CN116175715B - 一种抗流失的复合无机阻燃剂、应用其的难燃刨花板及其制作方法 - Google Patents

一种抗流失的复合无机阻燃剂、应用其的难燃刨花板及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于阻燃刨花板加工技术领域,尤其公开了一种抗流失的复合无机阻燃剂。该复合无机阻燃剂以表面具有多层片状结构的具有大比表面积的类球状硅酸钙晶体作为载体,吸附承载无机阻燃剂,再借助交联剂附着于刨片表面,提升其抗流失性,保证其应用后的阻燃寿命,并且该硅酸钙晶体宏观呈粉末状,应用时能够填充于刨片的空隙中,也能够一定程度上提升刨花板的密实度。本发明还公开了应用上述复合无机阻燃剂的难燃刨花板及其制作方法。该难燃刨花板以上述抗流失的复合无机阻燃剂作为主要的阻燃剂组分,在发挥阻燃作用的同时,还有效地实现了抗流失的目的,延长了板材的阻燃寿命;且其制作方法与现存一般阻燃刨花板的制作方法无异,工艺简单。

Description

一种抗流失的复合无机阻燃剂、应用其的难燃刨花板及其制 作方法
技术领域
本发明属于阻燃刨花板加工技术领域,具体来讲,涉及一种抗流失的复合无机阻燃剂,以及应用该复合无机阻燃剂制作而成的难燃刨花板及其制作方法。
背景技术
刨花板是将木材等原料切削成一定规格的刨片,再经过干燥、拌胶、铺装、热压而制成的一种人造板。刨花板的原料来源广,对木材的利用率高,板材产品强度大,性能稳定,具有良好的市场前景。
随着刨花板在家具、工程装修领域的应用越来越多,对刨花板进行阻燃处理显得尤为重要,不仅保证了人们的生命财产安全,也能进一步扩大刨花板的使用范围。
难燃刨花板是指在刨花板制备过程中,施加阻燃剂,提高板材的阻燃性能。常见的阻燃剂按照分子结构差异可以分为有机阻燃剂和无机阻燃剂。其中,有机阻燃剂的抗流失性好,对板材影响小,但阻燃性能不稳定,燃烧时会产生烟和气体,造成污染;而无机阻燃剂虽然具有低毒、环保、价格低廉、热稳定性好等优点,但吸湿性高、易流失,影响阻燃性能。
目前有诸多关于木材阻燃剂改善其吸湿性及流失性的研究,如一种复配木材阻燃剂,按重量百分比由以下组分组成:采用15%~23%双氰胺、11%~16%硼酸、2%~4%三乙醇胺、35%~45%磷酸二氢铵、12%~16%硼酸锌、3%~7%氢氧化镁,该发明利用木材阻燃剂各组分之间的协同效果,分解吸热,对木材的阻燃抑烟效果好、吸湿性低、渗透性强、制备容易;但其中使用的双氰胺、硼酸锌等原料价格昂贵,会限制该阻燃剂的大规模推广。又如一种抗流失木材阻燃剂的制备方法,其通过收集高岭土球磨制备粉末,与氯化钠溶液复合煅烧制备改性高岭土,通过复合煅烧,形成具有活性的混合高岭土,随后将高岭土粉末与氢氧化钠反应,通过氢氧化钠碱化处理,形成具有微孔结构的活性高岭土粉末,随用将胶原蛋白与活性高岭土粉末复合碾磨,通过微孔吸附胶原蛋白颗粒,与聚磷酸铵和三聚氰胺等复合球磨制备木材阻燃剂,通过活性高岭土进行吸附,胶原蛋白对木材表面木质素进行粘结,有效提高木材阻燃剂抗流失性,提高其寿命和耐久性;但该方法涉及氢氧化钠碱化处理等过程,容易产生较多碱性废水,同时胶原蛋白作为粘结剂,其价格也会限制该类阻燃剂的规模化应用。
另外,也有通过包覆法来解决阻燃剂的流失问题,如一种基于双层包覆聚磷酸铵微胶囊改性的阻燃刨花板制备方法;但包覆法一般涉及有机物合成步骤,存在制备工艺复杂、成本较高等问题。
因此开发一种成本低廉、无毒、抗流失的木材阻燃剂对推动难燃刨花板的发展具有重要意义。
发明内容
为了解决本领域的上述现有技术问题,本发明的发明人研发了一种抗流失的复合无机阻燃剂,该复合无机阻燃剂以表面具有多层片状结构的具有大比表面积的类球状硅酸钙晶体作为载体,吸附承载无机阻燃剂,再借助交联剂附着于应用时的刨片表面,提升其抗流失性,保证其应用至难燃刨花板后的板材阻燃寿命。
为此,具体提供了下述技术方案:
一种抗流失的复合无机阻燃剂,其为按照质量份数混合均匀的下述各组分形成的阻燃剂浆液:
其中,硫酸铵和碱性磷酸盐负载于硅酸钙载体的外表面上。
具体地,硅酸钙载体是无机含氧钙源和无机含氧硅源(按照1:1~1.2:1的摩尔比)在160℃~190℃的温度及对应水蒸气饱和压力下水热反应3h~6h而获得的、化学组成为5CaO·6SiO2·5H2O、且表面具有多层片状结构的类球状硅酸钙晶体。
进一步地,无机含氧钙源可以为氧化钙和/或氢氧化钙,而无机含氧硅源为二氧化硅即可。
作为进一步的选择,交联剂可以是聚乙烯醇、十二烷基硫酸钠、六偏磷酸钠、苯丙乳液中的至少一种。
作为进一步的选择,碱性磷酸盐可以是磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾中的至少一种。
上述无机含氧钙源和无机含氧硅源在特定的水热条件下合成特殊的表层具有多层片状结构的类球形硅酸钙晶体,将其用于负载廉价的硫酸铵和碱性磷酸盐,并将其应用至难燃刨花板的制作中,其一,该硅酸钙晶体的表面是类似于花瓣状的多层片状晶体,具有极大的比表面积,能够大量承载吸附硫酸铵、碱性磷酸盐等阻燃有效组分,可以提高无机阻燃剂的抗流失性;其二,该硅酸钙晶体的化学组成为5CaO·6SiO2·5H2O,其受热分解时会吸收热量,同时释放结合水,也可发挥阻燃、抑烟作用;其三,该硅酸钙晶体宏观呈粉末状,应用时能够填充于刨片的空隙中,也能够一定程度上提升刨花板的密实度。
同时,上述负载有硫酸铵和碱性磷酸盐的硅酸钙晶体,通过交联剂的作用,当其应用至难燃刨花板的制作中时,也会提高与刨片的结合能力,增强阻燃剂在刨片表面的附着力,进一步提升阻燃剂的抗流失性。
本发明还提供了一种基于上述抗流失的复合无机阻燃剂的难燃刨花板,其由难燃刨片经施胶、干燥、热压而制得;其中,难燃刨片为以上述复合无机阻燃剂按照120kg/m3~240kg/m3的喷淋量喷淋刨花并干燥至含水率为5%以下而获得。
本发明上述难燃刨花板采用下述方法制作获得:
步骤S1、将复合无机阻燃剂按照120kg/m3~240kg/m3的喷淋量喷淋在刨花上,并干燥至含水率为5%以下,获得难燃刨片。
优选地,该难燃刨片的含水率不超过3%。
步骤S2、向难燃刨片进行施胶、干燥、热压,获得难燃刨花板。
进一步地,施胶所用的胶黏剂为异氰酸酯类胶黏剂,且施胶量为难燃刨片质量的3%~7%。
优选施胶后干燥至含水率低于3%。
进一步地,热压采用下述条件进行:温度为180℃~220℃,单位压力为2MPa~5MPa,时间为3min~10min。
本发明提供的该阻燃刨花板,以上述抗流失的复合无机阻燃剂作为主要的阻燃剂组分,在发挥阻燃作用的同时,还有效地实现了抗流失的目的,延长了板材的阻燃寿命;且其制作方法与现存一般阻燃刨花板的制作方法无异,工艺简单。
附图说明
图1是根据本发明实施例1的复合无机阻燃剂中的硅酸钙载体的SEM图片;
图2是根据本发明实施例1的复合无机阻燃剂中的硅酸钙载体的XRD图片;
图3是根据本发明对比例1的复合无机阻燃剂中的硅酸钙载体的SEM图片;
图4是根据本发明对比例2的复合无机阻燃剂中的硅酸钙载体的SEM图片;
图5是根据本发明对比例3的复合无机阻燃剂中的硅酸钙载体的SEM图片;
图6是根据本发明对比例4的复合无机阻燃剂中的硅酸钙载体的SEM图片。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部。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
本实施例提供了一种抗流失的复合无机阻燃剂,其经由下述步骤制备获得:
步骤一:以氧化钙作为无机含氧钙源,以二氧化硅为无机含氧硅源,将二者按照摩尔比为1.2:1的比例加入水热反应釜中,在190℃的温度及饱和蒸汽压力下进行水热反应3h,得到的粉体经过滤、干燥后,获得硅酸钙载体。
对上述获得的硅酸钙载体的微观形貌进行了SEM测试,如图1所示。从图1中可以看出,该硅酸钙载体整体呈类球状,且其表面为类似花瓣的多层片状结构,具有极大的比表面积,可用于吸附负载其他功能组分。
图2示出了上述硅酸钙载体的XRD图片。从图2中可以看出,通过实施例1合成的硅酸钙晶体峰位置与托贝莫来石(5CaO·6SiO2·5H2O)相基本一致,且杂峰数量少,说明水热产物的结晶度和纯度非常高。
步骤二:按照40g硅酸钙载体粉末、10g交联剂聚乙烯醇、60g硫酸铵、30g磷酸氢二铵混于160g水中,置于超声分散剂中分散均匀,配制成阻燃剂浆液,即为该抗流失的复合无机阻燃剂。
实施例2
在本实施例的描述中,与实施例1的相同之处在此不再赘述,只描述与实施例1的不同之处。实施例2与实施例1的不同之处在于,在步骤一中,硅酸钙载体的制备原料无机含氧钙源与无机含氧硅源等摩尔量,水热反应条件为:在180℃的温度及饱和蒸汽压力下进行水热反应4h;且在步骤二中,碱性磷酸盐为磷酸氢二钠;其余参照实施例1所述,提供一种抗流失的复合无机阻燃剂。
实施例3
在本实施例的描述中,与实施例1的相同之处在此不再赘述,只描述与实施例1的不同之处。实施例3与实施例1的不同之处在于,在步骤一中,硅酸钙载体的制备原料无机含氧钙源氢氧化钙与无机含氧硅源二氧化硅等摩尔量,水热反应条件为:在160℃的温度及饱和蒸汽压力下进行水热反应5h;且在步骤二中,按照60g硅酸钙载体粉末、20g交联剂苯丙乳液、80g硫酸铵、60g磷酸氢二钾混于240g水中;其余参照实施例1所述,提供一种抗流失的复合无机阻燃剂。
为了验证本发明上述复合无机阻燃剂的制备方法对获得产物的影响,进行了下述若干对比实验。
对比例1
在本对比例的描述中,与实施例1的相同之处在此不再赘述,只描述与实施例1的不同之处。对比例1与实施例1的不同之处在于,在步骤一中,水热反应条件为:在200℃的温度及饱和蒸汽压力下进行水热反应3h;且在步骤二中,碱性磷酸盐为磷酸氢二钠;其余参照实施例1所述,提供一种对比复合无机阻燃剂。
对比例2
在本对比例的描述中,与实施例1的相同之处在此不再赘述,只描述与实施例1的不同之处。对比例2与实施例1的不同之处在于,在步骤一中,水热反应条件为:在140℃的温度及饱和蒸汽压力下进行水热反应3h;且在步骤二中,碱性磷酸盐为磷酸氢二钠;其余参照实施例1所述,提供一种对比复合无机阻燃剂。
对比例3
在本对比例的描述中,与实施例1的相同之处在此不再赘述,只描述与实施例1的不同之处。对比例3与实施例1的不同之处在于,在步骤一中,水热反应条件为:在180℃的温度及饱和蒸汽压力下进行水热反应2h;且在步骤二中,碱性磷酸盐为磷酸氢二钠;其余参照实施例1所述,提供一种对比复合无机阻燃剂。
对比例4
在本对比例的描述中,与实施例1的相同之处在此不再赘述,只描述与实施例1的不同之处。对比例4与实施例1的不同之处在于,在步骤一中,水热反应条件为:在180℃的温度及饱和蒸汽压力下进行水热反应8h;且在步骤二中,碱性磷酸盐为磷酸氢二钠;其余参照实施例1所述,提供一种对比复合无机阻燃剂。
对上述对比例1~4获得的对比复合无机阻燃剂进行SEM测试,其SEM图片分别如图3~6所示。
通过实施例1和对比例1、对比例2可以看出,升高温度,水热反应形成的硅酸钙晶体倾向于形成致密的棒状结构,导致载体的孔隙率下降,对无机阻燃剂的负载能力变弱。同样,降低温度,水热反应形成的硅酸钙晶体结晶度较差,孔隙率低,难以负载无机阻燃剂。
通过实施例1和对比例3、对比例4可以看出,反应时间缩短,水热反应形成的硅酸钙晶体成型不完整,存在较多细碎的小晶体,导致其孔隙率差。而反应时间延长,水热反应形成的硅酸钙有团聚迹象,导致载体的分散性差,对无机阻燃剂的负载量也会下降。
基于上述实施例1~3提供的三种抗流失的复合无机阻燃剂,分别制作获得了阻燃刨花板。
实施例4
本实施例以上述实施例1提供的抗流失的复合无机阻燃剂,按照下述方法制作了一种阻燃刨花板:
步骤S1、将实施例1提供的复合无机阻燃剂溶液喷淋在1.12kg刨片上,喷淋量为240kg/m3,再将刨片置于103℃的烘箱中干燥至含水率为3%。
步骤S2、向干燥后的刨片施加36g异氰酸酯胶黏剂,混合均匀,再干燥至含水率3%以下,铺装于40cm2×40cm2的模具中,定厚1cm,再于190℃、3MPa条件下,压制5min成型,得到难燃刨花板。
实施例5
本实施例以上述实施例2提供的抗流失的复合无机阻燃剂,按照下述方法制作了一种阻燃刨花板:
步骤S1、将实施例2提供的复合无机阻燃剂溶液喷淋在1.12kg刨片上,喷淋量为180kg/m3,再将刨片置于103℃的烘箱中干燥至含水率为3%。
步骤S2、向干燥后的刨片施加36g异氰酸酯胶黏剂,混合均匀,再干燥至含水率3%以下,铺装于40cm2×40cm2的模具中,定厚1cm,再于190℃、3MPa条件下,压制5min成型,得到难燃刨花板。
实施例6
本实施例以上述实施例3提供的抗流失的复合无机阻燃剂,按照下述方法制作了一种阻燃刨花板:
步骤S1、将实施例3提供的复合无机阻燃剂溶液喷淋在2.5kg刨片上,喷淋量为180kg/m3,再将刨片置于103℃的烘箱中干燥至含水率为3%。
步骤S2、向干燥后的刨片施加175g异氰酸酯胶黏剂,混合均匀,再干燥至含水率3%以下,铺装于40cm2×40cm2的模具中,定厚2cm,再于220℃、3MPa条件下,压制3min成型,得到难燃刨花板。
为了验证本发明上述复合无机阻燃剂的各组分在难燃刨花板中所发挥的重要作用,进行了下述若干对比实验。
对比例5
本对比例提供了第五对比难燃刨花板,其与实施例4中难燃刨花板的相同之处在此不再赘述,仅描述其中的不同之处。本对比例的第五对比难燃刨花板与实施例4中的难燃刨花板的不同之处在于,所使用的第五对比无机阻燃剂缺少硅酸钙载体,也即,该第五对比无机阻燃剂的制备与实施例1中相比,缺少步骤一的过程,仅是步骤二中等量的交联剂聚乙烯醇、硫酸铵、磷酸氢二铵及水的混合分散浆体;其余参照实施例4所述,获得了一种经由未负载的无机阻燃剂制作而成的难燃刨花板。
对比例6
本对比例提供了第六对比难燃刨花板,其与实施例4中难燃刨花板的相同之处在此不再赘述,仅描述其中的不同之处。本对比例的第六对比难燃刨花板与实施例4中的难燃刨花板的不同之处在于,所使用的第六对比无机阻燃剂缺少交联剂聚乙烯醇,也即,该第六对比无机阻燃剂的制备与实施例1中相比,于步骤二中未添加交联剂聚乙烯醇;其余参照实施例4所述,获得了一种经由不含交联剂的无机阻燃剂制作而成的难燃刨花板。
对比例7
本对比例提供了第七对比难燃刨花板,其与实施例4中难燃刨花板的相同之处在此不再赘述,仅描述其中的不同之处。本对比例的第七对比难燃刨花板与实施例4中的难燃刨花板的不同之处在于,所使用的第七对比无机阻燃剂缺少硫酸铵,也即,该第七对比无机阻燃剂的制备与实施例1中相比,于步骤二中未添加硫酸铵;其余参照实施例4所述,获得了一种经由不含硫酸铵的无机阻燃剂制作而成的难燃刨花板。
对比例8
本对比例提供了第八对比难燃刨花板,其与实施例4中难燃刨花板的相同之处在此不再赘述,仅描述其中的不同之处。本对比例的第八对比难燃刨花板与实施例4中的难燃刨花板的不同之处在于,所使用的第八对比无机阻燃剂缺少碱性磷酸盐磷酸氢二铵,也即,该第八对比无机阻燃剂的制备与实施例1中相比,于步骤二中未添加硫酸铵;其余参照实施例4所述,获得了一种经由不含碱性磷酸盐的无机阻燃剂制作而成的难燃刨花板。
对上述实施例4~6提供的难燃刨花板和对比例5~8提供的对比难燃刨花板的各项理化性能进行测试,测试结果如下表1所示。
表1实施例4~6及对比例5~8中各难燃刨花板的理化性能对比
根据GB/T 39032-2020《难燃刨花板》的要求,满足难燃等级B1-C级要求的刨花板受火于主燃烧器最初600s内的总热释放量THR600 s≤15MJ,满足难燃P2型刨花板的物理力学性能应符合静曲强度≥11MPa,弹性模量≥1800MPa,内胶合强度≥0.4MPa。
通过对比实施例4和对比例5的性能数据,可以看出,第五对比无机阻燃剂中缺少硅酸钙载体的承载作用,硫酸铵、碱性磷酸盐的流失性严重,板材阻燃性能下降,导致THR600 s大于15MJ,不满足B1-C级的难燃要求。与此同时,缺少硅酸钙载体的填充作用,对比例5的板材密实度较差,24h吸水厚度膨胀率比实施例4和对比例6~8中的均高。
通过对比实施例4和对比例6的性能数据,可以看出,第六对比无机阻燃剂中缺少交联剂,板材与阻燃剂的胶合性能明显降低,从而影响板材内部的胶合强度;同时也因缺乏无机阻燃剂与刨片的结合能力而导致无机阻燃剂的抗流失性下降,使得THR600 s不满足B1-C级的难燃要求。
通过对比由实施例4和对比例7的性能数据,可以看出,第七对比无机阻燃剂中缺少硫酸铵,板材的阻燃性能下降明显,这是由于硫酸铵受热分解成氨气,可以吸收燃烧的热量,同时稀释空气中的氧气,起到发挥阻燃作用。
通过对比实施例4和对比例8的性能数据,可以看出,第八对比无机阻燃剂中缺少碱性磷酸盐,虽然对于板材的力学性能影响较小,但是,一方面对阻燃性能有削弱作用,另一方面,体系的pH明显呈酸性,会在实际生产中对金属设备带来较强的腐蚀性。这是由于阻燃剂主体为硫酸铵,其溶液呈酸性,而磷酸氢二盐的pH为弱碱性,能提高阻燃剂的pH值,降低其对金属设备的腐蚀性。
虽然,本发明上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对所属领域技术人员而言是显而易见的。因此,在本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动,均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种抗流失的复合无机阻燃剂,其特征在于,为按质量份数混合均匀的下述各组分形成的阻燃剂浆液:
其中,所述硫酸铵和所述碱性磷酸盐负载于硅酸钙载体的外表面上;所述硅酸钙载体是无机含氧钙源和无机含氧硅源按照1:1~1.2:1的摩尔比在160℃~190℃的温度及对应水蒸气饱和压力下水热反应3h~6h而获得的、化学组成为5CaO·6SiO2·5H2O、且表面具有多层片状结构的类球状硅酸钙晶体;所述无机含氧钙源为氧化钙和/或氢氧化钙,所述无机含氧硅源为二氧化硅;
所述交联剂为聚乙烯醇、十二烷基硫酸钠、六偏磷酸钠、苯丙乳液中的至少一种;
所述碱性磷酸盐为磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾中的至少一种。
2.一种难燃刨花板,其特征在于,由难燃刨片经施胶、干燥、热压而制得;其中,所述难燃刨片为以所述权利要求1所述的复合无机阻燃剂按照120kg/m3~240kg/m3的喷淋量喷淋刨花并干燥至含水率为5%以下而获得。
3.一种难燃刨花板的制作方法,其特征在于,包括步骤:
S1、将权利要求1所述的复合无机阻燃剂按照120kg/m3~240kg/m3的喷淋量喷淋在刨花上,并干燥至含水率为5%以下,获得难燃刨片;
S2、向所述难燃刨片进行施胶、干燥、热压,获得难燃刨花板。
4.根据权利要求3所述的制作方法,其特征在于,在所述步骤S1中,所述难燃刨片的含水率不超过3%。
5.根据权利要求3所述的制作方法,其特征在于,在所述步骤S2中,施胶所用的胶黏剂为异氰酸酯类胶黏剂,且施胶量为所述难燃刨片质量的3%~7%。
6.根据权利要求5所述的制作方法,其特征在于,在所述步骤S2中,所述难燃刨片施胶后干燥至含水率低于3%。
7.根据权利要求3所述的制作方法,其特征在于,在所述步骤S2中,热压采用下述条件进行:温度为180℃~220℃,单位压力为2MPa~5MPa,时间为3min~10min。
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