤维的阻燃性。

5 海藻酸钙纤维-改性纤维素浆粕复合阻燃纸的阻燃性能

海藻酸钙纤维中的Ca+和改性纤维素浆粕中的Na+都有阻燃的作用，2种纤维在抄纸过程中形成氢键，在氢键的作用下纤维之间相互交联。纸张在燃烧过程中产生了碳酸钙和碳酸钠，覆盖在纸张纤维的表面，能阻隔热量的传递，隔绝空气，起到了阻燃的效果。

作者：时冉 谭利文 程玲玲 李喜梅 纪全 夏延致