CN104085004B

CN104085004B - 一种自阻燃防火疏水木板的制备方法

Info

Publication number: CN104085004B
Application number: CN201410311963.3A
Authority: CN
Inventors: 江振林; 王朝生; 王华平; 季诚昌
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2014-07-02
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2034-07-02
Also published as: CN104085004A

Abstract

本发明公开了一种自阻燃防火疏水木板的制备方法，其特征在于，先把木板在碱溶液中浸泡进行预处理，再用水清洗，得到预处理好的木板；然后将预处理好的木板浸渍在液体阻燃剂中处理；最后将浸渍好的木板提拉后采用红外加热的方式进行固化即可。本发明制得的防火疏水木板具有自阻燃作用，有效的解决了木板易燃烧、易被虫蛀、易腐蚀的缺陷，克服了一般的阻燃型木板阻燃型不佳，防火性差的缺点；本发明所涉及的一种具有自阻燃作用的防火木板可应用于需要防火、阻燃功能的木地板、木质家具等领域，具有防火阻燃性能好、防虫蛀、防腐蚀等优点。

Description

一种自阻燃防火疏水木板的制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有自阻燃作用的防火木板，尤其是一种在木板内部纤维素空腔孔道中形成具有阻燃作用的类似二氧化硅的三维交联网络结构的阻燃成分，属于木材防火阻燃领域。

背景技术

木质材料是一种性能优良的天然高分子材料，特别是以其天然材料所具有的优势及天然、美丽的纹理在建筑装饰领域倍受青睐，也是人类不可缺少的家居用材料。近年来，随着人民生活的逐步改善，建筑装饰用木材的消耗量呈逐年上升趋势，同时也增加了火灾的隐患。木质材料虽然是一种易燃性的材料，但利用阻燃技术，却可使其应用领域更加广泛，使得建筑装饰用木材的防火安全性大为提高。因此，对木质材料的阻燃处理具有重要的社会效益与经济效益。研究和开发适合我国国情的木质材料阻燃剂和木质材料阻燃技术是当前科学研究的重要任务之一。

目前对于木质材料阻燃剂主要有无机、有机以及树脂类材料，且由于装饰材料的快速发展而发展迅速，但同时由于木质材料由于具有其自身的特点，阻燃木质材料不仅要具有阻燃性能，而目还应该基本保留木材原有的纤维纹理特性，因此对于用于木质材料助燃剂必须具有不燃、阻燃以及透明的特性。无机阻燃剂是使用最早的木材阻燃剂，具有价格低廉、阻燃性好、经过其处理的制品燃烧时释放烟和有毒气体少的优点，但有存在吸湿性大、易流失的缺点，在高湿度条件下易于析出而带出环境，降低使用寿命，同时对木质材料的强度影响较大，因此目前发展缓慢；Carmen Branca等人分别用磷酸氢二铵和硫酸铵作阻燃剂，木材的阻燃性能得到了有效的提高，Ergun Baysal等人研究用三聚氰胺甲醛树脂与硼砂、硼酸组成的复合阻燃剂处理的欧洲赤松具有较高的氧指数和成碳率，同时抗吸湿性得到有效提高；专利无机型木材阻燃防腐剂(CN 1060486A)采用可溶性锌盐、卤化物以及铵盐等配合硼酸盐制备无机型木材阻燃剂，专利木材阻燃剂的合成方法(CN 97118353.8)合成由脒基脲磷酸盐与硼酸混合配制得阻燃剂，具有良好的阻燃性，但可溶性无机物难以保持长久；采用无机阻燃剂作为阻燃成份，通过无机阻燃剂的作用提高其成碳等阻燃特性，但都存在在高湿度条件下，无机组份的迁移问题。有机阻燃剂出现较晚但发展较快，有机阻燃剂的主流是含磷、氮和硼元素的多元复合体系。主要以尿素、双氰胺、甲醛、三聚氰胺等氨基化合物的羟甲基化为特点的有机氮磷或有机氮磷硼阻燃体系和近年来研究开发的一些抗流失、不严重影响木材物理力学性能的有机阻燃剂。新型的有机木材阻燃剂是无甲醛释放、低迁移、低吸湿的高效阻燃剂。采用分子量较大的含氮有机化合物与磷酸生成的低吸湿性磷酸盐作为阻燃元素磷和氮的载体，再与硼化合物组成磷氮硼高效阻燃体系。论文高明等人研究了羟甲基化磷酸眯基脲，羟甲基化磷酸三聚氰胺，含羟甲基化磷酸眯基脲和羟甲基化磷酸脲的混合物阻燃处理落叶松。但有机类阻燃剂存在添加量大，且在木材中渗透性不够，在燃烧过程中产生大量的有毒气体以及污染物，因此开发低烟高成碳阻燃剂具有重要的意义。树脂型木材阻燃剂，由于在组份中加入低聚合度合成树脂，浸渍木材后，在干燥的过程中树脂固化，改善阻燃剂的抗流失、迁移和吸湿性。树脂型阻燃剂抗流失、抗迁移和抗吸湿，对木材强度影响小，耐腐蚀。M.GAO等人采用甲醛、尿素、三聚氰胺、双氰胺、磷酸等，分别合成了5种不同的胺基树脂和磷酸改性胺基树脂，并将其用于白店松的阴燃处理，处理后具有明显的成碳与低烟的特性，但树脂本身使用过程中发黄，且具有一定颜色，同时在木材中渗透性较差，尤其是对于厚度较大的木材效果较差，尤其是内部中心层与外层差异大。

有机硅化合物具有无机Si-O-Si组份和有机C-H组份，因此化合物本身具有优异的无机一有机杂化材料特性，分子中Si-O共价键的键长为0.163nm，键能为425kJ/mol，大于一般有机物中C-C(0.144nm，345kJ/mol)和C-O(0.140nm、351kJ/mol)，而具有优异的耐高低温、耐候、耐化学腐蚀等性能。同时有机硅材料其高温分解残留物主要为固体二氧化碳，发量烟少，同时有机硅材料本身优异的低表面张力特性，对材料具有优异的渗透性，同时有机硅材料本身在酸性或者碱性条件下水解，形成可交联的聚硅氧烷烷，具有优异的耐高温、阻燃、低烟且防腐、耐候耐化学品特性；因此本发明采用低分子量的硅氧烷为阻燃剂原料，通过硅氧烷水解初步缩合形成阻燃剂前驱体，并采用可溶溶剂，以提高阻燃剂对木材的渗透性能，有利于木材内外部阻燃剂的渗透，并采用红外加热的方法，对浸渍好的木材进行固化，已达到木材内外部固化的一致性，降低木材的固化的翘曲现象，本发明通过在木板内部纤维素空腔孔道中形成具有阻燃作用的类似二氧化硅的三维交联网络结构的阻燃成分，以提高木材的阻燃性同时，较低材料的发烟特性，所制备的方法具有简便、经济、高效可行，且木板具有优异的阻燃性能，可广泛用于装饰、户外结构件等木材的阻燃防腐处理。

发明内容

本发明所要解决的是目前市场上木板防火性能不佳，只注重表层防火性，自阻燃性效果差的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种自阻燃防火疏水木板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：木板预处理：先把木板在温度为20～80℃、重量浓度为5％～60％的碱溶液中浸泡1～24h进行预处理，浸泡后再用水清洗2～5次，得到预处理好的木板；

步骤2)：浸渍：将预处理好的木板浸渍在液体阻燃剂中处理2～6h，浸渍温度为35～60℃；

步骤3)：固化：浸渍好的木板提拉后采用红外加热的方式进行固化5～60min，得到自阻燃防火木板。

优选地，所述的液体阻燃剂，其原料由以下以重量百分比计的组分组成：

含硅氧烷类化合物 5～30％，

催化剂 0.1～1％。

溶剂余量。

优选地，所述含硅氧烷类化合物的结构式为其中R₁为-CH₃、-CH₂CH₃、-C₆H₅和氨丙基官能团中的任意一种；R₂为-CH₃或-CH₂CH₃官能团。

优选地，所述溶剂为异丙醇和水的混合物，异丙醇和水的体积比为1∶0.25～1∶1.5。

优选地，所述催化剂为酸性催化剂或者碱性催化剂。

优选地，所述酸性催化剂为盐酸、硫酸、硝酸、甲酸和乙酸中的任意一种。采用催化剂可以使阻燃剂在短时间内，与木板结合更充分，反应更完全。

优选地，所述碱性催化剂为氢氧化钠或氢氧化钾。

优选地，所述液体阻燃剂的制备方法为；将原料按比例混合后，再在20～60℃进行混合5～30min。

本发明的目的在于：在保证木板的力学性能的同时尽可能的增加阻燃剂含量，使木板的阻燃性能更为优异，同时采用异丙醇和水的混合溶剂即减少了有机溶剂的挥发产生的有毒试剂，又可以降低木板的制造成本。

本发明通过对用碱处理好的木板浸渍液体阻燃剂然后再用红外加热固化阻燃剂，在木板纤维空腔内形成具有三维交联网络的Si-O键结构的自阻剂，从而赋予木板具有自阻燃作用；所得到的自阻燃防火木板具有防火阻燃性能好、防虫蛀、防腐蚀等性能优异的优点

与现有的技术相比，本发明的特点是：

采用硅氧烷类含硅体系的阻燃剂作为阻燃体系的主要组成部分，通过浸渍液体阻燃剂，再结合红外加热固化的方法，在木板纤维空腔内形成具有三维交联网络的Si-O键结构的自阻剂成分，从而赋予木板具有自阻燃作用；所得到的自阻燃防火木板解决了现有技术中液体阻燃剂在木板中加热不均，而出现木板里外固化不均翘起，以及木板防虫蛀、防腐蚀性能差等问题。

附图说明

图1为本发明提供的一种自阻燃防火疏水木板的制备方法的流程图；

图2为实施例5制备的木板经模拟大板燃烧法后，成碳层截面的扫描电镜照片。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例1

以甲基三甲氧基硅烷为液体阻燃剂主要硅氧烷类成分，以异丙醇和水为溶剂，盐酸为催化剂，按下列配比进行投料，在20℃条件下，搅拌反应30min制备得到液体阻燃剂，其中异丙醇与水的体积比为1∶0.25。

取1000×1000×50mm的木板置于温度为20℃浓度为5％的碱液中进行预处理24h，处理好后用清水冲洗2次，再把预处理好的木板浸渍在温度为35℃的液体阻燃剂中6h，浸渍好后的木板用红外加热固化5min，即可得到所需要的具有自阻燃作用的防火木板(步骤流程如图1所示)。

实施例2

以甲基三乙氧基硅烷为液体阻燃剂主要硅氧烷类成分，以异丙醇和水为溶剂，甲酸为催化剂，按下列配比进行投料，在60℃条件下，搅拌反应25min制备得到液体阻燃剂，其中异丙醇与水的体积比为1∶1.5。

取1000×1000×50mm的木板置于温度为80℃浓度为60％的碱液中进行预处理1h，处理好后用清水冲洗5次，再把预处理好的木板浸渍在温度为60℃的液体阻燃剂中2h，浸渍好后的木板用红外加热固化60min，即可得到所需要的具有自阻燃作用的防火木板。

实施例3

以苯基三甲氧基硅烷为液体阻燃剂主要硅氧烷类成分，以异丙醇和水为溶剂，硫酸为催化剂，按下列配比进行投料，在35℃条件下，搅拌反应25min制备得到液体阻燃剂，其中异丙醇与水的体积比为1∶1.0。

取1000×1000×50mm的木板置于温度为45℃浓度为10％的碱液中进行预处理15h，处理好后用清水冲洗5次，再把预处理好的木板浸渍在温度为35℃的液体阻燃剂中3h，浸渍好后的木板用红外加热固化25min，即可得到所需要的具有自阻燃作用的防火木板。

实施例4

以甲基三乙氧基硅烷为液体阻燃剂主要硅氧烷类成分，以异丙醇和水为溶剂，硝酸为催化剂，按下列配比进行投料，在45℃条件下，搅拌反应10min制备得到液体阻燃剂，其中异丙醇与水的体积比为1∶1.5。

取1000×1000×50mm的木板置于温度为80℃浓度为60％的碱液中进行预处理5h，处理好后用清水冲洗2次，再把预处理好的木板浸渍在温度为35℃的液体阻燃剂中2h，浸渍好后的木板用红外加热固化60min，即可得到所需要的具有自阻燃作用的防火木板。

实施例5

以氨丙基三乙氧基硅烷为液体阻燃剂主要硅氧烷类成分，以异丙醇和水为溶剂，乙酸为催化剂，按下列配比进行投料，在55℃条件下，搅拌反应25min制备得到液体阻燃剂，其中异丙醇与水的体积比为1∶1.5。

取1000×1000×50mm的木板置于温度为55℃浓度为10％的碱液中进行预处理15h，处理好后用清水冲洗5次，再把预处理好的木板浸渍在温度为60℃的液体阻燃剂中4h，浸渍好后的木板用红外加热固化30min，即可得到所需要的具有自阻燃作用的防火木板。

将上述制备的木板经模拟大板燃烧法，成碳层截面的扫描电镜照片如图2所示，由于液体阻燃剂在木板的纤维内外表面，燃烧后促使液体阻燃剂在木板内外表面具有二氧化硅形成。

实施例6

以甲基三乙氧基硅烷为液体阻燃剂主要硅氧烷类成分，以异丙醇和水为溶剂，氢氧化钠为催化剂，按下列配比进行投料，在35℃条件下，搅拌反应25min制备得到液体阻燃剂，其中异丙醇与水的体积比为1∶1.5。

取1000×1000×50mm的木板置于温度为45℃浓度为10％的碱液中进行预处理20h，处理好后用清水冲洗5次，再把预处理好的木板浸渍在温度为45℃的液体阻燃剂中2h，浸渍好后的木板用红外加热固化5min，即可得到所需要的具有自阻燃作用的防火木板。

实施例7

以苯基三甲氧基硅烷为液体阻燃剂主要硅氧烷类成分，以异丙醇和水为溶剂，氢氧化钾为催化剂，按下列配比进行投料，在20℃条件下，搅拌反应25min制备得到液体阻燃剂，其中异丙醇与水的体积比为1∶1.5。

取1000×1000×50mm的木板置于温度为20℃浓度为60％的碱液中进行预处理5h，处理好后用清水冲洗5次，再把预处理好的木板浸渍在温度为45℃的液体阻燃剂中2h，浸渍好后的木板用红外加热固化35min，即可得到所需要的具有自阻燃作用的防火木板。

实施例8

以苯基三甲氧基硅烷为液体阻燃剂主要硅氧烷类成分，以异丙醇和水为溶剂，氢氧化钠为催化剂，按下列配比进行投料，在45℃条件下，搅拌反应20min制备得到液体阻燃剂，其中异丙醇与水的体积比为1∶1.5。

取1000×1000×50mm的木板置于温度为45℃浓度为10％的碱液中进行预处理10h，处理好后用清水冲洗5次，再把预处理好的木板浸渍在温度为45℃的液体阻燃剂中6h，浸渍好后的木板用红外加热固化60min，即可得到所需要的具有自阻燃作用的防火木板。

按国标(GB/T 12441-2005)模拟大板燃烧法测试木板的阻燃性能，其阻燃性能为6次测试耐火时间的平均值如下所示：

表1

由表1可知，采用本发明提供的制备方法制备的防火木板的平局耐火时间大大高于空白木板，大多数防火木板的耐火时间达到了96％。

Claims

1.一种自阻燃防火疏水木板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）：木板预处理：先把木板在温度为20～80℃、重量浓度为5%～60%的碱溶液中浸泡1～24h进行预处理，浸泡后再用水清洗2～5次，得到预处理好的木板；

步骤2）：浸渍：将预处理好的木板浸渍在液体阻燃剂中处理2～6h，浸渍温度为35～60℃；

步骤3）：固化：浸渍好的木板提拉后采用红外加热的方式进行固化5～60min，得到自阻燃防火木板；

所述的液体阻燃剂，其原料由以下以重量百分比计的组分组成：

含硅氧烷类化合物 5～30%，

催化剂 0.1～1%，

溶剂余量；

所述含硅氧烷类化合物的结构式为，其中R₁为-CH₃、-CH₂CH₃、-C₆H₅和氨丙基官能团中的任意一种；R₂为-CH₃或-CH₂CH₃官能团。

2.如权利要求1所述的自阻燃防火疏水木板的制备方法，其特征在于，所述溶剂为异丙醇和水的混合物，异丙醇和水的体积比为1:0.25～1:1.5。

3.如权利要求1所述的自阻燃防火疏水木板的制备方法，其特征在于，所述催化剂为酸性催化剂或者碱性催化剂。

4.如权利要求3所述的自阻燃防火疏水木板的制备方法，其特征在于，所述酸性催化剂为盐酸、硫酸、硝酸、甲酸和乙酸中的任意一种。

5.如权利要求3所述的自阻燃防火疏水木板的制备方法，其特征在于，所述碱性催化剂为氢氧化钠或氢氧化钾。

6.如权利要求1-5中任意一种所述的自阻燃防火疏水木板的制备方法，其特征在于，所述液体阻燃剂的制备方法为：将原料按比例混合后，再在20～60℃进行混合5～30min。