阻燃原理
早期的研究認(rèn)為，紙（紙板）在燃燒時(shí)，火焰前的紙面熱解而產(chǎn)生氣體，由于空氣和這些氣體運(yùn)動(dòng)作用的結(jié)果，火焰沿著紙面運(yùn)動(dòng)、擴(kuò)散、蔓延，同時(shí)紙面被加熱到熱解溫度。但是近年來(lái)的研究證明，燃燒時(shí)，紙面熱解而產(chǎn)生的氣體是在火焰的下面。由于氣體擴(kuò)散，使火焰蔓延出熱解區(qū)，同時(shí)由于相中的熱傳導(dǎo)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(shí)燃燒速度很慢，離開(kāi)火源時(shí)能很快停止燃燒并自行熄滅。
由紙（紙板）的燃燒機(jī)理可以看出，要賦予紙（紙板）以防火阻燃性，必須從以下三方面入手：隔離紙面和火焰，阻止火焰在紙面燃燒、蔓延；降低或消耗燃燒環(huán)境中的氧，窒息火焰；降低燃燒區(qū)溫度或采用耐火纖維，阻止紙面熱解。上述目的一般都是通過(guò)加入化學(xué)藥品來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們把這種紙張具有阻燃功能的化學(xué)藥品稱(chēng)為阻燃劑。比較常用的阻燃元素有鹵素、磷、硼、氮、鋁等。阻燃劑一般通過(guò)下面幾種途徑達(dá)到阻燃目的。
吸熱效應(yīng)：阻燃劑具有吸熱功能。利用阻燃在受熱時(shí)發(fā)生分解反應(yīng)（此過(guò)程一般為吸熱反應(yīng)），通過(guò)阻燃劑吸收熱量以及熱分解產(chǎn)生不燃性揮發(fā)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(fā)生，起到阻燃作用。
隔離效應(yīng)：阻燃劑燃燒時(shí)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(yīng)：阻燃劑在燃燒溫度下分解產(chǎn)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(fā)生。
抑制效應(yīng)：高聚物的燃燒主要是OH 自由基連鎖反應(yīng)，此類(lèi)物質(zhì)具有與OH 自由基反復(fù)反應(yīng)生成H2O的能力，結(jié)果抑制了產(chǎn)生自由基的連鎖反應(yīng)。
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(guò)火燃燒時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：
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(dá)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(zhì)。這些物質(zhì)在高溫下并在紙（紙板）中燃燒時(shí)形成玻璃狀保護(hù)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?dú)猓∟H3），并伴有吸熱作用，從而達(dá)到窒息火焰、降低燃燒區(qū)及周?chē)諝鉁囟鹊哪康�。賦予紙（紙板）以防火阻燃性的方法和技術(shù)的手段還有很多，而對(duì)于紙制包裝品的防火阻燃則尚無(wú)成熟技術(shù)。如果采用防火紙板生產(chǎn)紙制包裝品，當(dāng)然能達(dá)到阻燃的目的。但一般包裝紙板采用防火紙板，在經(jīng)濟(jì)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�，F(xiàn)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(fù)鹽、霞石（NaOAL2O3SO2）、氣態(tài)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(yè)的生產(chǎn)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(xiàn)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(yīng)滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。膠粘劑的物理性能包括流態(tài)性、粘著力強(qiáng)度等。
所選阻燃劑應(yīng)價(jià)廉、易得。對(duì)于采用水玻璃為膠粘劑的生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，無(wú)需另外添加阻燃劉，因?yàn)樗ＡП旧砭褪且环N阻燃劑。由于采用水玻璃生產(chǎn)的紙制包裝品有發(fā)脆、易發(fā)潮泛白等缺點(diǎn)，大多數(shù)廠家均轉(zhuǎn)而采用淀粉膠粘劑。
對(duì)于每一種具有流態(tài)性的膠粘劑，都具有某種最佳粘度和表面張力指標(biāo)。任何顯著地偏離最佳指標(biāo)的傾向，對(duì)膠粘性的質(zhì)量和其應(yīng)用均會(huì)有不良影響。因此，選用阻燃劑，必須考慮其對(duì)膠粘劑的影響。在眾多的阻燃劑中，有些會(huì)降低膠粘劑的流態(tài)性，另外一些則會(huì)提高膠粘劑的流態(tài)性。因此，生產(chǎn)具有阻燃作用的紙制包裝品，應(yīng)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(tài)性；另一種能提高其流態(tài)性。阻燃劑的總加入量依據(jù)紙制包裝品的耐火程度而定，各種材料的配比，以達(dá)到最佳流態(tài)指標(biāo)為準(zhǔn)。為賦予紙制包裝品以良好的阻燃性能，還應(yīng)對(duì)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(shù)脂時(shí)，加入溴化鈉（能降低膠粘劑的流態(tài)性）、氯化銨（能提高膠粘劑的流態(tài)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(shí)現(xiàn)紙及紙制品阻燃的技術(shù)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(jīng)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(qiáng)，紙的強(qiáng)度下降顯著，易發(fā)黃變硬。浸漬法要求紙張具有相當(dāng)高的吸水性和濕強(qiáng)度指標(biāo)，最好是浸漬皺紋紙、棉纖維紙、合成纖維紙和無(wú)紡織物。紙張?jiān)诒砻媸┠z機(jī)上或染紙機(jī)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(jīng)加熱干燥即可得到涂布型阻燃紙。該方法的優(yōu)點(diǎn)是阻燃劑大部分集中在紙的表面，對(duì)紙的物理性能影響也較小，特別是對(duì)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(jī)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(diǎn)是阻燃效果不理想。
內(nèi)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(jī)至流漿箱或圓網(wǎng)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(lèi)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(yōu)點(diǎn)是適用于各種紙的生產(chǎn)，工藝操作簡(jiǎn)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(diǎn)是阻燃劑流失比較嚴(yán)重，一般阻燃劑的留著率達(dá)80%就非常不容易了。解決流失問(wèn)題的最好辦法是使用合適的助流劑，該法用于生產(chǎn)防火紙板或高定量紙張時(shí)效果更好。
防火特種紙的新發(fā)展
很多特殊場(chǎng)合要求紙張具有較高的阻燃性能，如電氣絕緣材料、煙氣過(guò)濾袋、航天航空用紙、可加熱紙餐盒等。隨著紙包裝材料應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，對(duì)紙的阻燃能要求會(huì)更高，阻燃紙的需求會(huì)更多。
脫水包裝紙：這種被稱(chēng)為PS的包裝紙，選擇只能透過(guò)水的半透膜作為表面材料，內(nèi)側(cè)則選用高滲透壓物質(zhì)和高分子吸水劑。該包裝紙不會(huì)使食品組織細(xì)飽膜破壞，同時(shí)還能抑制酶的活性，防止蛋白質(zhì)分解，減少微生物繁殖，達(dá)到保持食品的鮮度、濃縮鮮味成分、提高韌性的效果。
吸水機(jī)能紙：吸水機(jī)能紙的最大特征就是吸水能力強(qiáng)，它能保持比材料重10 倍的吸水量，且安全、無(wú)害。吸水機(jī)能紙與無(wú)紡織物的吸水能力和保水量有明顯差別、吸水機(jī)能紙明顯占優(yōu)。這是因?yàn)槲寄芗埐粌H能在原材料纖維間的細(xì)孔中保持水分，而且其纖維本身也能吸水。吸水機(jī)能紙吸水后就變得非常柔軟。由于具有以上特性，吸水機(jī)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(wèi)生材料的薄膜。
無(wú)酸防水檔案紙：由湖南常德卷煙廠金芙蓉特種紙業(yè)有限公司自主研制開(kāi)發(fā)的新型防水包裝紙和紙板（無(wú)酸防水檔案紙），填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。該公司自1996年開(kāi)始立項(xiàng)，累積投入315 萬(wàn)元研制新型防水包裝紙。據(jù)有關(guān)專(zhuān)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(guó)明尼蘇達(dá)州Libery 制紙股份有限公司開(kāi)發(fā)出N1－Guard屏濕性紙板，外觀似瓦楞紙板，也類(lèi)似于國(guó)內(nèi)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(guò)程中因內(nèi)部化學(xué)粘結(jié)性能的作用所致，無(wú)須任何轉(zhuǎn)化，可節(jié)省時(shí)間。該紙板通過(guò)其內(nèi)在的吸收作用而達(dá)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(diǎn)，因它沒(méi)有拒水性，因此浸透率比別的材料高，其表面強(qiáng)度和層間強(qiáng)度高，有抗菌性，還能吸收氮?dú)獾�。這種特點(diǎn)并非靠添加樹(shù)脂和化學(xué)藥品才獲得，因此安全無(wú)害。由于其具有以上特征，可應(yīng)用于食品包裝材料、結(jié)露吸水薄膜片及其它領(lǐng)域。目前這種紙已應(yīng)用于食品的真空包裝，與其它材料復(fù)合，作為多水分半成品的食品包裝紙，充分發(fā)揮其防霉、吸水和耐水性的優(yōu)點(diǎn)。
