CN102152348B - 阻燃型重组竹胶板生产方法 - Google Patents

Abstract

一种阻燃型重组竹胶板生产方法，包括三大生产步骤：一是阻燃剂的配制，用下列原料及其重量份配比值：30-70份粉状水溶性聚磷酸铵、20-40份硼化物、10-30份硅化物、5-30份浓度为50％的过渡金属盐螯合物水溶液或3-20份浓度为50％的稀土金属盐螯合物水溶液共同混合均匀后即成；二是原料的选取与阻燃处理，三是最终产品阻燃型重组竹胶板的制作。用本方法生产竹胶板能充分利用劣质竹和小径竹或毛竹的竹梢为原料，压制时的压力仅为1-15MPa，应力小，阻燃效果好，吸湿性小、不迁移析出、抗茵与防虫性好，阻燃剂的添加量低，受处理的重组竹胶板尺寸稳定性好，而且生产本阻燃剂不必加热，节能。

Description

阻燃型重组竹胶板生产方法

技术领域

本发明涉及一种竹质胶合板生产方法，是经竹木材阻燃剂处理后，成为阻燃性好、力学稳定性好的重组竹胶板的生产方法。

背景技术

CN1213603A公开了“木材阻燃剂的合成方法”，CN101121277A公开了“氮磷高效膨胀型木材阻燃剂及其制备方法”，分别为磷氮硼协同阻燃剂和氮磷协同阻燃剂，从总体上说，目前研发或市售的竹木阻燃剂中，较受推崇的尚属磷氮硼系阻燃剂，但这类阻燃剂易吸湿、易迁移析出、添加量较大、受处理材料的力学性能和尺寸稳定性不够理想。

CN1887551A公开了“炭化高密度竹材的加工方法”，CN99117809.2公开了将竹材加工成复合型材的方法，均是将毛竹劈成竹丝，经干燥后浸胶装模，再经10-100MPa的高压后固化成型材，没有充分利用小径竹和劣质竹为原料，成本高，型材的内应力大，尺寸稳定性差，且均未经过阻燃剂处理，尤其未经过磷-氮-硼-硅-过渡金属或稀土金属离子高效协同的阻燃剂处理，不具备阻燃性能，也无防霉抗虫性能。

经检索，尚未发现用磷氮硼硅和过渡金属或稀土金属离子互相协同的高效协同型竹木材阻燃剂，对重组竹胶板进行处理，生产出一种高效阻燃且力学性能和尺寸稳定的重组竹胶板的方法的资料报道和相关产品面市。

发明内容

本发明要解决的技术问题是设计出一套由磷、氮、硼、硅和过渡金属离子或稀土金属离子互相协同的阻燃剂，及用该阻燃剂处理的重组竹胶板生产方法。

解决上述技术问题的技术方案是：本阻燃型重组竹胶板生产方法包括三大生产步骤：

一是阻燃剂的配制，用下列原料及其重量份配比值：30-70份粉状水溶性聚磷酸铵、20-40份硼化物、10-30份硅化物、5-30份浓度为50％的过渡金属盐螯合物水溶液或3-20份浓度为50％的稀土金属盐螯合物水溶液共同混合均匀后即成；

其中硼化物为硼酸、硼酸铵、硼砂、四水八硼酸二钠中至少一种；硅化物为水性硅油、聚醚改性硅油、羟基硅油乳液、氨基硅油乳液中至少一种，上述原料市售获得；

所说的浓度为50％的过渡金属盐螯合物水溶渡是用如下方法配制：将过渡金属盐即铁、钴、镍、铜、锌的硝酸盐或硫酸盐或氯化物中任一种盐与EDTA四钠盐即乙二胺四乙酸四钠以摩尔比为1∶1的量投入反应釜中，加入工业用水，在常温常压中搅拌，反应4-8h即成，水溶液浓度控制在50％；

所说的浓度为50％的稀土金属盐螯合物水溶液用如下方法酸制：将稀土金属盐即镧、铈、铕、钇、镱、镤、钬、钐的硝酸盐或硫酸盐或氯化物中任一种与EDTA四钠盐以摩尔比为1∶1的量投入反应釜中，加入工业用水，在常温常压中搅拌，反应4-8h即成，水溶液的浓度控制在50％；

二是原料的选取与阻燃处理：用市售的切丝条机将劣质竹、小径竹以及竹材下脚料切成丝条状，使竹丝条的宽厚或直径≤10mm，长度≤500mm，干燥至含水率≤10％；再将竹丝条浸渍在用本阻燃剂配制成的浓度为2％-20％的水溶液中或通过真空加压法处理，浸渍时间、浸渍后的含水率以及阻燃液浓度以制成材的防火等级定，随后再用三聚氰胺改性酚醛防火胶或三聚氰胺改性脲醛防火胶浸渍，防火胶的浓度为2-25％，浸渍阻燃液和防火胶的时间均为5-min，将已浸渍阻燃液和防火胶的竹丝条进行气干或窑干，干燥至含水率≤15％；

三是最终产品的制作：将步骤二制得的竹丝条，进行铺装、热压与固化成型，先在垫板上铺装或在压板模具中铺装，然后放入热压机中热压固化；热压及固化的时间、温度随胶种、材料及其厚度的不同而变化，施压的压力为1-15MPa，先制备密度为500-1500kg/m³的不同厚度的竹方料，采用三聚氰胺改性酚醛防火胶的，热压温度为135-180℃，热压时间0.5-2.0min/mm；采用三聚氰胺改性脲醛防火胶的，热压温度为100-160℃，热压时间为0.8-2.5min/mm；

最后，待热压固化结束，温度冷却至50℃以下，卸模出料，即制成本阻燃型重组竹胶合板。

本发明的有益效果是能充分利用劣质竹和小径竹或毛竹的竹梢为原料，成本低，且压制时的压力仅为1-15MPa，应力小，使用本阻燃剂阻燃效果好，吸湿性小、不迁移析出、抗菌与防虫性好，阻燃剂的添加量低，受处理的重组竹胶板尺寸稳定性好，而且生产本阻燃剂不必加热，节能。

具体实施方式

本发明下面结合实施例作进一步详述：先将配制过渡金属盐螯合物水溶液和稀土金属盐螯合物水溶液的方法介绍如下：

市售获得铁、钴、镍、铜、锌的硝酸盐或硫酸盐或氯化物中任一种，再与市售获得的EDTA四钠盐以摩尔比为1∶1的比例混合，加工业用水，投入反应釜充分搅拌，反应4-8h，生成过渡金属盐螯合物水溶液，浓度控制在20％-50％(重量)。

市售获得的镧、铈、铕、钇、镱、镤、钬、钐的硝酸盐或硫酸盐或氯化物中任一种，与市售的EDTA四钠盐以摩尔比为1∶1的比例混合，加工业用水，投入反应釜充分搅拌，反应4-8h，生成稀土金属盐螯合物水溶液，浓度控制在20％-50％(重量)。

现以浓度为50％的过渡金属盐螯合物水溶液(以下简称过渡螯合液)和以浓度为50％的稀土金属盐螯合物水溶渡(以下简称稀土螯合液)作为生产本高效协同竹木材阻燃剂的原料，则与步骤(1)备料中A、B、C原料及其重量份的配比值列成表1：

实施例1(对照表1中对应原料及其重量份配比值)：

将30份粉状水溶性聚磷酸铵、20份硼酸铵、10份聚醚改性硅油、5份浓度为50％的硝酸铁螯合物水溶液(简称硝酸铁螯合液、余类似简称)，混合拌匀即成。

实施例2-8均按表1对应序号的实施例所示原料及其重量份配比值，混合拌匀即成。

表1中实施例1-3是各选用一种浓度为50％的过渡金属盐螯合物水溶液作协同剂的，实施例4是选一种浓度为50％的硝酸镧螯合物水溶液作协同剂的，实施例5和6是选用多种过渡金属盐螯合物水溶液或多种稀土金属盐螯合物水溶液作剂同剂的，实施例7和8是选用二种过渡金属盐螯合物水溶液，或选用二种稀土金属盐螯合物水溶液作协同剂的实例。

从保护范围宽和实际上可行的角度来说，硼化物所列出的四种具体原料、硅化物列出的四种具体原料，均以“至少一种”来限定，而数量更多的过渡金属硝酸盐或硫酸盐或氯化物的螯合物水溶液或稀土金属硝酸盐或硫酸盐或氯化物的螯合物水溶液，理论上也可用“至少一种”来限定，但受摩尔比1∶1的制约，只能选任一种，又因篇幅所限，不便一一列出，各只任选五种写入表1中为例。实际生产时，从摩尔比为1∶1的统一性、选料的方便、原料成本低、配料方便考虑，以选用相对单一的原料为宜。

八项实施例中以实施例2、4为优选方案。

本阻燃剂因未经保存期测试，宜现配现用或尽早如一周内应用，实际应用时，可配成浓度为2％-10％的水溶液，用于浸泡竹木材及以其为原料制成的人造板材。也可以干燥成粉状物以便于保存，使用时将本粉状阻燃剂混于胶粘剂中作添加料。本阻燃剂的原料中之一写明为粉状水溶性聚磷酸铵，实际上聚磷酸铵的水溶液也可作原料，但由于溶液的浓度不同，使配比值的重量份难以确定，因此定为粉状水溶性聚磷酸铵。同理，原料中50％浓度的过渡(稀土)金属盐螯合物水溶液为原料，也是举例而已，粉状的或20％浓度的水溶液均可，配比的重量份值应作相应调整。

本发明中各原料的相关化学特性和协同阻燃机理是：

聚磷酸铵(APP)受热分解转变为具有强脱水能力的聚磷酸，同时放出不燃的氨气；

聚磷酸催化竹木材中的纤维素、半纤维素以及木质素脱水成炭，同时APP分解放出的氨气不仅使炭层膨胀，该膨胀炭层还可以将热源对板材的热辐射反射回去，既降低板材的温度，又降低氧气向板材内部传递，有利于阻止燃烧进行；

与此同时，放出的氨气可以稀释基材表面的氧气浓度，减少燃烧火焰；

硼化物在较高温度下裂解形成玻璃状熔融物，该熔融物与膨胀炭层产生协同阻燃作用；硼化物中如四水八硼酸二钠还是良好的木材防腐防虫剂。

含硅化合物受热在较低温度下也生成玻璃状的熔融物，起到强化膨胀炭层的作用，另一方面，硅化物能与聚磷酸反应生成P-O-Si杂化物，有利于提高阻燃性能；

过渡金属离子或稀土金属离子在低添加量时不仅可以催化纤维素和半纤维素脱水成炭，大幅度增加成炭量，而且还可以交联聚磷酸，有利于强化炭层，降低阻燃剂用量。

总之，作为一种高效竹木材阻燃剂，磷-氮-硼-硅-过渡(稀土)金属离子之间存在着很强的协同阻燃作用，较低载入量即可获得较好的阻燃效果，一般阻燃剂载入量为8％-15％，而本阻燃剂载入量仅为8％，用量低，从而对受其处理的竹木材的物理力学性能影响也较小，尺寸稳定性好。

本发明的上述元素间的协同阻燃效应经对比试验，在相同载入量时，经本阻燃剂处理的竹木材胶合板比市售的磷氮硼系阻燃液处理的竹木材胶合板的峰值热释放速率低15-30％，而极限氧指数(LOI)值则高4-8％。在达到同样的阻燃级别时，阻燃液载入量可减少20-30％。

Claims (1)

1.一种阻燃型重组竹胶板生产方法，其特征是包括三大生产步骤：

一是阻燃剂的配制，用下列原料及其重量份配比值：30-70份粉状水溶性聚磷酸铵、20-40份硼化物、10-30份硅化物、5-30份浓度为50％的过渡金属盐螯合物水溶液或3-20份浓度为50％的稀土金属盐螯合物水溶液共同混合均匀后即成；

其中硼化物为硼酸、硼酸铵、硼砂、四水八硼酸二钠中至少一种；硅化物为水性硅油、聚醚改性硅油、羟基硅油乳液、氨基硅油乳液中至少一种，上述原料市售获得；

所说的浓度为50％的过渡金属盐螯合物水溶渡是用如下方法配制：将过渡金属盐即铁、钴、镍、铜、锌的硝酸盐或硫酸盐或氯化物中任一种盐与EDTA四钠盐即乙二胺四乙酸四钠以摩尔比为1∶1的量投入反应釜中，加入工业用水，在常温常压中搅拌，反应4-8h即成，水溶液浓度控制在50％；

所说的浓度为50％的稀土金属盐螯合物水溶液用如下方法酸制：将稀土金属盐即镧、铈、铕、钇、镱、镤、钬、钐的硝酸盐或硫酸盐或氯化物中任一种与EDTA四钠盐以摩尔比为1∶1的量投入反应釜中，加入工业用水，在常温常压中搅拌，反应4-8h即成，水溶液的浓度控制在50％；

二是原料的选取与阻燃处理：用市售的切丝条机将劣质竹、小径竹以及竹材下脚料切成丝条状，使竹丝条的宽厚或直径≤10mm，长度≤500mm，干燥至含水率≤10％；再将竹丝条浸渍在用本阻燃剂配制成的浓度为2％-20％的水溶液中或通过真空加压法处理，浸渍时间、浸渍后的含水率以及阻燃液浓度以制成材的防火等级定，随后再用三聚氰胺改性酚醛防火胶或三聚氰胺改性脲醛防火胶浸渍，防火胶的浓度为2-25％，浸渍阻燃液和防火胶的时间均为5-15min，将已浸渍阻燃液和防火胶的竹丝条进行气干或窑干，干燥至含水率≤15％；

三是最终产品的制作：将步骤二制得的竹丝条，进行铺装、热压与固化成型，先在垫板上铺装或在压板模具中铺装，然后放入热压机中热压固化；热压及固化的时间、温度随胶种、材料及其厚度的不同而变化，施压的压力为1-15MPa，先制备密度为500-1500kg/m³的不同厚度的竹方料，采用三聚氰胺改性酚醛防火胶的，热压温度为135-180℃，热压时间0.5-2.0min/mm；采用三聚氰胺改性脲醛防火胶的，热压温度为100-160℃，热压时间为0.8-2.5min/mm；

最后，待热压固化结束，温度冷却至50℃以下，卸模出料，即制成本阻燃型重组竹胶合板。