CN108997896A - 一种耐火阻燃木材、其制备方法以及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种耐火阻燃木材、其制备方法以及应用，所述耐火阻燃木材从下至上依次包括木材层、水性底漆层和环氧树脂面漆层；所述制备方法包括：在木材层表面涂覆水性底漆、干燥，得到覆有水性底漆层的木材层；而后在水性底漆层表面涂覆环氧树脂面漆，固化，得到所述耐火阻燃木材；本发明制备得到的耐火阻燃木材具有较好的阻燃性能和耐腐蚀性能，可应用于家庭或商业装修。

Description

一种耐火阻燃木材、其制备方法以及应用
技术领域
本发明属于木材材料技术领域，涉及一种耐火阻燃木材、其制备方法以及应用。
背景技术
木材是有机易燃材料，为了提高其耐火阻燃性能，木质产品很多情况下需要进行阻燃处理。木材进行阻燃处理大多采用浸泡法，一般使用水性阻燃剂浸泡烘干，使阻燃剂吸附于木材表面的空隙中；或者使用添加阻燃材料的油漆将木材表面覆盖。前者由于阻燃剂的吸附效率问题，很难对多空的木材表面达到全面的覆盖，因而阻燃效果有限；而后者也存在很多的问题，比如为了达到良好的耐火阻燃效果，一般在油漆中要添加大量的阻燃剂，且涂层很厚，因而成本很高，而且大多的油漆VOC污染排放很高，带来严重的环境问题。随着社会的进步，人们对木质材料制品的要求越来越高，因此，低成本无污染环保耐火阻燃木材的需求将越来越大，而且对材料多功能的需求也使得对木材防腐蚀，防虫，以及尺寸稳定性提出更多更高的要求。
CN200942544Y公开了一种复合阻燃防腐木材，所述是由木质芯材、界面结合剂、纤维增强无机材料外层构成，界面结合剂涂覆于木质芯材表面，纤维增强无机材料外层牢固复合于涂覆了界面结合剂的木质芯材的外表面；该实用新型所述的复合阻燃防腐木材具有较好的防水和防腐功能，但是其阻燃性能仍有待提高。
CN201065623Y公开了一种钛晶面漆木地板，它包括木材板，木材板上涂有底漆，底漆上为面漆，最外层为钛晶面漆；该实用新型所述的木地板具有较好的耐磨性和较好的涂层附着性，但是未提及其阻燃性能和防腐性能。
CN202936901U公开了一种阻燃板，所述阻燃板包括面层、纤维布层和填料层；在填料层的外侧分别固定有玻纤布层，在玻纤布层外侧分别固定有面层，在填料层内固定有阻燃层；该实用新型所述的阻燃板具有较好的阻燃作用，但是其防腐性能有待提高。
因此，开发一种防腐性能和防火性能好的阻燃木材非常有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐火阻燃木材、其制备方法以及应用，所述耐火阻燃木材具有较好的阻燃性能和防腐性能。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种耐火阻燃木材，所述耐火阻燃木材从下至上依次包括木材层、水性底漆层和环氧树脂面漆层。
本发明中通过在木材层上涂覆水性底漆层和环氧树脂面漆层，从而增加木材的阻燃性能以及耐腐蚀性能。
在本发明中，所述水性底漆层的漆膜厚度为0.1-50μm，例如0.1μm、1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm等，优选5-20μm。
在本发明中，所述水性底漆层的层数为1-3层，例如1层、2层或3层。
本发明中水性底漆层的漆膜厚度为0.1-50μm，层数为1-3层，在该范围内，既可保证涂覆到木材上后使木材具有较好的阻燃和防腐性能，且漆膜厚度和层数适中，不会造成原料浪费；若厚度和层数低于本发明规定的范围，则阻燃和防腐性能会降低；若厚度和层数高于本发明规定的范围，也能达到较好的阻燃效果和防腐性能，但是其会造成原料的浪费，不利于工业应用。
本发明中水性底漆层的制备原料包括质量分数为0.1-10％(例如0.1％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％等)的二维纳米材料、0.5-50％(例如0.5％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％等)的水性树脂和40-99.4％(例如40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、99.4％、80％、85％、90％、99.4％等)的水。
本发明制备水性底漆层时加入二维纳米材料进行改性，增加了水性底漆层的阻燃性能和防腐性能，并且添加少量的二维纳米材料就能达到较好的阻燃效果；水性树脂用水作稀释剂，搭配二维纳米材料使用，会增加水性底漆对底材的附着力，会增加底材的阻燃和防腐性能。
在本发明中，所述水性树脂包括水溶性聚氨酯、水溶性聚丙烯酸树脂、聚丙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明中，所述二维纳米材料包括纳米黏土、磷酸锆纳米片、石墨烯、氧化石墨烯或层状双氢氧化物纳米片中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明中，所述水性底漆的制备方法包括将水、水性树脂、二维纳米材料混合，得到水性底漆。
在本发明中，所述混合的方法包括搅拌、超声、球磨或砂磨中的任意一种。
在本发明中，所述环氧树脂面漆层的漆膜厚度为0.05-2mm，例如0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm等，优选0.05-1mm。
在本发明中，所述环氧树脂面漆层的层数为1-5层，例如1层、2层、3层、4层或5层。
本发明中环氧树脂面漆层的漆膜厚度为0.05-2mm，层数为1-5层，在该范围内，既可保证涂覆到木材上后使木材具有较好的阻燃和耐腐蚀性能，且漆膜厚度适中，不会造成原料浪费；若厚度和层数低于本发明规定的范围，则阻燃和防腐性能会降低；若厚度和层数高于本发明规定的范围，也能达到较好的阻燃效果和防腐性能，但是其会造成原料的浪费，不利于工业应用。
在本发明中，所述环氧树脂面漆层的制备原料包括质量分数为50-70％(例如50％、52％、55％、57％、60％、62％、65％、67％、70％等)的环氧树脂、20-40％(例如20％、22％、25％、28％、30％、32％、35％、37％、40％等)的固化剂、1-15％(例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％等)的稀释剂和0.01-1％(例如0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％等)的二维纳米材料。
本发明的环氧树脂面漆层加入二维纳米材料进行改性，增加环氧树脂面漆层的阻燃性能，且加入较好的量就好达到较好的阻燃效果和防腐性能；环氧树脂具有较好的防腐性能，和二维纳米材料配合使用，可增加环氧树脂面漆的阻燃和防腐性能。
在本发明中，所述环氧树脂包括双酚A类环氧树脂和/或双酚F类环氧树脂。
在本发明中，所述固化剂包括有机二胺、有机多胺、有机二酸或有机多酸中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明中，所述二维纳米材料包括纳米磷酸锆纳米片、石墨纳米片、石墨烯、氧化石墨纳米片、氧化石墨烯、氟化石墨纳米片、氟化石墨烯或纳米黏土中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明中，所述环氧树脂面漆的制备方法包括将固化剂和纳米材料混合，然后加入用稀释剂稀释后的环氧树脂混合，得到环氧树脂面漆。
在本发明中，所述混合的方式包括搅拌、超声、球磨或砂磨中的任意一种。
在本发明中，所述环氧树脂面漆层的漆膜厚度与水性底漆层的漆膜厚度的比例为1∶1-50∶1，例如1∶1、5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1、35∶1、40∶1、45∶1、50∶1等，优选(25-50)∶1。
本发明中当环氧树脂面漆层的漆膜厚度与水性底漆层的漆膜厚度的比例在1∶1-50∶1范围内，则制备的耐火阻燃木材的阻燃性能和防腐性能较好；若二者的比例不在本发明限定的范围内，则制备的耐火阻燃木材的阻燃性能和防腐性能较差。
本发明的目的之二在于提供一种目的之一所述耐火阻燃木材的制备方法，所述制备方法包括：在木材层表面涂覆水性底漆、干燥，得到覆有水性底漆层的木材层；而后在水性底漆层表面涂覆环氧树脂面漆，固化，得到所述耐火阻燃木材。
在本发明中，所述涂覆包括喷涂、刷涂或浸涂中的任意一种。
本发明的目的之三在于提供一种目的之一所述的耐火阻燃木材在家庭或商业装修中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明中耐火阻燃木材耐火阻燃木材通过在木材层上涂覆水性底漆层和环氧树脂面漆层，其中水性底漆层为二维纳米材料改性的水性底漆，环氧树脂面漆层为二维纳米材料改性的无溶剂环氧树脂面漆，从而增加木材层的阻燃性能和耐腐蚀性能；且耐火阻燃木材制备工艺简单，成本低，便于实施，且环保无污染。
附图说明
图1是本发明耐火阻燃木材的结构示意图，其中：1为木材层；2为水性底漆层；3为环氧树脂面漆层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种耐火阻燃木材，如图1所示，所述耐火阻燃木材从下至上依次包括木材层、水性底漆层和环氧树脂面漆层。
所述水性底漆层的厚度为10μm，层数为1层；所述环氧树脂面漆层的厚度为0.5mm，层数为1层；所述水性底漆层的厚度与环氧树脂面漆层的厚度比为1∶50。
所述水性底漆层包括质量分数为10％的二维纳米材料、50％的水性树脂和40％的水；其中二维纳米材料为纳米黏土，水性树脂为水溶性聚氨酯。
所述环氧树脂面漆包括质量分数为50％的环氧树脂、40％的固化剂、9％的稀释剂和1％的二维纳米材料；其中环氧树脂为双酚A类环氧树脂；固化剂为二甲基对苯二胺；二维纳米材料为磷酸锆纳米片；稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚。
所述耐火阻燃木材的制备方法包括：在木材层表面涂覆水性底漆、干燥，得到覆有水性底漆层的木材层；而后在水性底漆层表面涂覆环氧树脂面漆，固化，得到所述耐火阻燃木材。
实施例2
本实施例提供一种耐火阻燃木材，如图1所示，所述耐火阻燃木材从下至上依次包括木材层、水性底漆层和环氧树脂面漆层。
所述二水性底漆层的厚度为5μm，层数为2层；所述环氧树脂面漆层的厚度为0.25mm，层数为2；所述水性底漆层的厚度与环氧树脂面漆层的厚度比为1∶50。
所述水性底漆层包括质量分数为0.1％的二维纳米材料、9.9％的水性树脂和90％的水；其中二维纳米材料为石墨烯，水性树脂为水溶性聚丙烯酸树脂。
所述环氧树脂面漆层包括质量分数为70％的环氧树脂、20.99％的固化剂、9％的稀释剂和0.01％的二维纳米材料；其中环氧树脂为双酚F类环氧树脂；固化剂为二乙烯三胺；二维纳米材料为石墨烯；稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚。
所述耐火阻燃木材的制备方法包括：在木材层表面涂覆水性底漆、干燥，得到覆有水性底漆层的木材层；而后在水性底漆层表面涂覆环氧树脂面漆，固化，得到所述耐火阻燃木材。
实施例3
本实施例提供一种耐火阻燃木材，如图1所示，所述耐火阻燃木材从下至上依次包括木材层、水性底漆层和环氧树脂面漆层。
所述水性底漆层的厚度为20μm，层数为3层；所述环氧树脂面漆层的厚度为0.8mm，层数为3层；所述水性底漆层的厚度与环氧树脂面漆层的厚度比为1∶40。
所述水性底漆层包括质量分数为5％的二维纳米材料、40％的水性树脂和55％的水；其中二维纳米材料为氧化石墨烯，水性树脂为聚丙烯醇。
所述环氧树脂面漆层包括质量分数为60％的环氧树脂、20％的固化剂、19％的稀释剂和1％的二维纳米材料；其中环氧树脂为双酚A类；固化剂为二甲基对苯二胺；二维纳米材料为石墨纳米片；稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚。
所述耐火阻燃木材的制备方法包括：在木材层表面涂覆水性底漆、干燥，得到覆有水性底漆层的木材层；而后在水性底漆层表面涂覆环氧树脂面漆，固化，得到所述耐火阻燃木材。
实施例4
本实施例提供一种耐火阻燃木材，如图1所示，所述耐火阻燃木材从下至上依次包括木材层、水性底漆层和环氧树脂面漆层。
所述水性底漆层的厚度为10μm，层数为1层；所述环氧树脂面漆层的厚度为0.1mm，层数为5层；所述水性底漆层的厚度与环氧树脂面漆层的厚度比为1∶10。
所述水性底漆层包括质量分数为0.1％的二维纳米材料、0.5％的水性树脂和99.4％的水；其中二维纳米材料为层状双氢氧化物纳米片，水性树脂为聚丙烯酸。
所述环氧树脂面漆层包括质量分数为64.99％的环氧树脂、20％的固化剂、15％的稀释剂和0.01％的二维纳米材料；其中环氧树脂为双酚F类；固化剂为乙二酸；二维纳米材料为氧化石墨纳米片；稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚。
所述耐火阻燃木材的制备方法包括：在木材层表面涂覆水性底漆、干燥，得到覆有水性底漆层的木材层；而后在水性底漆层表面涂覆环氧树脂面漆，固化，得到所述耐火阻燃木材。
实施例5
本实施例提供一种耐火阻燃木材，如图1所示，所述耐火阻燃木材从下至上依次包括木材层、水性底漆层和环氧树脂面漆层。
所述水性底漆层的厚度为25μm，层数为2层；所述环氧树脂面漆层的厚度为0.5mm，层数为4层；所述水性底漆层的厚度与环氧树脂面漆层的厚度比为1∶20。
所述水性底漆包括质量分数为10％的二维纳米材料、20％的水性树脂和70％的水；其中二维纳米材料为磷酸锆纳米片，水性树脂为聚乙烯吡咯烷酮。
所述环氧树脂面漆层包括质量分数为55％的环氧树脂、35％的固化剂、9.5％的稀释剂和0.5％的二维纳米材料；其中环氧树脂为双酚A类；固化剂为己二酸；二维纳米材料为氟化石墨烯；稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚。
所述耐火阻燃木材的制备方法包括：在木材层表面涂覆水性底漆、干燥，得到覆有水性底漆层的木材层；而后在水性底漆层表面涂覆环氧树脂面漆，固化，得到所述耐火阻燃木材。
实施例6
本实施例提供一种耐火阻燃木材，如图1所示，所述耐火阻燃木材从下至上依次包括木材层、水性底漆层和环氧树脂面漆层。
所述水性底漆层的厚度为40μm，层数为1层；所述环氧树脂面漆层的厚度为2mm，层数为5层；所述水性底漆层的厚度与环氧树脂面漆层的厚度比为1∶50。
所述水性底漆包括质量分数为5％的二维纳米材料、30％的水性树脂和65％的水；其中二维纳米材料为纳米黏土，水性树脂为聚乙二醇。
所述环氧树脂面漆包括质量分数为60％的环氧树脂、35％的固化剂、4.5％的稀释剂和0.5％的二维纳米材料；其中环氧树脂为双酚A类；固化剂为对苯二甲酸；二维纳米材料为氟化石墨纳米片；稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚。
所述耐火阻燃木材的制备方法包括：在木材层表面涂覆水性底漆、干燥，得到覆有水性底漆层的木材层；而后在水性底漆层表面涂覆环氧树脂面漆，固化，得到所述耐火阻燃木材。
实施例7
与实施例1的区别仅在于水性底漆层的漆膜厚度为20μm，环氧树脂面漆层的漆膜厚度2mm，即水性底漆层和环氧树脂面漆层的漆膜厚度比为1∶100，其余结构组成、组分与组分配比以及制备方法均与实施例1相同。
实施例8
与实施例1的区别仅在于水性底漆层的漆膜厚度为0.05μm，环氧树脂面漆层的漆膜厚度0.05mm，其余结构组成、组分与组分配比以及制备方法均与实施例1相同。
实施例9
与实施例1的区别仅在于水性底漆层的漆膜厚度为0.1μm，环氧树脂面漆层的漆膜厚度0.01mm，其余结构组成、组分与组分配比以及制备方法均与实施例1相同。
实施例10
与实施例1的区别仅在于水性底漆层的漆膜厚度为0.05μm，环氧树脂面漆层的漆膜厚度0.01mm，其余结构组成、组分与组分配比以及制备方法均与实施例1相同。
实施例11
与实施例1的区别仅在于环氧树脂面漆层的制备原料不包括二维纳米材料，而环氧树脂添加的质量分数为实施例中环氧树脂的质量分数和二维纳米材料的质量分数之和，环氧树脂添加的质量分数为51％，其余结构组成、组分与组分配比以及制备方法均与实施例1相同。
实施例12
与实施例1的区别仅在于水性底漆的制备原料不包括二维纳米材料，而水性树脂添加的质量分数为实施例中水性树脂的质量分数和二维纳米材料的质量分数之和，水性树脂添加的质量分数为60％，其余结构组成、组分与组分配比以及制备方法均与实施例1相同。
对比例1
与实施例1的区别仅在于水性底漆层表面不涂覆环氧树脂面漆层，其余结构组成、组分与组分配比以及制备方法均与实施例1相同。
对比例2
与实施例1的区别仅在于木材层表面不涂覆水性底漆层，直接涂覆环氧树脂面漆层，其余结构组成、组分与组分配比以及制备方法均与实施例1相同。
对比例3
与实施例1的区别仅在于木材层表面不涂覆水性底漆层和环氧树脂面漆层，其余结构组成、组分与组分配比以及制备方法均与实施例1相同。
将实施例1-12和对比例1-3得到的耐火阻燃木材进行阻燃和防腐性能测试，测试方法如下：
垂直燃烧测试(表面燃烧性能测试)：按照CAL117《木质品燃烧性能》进行测定；
氧指数测试：按照GB/T2406-1992《氧指数测定法》进行测定；
防腐等级：按照GB/T22102-2008《防腐木材》进行测定；
VOC测试：按照GB18582-2008《室内装饰装修材料》进行测定；
上述测试结果如下表1所示：
表1
由表1的结果可知，本发明制备的耐火阻燃木材具有较好的阻燃效果和耐腐蚀效果；由实施例1-3和实施例4-6的对比可知，在本发明限定的范围内，木材的阻燃效果和防腐蚀效果较好，在本发明进一步优选的范围之内，耐火阻燃木材的阻燃效果和耐腐蚀效果会更好；由实施例1和实施例7的对比可知，当水性底漆层的漆膜厚度与环氧树脂面漆层的漆膜厚度比不在本发明限定的范围内，则木材的阻燃效果和防腐蚀效果较差；由实施例1和实施例8-10的对比可知，当水性底漆层的漆膜厚度与环氧树脂面漆层的漆膜厚度不在本发明限定的范围内，则木材的阻燃效果和防腐蚀效果较差；由实施例1和实施例11-12的对比可知，当水性底漆或环氧树脂面漆层的制备原料不包括二维纳米材料，则木材的阻燃效果和防腐蚀效果较差；由实施例1和对比例1-2的对比可知，当木材上不涂覆水性底漆层或环氧树脂面漆层中的任意一种时，则木材的阻燃性能和防腐性能较差；由实施例1和对比例3的对比可知，当木材不涂覆水性底漆层和环氧树脂面漆层时，则木材基本不具备阻燃效果和防腐蚀性能。因此，本发明提供的耐火阻燃木材具有较好的阻燃效果和防腐蚀效果。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种耐火阻燃木材，其特征在于，所述耐火阻燃木材从下至上依次包括木材层(1)、水性底漆层(2)和环氧树脂面漆层(3)。
2.根据权利要求1所述的耐火阻燃木材，其特征在于，所述水性底漆层(2)的漆膜厚度为0.1-50μm，优选5-20μm；
优选地，所述水性底漆层(2)的层数为1-3层。
3.根据权利要求1或2所述的耐火阻燃木材，其特征在于，所述水性底漆层(2)的制备原料包括质量分数为0.1-10％的二维纳米材料、0.5-50％的水性树脂和40-99.4％的水；
优选地，所述二维纳米材料包括纳米黏土、磷酸锆纳米片、石墨烯、氧化石墨烯或层状双氢氧化物纳米片中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述水性树脂包括水溶性聚氨酯、水溶性聚丙烯酸树脂、聚丙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇中的任意一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的耐火阻燃木材，其特征在于，所述环氧树脂面漆层(3)的漆膜厚度为0.05-2mm，优选0.05-1mm；
优选地，所述环氧树脂面漆层(3)的层数为1-5层。
5.根据权利要求1-4任一项所述的耐火阻燃木材，其特征在于，所述环氧树脂面漆层(3)的制备原料包括质量分数为50-70％的环氧树脂、20-40％的固化剂、1-15％的稀释剂和0.01-1％的二维纳米材料；
优选地，所述二维纳米材料包括纳米磷酸锆纳米片、石墨纳米片、石墨烯、氧化石墨纳米片、氧化石墨烯、氟化石墨纳米片、氟化石墨烯或纳米黏土中的任意一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求1-5任一项所述的耐火阻燃木材，其特征在于，所述固化剂包括有机二胺、有机多胺、有机二酸或有机多酸中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述环氧树脂包括双酚A类环氧树脂和/或双酚F类环氧树脂；
优选地，所述稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚。
7.根据权利要求1-6任一项所述的耐火阻燃木材，其特征在于，所述水性底漆层(2)的漆膜厚度与环氧树脂面漆层(3)的漆膜厚度的比例为1∶(1-50)，优选1∶(25-50)。
8.根据权利要求1-7任一项所述的耐火阻燃木材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：在木材层表面涂覆水性底漆、干燥，得到覆有水性底漆层的木材层；而后在水性底漆层表面涂覆环氧树脂面漆，固化，得到所述耐火阻燃木材。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述涂覆包括喷涂、刷涂或浸涂中的任意一种。
10.根据权利要求1-9任一项所述的耐火阻燃木材在家庭或商业装修中的应用。
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