防火阻燃包装纸技术

        早期的研究认为，纸（纸板）在燃烧时，火焰前的纸面热解而产生气体，由于空气和这些气体运动作用的结果，火焰沿着纸面运动、扩散、蔓延，同时纸面被加热到热解温度。但是近年来的研究证明，燃烧时，纸面热解而产生的气体是在火焰的下面。由于气体扩散，使火焰蔓延出热解区，同时由于相中的热传导而把邻近的纸面加热到热解温度，这就是纸（纸箱）的燃烧原理。阻燃性是指材料在接触火源时燃烧速度很慢，离开火源时能很快停止燃烧并自行熄灭。

        由纸（纸板）的燃烧机理可以看出，要赋予纸（纸板）以防火阻燃性，必须从以下三方面入手：隔离纸面和火焰，阻止火焰在纸面燃烧、蔓延；降低或消耗燃烧环境中的氧，窒息火焰；降低燃烧区温度或采用耐火纤维，阻止纸面热解。上述目的一般都是通过加入化学药品来实现。我们把这种纸张具有阻燃功能的化学药品称为阻燃剂。比较常用的阻燃元素有卤素、磷、硼、氮、铝等。阻燃剂一般通过下面几种途径达到阻燃目的。

        吸热效应：阻燃剂具有吸热功能。利用阻燃在受热时发生分解反应（此过程一般为吸热反应），通过阻燃剂吸收热量以及热分解产生不燃性挥发物的汽热化，使纸及纸制品在受热情况下温度难以升高而阻止聚合物热降解的发生，起到阻燃作用。

        隔离效应：阻燃剂燃烧时能在纸制品表面形成一层隔离层，起到阻止热传递、降低可燃性气体释放量和隔绝氧气的作用。

        稀释效应：阻燃剂在燃烧温度下分解产生大量不燃性气体，如水、二氧化碳、氨气等。这些不燃性气体将可燃性气体浓度稀释到可燃浓度范围以下，以阻止燃烧的发生。

        抑制效应：高聚物的燃烧主要是OH自由基连锁反应，此类物质具有与OH自由基反复反应生成H2O的能力，结果抑制了产生自由基的连锁反应。

        如用NaHCO3溶液、K2CO3溶液、N2S2O6·2H2O溶液浸渍纸（纸板）而赋予其防火性，其过火燃烧时发生如下反应：

        2NaHCO3→H2O↑＋2Na＋2CO2↑

        K2CO3→CO2↑＋K2O

        N2S2O6→N2S4O4＋H2O↑→SO2↑

        释放出水汽、CO2、SO2、等不能燃烧的气体，可以达到室息火焰的作用；如在纸（纸板）中添加硼砂、硼酸、水玻璃等物质。这些物质在高温下并在纸（纸板）中燃烧时形成玻璃状保护层，从而隔离纸面与火焰，阻止火焰在纸面燃烧、蔓延；如在纸（纸板）中添加铵盐分解释放出不能燃烧的氮气（NH3），并伴有吸热作用，从而达到窒息火焰、降低燃烧区及周围空气温度的目的。赋予纸（纸板）以防火阻燃性的方法和技术的手段还有很多，而对于纸制包装品的防火阻燃则尚无成熟技术。如果采用防火纸板生产纸制包装品，当然能达到阻燃的目的。但一般包装纸板采用防火纸板，在经济效益方面不可取。采用普通包装纸板赋予纸制包装品防火阻燃性，最方便有效的方法是在胶粘剂中添加阻燃剂。现在已知的阻燃剂有很多种，除前面提到的以外，还有盐、水溶性基复盐、霞石（NaOAL2O3SO2）、气态氮、卤素衍生物、净化等。在众多的阻燃剂中，阻燃剂既能赋予纸制包装品以防火阻燃性，又能适合纸制包装业的生产要求。

        阻燃剂选取原则

        选择阻燃剂，必须遵循如下原则：

        不影响现用胶粘剂的物理性能，或用添加了阻燃剂的胶粘剂，其物理性能应满足生产要求。胶粘剂的物理性能包括流态性、粘着力强度等。

        所选阻燃剂应价廉、易得。对于采用水玻璃为胶粘剂的生产厂家来说，无需另外添加阻燃刘，因为水玻璃本身就是一种阻燃剂。由于采用水玻璃生产的纸制包装品有发脆、易发潮泛白等缺点，大多数厂家均转而采用淀粉胶粘剂。

        对于每一种具有流态性的胶粘剂，都具有某种最佳粘度和表面张力指标。任何显著地偏离最佳指标的倾向，对胶粘性的质量和其应用均会有不良影响。因此，选用阻燃剂，必须考虑其对胶粘剂的影响。在众多的阻燃剂中，有些会降低胶粘剂的流态性，另外一些则会提高胶粘剂的流态性。因此，生产具有阻燃作用的纸制包装品，应向胶粘剂中加入至少两种以上的阻燃剂。

        其中一种必须能降低胶粘剂的流态性；另一种能提高其流态性。阻燃剂的总加入量依据纸制包装品的耐火程度而定，各种材料的配比，以达到最佳流态指标为准。为赋予纸制包装品以良好的阻燃性能，还应对胶粘剂的粘度、表面张力加以控制。如在淀粉胶粘剂中加入脲基树脂时，加入溴化钠（能降低胶粘剂的流态性）、氯化铵（能提高胶粘剂的流态性）这两种阻燃剂，则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纸制包装品。

        实现纸及纸制品阻燃的技术途径

        浸渍法：该方法适用于水溶性阻燃剂。把水溶性阻燃剂配成溶液，浸渍到纸中，经加热干燥后即可制得难燃纸。该方法得到的阻燃纸耐水性差，吸潮性强，纸的强度下降显著，易发黄变硬。浸渍法要求纸张具有相当高的吸水性和湿强度指标，最好是浸渍皱纹纸、棉纤维纸、合成纤维纸和无纺织物。纸张在表面施胶机上或染纸机上就可完成浸渍。

        涂布法：该方法适用于不溶或难溶的阻燃剂。把阻燃剂粉料均匀分散在某种胶粘剂中，制成乳状涂料，然后用涂布的方法把涂料涂在纸的表面上，经加热干燥即可得到涂布型阻燃纸。该方法的优点是阻燃剂大部分集中在纸的表面，对纸的物理性能影响也较小，特别是对需要涂布的加工纸而言，只需在涂料巾加入阻燃剂就可以了，该方法可在涂布机上完成。为取得良好的阻燃效果，阻燃剂以粒小且均匀的为好。该方法的缺点是阻燃效果不理想。

        内添法：该方法适用与水不溶性阻燃剂，将阻燃剂与其它填料一起添加到纸浆中去，然后抄造成纸。添加部位比较灵活，从打浆机至流浆箱或圆网槽之间的任何部位都可加入，只要能够保证其在浆料中均匀分散就可以了。与其它填料类似，浆料的PH值在4.5－5.0之间，其在纸中的留着率很高。该方法的优点是适用于各种纸的生产，工艺操作简单，阻燃剂在纸中的分布比较均匀，故纸的阻燃功能比较均一。缺点是阻燃剂流失比较严重，一般阻燃剂的留着率达80%就非常不容易了。解决流失问题的最好办法是使用合适的助流剂，该法用于生产防火纸板或高定量纸张时效果更好。

        防火特种纸的新发展

        很多特殊场合要求纸张具有较高的阻燃性能，如电气绝缘材料、烟气过滤袋、航天航空用纸、可加热纸餐盒等。

        随着纸包装材料应用领域的不断拓宽，对纸的阻燃能要求会更高，阻燃纸的需求会更多。

        脱水包装纸：这种被称为PS的包装纸，选择只能透过水的半透膜作为表面材料，内侧则选用高渗透压物质和高分子吸水剂。该包装纸不会使食品组织细饱膜破坏，同时还能抑制酶的活性，防止蛋白质分解，减少微生物繁殖，达到保持食品的鲜度、浓缩鲜味成分、提高韧性的效果。

        吸水机能纸：吸水机能纸的最大特征就是吸水能力强，它能保持比材料重10倍的吸水量，且安全、无害。吸水机能纸与无纺织物的吸水能力和保水量有明显差别、吸水机能纸明显占优。这是因为吸水技能纸不仅能在原材料纤维间的细孔中保持水分，而且其纤维本身也能吸水。吸水机能纸吸水后就变得非常柔软。由于具有以上特性，吸水机能纸可用作吸收火腿、香肠等食品的薄膜片，吸收生鲜食品滴水的薄膜片以及化妆用品和卫生材料的薄膜。

        无酸防水档案纸：由湖南常德卷烟厂金芙蓉特种纸业有限公司自主研制开发的新型防水包装纸和纸板（无酸防水档案纸），填补了国内空白。该公司自1996年开始立项，累积投入315万元研制新型防水包装纸。据有关专家介绍，新型防水包装纸和纸板的适用范围十分广泛。

        屏湿性纸板：美国明尼苏达州Libery制纸股份有限公司开发出N1－Guard屏湿性纸板，外观似瓦楞纸板，也类似于国内衬纸板，可印刷、回收打浆加制。这种屏湿性能是在制纸板工艺过程中因内部化学粘结性能的作用所致，无须任何转化，可节省时间。该纸板通过其内在的吸收作用而达到良好的屏湿性能。

        耐水回工纸：具有耐水性、透水性好等特点，因它没有拒水性，因此浸透率比别的材料高，其表面强度和层间强度高，有抗菌性，还能吸收氮气等。这种特点并非靠添加树脂和化学药品才获得，因此安全无害。由于其具有以上特征，可应用于食品包装材料、结露吸水薄膜片及其它领域。目前这种纸已应用于食品的真空包装，与其它材料复合，作为多水分半成品的食品包装纸，充分发挥其防霉、吸水和耐水性的优点。

来源:中国中部印刷网