CN113601659B - 一种基于碳量子点的阻燃无胶纤维板及其制备方法 - Google Patents

一种基于碳量子点的阻燃无胶纤维板及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113601659B
CN113601659B CN202110728947.4A CN202110728947A CN113601659B CN 113601659 B CN113601659 B CN 113601659B CN 202110728947 A CN202110728947 A CN 202110728947A CN 113601659 B CN113601659 B CN 113601659B
Authority
CN
China
Prior art keywords
flame
fiber
carbon quantum
retardant
preparation
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.)
Active
Application number
CN202110728947.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113601659A (zh
Inventor
张龙飞
陈志林
彭立民
梁善庆
姜鹏
吕少一
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.)
Research Institute of Wood Industry of Chinese Academy of Forestry
Original Assignee
Research Institute of Wood Industry of Chinese Academy of Forestry
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 Research Institute of Wood Industry of Chinese Academy of Forestry filed Critical Research Institute of Wood Industry of Chinese Academy of Forestry
Priority to CN202110728947.4A priority Critical patent/CN113601659B/zh
Publication of CN113601659A publication Critical patent/CN113601659A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113601659B publication Critical patent/CN113601659B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • B27N3/04—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres from fibres
    • 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
    • B27K3/12—Impregnating by coating the surface of the wood with an impregnating paste
    • 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
    • B27K3/34—Organic impregnating agents
    • B27K3/50—Mixtures of different organic impregnating agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N1/00—Pretreatment of moulding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • B27N3/08—Moulding or pressing
    • B27N3/10—Moulding of mats
    • B27N3/12—Moulding of mats from fibres
    • 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
    • B27K2200/00—Wooden materials to be treated
    • B27K2200/15—Pretreated particles or fibres
    • 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

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Dry Formation Of Fiberboard And The Like (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于碳量子点的阻燃无胶纤维板及其制备方法，包括以下步骤：将林草生物质碎料经第一次水热反应后进行固液分离，得到液体部分与固体部分；将所述液体部分进行第二次水热反应后得到的液体进行浓缩，得到含碳量子点的浓缩液；将所述固体部分干燥，得到纤维碎料；将所述浓缩液与所述纤维碎料混合，压制得到阻燃无胶纤维板。与现有技术相比，本发明的纤维板不需要添加胶黏剂，也无甲醛，制备方法简单，具有较好的阻燃功能，综合性能良好，解决了功能助剂在木质单元中的分散性差、容易吸湿析出等问题。

Description

一种基于碳量子点的阻燃无胶纤维板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于碳量子点的阻燃无胶纤维板及其制备方法，更具体地说，涉及一种不使用常规外加胶黏剂制备无醛添加型阻燃无胶纤维板及其制备方法。
背景技术
木质纤维板因其木材利用率高、物理性质稳定，材质均匀性好，生产原料来源广泛，易于铣削和雕刻加工等优点，在室内家具、地板、室内装修、包装等领域得到广泛应用，因此发展木质纤维板是综合利用木材资源的有效途径之一。根据中国林产工业协会数据统计，截至2020年底，全国纤维板生产线有454条，总生产能力为5176万立方米/年。而在纤维板制造过程中，通常需要施加脲醛树脂、酚醛树脂或其他合成树脂胶黏剂。其中脲醛树脂胶黏剂由于价格低廉、综合性能较好而广泛使用，但是脲醛树脂胶黏剂在使用过程中会缓慢释放游离甲醛，危害人们的身体健康。近年来，国家对室内人造板在甲醛释放量方面的要求越来越严格，GB 18580-2017《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》规定室内装饰装修材料人造板及制品中甲醛释放限量值必须低于0.124mg/m3(气候箱法限量标识为E1)。
随着人们对室内空气环境要求提高，无醛添加型纤维板也越来越受到消费者的青睐。目前的无醛添加型纤维板主要采用异氰酸酯胶黏剂、大豆蛋白胶黏剂等，这些胶黏剂不仅价格高昂，此外一些技术难题还未完全攻克，如异氰酸酯胶黏剂的挥发物毒性、大豆蛋白胶黏剂容易发霉变质等缺陷。因此开发环保型无胶纤维板对于降低胶黏剂使用、提供健康安全的室内空气环境具有重要意义。
林草生物质来源广泛，不依赖石油资源，是一种绿色环保的天然生物质材料。专利公布号(CN 103317586 B)公布了一种无胶碎料板及其制备方法。采用蔗糖、柠檬酸、醋酸混合添加剂替代胶黏剂压制板材。其主要是利用蔗糖、柠檬酸在高温过程中与纤维表面羟基一定程度上结合，醋酸提高板材抑菌和防霉作用。
为赋予木材或人造板等木质功能材料一定的阻燃功能，通常需要添加阻燃剂。尤其是以N-P协效型阻燃体系在塑料和木材等高分子材料领域具有广泛应用，如三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)作为典型的N-P膨胀型阻燃剂兼具酸源、气源、炭源于一体，是一种阻燃效率较高的绿色阻燃剂，然而在利用MPP制备阻燃木材(原木、方材等木材)和阻燃木质功能复合材料(纤维板、刨花板等人造板)时，存在与木材基体的相容性差、分散性和渗透性差、吸湿性强(表面潮湿黏黏糊糊)、成炭效果差(残炭率低)、降低木材(木纤维或木刨花等)强度和后续与胶黏剂的胶合性能(过多的磷酸基团造成木材酸性较强)等缺陷。
碳量子点作为近年来新兴的碳纳米材料，其在阻燃领域的应用方面较少，专利公布号(CN 110819097 A)公开了一种碳量子点-聚合物树脂复合材料及制备方法和应用。该专利公开了碳量子点粉末与尼龙、聚氨酯、聚苯乙烯等塑料聚合物熔融共混挤出，制备碳量子点/塑料高分子阻燃复合材料。然而，该专利申请所用的碳量子点优选按照中国专利申请(CN 201610632481.7)在10～50kW高频磁热反应器中获得。当碳量子点/聚合物树脂的质量比为1：(2.3～10)时，阻燃高分子复合材料热释放速率峰值和热释放总量显著降低，其主要归因于10～50kW高频磁热反应制备的碳量子点碳化和石墨化程度较高(碳量子点的TEM晶格可知)。而且，根据专利公布阐述，该专利公布的碳量子点主要含碳、氢、氧元素，并未根据阻燃需求对碳点进行功能化设计，而仅仅依靠碳量子点表面羟基、羧基和羰基等官能团对高分子进行阻燃处理，阻燃效果不理想。
专利申请公布号(CN 111849102 A)公开了一种聚乙烯醇/N,P-CDs阻燃薄膜及其制备方法，以间苯二胺、邻苯二胺、对苯二胺、壳聚糖、聚乙烯胺、乙二胺等脂肪胺和芳香胺为氮源，磷酸为磷源，利用一锅法(在150～210℃条件下处理24～64h)制备一种同时含有氨基、磷酸基的碳点溶液，并将其稀释后直接与聚乙烯醇溶液进行流延成膜制备阻燃聚乙烯醇薄膜材料。由于磷酸表面活性差，P—O键在水热反应过程中接枝在碳点(C-C骨架)表面的含磷官能团较少，根据以往文献的报道也可知，利用该方法获得的碳点的磷含量较低，并未充分发挥磷-氮协效作用，从其实施例获得的阻燃聚乙烯醇薄膜的极限氧指数可以看出，N,P-CDs在30wt％添加时的薄膜LOI仅为33.2％，阻燃效果较低。其次，该专利申请以磷酸代替水作为介质，且磷酸添加过量。经150～210℃条件下处理24～64h后上清液仍含有大量未反应的磷酸，因此当以此上清液(或稀释液)直接与聚乙烯醇溶液混合流延成膜时，薄膜体系中含有大量的未反应磷酸，过量的磷酸容易析出，导致复合材料存在吸湿性较强(复合材料表面潮湿黏黏糊糊)、耐久性差等缺陷。因此，专利申请公布号(CN 111849102 A)实质上公布了一种N,P-CDs和过量磷酸协同阻燃聚乙烯醇薄膜的方法。
发明内容
为了克服现有纤维板产品使用含甲醛树脂胶黏剂(存在甲醛污染)或使用异氰酸酯(存在价格昂贵)、大豆蛋白胶黏剂(存在易发霉缺陷)等市场化的无醛胶黏剂的缺陷，本发明的目的是提供一种制备方法简单，综合性能良好，且具有一定阻燃功能的无甲醛添加的碎料纤维板的制备方法，解决功能助剂在木质单元中的分散性差、容易吸湿析出导致复合材料表面粘潮、含甲醛胶黏剂添加、阻燃效果不理想等缺点。
本发明为解决上述技术问题，提供一种基于碳量子点的阻燃无胶纤维板的制备方法，包括以下步骤：
将林草生物质碎料经第一次水热反应后进行固液分离，得到液体部分与固体部分；
将所述液体部分进行第二次水热反应并将得到的液体进行浓缩，得到含碳量子点的浓缩液；
将所述固体部分干燥，得到纤维碎料；
将所述浓缩液与所述纤维碎料混合，压制得到阻燃无胶纤维板。
优选地，第一次水热反应的条件为：温度为120-165℃，时间为20-40min，林草生物质碎料与水的固液投料比为1：(8-12)。第一次水热反应也是浸提的过程，得到的液体部分也称为浸提液。
优选地，选择过滤的方式进行固液分离。
优选地，选用滤孔为0.45-1.2μm的过滤装置进行固液分离；优选地，选择滤孔为0.45-1.2μm的滤纸。
优选地，第二次水热反应的条件为：温度为180-200℃，水热时间6-12h。
优选地，在所述液体部分中加入助剂后进行第二次水热反应，所述助剂为含氮有机物和/或含磷有机物。
优选地，所述有机阻燃剂为三羟甲基氧化磷和/或三聚氰胺。
优选地，所述液体部分与助剂的质量比为1：(0.05-0.1)。
优选地，浓缩液与纤维碎料混合后，调节含水率为16-25％，再进行压制。
优选地，压制的条件为：温度为170-185℃，压力为3.2-4.5MPa。热压时间可按照最终热压成板的厚度来确定，时间为0.5-2min/mm，优选1min/mm。
优选地，浓缩液是将第二次水热反应得到的液体进行旋蒸，旋蒸的温度优选为40-50℃，旋蒸时间0.8-1.2h。
本发明将前述处理得到的所有浓缩液与所有的纤维碎料进行混合，不会产生多余的废水、废气、废渣等物质。浓缩液与纤维碎料的质量比为(0.1-0.25)：1。可将浓缩液喷洒在纤维碎料的表面。
作为同一个发明构思，本发明进一步提供上述方法制备的阻燃无胶纤维板。
本发明的林草生物质主要是指来自森林、草原的绿色植物通过光合作用形成的富含纤维素、半纤维素、木质素的有机物质，包括木材、禾本科植物以及木材加工边角料、人造板加工剩余物等。
本发明致力于林草生物质高效利用，林草生物质浸提液(第一次水热反应得到的液体部分，下同)含有丰富的半纤维素水解糖、非结构性抽提物(黄酮类、可溶性蛋白等)，经过高温水热反应可以获得富含碳量子点、醋酸、甲酸、糠醛、5-羟甲基糠醛等水溶液。林草生物质碳量子点是一种具有一定程度石墨化结构的碳纳米材料，表面富含羧基、氨基基团，当添加少量杂元素功能助剂(如：三羟甲基氧化磷、三聚氰胺等磷氮类有机化合物的至少一种)时，易于获得磷(或氮)掺杂的功能化碳量子点纳米材料。此外水溶液体系中高温水热产生的少量醋酸、甲酸构成了体系弱酸环境。此外，林草生物质浸提液在二次高温水热反应过程中，产生少量糠醛、5-羟甲基糠醛等副产物，在与林草生物质纤维碎料进行热压时，可显著促进纤维与纤维之间的结合，提高纤维彼此的结合强度。
由于林草生物质浸提液含有丰富的半纤维素水解糖、非结构性抽提物(黄酮类、可溶性蛋白等)，经过高温水热反应可以获得富含碳量子点、醋酸、甲酸、糠醛、5-羟甲基糠醛等水溶液，溶液体系仅为弱酸环境，与人接触时无腐蚀性、无刺激性。林草生物质碳量子点是一种具有一定程度石墨化结构的碳纳米材料，表面富含羧基、氨基基团，当添加少量杂元素功能助剂(如：三羟甲基氧化磷、三聚氰胺等磷氮类有机化合物的至少一种)时，易于获得磷(或氮)掺杂的功能化碳量子点纳米材料。同时，水溶液体系中高温水热产生的少量醋酸、甲酸构成了体系弱酸环境。此外，林草生物质浸提液在二次高温水热反应过程中，产生少量糠醛、5-羟甲基糠醛等副产物，在与林草生物质纤维碎料进行热压时，可显著促进纤维与纤维之间的结合，提高纤维彼此的结合强度。
利用本发明的浸提液与少量磷氮类有机化合物功能助剂共混进行二次高温水热，磷氮类阻燃成分添加量少，即可获得更优异的阻燃效果，同时一定程度上提高复合板材的物理力学性能指标。这主要是在典型的膨胀阻燃体系中，需要满足碳源、酸源、气源三个条件。林草生物质碳量子点浸提液富含丰富的石墨化碳纳米材料，一方面提供阻燃反应时的碳源，同时可以由于碳量子点表面富含丰富的羧基、羟基、氨基基团，在热压制备复合板时，碳量子点易于与纤维吸附并在高温时产生一定的结合，提高纤维与纤维之间的结合强度；其次，林草生物质碳量子点含有一定量的氨基基团，受热时可以释放出氨气等不燃气体，也是气源的主要供给体；第三方面，三羟甲基氧化磷等含磷有机化物可以提供酸源，一定程度上促进纤维表面炭化，提高表面炭层强度和抑制热量向板材内部传递，一定程度上提高了板材的阻燃效果。三个条件缺少任何一个，阻燃效果都会大打折扣，阻燃效果不理想，因此当仅添加三羟甲基氧化磷作为阻燃单一组分，压制的板材阻燃效果不理想。而本发明通过林草生物质碳量子与酸源三羟甲基氧化磷组合，实现了纤维复合材料的高效阻燃及环保性能优良。
本发明基于林草生物质碳量子点体系中的凝聚相和气相阻燃理论，设计出阻燃性能好、吸湿性低、易于制备、成本低廉等优异性能的阻燃功能体，对于实现高效阻燃木质功能材料具有重要的意义。以其水浸提液替代合成树脂胶黏剂，施加到碎料纤维中，铺装成板坯，经过预压、热压可以获得物理力学性能符合施胶纤维板的国家标准要求。这种基于林草生物质碳量子点的无醛添加型无胶纤维板具有几大显著的优点：一是不施加含甲醛的合成胶黏剂，也不施加价格高昂的无醛胶，节省胶黏剂及不可再生的石油资源；二是产品无甲醛及其他有毒有害化学物质添加，获得的板材不存在游离甲醛释放污染问题，是一种可室内使用的环保材料；三是采用林草生物质碎料纤维，原料适用性广泛，可以采用木材和植物等木质纤维，也可以利用人造板加工剩余物、木质防火板砂光粉等剩余物资源。因此，这种基于林草生物质碳量子点的无醛添加型阻燃无胶纤维板具有广阔的应用前景。
与现有技术相比，本发明的纤维板不需要添加胶黏剂，也无甲醛，制备方法简单，具有较好的阻燃功能，综合性能良好，解决了功能助剂在木质单元中的分散性差、容易吸湿析出等问题。
附图说明
图1是本发明的实施例工艺流程图。
图2是本发明的对比例工艺流程图。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面将通过实施例和对比例对本发明作进一步的解释说明。
以下实施例和对比例中的性能指标测试方法如下：
(1)参照GB/T 11718-2009《中密度纤维板》和GB/T 17657-2013《难燃中密度纤维板》测试纤维板的密度、含水率、吸水厚度膨胀率、内结合强度、静曲强度等物理力学性能指标。在干燥状态下使用的(难燃)普通型中密度纤维板要求吸水厚度膨胀率≤20％，内结合强度≥0.6MPa，静曲强度≥25MPa。
(2)根据GB/T 2406.2-2009方法测定氧指数；用氧指数表示材料是否容易燃烧，＞30.0％表示为难燃材料(B1级)。
实施例1
杂木碎料纤维(含水率4.6％)取16.0g加入180g水中，在温度120℃密闭容器中进行水热浸提40min(即第一次水热反应，下同)。将混合物通过0.45μm滤膜进行固液分离。将浸提液150g置于密闭容器进行二次高温水热(即第二次水热反应，下同)，温度设定为180℃水热6.0h。将水性悬浮液在45℃条件下旋蒸1.0h获得碳量子浓缩液。按照碳量子点浓缩液与纤维碎料(绝干重量)质量比为0.25：1进行混合(得混合纤维，下同)，控制混合纤维的含水率为15％，热压温度185℃，热压压力3.2MPa，板厚设定为7mm，热压时间7min。该工艺流程见图1，测试结果见表1。
实施例2
防火板砂光粉碎料纤维(浙江瑞欣装饰材料有限公司提供，含水率4.8％)取18.0g加入180g水中，在温度150℃密闭容器中进行水热浸提20min。将混合物通过0.45μm滤膜进行固液分离。将浸提液150g置于密闭容器进行二次高温水热，温度设定为180℃水热6.0h。将水性悬浮液在45℃条件下旋蒸1.0h获得碳量子浓缩液。按照碳量子点浓缩液与纤维碎料(绝干重量)质量比为0.25：1进行混合，控制混合纤维的含水率为15％，热压温度185℃，热压压力3.6MPa，板厚设定为7mm，热压时间7min。该工艺流程见图1，测试结果见表1。
实施例3
防火板砂光粉碎料纤维(浙江瑞欣装饰材料有限公司提供，含水率4.8％)取18.0g加入180g水中，在温度165℃密闭容器中进行水热浸提30min。将混合物通过0.45μm滤膜进行固液分离。将浸提液与三羟甲基氧化磷(上海高鸣化工有限公司购买，磷含量21.6％，pH值为7.2)按照质量比为1：0.08混合并称取150g置于密闭容器进行二次高温水热，温度设定为180℃水热6.0h。将水性悬浮液在45℃条件下旋蒸1.0h获得碳量子浓缩液。按照碳量子点浓缩液与纤维碎料(绝干重量)质量比为0.25：1进行混合，控制混合纤维的含水率为15％，热压温度185℃，热压压力4.0MPa，板厚设定为7mm，热压时间7min。该工艺流程见图1，测试结果见表1。
对比例1
杂木碎料纤维(含水率4.6％)取16.0g加入180g水中，在温度120℃密闭容器中进行水热浸提40min。将混合物通过0.45μm滤膜进行固液分离。取固体部分并调整固体碎料纤维的含水率为15％，热压温度185℃，热压压力3.2MPa，板厚设定为7mm，热压时间7min。工艺流程见图2，测试结果见表1。
对比例2
防火板砂光粉碎料纤维(浙江瑞欣装饰材料有限公司提供，含水率4.8％)取18.0g加入180g水中，在温度150℃密闭容器中进行水热浸提20min。将混合物通过0.45μm滤膜进行固液分离。取固体部分并调整固体碎料纤维的含水率为15％，热压温度185℃，热压压力3.6MPa，板厚设定为7mm，热压时间7min。工艺流程见图2，测试结果见表1。
对比例3
防火板砂光粉碎料纤维(浙江瑞欣装饰材料有限公司提供，含水率4.8％)取18.0g加入180g水中，在温度165℃密闭容器中进行水热浸提40min。将混合物通过0.45μm滤膜进行固液分离。取固体部分并调整固体碎料纤维的含水率为15％，热压温度185℃，热压压力3.6MPa，板厚设定为7mm，热压时间7min。工艺流程见图2，结果见表1。
对比例4
防火板砂光粉碎料纤维(浙江瑞欣装饰材料有限公司提供，含水率4.8％)取18.0g加入180g水中，在温度165℃密闭容器中进行水热浸提30min。将混合物通过0.45μm滤膜进行固液分离。不使用浸提液，仅添加三羟甲基氧化磷(上海高鸣化工有限公司购买，磷含量21.6％，pH值为7.2)按照三羟甲基氧化磷与纤维碎料(绝干重量)质量比为0.25：1进行混合，控制混合纤维的含水率为15％，热压温度185℃，热压压力4.0MPa，板厚设定为7mm，热压时间7min。工艺流程见图2，测试结果见表1。
表1板材测试表征结果
Figure BDA0003139476240000081
注：(√)表示对应的指标测试结果满足相应标准要求，(×)表示不达标。
根据实施例和对比例及表1的结果，能够看出，与对比例1(杂木碎料纤维浸提后压制板材)、对比例2(防火板碎料纤维浸提后压制板材)、对比例3(防火板碎料纤维高温长时间浸提后压制板材)、对比例4(防火板碎料纤维浸提后仅添加三羟甲基氧化磷压制板材)制备的板材相比，采用本发明的基于林草生物质碳量子点的无醛添加型助剂制备的阻燃无胶纤维板的物理力学性能更优，阻燃氧指数更高，难燃程度优于未添加林草生物质碳量子点悬浮液制备的板材，板材实现无甲醛类胶黏剂添加且物理力学性能满足中密度纤维板标准要求。同时实施例1和2的区别还在于，不同的生物质原料对压制的纤维板阻燃性能有一定影响。防火板砂光粉碎料含有少量的三聚氰胺、酚醛树脂等废料成分，水热浸提时部分三聚氰胺等含氮化学物质进入溶液部分，二次水热反应时容易形成富含氮元素及功能基团的碳量子点，一定程度提高了碳量子的稳定性和阻燃性能。此外，利用本发明的浸提液与少量磷氮类有机化合物助剂共混进行二次高温水热，磷氮类阻燃成分添加量少，仍可获得更优异的阻燃效果。这主要是在典型的膨胀阻燃体系中，需要满足碳源、酸源、气源三个条件。林草生物质碳量子点浸提液富含丰富的石墨化碳纳米材料，一方面提供阻燃反应时的碳源，同时可以由于碳量子点表面富含丰富的羧基、羟基、氨基基团，在热压制备复合板时，碳量子点易于与纤维吸附并在高温时产生一定的结合，提高纤维与纤维之间的结合强度；其次，林草生物质碳量子点含有一定量的氨基基团，受热时可以释放出氨气等不燃气体，也是气源的主要供给体；第三方面，三羟甲基氧化磷等含磷有机化物可以提供酸源，一定程度上促进纤维表面炭化，提高表面炭层强度和抑制热量向板材内部传递，一定程度上提高了板材的阻燃效果。三个条件缺少任何一个，阻燃效果都会大打折扣，阻燃效果不理想，因此当仅添加三羟甲基氧化磷作为阻燃单一组分，且添加量达到绝干纤维的25％时，压制的板材氧指数仅为29.2％，阻燃效果不理想。而本发明通过林草生物质碳量子与三羟甲基氧化磷组合，实现了纤维复合材料的高效阻燃及环保性能优良。
以上所述的仅是本发明的优选实例。熟悉本领域的技术人员可以容易的对这些实施实例做出各种修改，并把在此说明的一般性原理应用在其它应用实例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施实例，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于碳量子点的阻燃无胶纤维板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将林草生物质碎料经第一次水热反应后进行固液分离，得到液体部分与固体部分；
将所述液体部分进行第二次水热反应并将得到的液体进行浓缩，得到含碳量子点的浓缩液；
将所述固体部分干燥，得到纤维碎料；
将所述浓缩液与所述纤维碎料混合，压制得到阻燃无胶纤维板。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第一次水热反应的条件为：温度为120-165℃，时间为20-40min，林草生物质碎料与水的固液投料比为1：(8-12)。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，选用滤孔为0.45-1.2μm的过滤装置进行固液分离。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，第二次水热反应的条件为：温度为180-200℃，时间为6-12h。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在所述液体部分中加入助剂后进行第二次水热反应，所述助剂为含氮有机物和/或含磷有机物。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述助剂为三羟甲基氧化磷和/或三聚氰胺。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述液体部分与所述助剂的质量比为1：(0.05-0.1)。
8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述浓缩液与所述纤维碎料混合后，调节含水率为16-25％，再进行压制。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述压制的条件为：温度为170-185℃，压力为3.2-4.5MPa。
10.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述浓缩液与所述纤维碎料的质量比为(0.1-0.25)：1。
11.一种由权利要求1-10任一项所述的制备方法获得的阻燃无胶纤维板。
CN202110728947.4A 2021-06-29 2021-06-29 一种基于碳量子点的阻燃无胶纤维板及其制备方法 Active CN113601659B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110728947.4A CN113601659B (zh) 2021-06-29 2021-06-29 一种基于碳量子点的阻燃无胶纤维板及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110728947.4A CN113601659B (zh) 2021-06-29 2021-06-29 一种基于碳量子点的阻燃无胶纤维板及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113601659A CN113601659A (zh) 2021-11-05
CN113601659B true CN113601659B (zh) 2022-06-24

Family

ID=78303852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110728947.4A Active CN113601659B (zh) 2021-06-29 2021-06-29 一种基于碳量子点的阻燃无胶纤维板及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113601659B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108841346A (zh) * 2018-07-13 2018-11-20 吉林大学 一种高胶合强度环保超分子物理凝胶黏合剂及其制备方法
CN109593524A (zh) * 2018-12-26 2019-04-09 南京林业大学 使用辐射松丝制备水溶性碳量子点及荧光油墨的方法及其应用
CN110819097A (zh) * 2019-10-29 2020-02-21 南京工业大学 一种碳量子点-聚合物复合材料及制备和应用
CN110857337A (zh) * 2018-08-22 2020-03-03 中南大学 一种同步制备多种生物质材料的方法
CN111100322A (zh) * 2018-10-29 2020-05-05 中国石油化工股份有限公司 一种微波高温裂解碳纤维复合材料的方法
CN112169810A (zh) * 2020-10-13 2021-01-05 南京林业大学 一种生物质碳点/木材复合光催化材料及其制备方法和应用
CN113003563A (zh) * 2021-03-02 2021-06-22 湖南工业大学 一种改性木质素碳点及其制备方法和应用

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150280248A1 (en) * 2014-03-26 2015-10-01 William Marsh Rice University Graphene quantum dot-carbon material composites and their use as electrocatalysts

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108841346A (zh) * 2018-07-13 2018-11-20 吉林大学 一种高胶合强度环保超分子物理凝胶黏合剂及其制备方法
CN110857337A (zh) * 2018-08-22 2020-03-03 中南大学 一种同步制备多种生物质材料的方法
CN111100322A (zh) * 2018-10-29 2020-05-05 中国石油化工股份有限公司 一种微波高温裂解碳纤维复合材料的方法
CN109593524A (zh) * 2018-12-26 2019-04-09 南京林业大学 使用辐射松丝制备水溶性碳量子点及荧光油墨的方法及其应用
CN110819097A (zh) * 2019-10-29 2020-02-21 南京工业大学 一种碳量子点-聚合物复合材料及制备和应用
CN112169810A (zh) * 2020-10-13 2021-01-05 南京林业大学 一种生物质碳点/木材复合光催化材料及其制备方法和应用
CN113003563A (zh) * 2021-03-02 2021-06-22 湖南工业大学 一种改性木质素碳点及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
植物基碳纤维研究现状与展望;陈政豪等;《林产工业》;20190506(第05期);全文 *
碳量子点的合成研究进展与展望;孙墨杰等;《化学通报》;20160818(第08期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113601659A (zh) 2021-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106164207B (zh) 粘着材料和使用所述粘着材料形成木质纤维素复合材料的方法
CN105345911A (zh) 阻燃秸秆刨花板及其制造方法
CN108656305B (zh) 一种农作物秸秆环保阻燃无胶纤维板及其制备方法
CN108727546B (zh) 一种聚合反应型甲醛捕捉剂及其制备方法
CN111805678B (zh) 一种阻燃刨花板的制备方法
CN101269513A (zh) 多功能环保型人造板及其制备方法
CN101200624A (zh) 木材胶粘剂用添加剂及其配制工艺
CN109483687B (zh) 一种高阻燃改性纤维板及其制备方法
CN111456374B (zh) 一种环保型聚丙烯地板及其制造方法
CN104097247A (zh) 一种自清洁环保竹碎料板及其制备方法
CN108247808A (zh) 环保抑烟阻燃中密度板及其制备方法
CN103056941A (zh) 一种阻燃中密度纤维板用微胶囊型阻燃剂及其制备方法
CN103484045A (zh) 超低甲醛释放量胶粘剂及其制备方法
CN102994003B (zh) 脲醛树脂添加剂及其应用
CN102975262B (zh) 一种阻燃免漆细木工板的生产工艺
CN113601659B (zh) 一种基于碳量子点的阻燃无胶纤维板及其制备方法
CN108582394B (zh) 一种农作物秸秆环保阻燃无胶碎料板及其制备方法
KR20170127900A (ko) 목재용 방염액, 이의 제조방법 및 목재보드
CN109203172A (zh) 一种耐候低醛型中密度纤维办公桌专用板的生产方法
CN116096830A (zh) 用于含纤维素材料的粘合剂及包含它的产品
CN101245172B (zh) 脲醛树脂添加剂、其制备方法及脲醛树脂粘合剂
CN108608550A (zh) 一种农作物秸秆防腐抗菌阻燃纤维板及其制备方法
CN113249056B (zh) 一种阻燃型发光降醛功能助剂及其制备方法和应用
CN107443534B (zh) 一种高密度板及其制备方法
CN114714460B (zh) 一种刨花板及其制备方法

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