CN102152359B - 高效协同型竹木材阻燃剂生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种高效协同型竹木阻燃剂生产方法，以30-70重量份(下同)的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个浓度为50％的稀土金属盐螯合物水溶液为原料混合拌匀而成，专用于作为竹材、木材及以竹木材为原料制成的人造板材的阻燃剂，经本阻燃剂处理后的竹木材及以其为原料制成的人造板材稳定性好，吸湿性小、抗菌防虫性好、不易迁移析出、载入量低，且在生产本阻燃剂时，在常温常压中进行，不加热，节能。
Description
技术领域
本发明涉及一种竹材、木材及由竹木材为原料制成的人造板的阻燃剂的生产方法。
背景技术
随着社会的快速发展和人类生活水平的不断提高，建筑装修等用竹木材的总消耗量的比例正逐年上升，但由其引发的火灾和造成的人身伤亡和财产损失也在不断增加，因此，竹木材的阻燃防火也日益受到重视。对竹木材进行阻燃处理是减少其火灾事故的有效途径之一。目前，市场上最受欢迎的竹木材阻燃剂为磷氮硼系阻燃剂，但这类阻燃剂从总体上说存在易吸湿、易迁移析出、载入量高，生产时需加热，耗能，进而导致成本较高等问题，另外，受处理的阻燃材料的力学性能和尺寸稳定性也不甚理想。经检索CN1213603A、CN101121277A等专利材料公开的均属于磷氮硼系阻燃剂，尚未发现除磷氮硼三元素之间的阻燃协同外，还有硅、过渡金属盐螯合物或稀土金属盐螯合物共同参加协同的阻燃剂的资料报道和实物面市。
发明内容
针对目前的木材阻燃剂易吸湿、载入量高、对基材的力学性能影响较大，耗能和成本较高等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种添加量低、阻燃性能好以及对基材的力学影响小且节能的磷-氮-硼-硅-过渡金属或稀土金属离子高效协同型竹木材阻燃剂生活方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：本高效协同型竹木材阻燃剂生产方法按下列步骤进行：
(1)备料：向化工商店或相应生产厂家求购下列原料：
A：粉状水溶性聚磷酸铵；
B、硼化物即硼酸、硼酸铵、硼砂、四水八硼酸二钠中至少一种；
C、硅化物即水性硅油、聚醚改性硅油、羟基硅油乳液、氨基硅油浮液中至少一种；
D、过渡金属盐即为铁、钴、镍、铜、锌的硝酸盐或硫酸盐或氯化物；
E、稀土金属盐即为镧、铈、铕、钇、镱、镤、钬、钐的硝酸盐或硫酸盐或氯化物；
F、EDTA的四钠盐即乙二胺四乙酸四钠；
G、工业用水；
(2)过渡金属盐螯合物水溶液或稀土金属盐螯合物水溶液的制备；用步骤(1)备料中D或E中的过渡金属盐中任一种盐或稀土金属盐中任一种盐与备料F的EDTA四钠盐的摩尔比为1∶1的比例投入反应釜中，加入工业用水，在常温常压中充分搅拌，反应4-8小时，反应获得过渡金属盐螯合物水溶液或稀土金属盐螯合物水溶液，该两种水溶液的浓度控制在20％-50％；
(3)混合：各组分按如下重量份配比值进行混合：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，共同混合均匀后桶装即成。
本发明的有益效果是阻燃效果好、吸湿性小、抗菌性好、不易迁移析出、载入量低，生产时不需加热，节能，受处理人造竹木板材的尺寸稳定性好。
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协同剂的，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)
1.一种高效协同型竹木材阻燃剂生产方法，其特征是按下列步骤进行：
(1)备料：向化工商店或相应生产厂家求购下列原料：A：粉状水溶性聚磷酸铵；
B、硼化物即硼酸、硼酸铵、硼砂、四水八硼酸二钠中至少一种；
C、硅化物即水性硅油、聚醚改性硅油、羟基硅油乳液、氨基硅油浮液中至少一种；
D、过渡金属盐即为铁、钴、镍、铜、锌的硝酸盐或硫酸盐或氯化物；
E、稀土金属盐即为镧、铈、铕、钇、镱、镤、钬、钐的硝酸盐或硫酸盐或氯化物：
F、EDTA的四钠盐即乙二胺四乙酸四钠；
G、工业用水：
(2)过渡金属盐螯合物水溶液或稀土金属盐螯合物水溶液的制备：用步骤(1)备料中D或E中的过渡金属盐中任一种盐或稀土金属盐中任一种盐与备料F的EDTA四钠盐的摩尔比为1∶1的比例投入反应釜中，加入工业用水，在常温常压中充分搅拌，反应4-8小时，反应获得过渡金属盐螯合物水溶液或稀土金属盐螯合物水溶液，该两种水溶液的重量百分比浓度控制在20％-50％；
(3)混合：各组分按如下重量份配比值进行混合：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份重量百分比浓度为50％的过渡金属盐螯合物水溶液或3-20份重量百分比浓度为50％的稀土金属盐螯合物水溶液，共同混合均匀后桶装即成。
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