CN111205315A - 一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法及应用 - Google Patents

一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN111205315A
CN111205315A CN202010048190.XA CN202010048190A CN111205315A CN 111205315 A CN111205315 A CN 111205315A CN 202010048190 A CN202010048190 A CN 202010048190A CN 111205315 A CN111205315 A CN 111205315A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flame retardant
wood
solution
reaction
compound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010048190.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111205315B (zh
Inventor
蒋汇川
李凯
陆全济
李民
宁淑慧
马雪梅
朱海林
胡志勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North University of China
Rubber Research Institute Chinese Academy Tropical Agricultural Sciences
Original Assignee
North University of China
Rubber Research Institute Chinese Academy Tropical Agricultural Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North University of China, Rubber Research Institute Chinese Academy Tropical Agricultural Sciences filed Critical North University of China
Priority to CN202010048190.XA priority Critical patent/CN111205315B/zh
Publication of CN111205315A publication Critical patent/CN111205315A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111205315B publication Critical patent/CN111205315B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02—Silicon compounds
    • C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/18—Compounds having one or more C—Si linkages as well as one or more C—O—Si linkages
    • C07F7/1804—Compounds having Si-O-C linkages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K3/00—Impregnating wood, e.g. impregnation pretreatment, for example puncturing; Wood impregnation aids not directly involved in the impregnation process
    • B27K3/02—Processes; Apparatus
    • B27K3/08—Impregnating by pressure, e.g. vacuum impregnation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K3/00—Impregnating wood, e.g. impregnation pretreatment, for example puncturing; Wood impregnation aids not directly involved in the impregnation process
    • B27K3/52—Impregnating agents containing mixtures of inorganic and organic compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K5/00—Treating of wood not provided for in groups B27K1/00, B27K3/00
    • B27K5/0085—Thermal treatments, i.e. involving chemical modification of wood at temperatures well over 100°C
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02—Silicon compounds
    • C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/18—Compounds having one or more C—Si linkages as well as one or more C—O—Si linkages
    • C07F7/1804—Compounds having Si-O-C linkages
    • C07F7/1872—Preparation; Treatments not provided for in C07F7/20
    • C07F7/1892—Preparation; Treatments not provided for in C07F7/20 by reactions not provided for in C07F7/1876 - C07F7/1888
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K2240/00—Purpose of the treatment
    • B27K2240/30—Fireproofing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical And Physical Treatments For Wood And The Like (AREA)

Abstract

本发明公开了一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法及应用，涉及木材改性技术领域。本发明提供的高抗流失性木材阻燃剂可以实现氮、硫、硅三元素协效阻燃，显著提高木材的防火性能；结构中的疏水烷基链和爪型硅烷可有效降低木材的亲水性；爪型硅烷结构可与木材中的羟基发生反应从而起到固化改性的作用，区别于传统的物理固化技术，可进一步提高木材阻燃剂的抗流失性。化合物I的结构新颖，弥补了传统阻燃剂易流失的缺点，提高阻燃剂的抗流失性，延长木制品的使用寿命。所述具有高抗流失性的木材阻燃剂添加到木材中不影响木材原有的色泽及使用性能，木材的防火性能与防水性能明显改善，且合成工艺简单，易于推广。

Description

一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及木材改性技术领域，具体是一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法及应用。
背景技术
木材是四大建筑原材料中唯一一种可再生材料，且木材制品具有降噪、调湿、低导热等特点而被广泛应用。但木材质轻易燃烧，在使用过程中存在安全隐患问题；同时木材作为一种天然高分子材料，其分子结构中含有大量羟基，易吸水形变，在使用过程中降低了木制品的使用寿命。因此必须对木材进行改性处理提高木材的防火性与防水性。添加一种高抗流失的木材阻燃剂是解决上述问题的主要办法。
常见的木材阻燃剂大多为含有氮、磷、硫、硅等元素的无机阻燃剂。这些阻燃剂大都在水中溶解度极大，处理木材时渗透性强，但其极易流失，综合使用效果不理想，应用受到极大的限制。为了拓宽阻燃剂的使用范围，提高阻燃剂的抗流失性，已有众多学者研究了多种阻燃剂的固化方法。主要包括纳米化法、原位聚合法、表面化学改性法。阻燃剂纳米化就是将阻燃剂变成纳米化的小颗粒，提高其在细胞表面的附着力，主要适用于溶解性较差的阻燃剂，且其工艺较为复杂，在市场上应用较少。原位聚合法是采用低分子量的单体或聚合物改性材，通过原位聚合反应来对阻燃剂进行包裹固定，如酚醛树脂、甲基丙烯酸甲酯等。此法工艺简单，原料价廉易得，应用最为广泛，但树脂等单体添加量大且会改变木材原有色泽，影响木材使用。表面化学改性法是采用化学试剂对阻燃剂表面进行改性处理，使得阻燃剂与木材通过共价键的方式结合，提高阻燃剂的抗流失性。虽然方法简单有效，但是改性剂大多选取天然的动物蛋白与植物蛋白，价格较为昂贵，适用范围较窄。
综上，针对以上阻燃剂易流失的缺点，需要提供一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法及应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法，包含以下步骤：
A、以甲苯为溶剂，三聚氯氰为母体，在反应温度为-5℃-0℃的条件下加入正己胺甲苯溶液，用缚酸剂调节pH为8-9并维持，发生亲核取代反应，得到化合物II；
B、以无水乙醇为溶剂，化合物II为母体，在反应温度为45℃-50℃的条件下加入3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，用缚酸剂调节pH为8-9并维持，发生亲核取代反应，得到化合物III；
C、以乙醇与水的混合液为溶剂，化合物III为母体，在反应温度为80℃-85℃的条件下将化合物III少量多次加入牛磺酸的乙醇水溶液，用缚酸剂调节pH为8-9并维持，发生亲核取代反应，得到木材阻燃剂为化合物I。
作为本发明的进一步方案：所述步骤A中三聚氯氰的甲苯溶液摩尔浓度为0.2-1mol/L；三聚氯氰与正己胺的摩尔比为1：(1-5)；正己胺的甲苯溶液摩尔浓度为1-2mol/L；缚酸剂为摩尔浓度为0.1-1mol/L的碳酸氢钠水溶液；反应时间为4-8h。
作为本发明的进一步方案：所述化合物II具体后处理过程为：反应结束后过滤除去反应液中的不溶物，滤液依次用的盐酸水溶液、氢氧化钠水溶液洗涤，之后用去离子水洗涤多次，静置分液得到甲苯层，用干燥剂干燥，浓缩得到化合物II。
作为本发明的进一步方案：所述盐酸摩尔浓度为0.1-2mol/L；氢氧化钠摩尔浓度为0.1-2mol/L；干燥剂为无水硫酸钠。
作为本发明的进一步方案：所述3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液摩尔浓度为0.2-1mol/L，化合物II与3-氨丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1：(1-5)；3-氨丙基三乙氧基硅烷的摩尔的摩尔浓度为1-2mol/L；缚酸剂为三乙胺；反应时间为3-8h。
作为本发明的进一步方案：所述化合物III的具体后处理过程为：反应结束后趁热滤去反应液中的不溶物，滤液直接浓缩，并向浓缩液中加入去离子水析出大量白色沉淀，抽滤所得白色固体即为化合物III。
作为本发明的进一步方案：所述浓缩液与去离子水体积比为1:(1-8)。
作为本发明的进一步方案：所述步骤C中乙醇水溶液其乙醇与水的体积比为1：(1-5)，牛磺酸的乙醇水溶液摩尔浓度为0.1-2mol/L；化合物III与牛磺酸的摩尔比为1：(1-5)；缚酸剂为摩尔浓度为0.1-2mol/L的碳酸氢钠水溶液；反应时间为12-24h。
作为本发明的进一步方案：所述木材阻燃剂为化合物I的具体后处理过程为：反应结束后趁热滤去反应液中的不溶物，向滤液中加入稀盐酸，有大量白色沉淀析出并抽滤得到化合物I，其中，稀盐酸摩尔浓度为0.1-2mol/L。
一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的应用，其特征在于，采用高抗流失性的木材阻燃剂通过高温加压浸渍法改性处理木材，其中，高温加压浸渍法具体步骤如下：首先将具有高抗流失性的木材阻燃剂与氢氧化钠混合溶于去离子水，然后将木材放置于密闭浸渍釜抽真空至-0.85MPa，并维持0.1-2h，抽真空后将阻燃剂水溶液导入浸渍釜，40-100℃高温、0.2-0.9MPa加压浸渍0.5-3h。浸渍完成导出浸渍液并在100-150℃下固化阻燃剂，其中，高抗流失性的木材阻燃剂与氢氧化钠的摩尔比为1:(0.8-2)。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明合成的具有高抗流失性的木材阻燃剂化合物I原料廉价易得，合成工艺简单；
(2)本发明提供的具有高抗流失性的木材阻燃剂具热稳定性良好，满足木材的加工条件；
(3)本发明提供的具有高抗流失性的木材阻燃剂具有阻燃、防水的功效，实现了“一剂两效”，同时所述阻燃剂具有良好的抗流失性，能保证阻燃剂长期有效的发挥作用；
(4)本发明提供的具有高抗流失性的木材阻燃剂使用去离子水为载体，采用真空加压浸渍法处理橡胶木，改性工艺简单，适于推广；
(5)本发明提供的具有高抗流失性的木材阻燃剂添加到木材中不影响木材原有使用性能与色泽。
附图说明
图1为本发明实施例中化合物I的高分辨质谱图。
图2为本发明实施例中化合物I的1H NMR图。
图3为本发明实施例中化合物I在不同气氛下的热失重图。
图4为本发明实施例中不同浸渍浓度的化合物I改性橡胶木后的热释放速率曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：请参阅图1-4，本发明实施例中，一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
A、以甲苯为溶剂，三聚氯氰为母体，在反应温度为-5-0℃的条件下加入正己胺甲苯溶液，用缚酸剂调节pH为8-9并维持，发生亲核取代反应，得到化合物II，该反应的反应式如下式(一)所示：
Figure BDA0002370179910000041
B、以无水乙醇为溶剂，化合物II为母体，在反应温度为45-50℃的条件下加入3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，用缚酸剂调节pH为8-9并维持，发生亲核取代反应，得到化合物III，该反应的反应式如式(二)所示：
Figure BDA0002370179910000042
Figure BDA0002370179910000051
C、以乙醇与水的混合液为溶剂，化合物III为母体，在反应温度为80-85℃的条件下将化合物III少量多次加入牛磺酸的乙醇水溶液，用缚酸剂调节pH为8-9并维持，发生亲核取代反应，得到化合物I，该反应的反应式如式(三)所示：
Figure BDA0002370179910000052
所述步骤A中反应的具体内容为：
在反应温度为-5-0℃条件下向三聚氯氰的甲苯溶液中加入正己胺的甲苯溶液，用缚酸剂调节pH为8-9并维持，反应结束后滤去不溶物滤液依次用的盐酸水溶液、氢氧化钠水溶液洗涤，之后用去离子水洗涤多次，静置分液得到甲苯层，用干燥剂干燥，浓缩得到化合物II。
所述步骤A反应温度为-5-0℃，pH为8-9能有效提高三聚氯氰转化率同时抑制副反应；甲苯为溶剂能有效降低副产物含量；三聚氯氰的甲苯溶液摩尔浓度为0.2-1mol/L，优选0.3-0.5mol/L；三聚氯氰与正己胺的摩尔比为1：(1-5)，优选1：(1.1-1.5)；己胺的甲苯溶液摩尔浓度为1-2mol/L，优选1.2-1.5mol/L；缚酸剂为碳酸氢钠，所述碳酸钠水溶液摩尔浓度为0.1-1mol/L，优选0.5mol/L；反应时间为4-8h，优选5-6h；盐酸溶液用于除去过量的正己胺，所述盐酸溶液摩尔浓度为0.1-2mol/L，优选0.5mol/L；氢氧化钠溶液用于除去过量的盐酸，所述氢氧化钠溶液摩尔浓度为0.1-2mol/L，优选1mol/L；滤液浓缩采用旋蒸浓缩；干燥剂为无水硫酸钠。
步骤B中反应的具体内容为：
在45-50℃的条件下向化合物II的乙醇溶液中加入3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，用缚酸剂调节pH为8-9并维持，反应结束后趁热滤去不溶物，滤液直接浓缩，并向所述浓缩液中加入去离子水析出大量白色沉淀，抽滤所得白色固体即为化合物III。
反应温度为45-50℃，pH为8-9能有效提高化合物II的转化率的同时抑制副反应；无水乙醇为反应溶剂能有效抑制3-氨丙基三乙氧基硅烷的水解；化合物II的乙醇溶液摩尔浓度为0.2-1mol/L，优选0.3-0.5mol/L；3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液浓度为1-2mol/L，优选1.2-1.5mol/L；化合物II与3-氨丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1：(1-5)，优选1：(1.1-1.5)；缚酸剂为三乙胺；滤液采用旋蒸浓缩；浓缩液与去离子水的体积比为1：(1-5)，优选1：(2-3)；反应时间为3-8h，优选4-5h。
步骤C中反应的具体内容为：
在反应温度为80-85℃的条件下将化合物III固体粉末少量多次加入牛磺酸的乙醇水溶液，用缚酸剂调节pH为8-9并维持。反应结束后趁热过滤，向所述滤液滴加稀盐酸析出白色沉淀，继续添加稀盐酸，直至不再析出白色沉淀，抽滤得到白色固体即为化合物I。
反应温度为80-85℃，pH为8-9能提高化合物III转化率的同时抑制副反应；乙醇水溶液为溶剂可以抑制化合物III的水解；乙醇水溶液其乙醇与水的体积比为1:(0.5-5)，优选1：(1-2)；牛磺酸的乙醇水溶液摩尔浓度为0.1-2mol/L，优选0.2-0.5mol/L；化合物III与牛磺酸的摩尔比为1：(1-5)，优选1：(1.1-1.5)；缚酸剂为碳酸氢钠，摩尔浓度为0.1-2mol/L，优选0.5mol/L；反应时间为12-24h，优选16-20h；稀盐酸摩尔浓度为0.2-2mol/L，优选1mol/L。
本发明还提供了一种所述具有高抗流失性的木材阻燃剂在木材改性领域的应用，将所述具有高抗流失性的木材阻燃剂通过加压浸渍的方法添加到木材中。所述加压浸渍法包括以下步骤：
步骤a、将所述的一种具有高抗流失性的木材阻燃剂与氢氧化钠混合溶于去离子水。
步骤b、将木材放置于密闭浸渍釜抽真空至-0.85MPa，并维持。抽真空后将阻燃剂水溶液导入浸渍釜，高温加压浸渍0.5-3h。浸渍完成导出浸渍液并在100-150℃下固化阻燃剂。
木材阻燃剂与氢氧化钠的摩尔比为1:(0.8-2)，优选1:(1.1-1.5)。氢氧化钠可提高木材阻燃剂的溶解性。步骤b中维持真空度-0.85MPa的时间为0.1-1h，优选0.5-0.8h步骤b中高温为40-100℃，优选70-80℃。步骤b中高压为0.2-0.9MPa，优选0.7-0.85MPa。步骤b中浸渍时间优选1.5-2.5h。步骤b中固化温度优选130-150℃。
具有高抗流失性的木材阻燃剂在木材上的载药率为0.1％-25％。木材为橡胶木。
木材阻燃剂为化合物I时，所述阻燃剂的载药率为1.01％时，其流失率为0，极限氧指数为25.50％，吸水率为88.62％。
木材阻燃剂为化合物I时，所述阻燃剂的载药率为7.38％时，其流失率为0.02％，极限氧指数为28.60％，吸水率为73.76％。
木材阻燃剂为化合物I时，所述阻燃剂的载药率为12.03％时，其流失率为0.04％，极限氧指数为32.10％，吸水率为69.75％。
木材阻燃剂为化合物I时，所述阻燃剂的载药率为14.35％时，其流失率为0.05％，极限氧指数为34.40％，吸水率为58.18％。
实施例1：取0.1mol三聚氯氰溶于500ml甲苯，转入四口烧瓶，并将四口烧瓶置于-5℃的低温冷却循环泵中。取0.2mol正己胺溶于100ml甲苯，转入恒压滴液漏斗。在搅拌条件下将正己胺的甲苯溶液滴入盛有三聚氯氰的四口烧瓶，用0.1mol/L的碳酸钠水溶液调节反应pH为8，并维持。6h后结束反应，抽滤除去不溶物，将滤液转移至分液漏斗。并依次使用0.1mol/L的盐酸除去滤液中过量的正己胺。0.1mol/L的氢氧化钠除去过量的盐酸，并调节pH为7。最后用去离子水洗涤多次，分液保留油相，并用无水硫酸钠干燥。将所述干燥液进行旋蒸浓缩得到浓缩液，挥发蒸干得到白色固体即为化合物II。
取0.1mol化合物II溶于500ml无水乙醇，转入四口烧瓶，并将四口烧瓶置于40℃的水浴锅中。取0.2mol 3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于100ml无水乙醇，转入恒压滴液漏斗。在搅拌条件下将3-氨丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液滴入盛有化合物II的四口烧瓶，并用三乙胺调节反应pH为8，并维持。4h后结束反应，趁热抽滤，并将滤液浓缩至200ml左右。将浓缩液转移至烧杯，并加入200ml去离子水，析出大量白色沉淀，抽滤保留白色固体。所述白色固体为化合物III。
取0.2mol牛磺酸溶于500ml的乙醇与水的混合溶液(V(乙醇)：V(水)＝1:1.5)转入四口烧瓶，并将四口烧瓶置于85℃的恒温水浴锅。取0.1mol化合物III，在搅拌条件下少量多次地加入盛有牛磺酸的四口烧瓶，使用0.2mol/L的碳酸氢钠调节反应液pH为8，并维持。18h后结束反应，趁热抽滤，保留滤液。向所述滤液中加入0.5mol/L的盐酸，有大量白色固体析出。抽滤保留白色固体，白色固体即为化合物I。
本实施例还对所得具有高抗流失性的木材阻燃剂化合物I进行了结构鉴定，以及热稳定性测试。测试结果如图1-3所示。
图1为化合物I的高分辨质谱图。图中采用高分辨质谱仪对具有高抗流失性的木材改性目标产物的分子量进行测定，分析结果与预期结果相一致。
图2为化合物I的1H NMR图。其中H的化学位移和裂分偶合与化合物I的结构吻合。
1H NMRδ(ppm)谱图数据：
0.56(s,-CH2-CH2-Si-,2H),0.84(s,-(CH2)5-CH3,3H),1.07-1.24(d,-CH2-(CH2)3-CH3,6H),1.47-1.56(d,2(-CH2-CH2-NH-),4H),3.21-3.34(t,3(-NH-CH2-CH2),6H),3.63(s,CH2-CH2-S-,2H),7.65-8.03(m,3(-NH-CH-),3H),11.50-11.83(d,HO-S-CH2-,1H)
图3为化合物I在空气与氮气气氛下的热失重图。升温速率为10℃/min，由图可发现无论在空气还是氮气气氛下在250℃之前均为明显的热失重现象，说明阻燃剂具有良好的热稳定性。
实施例2：取0.1mol三聚氯氰溶于200ml甲苯，转入四口烧瓶，并将四口烧瓶置于0℃的低温冷却循环泵中。取0.15mol正己胺溶于100ml甲苯，转入恒压滴液漏斗。在搅拌条件下将正己胺的甲苯溶液滴入盛有三聚氯氰的四口烧瓶，用0.3mol/L的碳酸钠水溶液调节反应pH为9，并维持。8h后结束反应，抽滤除去不溶物，将滤液转移至分液漏斗。并依次使用0.5mol/L的盐酸除去滤液中过量的正己胺。0.5mol/L的氢氧化钠除去过量的盐酸，并调节pH为7。最后用去离子水洗涤多次，分液保留油相，并用无水硫酸钠干燥。将所述干燥液进行旋蒸浓缩得到浓缩液，挥发蒸干得到白色固体即为化合物II。
取0.1mol化合物II溶于200ml无水乙醇，转入四口烧瓶，并将四口烧瓶置于40℃的水浴锅中。取0.15mol 3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于100ml无水乙醇，转入恒压滴液漏斗。在搅拌条件下将3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液滴入盛有化合物II的四口烧瓶，并用三乙胺调节反应pH为8，并维持。6h后结束反应，趁热抽滤，并将滤液浓缩至200ml左右。将浓缩液转移至烧杯，并加入600ml去离子水，析出大量白色沉淀，抽滤保留白色固体。所述白色固体为化合物III。
取0.2mol牛磺酸溶于300ml的乙醇与水的混合溶液(V(乙醇)：V(水)＝1:1.5)转入四口烧瓶，并将四口烧瓶置于85℃的恒温水浴锅。取0.1mol化合物III，在搅拌条件下少量多次地加入盛有牛磺酸的四口烧瓶，使用0.5mol/L的碳酸氢钠调节反应液pH为9，并维持。24h后结束反应，趁热抽滤，保留滤液。向所述滤液中加入0.5mol/L的盐酸，有大量白色固体析出。抽滤保留白色固体，白色固体即为化合物I。
按照实施例1所述实验方法对本实施例产品进行鉴定，检测结果表明为目标产物，且性能相当。
实施例3：取0.1mol三聚氯氰溶于300ml甲苯，转入四口烧瓶，并将四口烧瓶置于-5℃的低温冷却循环泵中。取0.11mol正己胺溶于100ml甲苯，转入恒压滴液漏斗。在搅拌条件下将正己胺的甲苯溶液滴入盛有三聚氯氰的四口烧瓶，用0.5mol/L的碳酸钠水溶液调节反应pH为8，并维持。5h后结束反应，抽滤除去不溶物，将滤液转移至分液漏斗。并依次使用0.5mol/L的盐酸除去滤液中过量的正己胺。1mol/L的氢氧化钠除去过量的盐酸，并调节pH为7。最后用去离子水洗涤多次，分液保留油相，并用无水硫酸钠干燥。将所述干燥液进行旋蒸浓缩得到浓缩液，挥发蒸干得到白色固体即为化合物II。
取0.1mol化合物II溶于300ml无水乙醇，转入四口烧瓶，并将四口烧瓶置于40℃的水浴锅中。取0.11mol 3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于100ml无水乙醇，转入恒压滴液漏斗。在搅拌条件下将3-氨丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液滴入盛有化合物II的四口烧瓶，并用三乙胺调节反应pH为8，并维持。4h后结束反应，趁热抽滤，并将滤液浓缩至200ml左右。将浓缩液转移至烧杯，并加入400ml去离子水，析出大量白色沉淀，抽滤保留白色固体。所述白色固体为化合物III。
取0.2mol牛磺酸溶于500ml的乙醇与水的混合溶液(V(乙醇)：V(水)＝1:1.5)转入四口烧瓶，并将四口烧瓶置于85℃的恒温水浴锅。取0.1mol化合物III，在搅拌条件下少量多次地加入盛有牛磺酸的四口烧瓶，使用0.5mol/L的碳酸氢钠调节反应液pH为8，并维持。16h后结束反应，趁热抽滤，保留滤液。向所述滤液中加入0.5mol/L的盐酸，有大量白色固体析出。抽滤保留白色固体，白色固体即为化合物I。
按照实施例1所述实验方法对本实施例产品进行鉴定，检测结果表明为目标产物，且性能相当。
实施例4：以橡胶木为素材，将所述具有高抗流失性的木材阻燃剂与等摩尔的氢氧化钠混合，配置成1g/L的阻燃剂溶液。通过真空加压浸渍法，在压力为0.75MPa，80℃的条件下浸渍1h。改性后的木材置于130℃的鼓风烘箱中干燥固化，使3-氨丙基三乙氧基硅烷中的乙氧基水解并与木材中的羟基反应。
本实施例还对改性材的阻燃性能与流失性进行了测试，测试结果如图4及表1所示。
实施例5：以橡胶木为素材，将所述具有高抗流失性的木材阻燃剂与等摩尔的氢氧化钠混合，配置成5g/L的阻燃剂溶液。通过真空加压浸渍法，在浸渍压力为0.9MPa，75℃的条件下浸渍2.5h。改性后的木材置于140℃的鼓风烘箱中干燥固化，使3-氨丙基三乙氧基硅烷中的乙氧基水解并与木材中的羟基反应。
本实施例还对改性材的阻燃性能与流失性进行了测试，测试结果如图4及表1所示。
实施例6：以橡胶木为素材，将所述具有高抗流失性的木材阻燃剂与等摩尔的氢氧化钠混合，配置成10g/L的阻燃剂溶液。通过真空加压浸渍法，在浸渍压力为0.9MPa，80℃的条件下浸渍2h。改性后的木材置于140℃的鼓风烘箱中干燥固化，使3-氨丙基三乙氧基硅烷中的乙氧基水解并与木材中的羟基反应。
本实施例还对改性材的阻燃性能与流失性进行了测试，测试结果如图4及表1所示。
实施例7：以橡胶木为素材，将所述具有高抗流失性的木材阻燃剂与等摩尔的氢氧化钠混合，配置成15g/L的阻燃剂溶液。通过真空加压浸渍法，在浸渍压力为0.85MPa，80℃的条件下浸渍2h。改性后的木材置于150℃的鼓风烘箱中干燥固化，使3-氨丙基三乙氧基硅烷中的乙氧基水解并与木材中的羟基反应。
本实施例还对改性材的阻燃性能与流失性进行了测试，测试结果如图4及表1所示。
图4为改性前后橡胶的热释放速率曲线。如图所示，随着阻燃剂的添加热释放速率显著降低。
表1列出了橡胶木素材及改性材的一系列的燃烧参数及防水参数。由表1可看出改性后橡胶木的燃烧性能显著降低，防水性能显著提高，阻燃剂的流失率接近于0。
表1试样的燃烧参数及防水参数：
原木 1％ 5％ 10％ 15％
载药量(％) - 1.01 7.38 12.03 14.05
极限氧指数(％) 24.10 25.50 28.60 32.10 34.40
CO平均释放量(kg/kg) 0.12 0.13 0.12 0.14 0.07
CO<sub>2</sub>平均释放量(kg/kg) 1.26 1.04 1.04 1.07 1.02
阻燃剂流失率(％) - 0 0.02 0.04 0.05
吸水率(％) 99.75 88.62 73.76 69.75 58.18
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
A、以甲苯为溶剂，三聚氯氰为母体，在反应温度为-5-0℃的条件下加入正己胺甲苯溶液，用缚酸剂调节pH为8-9并维持，发生亲核取代反应，得到化合物II；
B、以无水乙醇为溶剂，化合物II为母体，在反应温度为45-50℃的条件下加入3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，用缚酸剂调节pH为8-9并维持，发生亲核取代反应，得到化合物III；
C、以乙醇与水的混合液为溶剂，化合物III为母体，在反应温度为80-85℃的条件下将化合物III少量多次加入牛磺酸的乙醇水溶液，用缚酸剂调节pH为8-9并维持，发生亲核取代反应，得到木材阻燃剂为化合物I。
2.根据权利要求1所述的一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述步骤A中三聚氯氰的甲苯溶液摩尔浓度为0.2-1 mol/L；三聚氯氰与正己胺的摩尔比为1：（1-5）；正己胺的甲苯溶液摩尔浓度为1-2 mol/L；缚酸剂为摩尔浓度为0.1-1 mol/L的碳酸氢钠水溶液；反应时间为4-8 h。
3.根据权利要求1所述的一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述化合物II具体后处理过程为：反应结束后过滤除去反应液中的不溶物，滤液依次用盐酸水溶液、氢氧化钠水溶液洗涤，之后用去离子水洗涤多次，静置分液得到甲苯层，用干燥剂干燥，浓缩得到化合物II。
4.根据权利要求3所述的一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述盐酸摩尔浓度为0.1-2 mol/L；氢氧化钠摩尔浓度为0.1-2 mol/L；干燥剂为无水硫酸钠。
5.根据权利要求1所述的一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液摩尔浓度为0.2-1 mol/L，化合物II与3-氨丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1：(1-5)；3-氨丙基三乙氧基硅烷的摩尔的摩尔浓度为1-2 mol/L；缚酸剂为三乙胺；反应时间为3-8 h。
6.根据权利要求1所述的一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述化合物III的具体后处理过程为：反应结束后趁热滤去反应液中的不溶物，滤液直接浓缩，并向浓缩液中加入去离子水析出大量白色沉淀，抽滤所得白色固体即为化合物III。
7.根据权利要求6所述的一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述浓缩液与去离子水体积比为1:（1-8）。
8.根据权利要求1所述的一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述步骤C中乙醇水溶液其乙醇与水的体积比为1:（1-5），牛磺酸的乙醇水溶液摩尔浓度为0.1-2 mol/L；化合物III与牛磺酸的摩尔比为1：（1-5）；缚酸剂为摩尔浓度为0.1-2 mol/L的碳酸氢钠水溶液；反应时间为12-24 h。
9.根据权利要求1所述的一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述木材阻燃剂为化合物I的具体后处理过程为：反应结束后趁热滤去反应液中的不溶物，向滤液中加入稀盐酸，有大量白色沉淀析出并抽滤得到化合物I，其中，稀盐酸摩尔浓度为0.1-2 mol/L。
10.一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的应用，其特征在于，采用高抗流失性的木材阻燃剂通过高温加压浸渍法改性处理木材，其中，高温加压浸渍法具体步骤如下：首先将具有高抗流失性的木材阻燃剂与氢氧化钠混合溶于去离子水，然后将木材放置于密闭浸渍釜抽真空至-0.85 MPa，并维持0.1-2 h，抽真空后将阻燃剂水溶液导入浸渍釜，40-100℃高温、0.2-0.9 MPa加压浸渍0.5-3 h，浸渍完成导出浸渍液并在100-150℃下固化阻燃剂，其中，高抗流失性的木材阻燃剂与氢氧化钠的摩尔比为1:（0.8-2）。
CN202010048190.XA 2020-01-16 2020-01-16 一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法及应用 Active CN111205315B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010048190.XA CN111205315B (zh) 2020-01-16 2020-01-16 一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010048190.XA CN111205315B (zh) 2020-01-16 2020-01-16 一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111205315A true CN111205315A (zh) 2020-05-29
CN111205315B CN111205315B (zh) 2023-07-25

Family

ID=70780841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010048190.XA Active CN111205315B (zh) 2020-01-16 2020-01-16 一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111205315B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111763352A (zh) * 2020-06-16 2020-10-13 中北大学 具氮硫硅协效的三嗪衍生物阻燃剂及其制备方法和应用
CN115070891A (zh) * 2022-07-11 2022-09-20 贵州省林业科学研究院 一种竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103980315A (zh) * 2014-05-27 2014-08-13 中北大学 含三嗪环的磷-氮-硅化合物及其制备方法
CN109676729A (zh) * 2018-12-27 2019-04-26 中北大学 一种具有表面活性的木材改性剂及其制备方法和应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103980315A (zh) * 2014-05-27 2014-08-13 中北大学 含三嗪环的磷-氮-硅化合物及其制备方法
CN109676729A (zh) * 2018-12-27 2019-04-26 中北大学 一种具有表面活性的木材改性剂及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张旭东: "多功能橡胶木改性剂的制备及其性能研究", 《中北大学硕士学位论文》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111763352A (zh) * 2020-06-16 2020-10-13 中北大学 具氮硫硅协效的三嗪衍生物阻燃剂及其制备方法和应用
CN111763352B (zh) * 2020-06-16 2022-05-13 中北大学 具氮硫硅协效的三嗪衍生物阻燃剂及其制备方法和应用
CN115070891A (zh) * 2022-07-11 2022-09-20 贵州省林业科学研究院 一种竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111205315B (zh) 2023-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111205315A (zh) 一种具有高抗流失性的木材阻燃剂的制备方法及应用
CN102030905B (zh) 制备无溶剂高含氢硅油的方法
CN110607169B (zh) 一种抗盐耐高温降滤失剂及其制备方法
CN104277003A (zh) 用于吸收so2气体的peg基功能化咪唑类离子液体及其制备方法和应用
CN109400916B (zh) 一种SiO2接枝聚合物的发光水凝胶材料及其制备方法
CN102432863B (zh) 一种季铵盐型超支化阴离子交换树脂及其制备方法
CN117105990B (zh) 一种催化制备聚噻吩用催化剂及p3ht材料
CN117070176B (zh) 一种紫外光固化胶及其制备方法
CN110627970B (zh) 一种利用季戊四醇四丙烯酸酯废水制备涤纶抗静电剂的工艺方法
CN114456318B (zh) 一种壳聚糖-膨润土-丙烯酸吸水性树脂及其制备方法
CN113663710B (zh) 一种磁性固体酸催化剂及其在催化果糖水解反应中的应用
CN110054710A (zh) 一种除甲醛的木材胶黏剂用添加剂及其制备方法
CN113136037B (zh) 一种改性mil-101材料的合成修饰方法
CN112934201A (zh) 一种复合废气吸附材料及其制备方法
CN109370571B (zh) 一种poss基聚离子液体/稀土荧光材料及其制备方法
CN106279519B (zh) 一种氨基树脂及其制备方法
CN113845631B (zh) 一种具有生物基大分子的分子印迹聚合物的制备方法及应用
CN115745916B (zh) 一种液氧相容的氟化环氧树脂及其制备方法与应用
CN110591056B (zh) 可见光促进纳米钯催化Heck偶联反应合成聚氨酯的方法
CN104474924A (zh) 一种聚乙烯醇超滤膜的制备方法
CN111686696B (zh) 氨基苯磺酸修饰戊二醛交联甲壳素凝胶材料及其制备和作为贵金属金吸附材料的应用
CN116947640B (zh) 一种乙酰乙酸基甲基丙烯酸乙酯的提纯方法
CN102532194B (zh) 一种提高光引发剂氧化反应产率的方法
CN116619505B (zh) 一种木材表面防火防霉处理方法
CN109880418B (zh) 一种改性水性聚丙烯酸酯乳液及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant