具有火灾预警功能的阻燃宣纸及其制备方法

技术领域

本发明涉及宣纸技术领域，尤其涉及具有火灾预警功能的阻燃宣纸及其制备方法。

背景技术

宣纸作为书画常用的载体，提高宣纸的防火安全性，对中国传统文化和优秀艺术作品的保存和传承，具有十分重要的意义。

目前提高宣纸防火安全的一个有效途径是采用火灾预警系统进行实时监测，一旦发生火灾迅速发出警报，可将火灾所造成的损失减少到最低。虽然市场上有大量的商用火灾报警系统，包括烟雾探测器和红外火焰探测器，但其预警和防火效果并不理想。现有的火灾探测器位于距离燃烧源一定的距离，只有当烟雾浓度或红外探测温度达到临界值时，火灾探测器才会触发。因此，火灾预警响应不灵敏(大多响应时间超过100s)，导致错过了最佳控制火势的时机，也使得灭火难度加大。制备具有火灾预警响应功能的宣纸，可实现对宣纸的实时监控。因此，具有阻燃和火灾预警功能的宣纸的对提高其防火安全具有十分重要的意义。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了具有火灾预警功能的阻燃宣纸及其制备方法，在宣纸表面构建具有阻燃火灾预警功能的功能涂层，不仅可以实现电阻随外界温度变化而变化，而且可以实时监测气味的变化，实现阻燃宣纸的超快速和超早期的火灾预警。

本发明提出的具有火灾预警功能的阻燃宣纸的制备方法，方法步骤如下：

S1：带正电荷的碳基纳米分散液的配置

将碳基纳米材料均匀分散在水/壳聚糖溶液中得到带正电荷的碳基纳米分散液，记为溶液A；

S2：带负电荷的碳基纳米分散液的配置

将碳基纳米材料均匀分散在水/阻燃剂溶液中得到带负电荷的阻燃碳基纳米分散液，记为溶液B；

S3：阻燃宣纸的制备

将宣纸依次浸泡/喷涂溶液A和溶液B，并重复处理若干次后制得阻燃宣纸；

S4：气味响应的阻燃宣纸的制备

将S3的阻燃宣纸浸泡/喷涂含有气味响应的纳米材料的分散液，干燥后制得具有气味响应的阻燃宣纸。

优选地，所述碳基纳米材料为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、羟基化单壁纳米管、羟基化多壁纳米管、氨基化单壁碳纳米管、氨基化多壁碳纳米管、石墨化碳纳米管、单层氧化石墨烯、多层氧化石墨烯和MXene中的一种或几种。

优选地，所述阻燃剂为植酸、植酸铵、羧化壳聚糖、六氯环三磷腈、六苯氧基环三磷腈、聚磷酸铵和蒙脱土中的一种或几种。

优选地，S1中壳聚糖溶液的浓度为0.1-2wt％，pH为4-6，所述碳基纳米材料与所述壳聚糖的质量比为0.5-2:1。

优选地，S2中阻燃剂溶液的浓度为0.5-20wt％，所述碳基纳米材料与阻燃剂的质量比为0.5-2:1。

优选地，S3中重复处理的次数为3-100次。

优选地，S3中宣纸每次浸泡的时间为1-240min，且每次浸泡/喷涂后均在40-120℃下干燥3-60min。

优选地，S4中气味响应的纳米材料为二氧化锡纳米颗粒、二氧化锡纳米线、二氧化钛纳米颗粒、二氧化钛纳米线、二氧化锌纳米颗粒和二氧化锌纳米线中的一种或几种。

优选地，S4中含有气味响应的纳米材料的分散液的浓度为0.1-5wt％，浸泡时间为1-240min，干燥温度为40-120℃，干燥时间为3-60min。

本发明提出的上述方法制备的具有火灾预警功能的阻燃宣纸。

本发明的有益技术效果：

本发明在宣纸表面通过层层组装的方式构建了具有火灾预警和阻燃功能的涂层，不仅可以实现宣纸的电阻随外界温度变化而变化，而且可以实时监测气味的变化，实现宣纸的超快速和超早期的火灾预警。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例1

(1)将200mg氧化石墨烯(GO)粉末分散到200mL去离子水中，形成稳定的分散液。然后将200mg HPTCP溶解在20mL乙醇中，并在持续搅拌的情况下，将HPTCP溶液慢慢加入到GO分散液中制备GO

(2)采用层层自组装方法制备火灾预警阻燃宣纸。宣纸浸泡在CNTs@CS

(3)将1g二氧化锡纳米线分散到100mL去离子水中，超声处理10min得到1％二氧化锡稳定分散液。将上述处理后的宣纸喷涂1％二氧化锡稳定分散液，制得具有火灾预警功能的阻燃宣纸。

实施例2

(1)将200mg氧化石墨烯(GO)粉末分散到200mL去离子水中，形成稳定的分散液。然后配制3％的植酸(PA)溶液，在持续搅拌的情况下，将PA溶液慢慢加入到GO分散液中制备GO

(2)采用层层自组装方法制备火灾预警阻燃宣纸。宣纸浸泡在CNTs@CS

(3)将1g二氧化锡纳米线分散到100mL去离子水中，超声处理10min得到1％二氧化锡稳定分散液。将上述处理后的宣纸喷涂1％二氧化锡稳定分散液，制得具有火灾预警功能的阻燃宣纸。

实施例3

(1)将200mg Mxene粉末分散到20mL去离子水中，先超声分散10min，然后磁力搅拌2h，充分分散形成稳定的Mxene分散液。将200mg壳聚糖(CS)溶于200mL去离子水中，再用醋酸将pH调为4。随后，将200mg碳纳米管(CNTs)分散到上述壳聚糖溶液中，然后超声分散20min。从而获得CNTs@CS

(2)采用层层自组装方法制备火灾预警阻燃宣纸。宣纸浸泡在CNTs@CS

(3)将1g二氧化锡纳米线分散到100mL去离子水中，超声处理10min得到1％二氧化锡稳定分散液。将上述处理后的宣纸喷涂1％二氧化锡稳定分散液，制得具有火灾预警功能的阻燃宣纸。

对实施例1-3制备的具有火灾预警功能的阻燃宣纸采用极限氧指数法测试其阻燃性能，同时对宣纸的火灾预警响应进行测试，结果如表1所示。

其中：阻燃性能测试方法参考《GB/T 5454-1997纺织品燃烧性能试验-氧指数法》；火灾预警响应测试方法为：通过测试将阻燃宣纸连接在带有小灯泡(1.5v)和直流电源的线路上，用酒精灯在阻燃宣纸正下方点燃宣纸并燃烧，通过测定宣纸燃烧过程中小灯泡接通亮了时的直流电源的电压，反映宣纸电阻的大小，以及酒精灯火焰开始接触宣纸直至小灯泡亮所需时间的长短反映其火灾预警响应灵敏性。

表1宣纸性能测试

由表1可以看出，实施例1-3随着处理次数的增加，阻燃宣纸的氧指数逐渐增加，表明其阻燃性能逐渐提高，当处理超过30次后，其氧指数都可以到达27以上，具有较好的阻燃性能，尤其是实施例2的氧指数可以达到30以上，表现出优异的阻燃性能。随着处理次数增加阻燃宣纸的响应电压逐渐减小，表明处理后的宣纸电阻逐渐减小。处理后的宣纸火灾预警响应时间随着处理次数的增加逐渐减小，表明预警响应灵敏性逐渐提高，尤其是实施例3在处理30次以后可以达到0.25s，表现出了优异的预警响应灵敏性。