CN115070891B - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明属于竹木材用阻燃剂技术领域，本发明提供了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，将三乙胺、十五氟三乙胺、无水乙醇和水混合，将竹木块放入第一混合液中进行浸渍处理，得到第一处理竹木块；将二乙胺、三氟三乙胺、无水乙醇、水和酸溶液混合，将第一处理竹木块放入第二混合液中进行浸渍处理，得到第二处理竹木块；将钨酸钠溶液、无水乙醇、水和酸溶液混合，将第二处理竹木块放入第三混合液中进行浸渍处理，得到竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂。本发明的竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂具有优异的抗流失性能，阻燃抑烟效果良好，具有高效、低毒、环保的优势。

Description

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
技术领域
本发明涉及竹木材用阻燃剂技术领域,尤其涉及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。
背景技术
竹木材是传统的无毒无害建筑材料，被广泛应用于房屋建筑以及室内装饰中。由于竹木材具有可燃性，燃烧产生的烟气往往是导致人员伤亡的首要原因，并且环境不友好，这给人们的日常生活和建筑消防带来了很大的安全隐患。因此，对竹木材进行阻燃和抑烟处理是十分必要的。
众所周知，添加阻燃剂是达到阻燃抑烟目的的有效方式，传统的阻燃剂大多使用单一的卤素、磷、氮、硼等阻燃剂，其缺陷是使用量大，对环境存在一定污染。如何提高阻燃剂的环保性和高效性，降低阻燃剂的用量，已成为研究热点和难点。
为了克服阻燃剂低效、高用量，对环境不友好的缺点，现有技术中公开了许多物理方法和化学方法。研究表明，采用磷酸盐、硼酸处理木材，具有较好的阻燃性能，但是使用量较大；脒基脲磷酸盐和硼酸为主要阻燃活性物质的新型木材阻燃剂，很大程度上提高了材料的耐火性能，但是使用量依然较大。纳米银、氧化铜、氧化锡、氧化铯注入实验样品，并比较其与硼砂等物质的阻燃性能，结果显示，金属银很大程度地提高了材料的耐火性能，但是阻燃性能有待进一步提高，还存在高流失的问题。
因此，研究得到一种高效阻燃、耐火性好、低用量、抗流失性能良好的应用于竹木材的阻燃抑烟体系，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于为了克服现有技术的不足而提供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。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂的制备方法，包含如下步骤：
1)将三乙胺、十五氟三乙胺、无水乙醇和水混合，得到第一混合液，将竹木块放入第一混合液中进行浸渍处理，得到第一处理竹木块；
2)将二乙胺、三氟三乙胺、无水乙醇、水和酸溶液混合，得到第二混合液，将第一处理竹木块放入第二混合液中进行浸渍处理，得到第二处理竹木块；
3)将钨酸钠、无水乙醇、水和酸溶液混合，得到第三混合液，将第二处理竹木块放入第三混合液中进行浸渍处理，得到竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂。
作为优选，步骤1)所述三乙胺、十五氟三乙胺、无水乙醇和水的质量比为60～150：60～150：40～75：30～60。
作为优选，步骤2)所述二乙胺、三氟三乙胺、无水乙醇、水和酸溶液的质量比为60～150：60～150：40～75：30～60：0.1～2，步骤2)所述二乙胺和步骤1)所述三乙胺的质量比为60～150：60～150。
作为优选，步骤2)所述第二混合液的pH值为3～4；步骤2)和步骤3)所述酸溶液为稀盐酸或冰醋酸，稀盐酸的质量分数为12～18％。
作为优选，步骤3)中，所述钨酸钠、无水乙醇、水和酸溶液的质量比为60～150：40～75：30～60：0.1～2，步骤3)所述钨酸钠和步骤1)所述三乙胺的质量比为60～150：60～150。
作为优选，步骤3)所述钨酸钠为磷钨酸钠水合物或硅钨酸钠；所述第三混合液的pH值为3～4。
本发明还提供了一种所述的制备方法制备得到的竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂。
本发明的有益效果包括以下几点：
1)本发明的竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂具有优异的抗流失性能，阻燃抑烟效果良好，具有高效、低毒、环保的优势。
2)本发明的原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂的原料易得，制作简便，生产成本相对较低，采用本发明原位自组装的方法，通过氮磷协同阻燃方式，纳米级材料特殊的两亲性固着竹木材，引入酸以及金属钨元素的特性，极大的提高了竹木材的高效阻燃性、抗流失特性。
附图说明
图1为实施例1的竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂的SEM图；
图2为实施例1～3的竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂和对比例1的未经处理的竹木材的抗流失测试结果图。
具体实施方式
本发明提供了一种竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂的制备方法，包含如下步骤：
1)将三乙胺、十五氟三乙胺、无水乙醇和水混合，得到第一混合液，将竹木块放入第一混合液中进行浸渍处理，得到第一处理竹木块；
2)将二乙胺、三氟三乙胺、无水乙醇、水和酸溶液混合，得到第二混合液，将第一处理竹木块放入第二混合液中进行浸渍处理，得到第二处理竹木块；
3)将钨酸钠、无水乙醇、水和酸溶液混合，得到第三混合液，将第二处理竹木块放入第三混合液中进行浸渍处理，得到竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂。
本发明中，步骤1)所述三乙胺、十五氟三乙胺、无水乙醇和水的质量比优选为60～150：60～150：40～75：30～60，进一步优选为80～120：80～120：45～70：35～55，更优选为90～110：90～110：50～60：40～50。
本发明中，步骤2)所述二乙胺、三氟三乙胺、无水乙醇、水和酸溶液的质量比优选为60～150：60～150：40～75：30～60：0.1～2，进一步优选为80～120：80～120：45～70：35～55：0.5～1.5，更优选为90～110：90～110：50～60：40～50：1；步骤2)所述二乙胺和步骤1)所述三乙胺的质量比优选为60～150：60～150，进一步优选为80～120：80～120，更优选为90～110：90～110。
本发明中，步骤2)所述第二混合液的pH值优选为3～4，进一步优选为3.5；步骤2)和步骤3)所述酸溶液优选为稀盐酸或冰醋酸，稀盐酸的质量分数优选为12～18％，进一步优选为14～16％，更优选为15％。
本发明步骤3)中，所述钨酸钠、无水乙醇、水和酸溶液的质量比优选为60～150：40～75：30～60：0.1～2，进一步优选为80～120：45～70：35～55：0.5～1.5，更优选为90～110：50～60：40～50：1；步骤3)所述钨酸钠和步骤1)所述三乙胺的质量比优选为60～150：60～150，进一步优选为80～120：80～120，更优选为90～110：90～110。
本发明中，步骤3)所述钨酸钠优选为磷钨酸钠水合物或硅钨酸钠；所述第三混合液的pH值优选为3～4，进一步优选为3.5。
本发明步骤1)～步骤3)所述浸渍处理的压力独立的优选为0.9～1.1个大气压，进一步优选为1.01～1.05个大气压；所述浸渍处理的时间独立的优选为9～11h，进一步优选为10h。
本发明还提供了一种所述的制备方法制备得到的竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将100g三乙胺和100g十五氟三乙胺以1滴/s的速率滴入到75g无水乙醇和60g去离子水中，得到第一混合液，将竹木块浸没于第一混合液中，然后移入浸渍罐中在0.95个大气压下浸渍处理10.5h，得到第一处理竹木块。
将100g二乙胺和100g三氟三乙胺以1滴/s的速率滴入到75g无水乙醇和60g去离子水中，再加入1g冰醋酸，得到pH值为3的第二混合液，将第一处理竹木块浸没于第二混合液中，然后移入浸渍罐中在0.95个大气压下浸渍处理10.5h，得到第二处理竹木块。
将100g十八水合磷钨酸钠以1滴/s的速率滴入到75g无水乙醇和60g去离子水中，再加入1g冰醋酸，得到pH值为3的第三混合液，将第二处理竹木块浸没于第三混合液中，然后移入浸渍罐中在0.95个大气压下浸渍处理10.5h，得到竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂。
对实施例1的第一处理竹木块、第二处理竹木块和竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂进行极限氧指数测试，第一处理竹木块的极限氧指数为23.1％，第二处理竹木块的极限氧指数为25.9％，竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂的极限氧指数为34.6％。
实施例1的竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂的SEM图如图1所示。由图1可知，杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂的平均尺寸为35～120nm。
实施例2
将70g三乙胺和70g十五氟三乙胺以1滴/s的速率滴入到45g无水乙醇和35g去离子水中，得到第一混合液，将竹木块浸没于第一混合液中，然后移入浸渍罐中在1.05个大气压下浸渍处理9.5h，得到第一处理竹木块。
将70g二乙胺和70g三氟三乙胺以1滴/s的速率滴入到45g无水乙醇和35g去离子水中，再加入0.7g稀盐酸(稀盐酸的质量分数为15％)，得到pH值为4的第二混合液，将第一处理竹木块浸没于第二混合液中，然后移入浸渍罐中在1.05个大气压下浸渍处理9.5h，得到第二处理竹木块。
将70g十八水合磷钨酸钠以1滴/s的速率滴入到45g无水乙醇和35g去离子水中，再加入0.7g稀盐酸(稀盐酸的质量分数为15％)，得到pH值为4的第三混合液，将第二处理竹木块浸没于第三混合液中，然后移入浸渍罐中在1.05个大气压下浸渍处理9.5h，得到竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂。
对实施例2的竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂进行极限氧指数测试，极限氧指数为28.3％。
实施例3
将80g三乙胺和80g十五氟三乙胺以1滴/s的速率滴入到60g无水乙醇和60g去离子水中，得到第一混合液，将竹木块浸没于第一混合液中，然后移入浸渍罐中在1.01个大气压下浸渍处理10h，得到第一处理竹木块。
将80g二乙胺和80g三氟三乙胺以1滴/s的速率滴入到75g无水乙醇和60g去离子水中，再加入1g冰醋酸，得到pH值为3.5的第二混合液，将第一处理竹木块浸没于第二混合液中，然后移入浸渍罐中在1.01个大气压下浸渍处理10h，得到第二处理竹木块。
将80g硅钨酸钠以1滴/s的速率滴入到75g无水乙醇和60g去离子水中，再加入1g冰醋酸，得到pH值为3.5的第三混合液，将第二处理竹木块浸没于第三混合液中，然后移入浸渍罐中在1.01个大气压下浸渍处理10h，得到竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂。
对实施例3的竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂进行极限氧指数测试，极限氧指数为27.6％。
实施例4
将130g三乙胺和130g十五氟三乙胺以1滴/s的速率滴入到55g无水乙醇和55g去离子水中，得到第一混合液，将竹木块浸没于第一混合液中，然后移入浸渍罐中在1.03个大气压下浸渍处理10h，得到第一处理竹木块。
将120g二乙胺和120g三氟三乙胺以1滴/s的速率滴入到50g无水乙醇和45g去离子水中，再加入1.2g冰醋酸，得到pH值为3的第二混合液，将第一处理竹木块浸没于第二混合液中，然后移入浸渍罐中在1.03个大气压下浸渍处理10h，得到第二处理竹木块。
将125g十八水合磷钨酸钠以1滴/s的速率滴入到55g无水乙醇和50g去离子水中，再加入0.9g冰醋酸，得到pH值为3.5的第三混合液，将第二处理竹木块浸没于第三混合液中，然后移入浸渍罐中在1.03个大气压下浸渍处理10h，得到竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂。
对实施例4的竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂进行极限氧指数测试，极限氧指数为32.8％。
对比例1
竹木材未经过处理。
对比例1的未经处理的竹木材的极限氧指数为21.5％。
对实施例1～3的竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂和对比例1的未经处理的竹木材进行抗流失性能测试，其中，PY-PW-1对应实施例1，PY-PW-2对应实施例2，PY-PW-3对应实施例3，Untreated对应对比例1，结果如图2所示。由图2可知，本发明的竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂的流失量显著减小，具有良好的抗流失性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
1)将三乙胺、十五氟三乙胺、无水乙醇和水混合，得到第一混合液，将竹木块放入第一混合液中进行浸渍处理，得到第一处理竹木块；
2)将二乙胺、三氟三乙胺、无水乙醇、水和酸溶液混合，得到第二混合液，将第一处理竹木块放入第二混合液中进行浸渍处理，得到第二处理竹木块；
3)将钨酸钠、无水乙醇、水和酸溶液混合，得到第三混合液，将第二处理竹木块放入第三混合液中进行浸渍处理，得到竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂；
步骤1)所述三乙胺、十五氟三乙胺、无水乙醇和水的质量比为60～150：60～150：40～75：30～60；
步骤2)所述二乙胺、三氟三乙胺、无水乙醇、水和酸溶液的质量比为60～150：60～150：40～75：30～60：0.1～2，步骤2)所述二乙胺和步骤1)所述三乙胺的质量比为60～150：60～150；
步骤2)所述第二混合液的pH值为3～4；步骤2)和步骤3)所述酸溶液为稀盐酸或冰醋酸，稀盐酸的质量分数为12～18％；
步骤3)中，所述钨酸钠、无水乙醇、水和酸溶液的质量比为60～150：40～75：30～60：0.1～2，步骤3)所述钨酸钠和步骤1)所述三乙胺的质量比为60～150：60～150；
步骤3)所述钨酸钠为磷钨酸钠水合物；所述第三混合液的pH值为3～4。
2.权利要求1所述的制备方法制备得到的竹木材中原位自组装杂多酸杂化胺类纳米阻燃剂。
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