CN103112064A

CN103112064A - 一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法

Info

Publication number: CN103112064A
Application number: CN201310017504XA
Authority: CN
Inventors: 谢延军; 王清文; 江涛; 王奉强; 王海刚
Original assignee: Northeast Forestry University
Current assignee: Northeast Forestry University
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2013-05-22

Abstract

一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法，它涉及一种阻燃型改性木质材料的制备方法，本发明是为解决现有的氮羟甲基树脂增强的木质材料阻燃抑烟性能差的技术问题，制备方法如下：称取氮羟甲基树脂、阻燃剂、功能助剂和水，混合得到溶液，然后将木质材料放在溶液中进行浸渍处理，干燥固定后得到阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料，其总热释放量为22～28MJ/m²，降低了40％，点燃时间为17～22s，延长了24％，火灾性能指数为0.062～0.095，提高了56％，一氧化碳和二氧化碳残余的质量分数为31.8％～37.5％，增加了43％，阻燃性能提高，无环境污染，拓展了氮羟甲基树脂增强木质材料的应用领域。

Description

一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种阻燃型改性木质材料的制备方法。

背景技术

氮羟甲基树脂是一种含氮的低分子树脂，在改性增强木质材料方面，与其他木质材料化学改性试剂增强的材料相比，氮羟甲基树脂增强木质材料的尺寸稳定性好，密度、硬度、抗压强度、弹性模量提高等优异特性，在低分子树脂增强木质材料中的应用成为研究的热点。经过氮羟甲基树脂处理增强的木质材料具有尺寸稳定性好、表面硬度高、抗压强度高和耐腐朽的性能，能够有效减少木质材料在使用过程中出现的变形开裂、发霉菌朽和表面老化等问题，可应用于对低质速生林木质材料进行功能化增强处理，是木质材料高附加值利用和缓解优质木质材料资源短缺形势的重要技术途径之一，且处理后的木质材料甲醛释放量远低于GB18580《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》中关于甲醛释放量的要求，可以直接在室内使用，因此是绿色环保的改性技术。

现有2006年哥廷根大学(Goettingen)，Sierke Verlag出版社出版的，书名为《Surfaceproperties of wood modified with cyclic N-methylol compounds》和2005年发表在PolymerDegradation and Stability期刊上的名为《Weathering of wood modified with the N-methylolcompound 1，3-dimethylol-4，5-dihydroxyethyleneurea》的文献已经对氮羟甲基树脂改性木质材料的耐候性、尺寸稳定性、防霉耐腐性等主要性能做了较为全面的报道，然而，进一步研究显示，氮羟甲基改性木质，材料的燃烧性能与未处理的木质材料相似，阻燃抑烟性能不足，因此在具有防火要求的场所(比如室内装饰等)氮羟甲基树脂改性木质材料的应用会受到局限，因而有必要对氮羟甲基树脂增强的木质材料进行阻燃改性处理。

发明内容

本发明是为解决现有的氮羟甲基树脂增强的木质材料阻燃抑烟性能差的技术问题，而提供一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法。

本发明的一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法按以下步骤进行：

一、称取原料：按质量份数称取氮羟甲基树脂1～2份、阻燃剂0.5～1份、功能助剂1.6～3.2份和水40～80份，混合后搅拌至溶解，得到混合溶液，其中所述的功能助剂为醋酸、氯化镁或硝酸镁中的一种或其中几种按任意比的混合物；

二、浸渍处理：将木质材料置入密闭真空容器内，密闭真空容器内的真空度为0.05～0.09MPa，维持真空时间为0.5～5h，然后将步骤一的混合溶液注入密闭真空容器内，使木质材料浸没于混合溶液中，向密闭真空容器加压至0.1～2.0MPa，维持压力时间为1～10h；

三、干燥固定：将步骤二处理后的密闭真空容器撤去压力后，取出木质材料在室温环境下静置干燥12～24h，然后在温度为35～45℃的条件下预干，预干时间为6～20h，然后升温至75～85℃，干燥2～6h后，继续温度升至90～150℃，干燥固定，干燥固定时间为2～12h，得到阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料。

本发明的一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法，采用将氮羟甲基树脂、阻燃组分和其它功能助剂等按适当比例混合配制成溶液，然后将木质材料浸没于混合溶液，处理一段时间使溶液充分浸入木质材料，在常温下将改性后的木质材料干燥至纤维饱和点，再在特定条件下实现化学固定，得到的阻燃型氮羟甲基树脂增强木质材料与未处理的木质材料相比较颜色基本保持不变，阻燃性能显著提高，其抗压强度、弹性模量、硬度等力学性能与单纯用氮羟甲基树脂处理的木质材料相当，其热释放速率峰值为232～290KW/m²，总热释放量为22～28MJ/m²，点燃时间为17～22s，火灾性能指数为0.062～0.095，残余物一氧化碳和二氧化碳的质量分数为31.8％～37.5％，一氧化碳和二氧化碳释放浓度降低，较未添加阻燃试剂的氮羟甲基树脂增强木质材料，热释放速率峰值降低了35％，总热释放量降低了40％，点燃时间延长了24％，火灾性能指数提高了56％，残余物质量分数增加了43％。从根本上增强了氮羟甲基树脂改性木质材料的阻燃抑烟性能，且本发明的制备方法，其生产过程与普通木材化学改性生产过程类似，所采用的药剂及助剂对环境和人类健康安全无任何影响，配置的处理溶液可重复利用，生产结束后几乎没有残液产生，产品废弃后可自然降解或者热解制备炭材料，无环境污染，是典型的绿色环保材料。由于阻燃型氮羟甲基树脂增强木质材料的阻燃性能较普通氮羟甲基树脂增强木质材料显著提高，既可用于潮湿环境下对尺寸稳定性、防腐防霉、耐老化要求较高的室外场所，也可用于结构用材或室内表面装饰材料等对于阻燃性能要求较高的高附加值产品(如门窗框、地板、梁、柱等)，从而拓展氮羟甲基树脂增强木质材料的应用领域，提高产业的经济效益。

具体实施方式

本发明的技术方案不局限于以下具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式的一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法按以下步骤进行：

本实施方式的一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法，采用将氮羟甲基树脂、阻燃组分和其它功能助剂等按适当比例混合配制成溶液，然后将木质材料浸没于混合溶液，处理一段时间使溶液充分浸入木质材料，在常温下将改性后的木质材料干燥至纤维饱和点，再在特定条件下实现化学固定，得到的阻燃型氮羟甲基树脂增强木质材料与未处理的木质材料相比较颜色基本保持不变，阻燃性能显著提高，其抗压强度、弹性模量、硬度等力学性能与单纯用氮羟甲基树脂处理的木质材料相当，其热释放速率峰值为232～290KW/m²，总热释放量为22～28MJ/m²，点燃时间为17～22s，火灾性能指数为0.062～0.095，残余物一氧化碳和二氧化碳的质量分数为31.8％～37.5％，一氧化碳和二氧化碳释放浓度降低，较未添加阻燃试剂的氮羟甲基树脂增强木质材料，热释放速率峰值降低了35％，总热释放量降低了40％，点燃时间延长了24％，火灾性能指数提高了56％，残余物质量分数增加了43％。从根本上增强了氮羟甲基树脂改性木质材料的阻燃抑烟性能，且本实施方式的制备方法，其生产过程与普通木材化学改性生产过程类似，所采用的药剂及助剂对环境和人类健康安全无任何影响，配置的处理溶液可重复利用，生产结束后几乎没有残液产生，产品废弃后可自然降解或者热解制备炭材料，无环境污染，是典型的绿色环保材料。由于阻燃型氮羟甲基树脂增强木质材料的阻燃性能较普通氮羟甲基树脂增强木质材料显著提高，既可用于潮湿环境下对尺寸稳定性、防腐防霉、耐老化要求较高的室外场所，也可用于结构用材或室内表面装饰材料等对于阻燃性能要求较高的高附加值产品(如门窗框、地板、梁、柱等)，从而拓展氮羟甲基树脂增强木质材料的应用领域，提高产业的经济效益。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的氮羟甲基树脂为三羟甲基三聚氰胺、亚烷脲衍生物、1，3-二羟甲基亚乙基脲、二羟甲基脲、1，3-二羟甲基-二羟基-亚乙基脲和醚化二羟甲基二羟基亚乙基脲中的一种或任意几种的混合物，其它步骤与参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述的阻燃剂为硼酸、磷酸、磷酸脒基脲和羟甲基化磷酸脒基脲中的一种或任意几种的混合物，其它步骤与参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述的木质材料为天然木板、人造木质板、木粉或木屑；其中天然木板为薄木或木单板，人造木质板为胶合板、刨花板、中密度纤维板或细木工板，其它步骤与参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中维持真空时间为2～4h，维持压力时间为3～8h，其它步骤与参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中维持真空时间为3h，维持压力时间为6h，其它步骤与参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三中预干处理时的温度为40℃，其它步骤与参数与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中预干处理后在升温至温度为80℃的条件下干燥2～6h，其它步骤与参数与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中预干时间为10～16h干燥固定时间为4～10h，其它步骤与参数与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三中预干时间为13h干燥固定时间为7h，其它步骤与参数与具体实施方式一至九之一相同。

用以下试验验证本发明的有益效果：

实施例1、一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

一、称取原料：按质量份数称取1，3-二羟甲基亚乙基脲(DMEU)1份、磷酸脒基脲(GUP)0.5份、硝酸镁2份和水50份，混合后搅拌至溶解，得到混合溶液；

二、浸渍处理：将规格为500mmx100mmx4mm的木单板置入密闭真空容器内，密闭真空容器内的真空度为0.08MPa，维持真空时间为0.5h，然后将步骤一的混合溶液注入密闭真空容器内，使木单板浸没于混合溶液中，向密闭真空容器加压至1.8MPa，维持压力时间为1h。

三、干燥固定：将步骤二处理后的密闭真空容器撤去压力后，取出木单板在室温环境下静置干燥24h，然后在温度为40℃的条件下预干，预干时间为8h，然后升温至80℃，干燥5h后，继续温度升至130℃，干燥固定，干燥固定时间为6h，得到阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料。

实施例2、一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法，其特征在于步骤一中称取1，3-二羟甲基亚乙基脲1份、羟甲基化磷酸脒基脲0.5份、硝酸镁2份和水52份，混合后搅拌至溶解，得到混合溶液，其他步骤及参数与实施例1相同。

实施例3、一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法，其特征在于步骤一中称取1，3-二羟甲基亚乙基脲1份、羟甲基化磷酸脒基脲1.0份、硝酸镁2份和水48份，混合后搅拌至溶解，得到混合溶液，其他步骤及参数与实施例1相同。

实施例4、一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

一、称取原料：按质量份数称取亚烷脲衍生物1份、羟甲基化磷酸脒基脲1.5份、硝酸镁2份和水41份，混合后搅拌至溶解，得到混合溶液；

二、浸渍处理：将规格为1000mmx200mmx25mm的木板置入密闭真空容器内，密闭真空容器内的真空度为0.08MPa，维持真空时间为2h，然后将步骤一的混合溶液注入密闭真空容器内，使木板浸没于混合溶液中，向密闭真空容器加压至1.8MPa，维持压力时间为3h；

三、干燥固定：将步骤二处理后的密闭真空容器撤去压力后，取出木板在室温环境下静置干燥24h，然后在温度为40℃的条件下预干，预干时间为12h，然后升温至80℃，干燥5h后，继续温度升至130℃，干燥固定3h，得到阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料。

试验一、实施例1～4的一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法得到的阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料进行阻燃抑烟性能测试，过程如下：

根据检测标准ISO 5660-1-2002，采用锥形量热仪法，对经过实施例1～4的一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法得到的阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料进行热释放速率峰值，总热释放量，点燃时间，火灾性能指数，残余物一氧化碳和二氧化碳的质量分数检测，并与单纯用摩尔浓度为1mol/L的1，3-二羟甲基亚乙基脲处理的木质材料进行对比，对比结果见下表：

Claims

1.一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的氮羟甲基树脂为三羟甲基三聚氰胺、亚烷脲衍生物、1，3-二羟甲基亚乙基脲、二羟甲基脲、1，3-二羟甲基-二羟基-亚乙基脲或醚化二羟甲基二羟基亚乙基脲中的一种或其中几种按任意比的混合物。

3.根据权利要求1或2所述的一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的阻燃剂为硼酸、磷酸、磷酸脒基脲或羟甲基化磷酸脒基脲中的一种或其中几种按任意比的混合物。

4.根据权利要求3所述的一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法，其特征在于步骤二中所述的木质材料为天然木板、人造木质板、木粉或木屑；其中天然木板为薄木或木单板，人造木质板为胶合板、刨花板、中密度纤维板或细木工板。

5.根据权利要求3所述的一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法，其特征在于步骤二中维持真空时间为2～4h，维持压力时间为3～8h。

6.根据权利要求3所述的一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法，其特征在于步骤二中维持真空时间为3h，维持压力时间为6h。

7.根据权利要求3所述的一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法，其特征在于步骤三中预干处理时的温度为40℃。

8.根据权利要求3所述的一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法，其特征在于步骤三中预干处理后在升温至温度为80℃的条件下干燥2～6h。

9.根据权利要求3所述的一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法，其特征在于步骤三中预干时间为10～16h干燥固定时间为4～10h。

10.根据权利要求3所述的一种阻燃型氮羟甲基树脂改性增强木质材料的制备方法，其特征在于步骤三中预干时间为13h干燥固定时间为7h。