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纸在人们生活和社会发展中起着十分重要的作用,其应用范围很广。但是,纸及纸制品是极易燃烧的物质。很多火灾是由纸及纸制品被引燃所造成的。因此对纸张的阻燃处理是十分必要的。目前,造纸用阻燃剂用量最大的还是卤系阻燃剂,但因为其阻燃过程中分解的产物对人体有害并污染环境,这类阻燃剂势必将被更加环保、高效的无机阻燃剂取代。镁铝类水滑石兼具了氢氧化镁和氢氧化铝类阻燃剂的优点,同时又克服了它们各自的不足,具有阻燃、消烟和填充等功能。是一种高效、无卤、无毒和低烟的新型阻燃剂。本文对镁铝类水滑石和其改性产物的合成、表征及其在纸张阻燃中的应用做了深入的研究。 首先,考查了原始镁铝摩尔比例和层间阴离子对水滑石性能的影响,合成了镁铝摩尔比例分别为3:1、2:1、1:1、1:2和1:3,层间阴离子分别为C1-、NO3-、CO32-和Cl-/NO3-的水滑石,并将其以浆内添加的方式应用于纸张阻燃中。结果表明,合成的不同类型的镁铝水滑石体积平均粒径均在200nm左右,且具有较高的正电荷。随着原始镁铝比例的降低,水滑石的粒径逐渐减小,而zeta电位和电荷密度则呈逐渐上升的趋势。当镁铝比例较高时层间阴离子为Cl-、CO32-和Cl-/NO3-的水滑石结晶度较高且晶相均一。水滑石的热分解都分为两个过程,物理吸附和层间水的脱除以及层板OH-基团和层间阴离子的脱除.层间阴离子为Cl-/NO3-的水滑石分解温度范围最广,热解残余量也最高,为58.74%,说明其热稳定性最好。原始镁铝比例为3:1,层间阴离子为Cl-/NO3-的水滑石阻燃性最好,当其加入量为20%时,阻燃纸的氧指数为26.2%,达到难燃级,且随着镁铝比例的降低,水滑石的阻燃性也逐渐降低。随着水滑石加入量的增加,阻燃纸的耐破指数和抗张指数基本上呈先上升后下降的趋势,当水滑石加入量超过10%后对阻燃纸的物理强度产生不利影响,其中镁铝比例为3:1,层间阴离子为Cl-/NO3-的水滑石当其加入量为20%时,纸张的耐破指数和抗张指数分别降低了25.93%和21.94%。原始镁铝比例为3:1,层间阴离子为CO32-的水滑石白度最高,当其加入量为20%时,阻燃纸的白度由空白纸样的77.1%提高到了81.7%,提高了5.97%。 然后,合成了Zn2+掺杂和硅掺杂的改性镁铝水滑石,并探讨了其和镁铝水滑石对纸张性能的影响。结果表明,合成的Zn-Mg-Al LDH和Si-Mg-Al LDH均具有典型的水滑石的结构,且结晶度较好,晶相单一,带有较高的正电荷,引入Zn2+后水滑石的粒径有所增大,电荷密度有所降低,而硅掺杂后水滑石的粒径有所降低,电荷密度有所提高。Zn2+的引入和硅的掺杂明显提高了镁铝水滑石的阻燃性,当层间阴离子为Cl-/NO3-的Zn-Mg-Al LDH和Si-Mg-Al LDH添加量为20%时,阻燃纸的氧指数分别为26.7%和26.6%,相对空白纸样的16.9%分别提高了57.99%和57.39%,而相对于添加相同量未改性镁铝水滑石的阻燃纸也分别提高了3.1%和2.7%。添加Zn-Mg-Al LDH的阻燃纸的物理强度明显大于添加Mg-Al LDH的阻燃纸,当层间阴离子为Cl-/NO3-的Zn—Mg-AI LDH添加量为20%时,阻燃纸的耐破指数和抗张指数分别为0.92 kPa·m2·g-1和16.35 N·m·g-1,相对添加相同量镁铝水滑石的阻燃纸分别提高了15.00%和8.93%:而掺杂硅和未进行硅掺杂的镁铝水滑石对纸张物理强度的影响差别不大。Zn-Mg-Al LDH比Mg-Al LDH具有更高的白度,当层间阴离子为CO32-、Cl-/NO3-的Zn—Mg-Al LDH添加量为20%时,阻燃纸的白度分别为83.2%和81.7%,相对添加相同量镁铝水滑石的阻燃纸分别提高了1.84%和1.24%;而硅掺杂后水滑石的白度有一定程度的降低,对阻燃纸的白度有不利影响。 最后,对合成的镁铝水滑石进行了有机化改性,分别用油酸钠、单硬脂酸甘油酯、硬脂酸钠对其进行了改性,对其性能进行了分析并应用于纸张中,分析了纸张的性能。结果表明,所选用的改性剂能对镁铝水滑石进行有效的改性,改性后的镁铝水滑石出现了相应的官能团。但是有机化改性对镁铝水滑石的阻燃性能影响不大,同时。有机化改性的镁铝水滑石在纸张中分布不均,影响了阻燃纸的匀度和物理强度。