防火阻燃包裝紙技術與發展
2010/1/27 20:09:33 點擊：
· 阻燃原理
早期的研究認為，紙（紙板）在燃燒時，火焰前的紙面熱解而產生氣體，由于空氣和這些氣體運動作用的結果，火焰沿著紙面運動、擴散、蔓延，同時紙面被加熱到熱解溫度。但是近年來的研究證明，燃燒時，紙面熱解而產生的氣體是在火焰的下面。由于氣體擴散，使火焰蔓延出熱解區，同時由于相中的熱傳導而把鄰近的紙面加熱到熱解溫度，這就是紙（紙箱）的燃燒原理。阻燃性是指材料在接觸火源時燃燒速度很慢，離開火源時能很快停止燃燒并自行熄滅。
吸熱效應：阻燃劑具有吸熱功能。利用阻燃在受熱時發生分解反應（此過程一般為吸熱反應），通過阻燃劑吸收熱量以及熱分解產生不燃性揮發物的汽熱化，使紙及紙制品在受熱情況下溫度難以升高而阻止聚合物熱降解的發生，起到阻燃作用。
隔離效應：阻燃劑燃燒時能在紙制品表面形成一層隔離層，起到阻止熱傳遞、降低可燃性氣體釋放量和隔絕氧氣的作用。
稀釋效應：阻燃劑在燃燒溫度下分解產生大量不燃性氣體，如水、二氧化碳、氨氣等。這些不燃性氣體將可燃性氣體濃度稀釋到可燃濃度范圍以下，以阻止燃燒的發生。
抑制效應：高聚物的燃燒主要是OH 自由基連鎖反應，此類物質具有與OH 自由基反復反應生成H2O的能力，結果抑制了產生自由基的連鎖反應。
如用NaHCO3 溶液、K2CO3 溶液、N2S2O6·2H2O 溶液浸漬紙（紙板）而賦予其防火性，其過火燃燒時發生如下反應：
2NaHCO3→H2O↑＋2Na＋2CO2↑
K2CO3→CO2↑＋K2O
N2S2O6→N2S4O4＋H2O↑→SO2↑
釋放出水汽、CO2、SO2、等不能燃燒的氣體，可以達到室息火焰的作用；如在紙（紙板）中添加硼砂、硼酸、水玻璃等物質。這些物質在高溫下并在紙（紙板）中燃燒時形成玻璃狀保護層，從而隔離紙面與火焰，阻止火焰在紙面燃燒、蔓延；如在紙（紙板）中添加銨鹽分解釋放出不能燃燒的氮氣（NH3），并伴有吸熱作用，從而達到窒息火焰、降低燃燒區及周圍空氣溫度的目的。賦予紙（紙板）以防火阻燃性的方法和技術的手段還有很多，而對于紙制包裝品的防火阻燃則尚無成熟技術。如果采用防火紙板生產紙制包裝品，當然能達到阻燃的目的。但一般包裝紙板采用防火紙板，在經濟效益方面不可取。采用普通包裝紙板賦予紙制包裝品防火阻燃性，最方便有效的方法是在膠粘劑中添加阻燃劑。現在已知的阻燃劑有很多種，除前面提到的以外，還有鹽、水溶性基復鹽、霞石（NaOAL2O3SO2）、氣態氮、鹵素衍生物、凈化等。在眾多的阻燃劑中，阻燃劑既能賦予紙制包裝品以防火阻燃性，又能適合紙制包裝業的生產要求。
阻燃劑選取原則
選擇阻燃劑，必須遵循如下原則：
不影響現用膠粘劑的物理性能，或用添加了阻燃劑的膠粘劑，其物理性能應滿足生產要求。膠粘劑的物理性能包括流態性、粘著力強度等。
所選阻燃劑應價廉、易得。對于采用水玻璃為膠粘劑的生產廠家來說，無需另外添加阻燃劉，因為水玻璃本身就是一種阻燃劑。由于采用水玻璃生產的紙制包裝品有發脆、易發潮泛白等缺點，大多數廠家均轉而采用淀粉膠粘劑。
對于每一種具有流態性的膠粘劑，都具有某種最佳粘度和表面張力指標。任何顯著地偏離最佳指標的傾向，對膠粘性的質量和其應用均會有不良影響。因此，選用阻燃劑，必須考慮其對膠粘劑的影響。在眾多的阻燃劑中，有些會降低膠粘劑的流態性，另外一些則會提高膠粘劑的流態性。因此，生產具有阻燃作用的紙制包裝品，應向膠粘劑中加入至少兩種以上的阻燃劑。
其中一種必須能降低膠粘劑的流態性；另一種能提高其流態性。阻燃劑的總加入量依據紙制包裝品的耐火程度而定，各種材料的配比，以達到最佳流態指標為準。為賦予紙制包裝品以良好的阻燃性能，還應對膠粘劑的粘度、表面張力加以控制。如在淀粉膠粘劑中加入脲基樹脂時，加入溴化鈉（能降低膠粘劑的流態性）、氯化銨（能提高膠粘劑的流態性）這兩種阻燃劑，則可制得既具有良好防水阻燃性，又具有良好的的防潮杭水性的紙制包裝品。
實現紙及紙制品阻燃的技術途徑
浸漬法：該方法適用于水溶性阻燃劑。把水溶性阻燃劑配成溶液，浸漬到紙中，經加熱干燥后即可制得難燃紙。該方法得到的阻燃紙耐水性差，吸潮性強，紙的強度下降顯著，易發黃變硬。浸漬法要求紙張具有相當高的吸水性和濕強度指標，最好是浸漬皺紋紙、棉纖維紙、合成纖維紙和無紡織物。紙張在表面施膠機上或染紙機上就可完成浸漬。
涂布法：該方法適用于不溶或難溶的阻燃劑。把阻燃劑粉料均勻分散在某種膠粘劑中，制成乳狀涂料，然后用涂布的方法把涂料涂在紙的表面上，經加熱干燥即可得到涂布型阻燃紙。該方法的優點是阻燃劑大部分集中在紙的表面，對紙的物理性能影響也較小，特別是對需要涂布的加工紙而言，只需在涂料巾加入阻燃劑就可以了，該方法可在涂布機上完成。為取得良好的阻燃效果，阻燃劑以粒小且均勻的為好。該方法的缺點是阻燃效果不理想。
內添法：該方法適用與水不溶性阻燃劑，將阻燃劑與其它填料一起添加到紙漿中去，然后抄造成紙。添加部位比較靈活，從打漿機至流漿箱或圓網槽之間的任何部位都可加入，只要能夠保證其在漿料中均勻分散就可以了。與其它填料類似，漿料的PH值在4.5－5.0
之間，其在紙中的留著率很高。該方法的優點是適用于各種紙的生產，工藝操作簡單，阻燃劑在紙中的分布比較均勻，故紙的阻燃功能比較均一。缺點是阻燃劑流失比較嚴重，一般阻燃劑的留著率達80%就非常不容易了。解決流失問題的最好辦法是使用合適的助流劑，該法用于生產防火紙板或高定量紙張時效果更好。
防火特種紙的新發展
很多特殊場合要求紙張具有較高的阻燃性能，如電氣絕緣材料、煙氣過濾袋、航天航空用紙、可加熱紙餐盒等。隨著紙包裝材料應用領域的不斷拓寬，對紙的阻燃能要求會更高，阻燃紙的需求會更多。
脫水包裝紙：這種被稱為PS的包裝紙，選擇只能透過水的半透膜作為表面材料，內側則選用高滲透壓物質和高分子吸水劑。該包裝紙不會使食品組織細飽膜破壞，同時還能抑制酶的活性，防止蛋白質分解，減少微生物繁殖，達到保持食品的鮮度、濃縮鮮味成分、提高韌性的效果。
吸水機能紙：吸水機能紙的最大特征就是吸水能力強，它能保持比材料重10 倍的吸水量，且安全、無害。吸水機能紙與無紡織物的吸水能力和保水量有明顯差別、吸水機能紙明顯占優。這是因為吸水技能紙不僅能在原材料纖維間的細孔中保持水分，而且其纖維本身也能吸水。吸水機能紙吸水后就變得非常柔軟。由于具有以上特性，吸水機能紙可用作吸收火腿、香腸等食品的薄膜片，吸收生鮮食品滴水的薄膜片以及化妝用品和衛生材料的薄膜。
無酸防水檔案紙：由湖南常德卷煙廠金芙蓉特種紙業有限公司自主研制開發的新型防水包裝紙和紙板（無酸防水檔案紙），填補了國內空白。該公司自1996年開始立項，累積投入315 萬元研制新型防水包裝紙。據有關專家介紹，新型防水包裝紙和紙板的適用范圍十分廣泛。
屏濕性紙板：美國明尼蘇達州Libery 制紙股份有限公司開發出N1－Guard屏濕性紙板，外觀似瓦楞紙板，也類似于國內襯紙板，可印刷、回收打漿加制。這種屏濕性能是在制紙板工藝過程中因內部化學粘結性能的作用所致，無須任何轉化，可節省時間。該紙板通過其內在的吸收作用而達到良好的屏濕性能。
耐水回工紙：具有耐水性、透水性好等特點，因它沒有拒水性，因此浸透率比別的材料高，其表面強度和層間強度高，有抗菌性，還能吸收氮氣等。這種特點并非靠添加樹脂和化學藥品才獲得，因此安全無害。由于其具有以上特征，可應用于食品包裝材料、結露吸水薄膜片及其它領域。目前這種紙已應用于食品的真空包裝，與其它材料復合，作為多水分半成品的食品包裝紙，充分發揮其防霉、吸水和耐水性的優點。
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