CN107880708B - 一种耐水耐久的防火木材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐水耐久的防火木材及其制备方法，以及防火木材的化学组份、材料种类、涂层结构和产品用途。该化学组份主要包括防火剂、交联聚乙酸乙烯酯胶粘剂和木材涂料。该防火木材的制备方法：首先用液体或固体状的防火剂对木材进行防火处理，并在木材表面或外表层形成防火剂涂层，然后对其干燥；其次对以上木材涂布交联聚乙酸乙烯酯、覆盖该防火剂涂层，让其干燥固化、并用作该木材的保护涂层；最后，涂上另一层交联聚乙酸乙烯酯或一层或多层普通木材涂料。通过上述方法，可提高防火木材的耐水耐久性能，并长期保持木材防火剂在自然环境下的防火效率。在本发明中，交联聚乙酸乙烯酯既可用作防火木材的底涂涂料，也可用于它的表层涂料。

Description

一种耐水耐久的防火木材及其制备方法

技术领域

本发明涉及防火木材，具体是一种耐水耐久的防火木材的化学组分、材料种类、涂层结构、制备方法和产品用途。

背景技术

木材是一种天然可再生的结构工程材料。自古以来它一直广泛地被人类用作建筑材料。由于木材的可燃性，它也是一种危险性材料。此外，木材可在高温条件下自燃。当木材经过防火剂处理后（简称防火木材），它可有效地减缓燃烧速度，控制火焰的进一步蔓延，以及大大地降低木材的可燃性。但防火木材本身并不是一种不燃材料。而且，目前市场上常用的防火木材不能防水，还可能遭受腐蚀菌，霉菌和昆虫的侵害。

由于大部分常用的木材防火产品具有吸湿吸潮性，它们易于吸水。在木材毛细管的作用下，被木材吸收的水分可在它的导管，纤维管胞，或其它显微结构组织内的空腔或间隙内自由移动，导致膨胀和收缩现象。在自然环境条件下，这种膨胀和收缩会使木材产生应力，以致开裂或劈裂。随着木材和木材复合材料不断地积累这些开裂缺陷，它们会减少甚至失去所需要的强度性能，并且常用的防火木材容易遭受木腐菌和昆虫的侵蚀，这是因为这些寄生物可通过表面的深度裂纹或裂缝进入到木材的内部结构组织中。另一方面，由于大部分常用的防火木材含有酸性，它们会在使用过程中逐步被酸化，降低木材的弹性模量、抗弯和抗冲击强度。

此外，在使用过程中防火剂的逐渐浸出是常用防火木材的另一个主要缺点。特别是当防火木材吸水或吸湿后，木材中的防火剂会逐步地减少，这主要取决于它的防火剂种类、材种和终端用途。因此，常用防火木材在实际使用过程中会逐渐降低甚至丧失它的防火性能。而且，常用防火木材的浸出物通常对人体和环境来说是有害的化学物质。还有，常用防火木材还对金属具有腐蚀性。在潮湿的环境条件下，防火剂会加剧对金属材料的腐蚀，甚至还会降低常用防火木材的强度性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有防火木材的不足，而提供一种耐水耐久的防火木材的化学组分、材料种类、涂层结构和制备方法以及产品用途。

实现本发明目的的技术方案主要是：

一种适用于木材的化学防火组分，它包括

（1）防火剂；

（2）同时还含有交联聚乙酸乙烯酯或交联聚醋酸乙烯酯胶粘剂或粘合剂(Crosslinking polyvinyl acetate,XPVAc 或x-PVAc)，该胶粘剂覆盖和胶固与于木材的外部表面、并用作木材的保护涂层；

上述所用的交联聚乙酸乙烯酯胶粘剂(简称交联聚乙酸乙烯酯)至少由聚乙酸乙烯酯树脂，交联剂和催化剂组成；

上述所用的交联聚乙酸乙烯酯胶粘剂固化于木材的表面上，并且其弗鲁豪夫(Furehauf)湿剪切强度大于等于1.9MPa。

上述适用于木材的化学防火组分，所述防火剂可包括以锌、镁或铝金属元素为基础的化合物或复合物；或以硼、磷、溴、硫、氮、氯、氟或硅非金属元素为基础的化合物或复合物；或以上物质组成的组合物或混合物。

本发明所用的防火剂包括水可溶的或水不溶的防火剂。水可溶的防火剂主要是水溶性的和水分散性的防火剂，或以上两者的混合物； 而水不溶的防火剂可以以粉末或微粒状用于木材或木材复合材料中。

一般来说，水溶性防火剂可以是溴化铵、氯化铵、三氧化锑、锑酸钠、氯化钠、氯化钾、硫酸铵、硼酸、碳酸镁、氢氧化镁、氧化镁、磷酸三聚氰胺、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、葡萄糖—二铵磷酸盐、多磷酸氨基甲酸酯、溴化钾、硫酸钾、硼砂钠 [如八硼酸二钠（DOT）]、硅酸钠、溴化锌、氧化锌、氯化锌、硫酸锌等等。以及由上述化合物形成的混合物或组合物。

通常，水是水溶性防火剂的主要溶剂。但是，某些水不溶的防火剂可通过采用水可分散的共溶剂、阳离子或阴离子乳化剂、醇类溶剂、糖类溶剂或其它分散剂和木材胶粘剂将其转化成可水溶的防火剂。

尽管某些氮类化合物（包括氨和胺）可用作磷、硼或硅类防火剂的一个组成部分，但它们本身并不具有防火功能。另一方面，三氧化锑和锑酸钠都不是很有效的防火剂，它们常与卤类防火剂一起使用。

在某些情况下，木材防火剂可以是有机卤类化合物，包括苯溴二苯醚、多溴二苯醚（PBDE）、溴化聚苯乙烯、溴化碳酸酯低聚物（BCO）、溴化环氧低聚物（BED）、四溴邻苯二甲酸酐、四溴双酚A（TBBPA）、六溴环十二烷（HBCD）等等。

木材防火剂也可以是有机磷类化合物。其中包括磷酸二丁酯(TBP)、磷酸三辛酯(TPP)、间苯二酚双（磷酸二苯酯）(RDD)、二酚A磷酸二苯酯(BADD)、磷酸三甲苯酯(TCP)、三（2-丁氧基乙基）磷酸酯(TBEP)、三（2-氯乙基）磷酸酯(TCEP)、磷酸二甲酯(DMMP)、三（2,3-二溴丙基）磷酸酯(TBPP)、三（2-氯异丙基）磷酸酯(TCPP)、三（2-乙基已基）磷酸酯(TEHP)、三（1,3二氯基-2丙基）磷酸酯(TDCPP)、氯化四羟甲基磷酸酯(THPC)、四氯乙基二氯乙基异戊烯基磷酸酯、双氰胺磷酸甲醛、脯氨酸磷酸酯(GUP)、有机磷酸酯 [包括低聚磷酸盐和二（2-羟乙基）氨基-乙基磷酸二乙酯] 等等。

本发明所用的防火剂还可以是有机硅类化合物，包括乙烯基三甲氧基硅烷，3-氨基丙基三乙氧基硅烷，三（丙烯酰氧基乙氧基）苯基硅烷、三缩水甘油氧基苯基硅烷(TGPS)、N-马来酰亚胺基苯氧基硅烷、3-异氰脲酸丙基三乙氧基硅烷、聚乙烯基倍半硅氧烷等等。

以上有机卤类、磷类和硅类防火剂大多是不溶于水或难溶于水的，但可以将它们转化成可水溶的防火剂。

某些水不溶的防火剂可直接以粉末或粒状用于木材的防火处理，这些防火剂包括硼酸锌、脱水硼砂、氢氧化铝、碳酸钙镁石、水菱镁矿、二氧化硅等。

上述防火剂可进一步分为矿物添加剂阻燃剂和反应性阻燃剂。前者通常是金属盐类或化合物，包括氢氧化铝、溴化钾、氯化钾、氯化锌、氧化锌等等。这些化合物大都具有热膨胀性。反应性阻燃剂包括脯氨酸磷酸酯(GUP)、3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷、间苯二酚双（二苯基磷酸酯）、溴化环氧低聚物等有机卤类、磷类或硅类化合物，它们可与木材发生化学反应并被固定于木材中。

在某些场合下，硼类防火剂可包括偏硼酸钡、氟硼酸铵、磷酸铵硼等等。

本发明所用的防火剂在木材中的浓度大于等于0.08kg/m³。为提高它的防火效率，其有效防火成分的浓度在重量上大于等于所用防火剂的0.1%。

在防火处理后，防火木材通过气干或窑干将其含水率降至30%以下，或最好是20%以下。干燥后的防火木材可用交联聚乙酸乙烯酯覆盖其表面并作为它的保护涂层。可让涂布的交联聚乙酸乙烯酯自然干燥, 也可采用蒸汽加热、陶瓷加热、红外加热等方法对其进行快速干燥。

本发明所用的交联聚乙酸乙烯酯具有以下功能：它不仅是一个木材胶粘剂，也是一个表面涂料并用来保护防火木材。作为表面涂料，交联聚乙酸乙烯酯不仅对木材具有优良的粘合性，还可提高防火木材的防水和抗紫外线性能。而且，交联聚乙酸乙烯酯可胶固住在木材表层上未固定的防火剂，并与其形成化学螯合结构，从而大大减少它从木材中浸出到自然环境中的机率。

交联聚乙酸乙烯酯胶粘剂通常由聚乙酸乙烯酯树脂、催化剂、交联剂、表面活性剂等组成。一般来说，交联聚乙酸乙烯酯是通过在乳液或树脂中的水分蒸发或逸出后而发生固化。

交联聚乙酸乙烯酯所用的催化剂可以是: (1) 以金属离子为主的化合物，包括硝酸铬、硝酸铝、三氧化铁、三氧化锑、硝酸锆、重铬酸钾、髙氧酸铬、氧化钙、过硫酸钠、过硫酸钾、氧氯化锆、氯氧化钒、氯氧化铋等等; (2) 以非金属为主的化合物，包括过硫酸铵、过氧化氢、草酸、过硫酸叔丁酯等等; (3) 由以上化合物组成的组合物或混合物，或其它种类的化合物。

在某些场合下，内部交联剂可用于交联聚乙酸乙烯酯中，包括丙烯酸（AA）、丙烯腈（AN）、丙烯酸丁酯（BA）、乙二醛、二醛乙二醛、戊二醛、六（甲氧基甲基）蜜胺（HMMM）、异丙醇、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、N-异丁基甲基丙烯酰胺（NIBMA）、N-甲基丙烯酰胺（NMA）、天然橡胶胶乳、烷羟羧酸乙酯（如VeoVa 9和VeoVa 10）等等。

在某些场合下，其它的交联剂可以是乙酸乙烯酯（VAc）与上述内交联剂形成的混合物，它们包括VAc/BA、VAc/NIBMA、AVc/NMA、VAc/AA/AN等等。

某些木材胶粘剂也可用作交联聚乙酸乙烯酯的外交联剂，包括脂肪族聚酯-酚醛树脂、聚异氰酸酯乳液、环氧树脂、糠醇改性的尿醛树脂、三聚氰胺树脂、三聚氰胺尿醛树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、联合二联苯甲烷二异氰酸酯树脂、聚异氰酸酯树脂、尿醛树脂等等。

颜料或着色剂也可添加在交联聚乙酸乙烯酯树脂之中。通常它约占交联聚乙酸乙烯酯重量的0.05%到4%，或0.05%到2%。常用的颜料是碳黑和二氧化钛。其它适用于交联聚乙酸乙烯酯的颜料也可选用灰、蓝、棕、红、黄、绿等颜色。当然，也可在交联聚乙酸乙烯酯中不加任何颜料或着色剂。

此外，也可在交联聚乙烯乙烯酯中添加其它添加剂。例如，可对其添加杀霉菌剂、杀腐蚀菌剂或杀虫剂，包括3-碘-2丙基丁基氨基甲酸酯、烷基二甲基苄基氯化铵、氨氧化锌、环烷酸铜、溴氰菊酯、氯化锌、氧化锌等等。所用的添加剂通常约占交联聚乙酸乙烯酯胶粘剂重量的0.2%到2%或1%到4%。

交联聚乙酸乙烯酯可以是双组分胶粘剂。例如，它的第一组分含有聚乙酸乙烯酯树脂乳液，而其第二组分仅含催化剂。使用时须将该两组分混合均匀。它也可以是单组分胶粘剂，其中催化剂已预先加入树脂乳液中。但是，双组分胶粘剂一般具有较好的抗湿强度和较长的活性期。

在防火木材的表面上，每一交联聚乙酸乙烯酯涂层的涂布量大约是0.049到0.49kg/m²，或 0.098到 0.195kg/m²，或0.244到0.342kg/m²。

交联聚乙酸乙烯酯涂层的湿状厚度大约是0.005到0.050cm，或0.0127到0.0254cm，或0.0305到0.0432cm。

当其干燥或固化后，它的干状厚度大约是0.0025到0.025cm，或0.0076到0.0127cm，或0.0178到0.0203cm。

上述适用于木材的化学防火组分，所用交联聚乙酸乙烯酯胶粘剂的固含量大于等于20%。

由于大部分防火木材的表层孔隙不同程度地被防火剂填塞，可用少量的交联聚乙酸乙烯酯去覆盖和密封其外表面。本发明所用的交联聚乙酸乙烯酯胶粘剂的最小固含量应为20%。

在胶合板制造过程中，由于木材在旋切单板时与旋刀接触，所旋制的单板易产生背面裂隙。其后的干燥、涂胶、热压等工序会使这一缺陷更加严重。而且胶合板在防火处理过程中也会加重单板的背面裂隙，并在表面上产生裂纹。因此，本发明所用的防火胶合板最好采用二层交联聚乙酸乙烯酯底涂。待其固化后，再涂布普通木材涂料，包括丙烯酸树脂漆、醇酸树脂漆、环氧树脂漆、聚酯树脂漆等等。

当防火木材仅用于室内建筑或安装材料时，所用的交联聚乙酸乙烯酯保护涂层的弗鲁豪夫湿剪切强度必须是1.9MPa（即275psi）到2.2MPa（325psi）之间。它可以是Ⅱ类胶粘剂。当防火木材用于室内高湿的地方或用于半露天的场合（即仅有部分的防火木材被建筑物覆盖时），所用保护涂层的弗鲁豪夫湿剪切强度大于等于2.2MPa（即325psi）。在该保护涂层干燥或固化后，也可在其上进一步涂布上述木材涂料。当交联聚乙酸乙烯酯用作底涂时，它可以是一层或二层底涂。或者，当防火木材用于室内时，可仅用一层交联聚乙酸乙烯酯涂层，而不需要在其上涂布木材涂料。当交联聚乙酸乙烯酯用作防火木材的表面涂层并用于室外场合时，它的弗鲁豪夫湿剪切强度大于等于3.6MPa（即525psi）。特别是当防火木材用于半露天或室外场合时，交联聚乙酸乙烯酯必须是Ⅰ类胶粘剂，并且其固化后的胶层必须具有较高的交联率。

对于防火木材来说，防火剂即可通过与木材的微细结构成分如纤维素、半纤维素、木素或其它非结构成分包括单宁、树脂酸、蛋白等发生化学反应、并被固定在木材中，也可通过物理吸附的形式存留于木材中。

防火剂可通过化学反应后固定于木材的胞间层（ML）、初生壁（P）、和次生壁（S）（包括S1层、S2层和S3层）和木材细胞的间隙或角落中。另一方面，它也可通过物理吸附被木材吸着而存留于木材中。因此物理吸附的防火剂比化学固定的防火剂更容易被水分从木材中浸出。

在加压浸渍或表面涂刷后，木材防火剂可能大部分存在于木材的表层和靠近表面的外表层部分。通常在加压浸渍处理后，防火木材的防火剂在浓度上从外表层到其中心部分会逐渐减少。在防火木材中，大部分的防火剂是主要通过机械吸附而存留于木材表面或表层的空腔中，但也有少部分可能会渗入到木材的细胞壁组织。而防火剂的某些部分则会被化学固定在木材中。但是，一般来说，防火剂的大部分会以物理吸附形式存在于木材中。所以，固定的和未固定的防火剂可能会同时存在于同一木材中。

在使用中，防火木材很可能容易失去自由的或未固定于木材的防火剂。既使某些化学固定于木材表层的防火剂，也有可能随着时间逐渐从木材中浸出。显然，防火木材在使用过程中，流失最多的可能是存在于木材表层和外表层的防火成分或化学物质。

一般来说，锌、镁、铝、硼、硅、磷、硫、氮或其它元素和它们的化合物，可作为一个中心原子与交联聚乙酸乙烯酯的乙酸基和羟基形成螯合物结构。该化学结构可进一步使某些自由的、非固定的防火剂存留在木材中。例如，交联聚乙酸乙烯酯是硼类化合物的螯合剂，并且它也可与氮和胺类化合物形成稳定的螯合物。

在前述催化剂中的金属离子或元素、某些着色剂（如二氧化钛）以及某些防火剂的非金属元素可与交联聚乙酸乙烯酯的乙酸基和羟基以及木质纤维素的羟基形成一个复杂的化学螯合结构。

通过与防火剂形成一个化学螯合结构，交联聚乙酸乙烯酯可将许多自由的防火剂组分固定于木材表层和木材中。而且，它封闭木材表面和木材表层的空隙，并关闭其与外部环境的通道，有助于将大部分的防火剂保留在木材中。

本发明还提供一种含有化学防火组分的木材，它包括防火剂；该防火剂包括以锌、镁或铝金属元素为基础的化合物或复合物； 或以硼、磷、溴、硫、氮、氯、氟或硅非金属元素为基础的化合物或复合物；或由以上物质组成的组合物或混合物；

所述化学防火组分还包括交联聚乙酸乙烯酯保护涂层, 该保护涂层覆盖并胶固在木材的表面上；

所用的交联聚乙酸乙烯酯保护涂层与防火剂或防火剂的有效成分形成化学螯合物；

所用的交联聚乙酸乙烯酯胶粘剂在固化前必须含有交联剂和催化剂；

以上所述的保护涂层当它涂布于木材上并被固化时，其弗鲁豪夫湿剪切强度大于等于2.2MPa；

上述木材是实木材料或木材复合材料。

上述含有化学防火组分的木材，它包括采用交联聚乙酸乙烯酯作为第一涂层并覆盖于木材的外表面，同时用普通木材涂料作为第二涂层并覆盖于第一涂层之上，该木材涂料可以是丙烯酸树脂漆、醇酸树脂漆、环氧树脂漆、真漆、胶乳漆、聚氨酯树脂漆和聚酯树脂漆。

防火木材可通过采用本领域技术人员所知的工艺流程制造或生产。其中它可采用浸泡，喷涂、浸注等方法对木材进行防火处理。或者可通过用防火剂对木材进行加压浸渍,包括采用全细胞法、空细胞法、改进的全细胞法、被动压力浸渍法等方法，或采用由贝瑟尔(Befhell)、鲁平(Reuping)或洛瑞(Lowry)等标准工艺流程改进的方法。

本发明所用的木材可以是实木材料或木材复合材料（也称人造板材）。例如，它可以是实木板、原木、木柱、胶合板、纤维板、普遍刨花板、定向刨花板(OSB) 、华夫板、中密度纤维板、干法纤维板、硬质纤维板、单板层积材(LVL)、平行芯板层积材(PSL)、交叉层压木材(CLT)、定向木材(OSL)等。它也可是由竹子、棉花杆、麦秸秆、玉米秸秆、亚麻、麻、黄麻、剑麻、红麻、甘蔗纤维等其它天然纤维物质制成的人造板、纸质产品如纸箱板以及由木材和无机材料组成的石膏刨花板、矿渣刨花板、水泥刨花板等等。

当所用的木材基材是木材复合材料时，其木材单元组分包括木条、单板、板材、木碎片、纤维、刨花、木薄片、木屑、锯屑、和木粉等等。用于胶粘所述木材单元组分的胶粘剂可以是尿醛树脂、三聚氰胺树脂、三聚氰胺尿醛树脂、酚醛树脂、交联聚乙酸乙烯酯树脂、聚氨酯树脂、聚异氰酸酯乳液、间苯二酚甲醛树脂、间苯二酚酚醛树脂、聚合二联甲烷二异氰酸酯树脂和大豆蛋白胶粘剂等等。

上述木材胶粘剂的胶层干状厚度大约是0.00254到0.0254cm，或0.00762到0.0102cm，或0.0178到0.0203cm。

所用木材胶粘剂的胶层在木材单元组分的表面上是基本上连续的或基本上不连续的。

所用木材胶粘剂的胶层可与该木材复合材料的板面基本上平行。

所用木材胶粘剂的胶层可与该木材复合材料的板面基本上平行，也可同时与该材料的板面基本上垂直。

上述木材胶粘剂的胶层基本上与板面平行，它在木材单元组分的表面上，即可是基本上连续的，也可是基本上不连续的。例如胶合板和单板层积材的胶层与其板面基本上平行，而且它在单板的表面上是基本上连续的。尽管定向刨花板(OSB)、普通刨花板、芯板层积材(LSL)、定向木板 (OSL)等的胶层与其板面是基本上平行的，它在其木材单元组分上是基本上不连续的。

或者，某些木材复合材料包括交叉层压木材(CLT)的胶层既与其板面基本上平行，也与其板面基本上垂直。拥有这种混合胶层结构的木材复合材料，应比仅有与板面基本上垂直的胶层的木材复合材料具有更好的室外耐水耐久性。如果木材复合材料其胶层与板面基本上垂直的话，这种材料大都不具室外耐水耐久性。

但是，当某一木材复合材料其木材单元组分与胶层的干状厚度比例小于300，并在其表面涂布交联聚乙酸乙烯酯时，既使它的胶层与板面基本上相垂直，也可用于室外场合，并能保持良好的耐水耐久性。

在某些场合下，木材复合材料可在制造或生产之前或之后进行防火处理。例如木材复合材料可直接用可水溶的防火剂进行浸泡、浸注、喷涂、涂刷或加压浸渍等。另外，水不溶的防火剂可加入尿醛树脂、三聚氰胺树脂、三聚氰胺树脂、尿醛树脂或酚醛树脂中形成防火涂料，然后将它涂布在木材的外表面。

或者，先将木材单元组分（包括木屑、碎片、纤维、薄片、单板和锯屑等）用水溶性的防火剂进行加压浸渍或涂刷，并对其干燥、施胶和组坯，然后压制成防火木材。

本发明还提供一种耐水耐久的防火木材的制备方法，它通过如下步骤在木材上形成包含以下涂层的防火涂层：

（1）采用防火剂涂层作为防火木材的第一涂层；

所述防火剂包括以锌、镁、或铝金属元素为基础的化合物或复合物；或以硼、溴、硫、磷、氯、氮、氟或硅非金属元素为基础的化合物或复合物；或由以上物质组成的组合物或混合物；

（2）采用交联聚乙酸乙烯酯胶粘剂作为第二涂层并用作木材的保护涂层；

该胶粘剂覆盖在防火剂涂层之上，至少由聚乙酸乙烯酯树脂，交联剂和催化剂组成；

（3）含有第三涂层: 它可以是另一层交联聚乙酸乙烯酯保护涂层，或者是普通木材涂料，包括丙烯酸树脂、醇酸树脂、环氧树脂、真漆、胶乳漆、聚酯树脂和聚氨酯树脂；

（4）采用另一层或多层上述木材涂料作为防火木材的表面涂层；

上述防火涂层至少覆盖所述防火木材的部分表面。

该方法所用的交联聚乙酸乙烯酯保护涂层与防火剂或防火剂的有效成分形成螯合物。

该方法所用的交联聚乙酸乙烯酯保护涂层的弗鲁豪夫湿剪切强度大于等于1.9MPa。

在本发明中，交联聚乙酸乙烯酯不仅可作为木材胶粘剂固化在防火剂之上，它还可以用作于防火木材的保护层。交联聚乙酸乙烯酯至少由聚乙酸乙烯酯树脂，交联剂和固化剂三种化学物质组成。此外，交联聚乙酸乙烯酯可以是Ⅰ类或甲类(TypeⅠ)和Ⅱ类或乙类(TypeⅡ)胶粘剂,主要取决于防火木材的终端用途。在本发明中，交联聚乙酸乙烯酯既可用作防火木材的底涂涂料，也可用作它的表层涂料。更重要的是，交联聚乙酸乙烯酯可与许多防火剂的有效元素或组分形成螯合物，并有助于防止这些防火剂从木材中浸出甚至流失。

本发明防火木材与常用防火木材不同的是，本发明所用的防火木材至少拥有两个涂装层次，第一个涂层或涂装层是已经存在于木材表面或木材中的防火剂，而第二个涂层或涂装层是交联聚乙酸乙烯酯。它被用作于防火剂的保护层，可至少密封防火木材的部分外露表面而且得到固化。另一层交联聚乙酸乙烯酯可进一步涂在第一层已固化的交联聚乙酸乙烯酯作为表面涂层；或者用一层丙烯酸树脂漆、醇酸漆、环氧树脂漆、真漆、胶乳漆、聚氨酯漆、聚酯漆等木材涂料覆盖于第一层已固化的交联聚乙酸乙烯酯涂料；或将两层或多层上述木材涂料涂布在第一层已固化的交联聚乙酸乙烯酯。因此，防火剂将被紧紧地密封在木材中，以防它在潮湿条件下被流水、蒸发水或冷凝水浸出，并且充分保持防火效率，此外，选用交联聚乙酸乙烯酯作为防火木材的保护涂层可为木材提供优良的防水性能。因而进一步提高防火木材在自然环境条件下的耐久性和使用寿命。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明内容作进一步的说明，但不是对本发明的限定。

实施例1

一种耐水耐久的防火木材的制备，首先用防火剂或防火涂料在木材或木材复合材料的表面上形成第一涂层：

（1）然后，将木材浸入2%到10%的硼酸溶液中，再将其干燥。

（2）或者，将木材浸入2%到10%的DOT溶液中，再将其干燥。

（3）将木材在2%到10%的硼酸和氢氧化铝混合溶液中浸泡或加压浸渍；其硼酸和氢氧化铝的重量比为1:1到1:3，然后将防火处理的木材进行气干或窑干。

（4）将硫酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二胺、乙二胺四乙酸（EDTA）和碳酸氢钠混合均匀组成防火溶液；然后，用该防火溶液对木材或木材复合材料进行加压浸渍，并对其进行气干或窑干。

（5）将某些难于固定在木材中的金属化合物防火剂（如氢氧化铝）与木材胶粘剂包括尿醛树脂、三聚氰胺树脂、三聚氰胺尿醛树脂、酚醛树脂等混合成防火胶粘剂；然后，将该防火胶粘剂与木材单元组分（例如木屑、木芯片、木薄片、纤维、刨花等）混合涂布后组装成板坯；再将其热压成木材复合材料（如定向刨花板、普通刨花板、中密度纤维板、干法纤维板等等）。

（6）将酚醛树脂和水玻璃混合均匀形成防火涂料，然后用它涂刷于木材外表，并让其烘干或在室温下固化。

（7）先将磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和硼砂粉末混合均匀后加水溶解成防火溶液；然后，将其pH值调制中性，用该防火溶液对木材进行表面涂布或加压浸渍，并将其气干或窑干。

（8）将磷酸二氢铵和磷酸氢二铵调制成混合溶液，并在其中加入由谢尔文威廉涂料公司研制的腐蚀抑制剂谢尔卫士（SHER-GARD），该防火溶液基本上呈中性或微碱性，用该防火溶液对木材进行表面涂刷或加压浸渍处理。

（9）防火剂可选用含有热膨胀石墨、碳酸钙和氧化铝的热膨胀性涂料，先将它们与酚醛树脂、三聚氧胺树脂、三聚氰胺尿醛树酯或尿醛/聚乙酸乙烯酯树脂混合均匀形成防火涂料，并将其涂布于木材或木材复合材料的表面上，然后加热至100℃直到它完全固化。

（10）防火剂也可采用具有双组分的配方，先将液状水玻璃与氧化锌、硬脂酸锌、水磨云母混合均匀并用作第一组分； 再制备由羟乙基纤维素、氧化镁、碳酸镁、碳酸锌、偏二氧乙烯/丁二烯乳胶等组成的第二组分；然后将上述两组分以1:1的比例均匀混合，并将该混合物用水稀释成水可分散的、或胶体分散状的防火剂，用该防水剂对木材进行喷涂、浸注、涂刷或加压浸渍等处理，并让其在室温条件下固化。

（11）用由脯胺磷酸酯和硼酸组成的防火剂对木材或木材复合材料进行喷涂、浸注、涂刷或加压浸渍处理，然后让其在室温下干燥。

上述防火剂或防火涂料即可位于木材的表层或外表层、也可渗透至它的芯层或内层, 完全取决于防火处理的工艺条件以及产品的设计和用途。在上述工序后，将所产生的防火木材进行气干或烘干，并将它的木材含水率降至30%以下，最好是保持在20%以下。然后, 将交联聚乙酸乙烯酯作为上述防火木材的第二涂层、让其固化并密封木材的表面。或者用另一层交联聚乙酸乙烯酯树脂覆盖于上述交联聚乙酸乙烯酯底涂，并让其固化。最后，可进一步在交联聚乙酸乙烯酯的底涂上涂布一层或多层木材涂料，包括丙烯酸树脂、醇酸树脂、环氧树脂、真漆、胶乳漆、聚酯树脂、聚氨酯树脂等等。

实施例2

先将氢氧化铝粉末与木刨花均匀混合。同时，用酚醛树脂或聚合二苯甲烷异氰酸酯树脂喷涂木刨花并混合均匀，然后组装成大约2.5cm到10cm 厚的板坯，随后将其压制成刨花板。

氢氧化铝粉末最好分布在刨花板的上、下表层中，它在刨花板中的浓度大约为0.80到16kg/m³。

将交联聚乙酸乙烯酯涂布在该刨花板的上、下表面，并让其充分固化。交联聚乙酸乙烯酯的涂布量大约为0.054到0.215kg/m²，其湿状涂层厚度大约为0.013cm到0.051cm厚度。受上述交联聚乙酸乙烯酯保护的氢氧化铝防火刨花板可以直接用作室内建筑材料。

上述木材组分也可以是木碎片、木薄片、木条、芯片、纤维、锯屑等等。

上述刨花板也可以是定向刨花板、华夫刨花板等等；还可以是由木纤维组成的板材，包括硬质纤维板、中密度纤维板、干法纤维板、纸质板材如纸箱板，或者是由棉花杆、麦秸秆、玉米秸秆、剑麻、红麻、麻、黄麻、亚麻等其它天然纤维物质组成的人造板材料等等。

实施例2所用的防火剂也可以是偏硼酸钡、氟硼酸铵、硼酸锌、氧化镁、氧化钛或其它防火剂，或由以上防火剂组成的混合物。

实施例2所用的木材胶粘剂，也可以是尿醛树脂、三聚氰胺树脂、间苯二酚甲醛树脂、间苯二酚酚甲醛树脂等等。

实施例3

先将八硼酸二钠与酚醛树脂均匀混合成防火涂料。其中八硼酸二钠与酚醛树脂的重量比例从0.01:1到0.25:1。

将上述防火涂料均匀地涂布在木材胶合板的所有外部表面，然后让其干燥固化。

再将交联聚乙酸乙烯酯均匀覆盖该防火胶合板的所有外部表面，然后让其固化。交联聚乙酸乙烯酯的涂布量大约为0.054到0.215kg/m²。

或者在已固化的交联聚乙酸乙烯酯表面上进一步涂上丙烯酸树脂漆、醇酸树脂漆、环氧树脂漆、聚氨酯树脂漆、胶乳漆、聚酯纤维漆等木材涂料并让其固化。

实施例3的酚醛树脂胶粘剂也可用其它木材胶粘剂代替。可适用的胶粘剂包括尿醛树脂、间苯二酚甲醛树脂、间苯二酚酚甲醛树脂、三聚氰胺树脂、三聚氰胺尿醛树脂、聚合二苯甲烷二异氰酸酯树脂、大豆蛋白等等。

实施例3中所用的防火剂也可以是偏硼酸钡、硼砂钠、氟硼酸铵、水玻璃等等。

实施例3所用的木质基材也可是实木板材、木柱、木杆、原木、单板层积材(LVL)、交叉层压木材(CLT)、干法纤维板、硬质纤维板、普通刨花板、定向刨花板 (OSB)、芯板层积材(LSL) 、平行芯板层积材 (PSL)、 定向木材(OSL)、石膏刨花板、矿渣刨花板等。

实施例4

先选取一条5cm米厚、10cm米宽和2.4m长的防火松木。该防火木材使用的是磷酸铵硼防火剂，它在该松木的保留浓度大约是松木重量的百分之五。

将上述防火松木锯成四块22.5cm长的小木段。它们的木材含水率大约在8%左右。第一个小木段用作控制样品，而其它小木段在室温条件下分别涂布交联聚乙酸乙烯酯，其涂布量大约为0.015kg/m²。将涂布的交联聚乙酸乙烯酯隔夜干燥固化。然后，并选出二个已涂有交联聚乙酸乙烯酯的防火松木木段，在其表面上分别涂布丙烯酸树脂漆和醇酸树脂漆。将上述所有的试验样品在室温下放置一个星期。称重并记录每一样品的浸出试验前重量，然后进行以下为期一个星期的浸出试验。

将上述所有样品浸泡于一个塑料桶状容器中，并将它们保持在水面2.5cm以下。本试验的浸出时间分别是四分之一日、一日、三日、五日和七日。在每一指定的浸出时间，先取出所有样品，用新鲜水清洗它们的表面，然后倒掉容器中的浸出水。将所有样品重新放回容器中，并注入新鲜水。在浸出试验的第七天，从容器中取出所有试验样品，并用清水清洗它们的外表面。然后，将所有清洗干净的试验样品放入烘箱中干燥。干燥温度设为70℃左右。将所有样品的含水率重新干燥回8%左右，并称重记录每一样品的重量变化。在本试验中，某一样品的防火剂损失率等于它浸出试验前后在木材中的保留浓度差值除以其浸出试验前的保留浓度。上述样品一星期后的浸出试验结果见下表:

表一 不同防火木材样品的浸出测试结果

经过一个星期的浸出试验后，控制样品的表面粉红颜色基本上消失。并且，当控制样品的含水率重新干燥回8%左右时，该样品在表面上出现许多木材裂纹。但是所有受交联聚乙酸乙烯酯保护的防火木材即无任何表面褪色，也无任何表面裂纹。

实施例5

实施例4所用的防火木材进一步锯成30cm长的小木段。第一小木段用作控制样品，而其它三个小木段进一步涂布交联聚乙酸乙烯酯，并让它在室温下固化。第二小木段样品仅涂布交联聚乙酸乙烯酯；而第三和第四样品分别在已固化的聚乙酸乙烯酯涂层上涂布丙烯酸树脂漆。然后上述样品在室温条件下放置三天时间。

将上述四个样品于初夏季节放置于室外进行露天耐久试验。将它们放置在一个样品架上。该样品架使所有样品的表面与垂直平面倾斜大约10^o左右，以便减少在试验中积存在样品上的雨水，露水以及冷凝水。

在露天试验一个月后，控制样品开始褪色。大约在三个月后，控制样品的表面粉红色基本上消失，同时出现木材表面开裂。但是其它被交联聚乙酸乙烯酯保护的样品安全无损。在室外存放九个月后控制样品出现许多表面裂纹。但是其它样品依然安全无损。经过一年的露天耐久试验，受交联聚乙酸乙烯酯和丙烯酸树脂漆保护的防火木材表现出了优良的耐水耐久性能。其表面无任何裂纹缺陷。

实施例6

在室外存放九个月后，将实施例5中的控制样品和仅用一层交联聚乙酸乙烯酯保护的防火松木样品取回室内，清除它们的表面灰尘和脏物。通过观察发现，控制样品的表面粉红色在露天九个月后已完全消失，并有许多木材裂纹和开裂;而受交联聚乙酸乙烯酯保护的防火木材无任何表面裂纹或开裂。

从实施例5中选用一段30cm长、未经露天试验的防火松木。此外，另选取一个30cm长，无任何防火处理的天然松木作为参考样品。然后将上述样品分别放置于一个铁架上。每个样品垂直倾斜大约10^o左右。用液化气将上述样品点燃并记时，每个样品的燃烧时间为30秒钟。

在燃烧试验后，控制样品在九个月露天试验后与未经任何防火处理或露天试验的天然松木具有相同的火焰蔓延长度和形状。 但是, 受交联聚乙酸乙烯酯保护的、并经过露天耐久试验的防火松木与未经露天试验的、无交联聚乙酸乙烯酯涂层的防火松木具有相同的火焰蔓延长度和形状。这一试验结果表明，在露天试验后控制样品基本上失去了它的防火性能, 而受交联聚乙酸乙烯酯保护的防火松木依然保持优良的防火性能。

Claims (6)

1.一种耐水耐久的防火木材的制备方法，其特征在于：它通过如下步骤在该防火木材上依次形成包含以下涂层的防火涂层：

（1）采用防火剂涂层作为防火木材的第一涂层；

所述防火剂包括以锌、镁、或铝金属元素为基础的化合物或复合物；或以硼、溴、硫、磷、氯、氮、氟或硅非金属元素为基础的化合物或复合物；或由以上物质组成的组合物或混合物；

（2）采用交联聚乙酸乙烯酯胶粘剂作为第二涂层并用作上述防火木材的保护涂层；

该胶粘剂覆盖在防火剂涂层之上，至少由聚乙酸乙烯酯树脂，交联剂和催化剂组成；

（3）含有第三涂层: 它是另一层交联聚乙酸乙烯酯涂层，或者是普通木材涂料，包括丙烯酸树脂、醇酸树脂、环氧树脂、真漆、胶乳漆、聚酯树脂和聚氨酯树脂；

（4）采用另一层或多层上述普通木材涂料作为防火木材的表层涂层并覆盖于交联聚乙酸乙烯酯涂层之上；

上述防火涂层至少覆盖所述防火木材的部分表面。

2.根据权利要求1 所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）所用的交联聚乙酸乙烯酯涂层与所述防火剂或该防火剂的有效防火成分形成螯合物。

3.根据权利要求1 所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）和（3）所用的交联聚乙酸乙烯酯涂层的弗鲁豪夫湿剪切强度大于等于1.9MPa。

4.根据权利要求1 所述的制备方法，其特征在于：所述防火涂层必须含有交联聚乙酸乙烯酯涂层，并且该交联聚乙酸乙烯酯涂层覆盖于所述防火剂涂层之上。

5.根据权利要求1 所述的制备方法，其特征在于：所述的防火木材包括防火实木材料和防火木材复合材料。

6.根据权利要求1 所述的制备方法，其特征在于：所述的交联聚乙酸乙烯酯涂层用作所述防火木材的表面涂料, 并覆盖在所述防火剂涂层之上。