CN102975252A - 一种木材处理剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种木材处理剂，以及它的制备方法。该木材处理剂包括以下重量份的原料：磷酸50~180份，尿素30~60份，催化剂0.2~0.5份和乙二醛10~60份。发明提供的木材处理剂，初次将乙二醛应用在木材处理领域，并配合其他组分，进行合理配比，达到了很好的协同效果；和现有技术相比，抗流失性能极佳，对木材的尺寸稳定剂有较大贡献；具有抑烟性能，且阻燃效果同样优异；本身无色无毒，制备方法简单，成本低。

Description

一种木材处理剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及木材制品上所用的化学试剂领域，具体地，涉及一种木材处理剂，以及它的制备方法。

背景技术

木材及其制品广泛应用于室内装修、家具制造、房屋建筑及外部装饰中，这些材料属于可燃材料，极易引起火灾，且易干缩湿胀、尺寸稳定性较差，如何提高材料的阻燃性与尺寸稳定性已成为全世界广泛关注的问题。

目前，防止木材及其制品发生火灾的最常用方法是在这些材料中使用阻燃剂，这些阻燃剂大多基于含磷、氮、硼、铝和卤素等化合物，无机阻燃剂由于具有阻燃性好、不产生有毒性气体（卤素阻燃剂除外）、不析出、不挥发、价格低廉、来源广泛、安全性高等特点而得到广泛应用。

例如，在《精细化工》2000年第2期上发表的文章“木材阻燃处理工艺研究”（作者：李燕芸等）公开了一种磷-氮系无机阻燃剂，其主要是由双氰胺、甲醛、尿素、磷酸二氢铵按一定比例配成的阻燃液。这种无机阻燃剂主要以溶液形态使用，如通过对木材进行浸渍，获得阻燃效果。磷-氮系阻燃剂具有阻燃协同作用，降低分解温度，增加炭的生成，减少可燃性气体的产生以及降低热量等作用。

公开日为2000年4月5日、公开号为CN1249325A的中国专利申请中公开了一种防火阻燃剂，该阻燃剂由尿素、磷酸、硼砂、硼酸等混合而成，适用于棉布、化纤、纸张、木材等易燃物的阻燃。

公开日为2006年7月26日、公开号为CN1807552A的中国专利申请中公开了一种磷氮复合阻燃剂，该阻燃剂是通过尿素和磷酸进行化学反应后再加入中和剂如氨进行中和反应制成的，适用于纺织品和木材制品等易燃物的阻燃。

专利号为ZL200710122243.2的中国专利提供了一种用于木材及人造板的具备消纳甲醛作用的阻燃剂及其制备方法。

虽然上述文献中公开的阻燃剂具有制造方法简单、成本低等优点，但是其抗流失性均较差，对木材的尺寸稳定性没有贡献。

发明内容

本发明的目的是提供一种木材处理剂及其制备方法。该木材处理剂尺寸稳定，抗流失性好，且具有抑烟性能。

本发明提供的木材处理剂，包括以下重量份的原料：磷酸50~180份，尿素30~60份，催化剂0.2~0.5份和乙二醛10~60份。

本发明提供的木材处理剂，优选地，包括以下重量份的原料：磷酸50~150份，尿素32~54份，催化剂0.25~0.48份和乙二醛30~60份。

其中，所述催化剂为：氯化锡，硫酸铜，氯化钠，氯化铁，硫酸铝，硼酸和氯化锌。

进一步地，所述催化剂采用以下重量份的原料配制而成：氯化锡0.8~1.2份，硫酸铜1.5~2.5份，氯化钠0.8~1.2份，氯化铁0.8~1.2份，硫酸铝0.8~1.2份，硼酸0.8~1.2份和氯化锌1.5~2.5份。

本发明所述的木材处理剂，还包括水，其用量为50~200份，优选70~180份（均相当于木材处理剂所有成分的总量而言）。

其中，所述水为自来水或软化水等，优选软化水。

本发明提供的所述木材处理剂的制备方法，包括：使磷酸和尿素在催化剂的作用下进行聚合反应。

特别是，所述制备方法包括：在加热的磷酸中加入尿素，混合均匀后继续加热，再加入催化剂，再继续加热，并且当反应物（加入催化剂后的磷酸和尿素）的体积增加至原来体积的两倍时，停止加热；之后使反应物（加入催化剂后的磷酸和尿素）降温，加入乙二醛，进行搅拌，继续降温，即得；磷酸、尿素、催化剂和乙二醛均按所述比例加入。

其中，加入乙二醛的同时按所述比例加入水。

其中，磷酸加热的温度为50~60℃。

其中，混合磷酸和尿素后，继续加热的温度为90~120℃。

其中，加入催化剂后，继续加热的温度为130~140℃。

其中，对反应物（加入催化剂后的磷酸和尿素）降温的温度为60~80℃。

其中，加入乙二醛后，继续降温的温度为30~40℃。

具体地，包括以下步骤：

1）在反应釜中加入磷酸，搅拌同时加热，使温度上升至50~60℃；

2）加入尿素，对磷酸和尿素的混合物进行搅拌，使原料分布、受热均匀，继续加热；

3）温度上升至110~120℃时，向反应釜中加入催化剂，继续加热；

4）使温度上升至130~140℃，并且当反应釜内反应物（加入催化剂后的磷酸和尿素）的体积增加至原来体积的两倍时，停止加热；

5）使反应物（加入催化剂后的磷酸和尿素）降温至60~80℃，向反应釜中加入乙二醛和水，搅拌25~35min；

6）继续降温至30~40℃，出料，贮存。

本发明的处理剂是一种水基型氮磷无机阻燃·稳定剂，其优点体现在以下方面：

1）本发明的木材处理剂使用乙二醛能促进木材和阻燃剂进入木材细胞壁，通过分子间力、氢键等相互作用来提高木材的性能；将乙二醛用在木材和用在纸品、纺织品上相比，最大的改进的效果为能显著提高其抗流失性。

2）本发明处理剂不但阻燃效果显著，而且具有较好的尺寸稳定功能；处理木材增重率在20%左右，氧指数能够达到54%以上，尺寸稳定性ASE能够达到25%以上，流失率低于35%。

3）本发明处理剂同样具有甲醛消除功能；用于胶合板等人造板处理，能够有效提高人造板环保特性，甲醛释放量可稳定在E₀级（≤0.5mg/L），具有明显的甲醛消除效果。

4）本发明处理剂的制备方法简单，成本较低；固体含量45%以上的处理剂制造成本约为3000元/吨，远低于现有国内外阻燃剂的价格（4000~6000元/吨）。

因此，本发明提供的木材处理剂，初次将乙二醛应用在木材处理领域，并配合其他组分，进行合理配比，达到了很好的协同效果。和现有技术相比，抗流失性能极佳，对木材的尺寸稳定剂有较大贡献；具有抑烟性能，且阻燃效果同样优异；本身无色无毒，制备方法简单，成本低。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明所使用到的物料均为可以从市场上购得的常规物料，可用用其他规格的产品，但以本发明限定的规格为优。本发明实施例未提及的反应条件均为本领域的常规选择。

本发明所用的软化水硬度均低于8度。

本发明磷酸的浓度为85%；尿素中氮含量为46.4%；乙二醛的含量为40%。也可以使用：磷酸浓度75%以上，尿素中氮含量为46.2%以上，乙二醛的含量为30~40%。这里的百分数均为质量比。

实施例1

一、按以下重量配比进行原料备料：

催化剂为北京林业大学材料科学与技术学院环保阻燃技术中心自行配制的淡黄绿色粉剂：氯化锡40g，硫酸铜80g，氯化钠35g，氯化铁40g，硫酸铝40g，硼酸45g和氯化锌70g（按照比例研磨后粉碎均匀）。

二、制备方法：

1）在配有搅拌机、温度和压力显示器以及冷凝管的反应釜中，加入反应原料中的磷酸，搅拌同时加热，使温度上升至60℃；

2）向反应釜内加入全部尿素，同时对磷酸和尿素的混合物继续进行搅拌，使物料分布、受热均匀；

3）继续加热使温度上升至120℃时，向反应釜中缓慢均匀加入催化剂，使混合物进行反应，反应物料变成浅绿色；

4）继续加热使温度达到135℃后，加热的同时观察反应现象，随着温度升高，浅绿色液体逐渐变成乳白色粘稠物，泡沫急剧增多，温度上升速度明显加快，物料的体积迅速膨胀，冷凝管有大量气体排出，待反应釜内反应物的体积增加至原来体积的两倍时停止加热，继续搅拌，反应釜内物料依靠自身的放热在剧烈反应，温度继续上升，待反应趋于平稳，温度开始下降时，表明反应完毕；

5）降温至70℃，向反应釜中加入乙二醛及温度为50℃的软化水，搅拌30min；

6）降温至30℃，将所得产物倒入容器储存备用。

三、产品的技术指标：

实施例2

一、按以下重量配比进行原料备料：

其中的催化剂为：氯化锡40g，硫酸铜135g，氯化钠45g，氯化铁45g，硫酸铝65g，硼酸65g和氯化锌85g（按照比例研磨后粉碎均匀）。

二、制备方法：

1）在配有搅拌机、温度和压力显示器以及冷凝管的反应釜中，加入反应原料中的磷酸，搅拌同时加热，使温度上升至50℃；

2）向反应釜内加入尿素，同时对磷酸和尿素的混合物继续进行搅拌，使物料分布、受热均匀；

3）继续加热使温度上升至115℃时，向反应釜中缓慢均匀加入催化剂，使混合物进行反应；

4）继续加热使温度达到140℃后，加热的同时观察反应现象，随着温度升高，浅绿色液体逐渐变成乳白色粘稠物，泡沫急剧增多，温度上升速度明显加快，物料的体积迅速膨胀，冷凝管有大量气体排出，待反应釜内反应物的体积增加至原来体积的两倍时停止加热，继续搅拌，反应釜内物料依靠自身的放热在剧烈反应，温度继续上升，待反应趋于平稳则温度不再上升，温度开始下降时，表明反应完毕；

5）降温至80℃，向反应釜中加入乙二醛及温度为50℃的软化水，搅拌35min；

6）降温至30℃，将所得产物倒入容器储存备用。

三、产品的技术指标：

实施例3

一、按以下重量配比进行原料备料：

其中的催化剂为：氯化锡35g，硫酸铜45g，氯化钠35g，氯化铁35g，硫酸铝25g，硼酸25g和氯化锌80g（按照比例研磨后粉碎均匀）。

二、制备方法：

1）在配有搅拌机、温度和压力显示器以及冷凝管的反应釜中，加入反应原料中的磷酸，搅拌同时加热，使温度上升至60℃；

2）向反应釜内加入尿素，对磷酸和尿素的混合物继续进行搅拌，使物料分布、受热均匀；

3）继续加热使温度上升至110℃时，向反应釜中缓慢均匀加入催化剂，使混合物进行反应，反应物料变成浅绿色；

4）继续加热使温度达到130℃后，继续加热的同时观察反应现象，随着温度升高，浅绿色液体逐渐变成乳白色粘稠物，泡沫急剧增多，温度上升速度明显加快，物料的体积迅速膨胀，冷凝管有大量气体排出，主要为氨气和水蒸气，用水吸收，待反应釜内反应物的体积增加至原来体积的两倍时停止加热，继续搅拌，反应釜内物料依靠自身的放热在剧烈反应，温度继续上升，待反应趋于平稳则温度不再上升，温度开始下降时，表明反应完毕；

5）降温至60℃，向反应釜中加入乙二醛及温度为50℃的软化水，搅拌25min；

6）降温至40℃，将所得产物倒入容器储存备用。

三、产品的技术指标：

实施例4

一、按以下重量配比进行原料备料：

其中的催化剂比例同实施例1。

二、制备方法：

1）在配有搅拌机、温度和压力显示器以及冷凝管的反应釜中，加入反应原料中的磷酸，搅拌同时加热，使温度上升至60℃；

2）向反应釜内加入尿素，对磷酸和尿素的混合物继续进行搅拌，使物料分布、受热均匀；

3）继续加热使温度上升至110℃时，向反应釜中缓慢均匀加入催化剂，使混合物进行反应，反应物变成浅绿色；

4）继续加热使温度达到130℃后，加热的同时观察反应现象，随着温度升高，浅绿色液体逐渐变成乳白色粘稠物，泡沫急剧增多，温度上升速度明显加快，物料的体积迅速膨胀，冷凝管有大量气体排出，主要为氨气和水蒸气，用水吸收，待反应釜内反应物的体积增加至原来体积的两倍时停止加热，继续搅拌，反应釜内物料依靠自身的放热在剧烈反应，温度继续上升，待反应趋于平稳则温度不再上升，温度开始下降时，表明反应完毕；

5）降温至70℃，向反应釜中加入乙二醛及温度为50℃的软化水，搅拌30min；

6）降温至35℃，将所得产物倒入容器储存备用。

三、产品的技术指标：

实验例1

分别采用本发明实施例1~4的产品处理胶合板。

1、实验材料

单板：杨木单板，厚度1.4~1.5mm，含水率7%~9%，幅面450×450mm；

胶粘剂：按常规技术自制的改性脲醛树脂（脲与甲醛摩尔比1:1），胶粘剂的性能指标如下：

2、具体实验步骤

1）将本发明实施例1~4的木材处理剂配成浓度为10%的水溶液，对单板进行浸渍处理30min；

2）使用除湿干燥箱，在干燥温度为80℃下对处理过的单板进行干燥处理，使其最终含水率达到在6~8%；

3）调胶：在胶粘剂中加入15％的面粉、1％的氯化铵，搅拌均匀；

4）对单板进行涂胶，涂胶量为双面涂280g/m²；

5）对由五层单板组坯的板材依次进行冷压、热压、冷却和裁边。其中冷压压力为1~1.2MPa，冷压时间为30min；热压压力为1.2MPa，热压温度为120℃，热压时间为60s/mm。3、胶合板性能检测

按GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》对制备的胶合板产品进行性能检测，检测结果见表1。

参照GB/T2406-93《塑料燃烧性试验方法氧指数法》测定制备的胶合板产品的氧指数指标，检测结果见表1。

4、对比数据

对比组1：同样制备胶合板作为对照，除不用本发明处理剂浸渍以外，其他制备步骤与本实验例相同，检测结果见表1。

对比组2：采用市购的一种氮-磷系水基型阻燃剂（聚磷酸铵阻燃剂，聚合度小于20）作为对照，除用该阻燃剂10%浓度水溶液对单板进行浸渍处理（浸渍30min）外（不用本发明处理剂浸渍），其他制备步骤与本实验例相同，检测结果见表1。

表1：胶合板性能（浸渍30min）

表1中的实验结果表明，本发明处理剂不但阻燃效果显著，而且具有非常明显的甲醛消除效果。用本发明处理剂浸渍处理的胶合板，其阻燃胶合板氧指数在54％以上，甲醛释放量可稳定在E₀级（≤0.5mg/L）。

实验例2

将本发明实施例1~4的处理剂配制成10%浓度水溶液，分别对实验例中制得的胶合板试件进行浸渍处理10min，60℃干燥单板至含水率为10~12%（其他同实验例1），按实验例1中的相应方法测试各种性能。

对照组1：同实验例1中的对比组1。

表2：胶合板性能（浸渍10min）

从表2的实验结果表明，降低本发明处理剂的浸渍时间，甲醛释放量和氧指数均有降低，主要是减少了阻燃剂的负载量；但均显示出很好的抑烟性能。

实验例3

分别采用本发明实施例1-4的产品处理杨木木材。

1、实验材料

杨木：树龄十年，边材，尺寸（径向×弦向×轴向）30×30×5mm。

2、按以下工艺处理杨木试件：

1）将本发明实施例1~4的处理剂分别配成10%浓度水溶液；

2）杨木试件在使用前用苯醇混合液(2:1)抽提12小时，放入105℃鼓风干燥箱中12小时，称量绝干试件的重量并测量其尺寸；

3）将试件放于盛有上述处理剂的烧杯中，用石块压住试件。将烧杯放入真空箱，在真空度0.02MPa常温状态下保持0.5小时；恢复至常压，保持24小时。取出试件，将表面拭净；放入105℃鼓风干燥箱12小时，测量其重量与尺寸。将处理过的试件放入盛有清水的烧杯中，保证水面覆盖试件。将烧杯放入真空干箱中，真空度0.02MPa，保持0.5小时，常压保持24小时，测量其重量与尺寸。再将试件放入105℃鼓风干燥箱中12小时，称量绝干试件的重量并测量其尺寸。

3、对比数据

对照组2：采用市购的上述阻燃剂（同实验例1），配成10%水溶液，按上述方法对杨木进行处理。

表3：处理试件性能

从表3的实验结果表明，用本发明处理剂处理木材，尺寸稳定作用较好，且具有很好的抗流失性，流失率比现有的阻燃剂相比，非常之低。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种木材处理剂，包括以下重量份的原料：磷酸50~180份，尿素30~60份，催化剂0.2~0.5份和乙二醛10~60份。

2.根据权利要求1所述的木材处理剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：磷酸50~150份，尿素32~54份，催化剂0.25~0.48份和乙二醛30~60份。

3.根据权利要求1或2所述的木材处理剂，其特征在于，所述催化剂为：氯化锡，硫酸铜，氯化钠，氯化铁，硫酸铝，硼酸和氯化锌。

4.根据权利要求3所述的木材处理剂，其特征在于，所述催化剂采用以下重量份的原料配制而成：氯化锡0.8~1.2份，硫酸铜1.5~2.5份，氯化钠0.8~1.2份，氯化铁0.8~1.2份，硫酸铝0.8~1.2份，硼酸0.8~1.2份和氯化锌1.5~2.5份。

5.根据权利要求1~4任意一项所述的木材处理剂，其特征在于，该木材处理剂还包括水。

6.根据权利要求5所述的木材处理剂，其特征在于，所述水的用量为50~200份，优选70~180份。

7.权利要求1~6任意一项所述木材处理剂的制备方法，包括：在加热的磷酸中加入尿素，混合均匀后继续加热，加入催化剂，再继续加热，并且当反应物的体积增加至原来体积的两倍时，停止加热；之后使反应物降温，加入乙二醛，进行搅拌，继续降温，即得；磷酸、尿素、催化剂和乙二醛均按所述比例加入。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，加入乙二醛的同时按比例加入水。

9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，磷酸加热的温度为50~60℃；混合磷酸和尿素后，继续加热的温度为90~120℃；加入催化剂后，继续加热的温度为130~140℃；对反应物降温的温度为60~80℃；加入乙二醛后，继续降温的温度为30~40℃。

10.根据权利要求7~9任意一项所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在反应釜中加入磷酸，搅拌同时加热，使温度上升至50~60℃；

2）加入尿素，对磷酸和尿素的混合物进行搅拌，使原料分布、受热均匀，继续加热；

3）温度上升至110~120℃时，向反应釜中加入催化剂，继续加热；

4）使温度上升至130~140℃，并且当反应釜内反应物的体积增加至原来体积的两倍时，停止加热；

5）使反应物降温至60~80℃，向反应釜中加入乙二醛和水，搅拌25~35min；

6）继续降温至30~40℃，出料，贮存。