CN102757754B - 一种阻燃胶粘剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种阻燃胶粘剂及其制备方法。所述阻燃胶粘剂含有水溶性氨基树脂、脱水催化剂、成炭剂和辅助剂以及含或不含水；所述脱水催化剂选自多聚磷酸铵、三聚氰胺正磷酸盐和三聚氰胺焦磷酸盐中的一种或多种；所述多聚磷酸铵的聚合度为20以上。采用本发明的方法制备得到的阻燃胶粘剂兼具良好的粘合性能、阻燃性能和消烟性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻燃胶粘剂及其制备方法。
背景技术
《公共场所阻燃制品及组件燃烧性能要求和标识》(GB20286-2006)强制性标准规定了进入公共场所的制品及组件必须具备一定的阻燃性能等级。家居及公共场所用木制品属于易燃材料，构成了建筑物火灾的隐患。随着木制品在家居及公共场所应用的普及，火灾安全问题更加突出。出于对人类生命和财产安全的考虑，使用具有阻燃功能的木质制品是非常必要的，也是业界最为关注的问题。
胶合板是建筑内部装修的主要材料，其本身是易燃的，要提高胶合板的阻燃性能，必须要对易燃的胶合板进行阻燃处理。
例如，CN101412231A公开了一种阻燃胶合板的生产方法，即把木质单板放入由低聚磷酸铵、磷酸铵、焦磷酸铵、磷酸脲、硼酸和季戊四醇所组成的阻燃剂水溶液中浸渍处理，并在干燥后的木质单板表面施加混合胶粘剂，组成板坯热压后得到阻燃胶合板产品。
又如，CN101121274A公开了一种阻燃胶合板的生产方法，该方法利用由硼酸、磷酸脒基脲、磷酸二氢铵、硬水软化剂和防霉剂组成的多效木材阻燃剂浸泡或涂刷单板并干燥，并在干燥后的木材单板表面涂覆阻燃胶，经热压后得到阻燃胶合板。
此外，也有采用防火胶粘剂来提高胶合板的阻燃性能的，如CN1098976A公开了一种阻燃胶合板及其制备方法，该方法包括将防火胶粘剂涂覆于单板并热压得到胶合板，然后再将成品胶合板在阻燃剂溶液中进行常压浸泡处理，使成品胶合板表面单板吸入一定量的阻燃剂，从而达到阻燃目的。所述防火胶粘剂含有MD胶、MN胶、磷-氮系化合物、磷酸和卤化铵，所述阻燃剂含有磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、硼砂和卤化铵。
由此可见，现有技术中主要是采用阻燃剂浸渍单板或成品材料的方法来达到使木质材料阻燃的目的。单板浸渍处理带来的弊端是：处理过程中单板容易破裂，处理的单板还要再干燥，且干燥过程中浸渍单板容易翘曲变形、不平整，造成单板等级降低和损失率增加等，不适合规模化的工业生产，这是现有技术无法解决的一个关键工艺问题。成品浸渍处理存在的问题是：如果成品使用非耐水的胶粘剂，则阻燃浸渍处理会破坏胶层而失去强度；为提高阻燃剂的浸注量，处理时间长；表层单板容易残留较多阻燃剂而使产品产生严重的吸湿和返霜现象，影响后续的二次加工和油漆性能。目前国内市场上销售的大部分阻燃胶合板强度低，在锯割过程中就产生分层开胶现象，没有湿强度、浸渍就开胶，二次加工和油漆性能差，主要原因是阻燃剂、胶粘剂和生产工艺选择不当造成的，说明采用现有技术方法得到的阻燃材料未能很好地兼顾阻燃和胶合性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术由于阻燃剂、胶粘剂和生产工艺选择不当而产生的阻燃处理工序复杂，且不能很好地使得到的阻燃材料兼具良好的阻燃和胶合性能的缺陷，提供一种能够很好地兼具阻燃和胶合性能的阻燃胶粘剂，且采用该阻燃胶粘剂对木质材料进行阻燃处理的工序简单，无需对单板或成品材料再做阻燃处理，易于工业化生产。
现有技术中，用阻燃剂浸渍木质材料是达到阻燃目的的最主要方法，因此，阻燃处理工序不仅繁琐，而且会给产品物理力学性能以及后续的二次加工性能等带来诸多不良影响。
更重要的是，本发明的发明人发现，如果将现有技术中的阻燃剂和胶粘剂直接混合后涂覆于木质材料表面，其粘结性能也会大大降低。产生上述不良现象的根本原因是现有技术对阻燃剂和胶粘剂的选择和搭配不合理所致。推测原因可能是，现有技术的阻燃剂和胶粘剂混合后，阻燃剂的酸碱性质对于以酸碱催化缩聚为机理的木质材料常用的脲醛树脂、酚醛树脂等的固化反应有不良影响，即，胶粘剂固化不良而导致胶合强度降低。另外，现有技术的阻燃剂以浸渍处理方式为主，要求阻燃剂具备良好的水中溶解性，因此产品会产生吸湿、返霜等现象，对其使用性能和后续的油漆等二次加工性能有不良影响。而本发明提供的阻燃胶粘剂，将所有组分混合并制备成以水为载体的液态混合物后涂布在单板材料表面，再通过组坯热压胶合即得到阻燃处理的木质材料，该材料不但能够具有较好的阻燃功能，而且仍然能够保持很好的胶合性能，无需对单板或成品材料再进行阻燃剂浸渍处理，解决了现有技术必须对单板或成品材料进行阻燃剂浸渍处理所带来的一系列问题，处理工艺简单，有利于工业化生产。同时，本发明提供的阻燃胶粘剂中所用的阻燃物质水溶解度低，吸湿性小，无毒或毒性极低，pH值接近中性，而且在本发明的优选实施方式中，选用了具有耐水性的三聚氰胺甲醛树脂或三聚氰胺改性脲醛树脂以及含有氢氧化镁和/或氢氧化铝的辅助剂，对保证产品的胶合性能、阻燃性能和消烟性能均起到了至关重要的作用。
本发明提供了一种阻燃胶粘剂，其中，该阻燃胶粘剂含有水溶性氨基树脂、脱水催化剂、成炭剂和辅助剂以及含或不含水；所述脱水催化剂选自多聚磷酸铵、三聚氰胺正磷酸盐和三聚氰胺焦磷酸盐中的一种或多种；所述多聚磷酸铵的聚合度为20以上。
本发明还提供了一种阻燃胶粘剂的制备方法，其中，该方法包括将水溶性氨基树脂、脱水催化剂、成炭剂和辅助剂以及选择性含有的水混合均匀；所述脱水催化剂选自多聚磷酸铵、三聚氰胺正磷酸盐和三聚氰胺焦磷酸盐中的一种或多种；所述多聚磷酸铵的聚合度为20以上。
本发明提供的阻燃胶粘剂能够很好地兼具阻燃性能和胶合性能，而且采用本发明提供的阻燃胶粘剂对木质材料进行阻燃处理的工序简单，易于工业化生产。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
根据本发明，所述阻燃胶粘剂含有水溶性氨基树脂、脱水催化剂、成炭剂和辅助剂以及含或不含水；所述脱水催化剂选自多聚磷酸铵、三聚氰胺正磷酸盐和三聚氰胺焦磷酸盐中的一种或多种；所述多聚磷酸铵的聚合度为20以上，优选为1000-1500。
在本发明提供的阻燃胶粘剂中，上述各种组分的含量可以在很大的范围内变动，优选情况下，以阻燃胶粘剂的总重量为基准，水溶性氨基树脂的含量为30-70重量％，脱水催化剂的含量为8-35重量％，成炭剂的含量为2-20重量％，辅助剂的含量为2-30重量％，水的含量为0-40重量％。进一步优选的情况下，以阻燃胶粘剂的总重量为基准，水溶性氨基树脂的含量为40-60重量％，脱水催化剂的含量为10-25重量％，成炭剂的含量为5-15重量％，辅助剂的含量为3-20重量％，水的含量为0-30重量％。本发明的发明人还发现，各组分在上述更优选的含量范围内时，得到的阻燃胶粘剂的阻燃性能和胶合性能均更佳。
根据本发明，所述脱水催化剂的主要作用是促进成炭剂的脱水炭化，所得的脱水碳化产物在氨基树脂分解产生的不燃性气体的作用下发泡膨胀，隔绝外界热量和氧气向内部传递，从而达到保护基材防止其燃烧的目的。
根据本发明，所述辅助剂可以是本领域技术人员所公知的各种可提高所述阻燃胶粘剂的阻燃性能、消烟性能和降低游离甲醛的物质，优选情况下，所述辅助剂为氢氧化铝和/或氢氧化镁，或者为选自硅酸铝纤维、玻璃纤维、石棉纤维、中空玻璃微珠、改性硅酸硼、可膨胀石墨、具有层状结构硅酸盐、二氧化硅、三氧化二铝和尿素中的一种或多种与氢氧化铝和/或氢氧化镁的混合物。
其中，所述氢氧化铝和氢氧化镁分解吸热量大，高温分解后产生的H2O可起到吸热作用，熔融状态的氧化物隔绝热和氧气向内部的输导作用，并且分解后的氧化物又是耐高温物质，其附着于可燃物表面又可进一步阻止燃烧的进行。氢氧化铝和氢氧化镁在整个阻燃过程中不但没有任何有害物质产生，而且分解的产物在阻燃的同时还能够起到消除烟雾和吸收热量的作用。
根据本发明，所述水溶性氨基树脂可以选自本领域常规的各种水溶性氨基树脂，优选情况下，所述水溶性氨基树脂选自三聚氰胺甲醛树脂和三聚氰胺改性脲醛树脂中的一种或多种。所述水溶性氨基树脂具有很好的胶合性能和耐水性能，同时还兼具阻燃性能，其遇热会分解释放出氨气、水蒸气等不燃气体，降低了可燃物表面的热量，稀释了可燃物表面可燃气体的浓度，因此水溶性氨基树脂是本项发明的关键组成物质之一。所述水溶性氨基树脂可以通过商购得到，也可以按照本领域公知的各种制备方法得到，例如，可以按照CN 1527853A、CN 1105694A、CN 1834186A、CN 101134835A或文献[J Wood Sci(2001)47：451-457]等所公开的方法制备得到。
根据本发明，所述成炭剂可以选自本领域常规的各种成炭剂，优选情况下，所述成炭剂选自蔗糖、山梨糖、淀粉、单季戊四醇、双季戊四醇和三季戊四醇中的一种或多种。以水溶性氨基树脂遇热释放出的氨气、水蒸气等不燃气体为气源，所述成炭剂在脱水催化剂的作用下脱水炭化，在可燃物表面形成泡沫状的膨胀炭化层，该泡沫状的膨胀炭化层中包覆了大量的不燃气体，不仅有效阻隔了外部热源对内部木材的辐射作用，而且隔断了氧气与内部木材的接触，从而达到阻燃、防火目的。
根据本发明，所述阻燃胶粘剂的制备方法包括将水溶性氨基树脂、脱水催化剂、成炭剂和辅助剂以及选择性含有的水混合均匀；所述脱水催化剂选自多聚磷酸铵、三聚氰胺正磷酸盐和三聚氰胺焦磷酸盐中的一种或多种；所述多聚磷酸铵的聚合度为20以上，优选为1000-1500。
其中，各物质的用量优选使得以阻燃胶粘剂的总重量为基准，水溶性氨基树脂的含量为30-70重量％，脱水催化剂的含量为8-35重量％，成炭剂的含量为2-20重量％，辅助剂的含量为2-30重量％，水的含量为0-40重量％。进一步优选情况下，各物质的用量使得以阻燃胶粘剂的总重量为基准，水溶性氨基树脂的含量为40-60重量％，脱水催化剂的含量为10-25重量％，成炭剂的含量为5-15重量％，辅助剂的含量为3-20重量％，水的含量为0-30重量％。
按照本发明，上述各组分的种类的选择已经在上文中描述，在这里不再赘述。
本发明所述的阻燃胶粘剂的使用方法是将含水的阻燃胶粘剂与固化剂混合得到混合物，将所述混合物涂覆在待进行阻燃处理的材料的表面，然后将涂覆所述阻燃胶粘剂的木质材料组坯热压并固化即可。含有本发明的含水的阻燃胶粘剂和固化剂的混合物的涂覆量可以根据对各种不同材料的阻燃需求而定，没有特别的限定。换言之，在未使用时，可以直接将各固体组分混合后即可得到本发明提供的阻燃胶粘剂。
根据本发明，各种组分的混合可以同时进行也可以分步进行，混合的顺序并不会对得到的阻燃胶粘剂的性能产生影响，例如，可以先将水与水溶性氨基树脂混合得到液态的水溶性氨基树脂，然后再将其余组分与所述液态的水溶性氨基树脂混合均匀即可，或者还可以根据需要补入一定量的水以满足涂覆的需要；也可以将各组分与水直接混合后得到；在使用时，水的含量优选为含水的阻燃胶粘剂的总重量的20-30重量％。
本发明对混合的温度和混合的时间没有特别的限定，只要使各种组分混合均匀即可，优选情况下，混合的温度可以为10-40℃，混合的时间可以为10-60分钟。
所述固化剂可以为常规的用于固化阻燃胶粘剂的各种固化剂，例如，氯化铵，其用量也为本领域技术人员所公知，例如，含水的阻燃胶粘剂与固化剂的重量比可以为0.1-0.5∶100。
所述固化的条件可以为本领域技术人员公知的常规固化条件，例如，固化的温度为80-140℃。
本发明提供的阻燃胶粘剂可以对各种材料进行阻燃处理，特别适用于对木质材料，更加适用于直接涂覆在单板材料的表面以进行阻燃处理。
下面将通过具体实施例对本发明进行进一步的详细描述。
实施例1
该实施例用于说明本发明提供的阻燃胶粘剂的制备。
将57重量份粉末状的三聚氰胺甲醛树脂(济南乾来环保技术有限公司生产)与10重量份多聚磷酸铵(n＝1000，四川省什邡市长丰化工有限公司生产)、5重量份三季戊四醇和3重量份氢氧化铝混合后，加入25重量份水，在25℃下混合均匀，得到阻燃胶粘剂A1。
实施例2
该实施例用于说明本发明提供的阻燃胶粘剂的制备。
将47重量份粉末状的三聚氰胺改性脲醛树脂(按CN 101134835A实施例1公开的方法制备得到)与17重量份三聚氰胺正磷酸盐(合肥精汇化工研究所生产)、8重量份单季戊四醇和3重量份氢氧化镁混合后，加入25重量份水，在25℃下混合均匀，得到阻燃胶粘剂A2。
实施例3
该实施例用于说明本发明提供的阻燃胶粘剂的制备。
将40重量份粉末状的三聚氰胺改性脲醛树脂(按CN 101134835A实施例2公开方法制备得到)与15重量份三聚氰胺焦磷酸盐(合肥精汇化工研究所生产)、10重量份二季戊四醇、3重量份氢氧化镁和7重量份尿素混合后，加入25重量份水，在25℃下混合均匀，得到阻燃胶粘剂A3。
实施例4
该实施例用于说明本发明提供的阻燃胶粘剂的制备。
将40重量份粉末状的三聚氰胺甲醛树脂(购于济南乾来环保技术有限公司)、25重量份三聚氰胺焦磷酸盐(合肥精汇化工研究所生产)、15重量份二季戊四醇、10重量份氢氧化镁和10重量份氢氧化铝在25℃下混合均匀，得到本发明的阻燃胶粘剂A4。
实施例5
该实施例用于说明本发明提供的阻燃胶粘剂的制备。
按照与实施例1相同的方法制备阻燃胶粘剂，不同的是，各组分的用量不同，其中三聚氰胺甲醛树脂为30重量份，多聚磷酸铵为35重量份，三季戊四醇为6重量份，氢氧化铝为4重量份，水为25重量份，混合均匀后得到阻燃胶粘剂A5。
实施例6
该实施例用于说明本发明提供的阻燃胶粘剂的制备。
按照与实施例2相同的方法制备阻燃胶粘剂，不同的是，用2重量份玻璃纤维(购于泰山玻璃纤维有限公司)和1重量份可膨胀石墨的混合物代替3重量份氢氧化镁，得到阻燃胶粘剂A6。
实施例7
该实施例用于说明本发明提供的阻燃胶粘剂的制备。
按照与实施例1相同的方法制备阻燃胶粘剂，不同的是，多聚磷酸铵的聚合度为20。得到阻燃胶粘剂A7。
实施例8
该实施例用于说明本发明提供的阻燃胶粘剂的制备。
按照与实施例1相同的方法制备阻燃胶粘剂，不同的是，多聚磷酸铵的聚合度为1500。得到阻燃胶粘剂A8。
对比例1
该对比例用于说明参比阻燃胶粘剂的制备。
按照与实施例6的方法相同，不同的是，用17重量份磷酸氢二铵代替17重量份三聚氰胺正磷酸盐，得到阻燃胶粘剂B1。
实施例9-16
本实施例用于说明阻燃胶粘剂性能的测定。
(1)胶合强度测试
分别取100重量份由实施例1-8制得的阻燃胶粘剂A1-A8(其中，为了满足涂布的需要，需要往A4中补加33重量份的水，使阻燃胶粘剂中水的总含量为25重量％)，加入0.57重量份浓度为20重量％的氯化铵溶液，搅拌均匀，得到含阻燃胶粘剂的混合物A9-A16。取3张厚度为1.7mm的杨木单板，表面分别涂敷含阻燃胶粘剂的混合物A9-A16，涂布量为290g/m2，组坯热压得到三层结构的胶合板。热压温度为130℃，热压时间以1min/mm计算得到(其中min/mm表示热压每豪米厚的板材需要的时间)，并按照GB/T17657-1999中4.15.4.2中b)II类胶合板标准检测胶合强度。测试结果如表1所示。
(2)阻燃性能和消烟性能测试
将按照上述方法制得的三层结构胶合板加工成幅面尺寸为100×100mm的试件，参照ISO5660标准，利用锥形量热仪(热源辐射功率50kW/m2)检测其燃烧性能和消烟性能。测试结果如表1所示。
对比例2
本对比例用于说明阻燃胶粘剂性能的测定。
按照实施例9-16的方法测定阻燃胶粘剂的性能，不同的是，所用的阻燃胶粘剂为由对比例1的方法制得的阻燃胶粘剂。测试结果如表1所示。
表1
注：GB/T17657-1999对II类胶合板的胶合强度要求大于或等于0.7MPa。
从表1所示的测定结果可以看出，实施例9-16由于采用了本发明的阻燃胶粘剂，因此，由其所制备的胶合板的阻燃性能和消烟性能均较好，并且胶合性能也达到了标准。从实施例10和实施例14的对比可以看出，采用本发明优选的辅助剂氢氧化镁时，所得的阻燃胶粘剂的阻燃和消烟效果更好。从实施例9、实施例15和实施例16对比可以看出，采用多聚磷酸铵作为脱水催化剂时，所得的阻燃胶粘剂的胶合性能会随着聚合度的增大而提高。从实施例9和对比例2的对比可以看出，采用磷酸氢二铵作为脱水催化剂，虽然所得的阻燃胶粘剂的阻燃性能和消烟性能可以达到要求，但是胶合性能却明显下降，即不能很好地兼具胶粘性能、阻燃性能和消烟性能；而采用本发明的方法得到的阻燃胶粘剂的阻燃性能、胶合性能和消烟性能均非常好。
Claims (4)
1.一种阻燃胶粘剂，其特征在于，该阻燃胶粘剂含有水溶性氨基树脂、脱水催化剂、成炭剂和辅助剂以及含或不含水；所述脱水催化剂为多聚磷酸铵；所述多聚磷酸铵的聚合度为1000-1500；所述水溶性氨基树脂选自三聚氰胺甲醛树脂和三聚氰胺改性脲醛树脂中的一种或多种；以阻燃胶粘剂的总重量为基准，水溶性氨基树脂的含量为30-70重量%，脱水催化剂的含量为8-35重量%，成炭剂的含量为2-20重量%，辅助剂的含量为2-30重量%，水的含量为0-40重量%；所述辅助剂为氢氧化铝和/或氢氧化镁，或者为选自硅酸铝纤维、玻璃纤维、石棉纤维、中空玻璃微珠、改性硅酸硼、可膨胀石墨、具有层状结构的硅酸盐、二氧化硅、三氧化二铝和尿素中的一种或多种与氢氧化铝和/或氢氧化镁的混合物；所述成炭剂选自蔗糖、山梨糖、淀粉、单季戊四醇、双季戊四醇和三季戊四醇中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的阻燃胶粘剂，其中，以阻燃胶粘剂的总重量为基准，水溶性氨基树脂的含量为40-60重量%，脱水催化剂的含量为10-25重量%，成炭剂的含量为5-15重量%，辅助剂的含量为3-20重量%，水的含量为0-30重量%。
3.一种阻燃胶粘剂的制备方法，其特征在于，该方法包括将水溶性氨基树脂、脱水催化剂、成炭剂和辅助剂以及选择性含有的水混合均匀；所述脱水催化剂为多聚磷酸铵；所述多聚磷酸铵的聚合度为1000-1500；所述水溶性氨基树脂选自三聚氰胺甲醛树脂和三聚氰胺改性脲醛树脂中的一种或多种；各物质的用量使得以阻燃胶粘剂的总重量为基准，水溶性氨基树脂的含量为30-70重量%，脱水催化剂的含量为8-35重量%，成炭剂的含量为2-20重量%，辅助剂的含量为2-30重量%，水的含量为0-40重量%；所述辅助剂为氢氧化铝和/或氢氧化镁，或者为选自硅酸铝纤维、玻璃纤维、石棉纤维、中空玻璃微珠、改性硅酸硼、可膨胀石墨、具有层状结构的硅酸盐、二氧化硅、三氧化二铝和尿素中的一种或多种与氢氧化铝和/或氢氧化镁的混合物；所述成炭剂选自蔗糖、山梨糖、淀粉、单季戊四醇、双季戊四醇和三季戊四醇中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的阻燃胶粘剂的制备方法，其中，各物质的用量使得以阻燃胶粘剂的总重量为基准，水溶性氨基树脂的含量为40-60重量%，脱水催化剂的含量为10-25重量%，成炭剂的含量为5-15重量%，辅助剂的含量为3-20重量%，水的含量为0-30重量%。
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