CN1253532C - 水性阻燃剂 - Google Patents

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Abstract

一种不含卤素的阻燃剂组合物为胺、硼酸盐和磷酸盐的水溶液。所公开的组合物对制得有高耐火性的木基板材如中密度纤维板或高密度纤维板是有效的，同时不降低其物理性能和机械性能。

Description

水性阻燃剂
一种不含卤素的阻燃剂组合物，所述组合物包含叔胺、硼酸盐和磷酸盐的水溶液。
发明描述
本发明涉及一种用于处理木基板材例如纤维板的阻燃剂组合物。本发明的阻燃剂组合物为高效的，能迅速渗入木材结构，在环境上是友好的以及无腐蚀性，以及不需要使用有毒的物料(即含卤化合物)来制备。
每年住宅火灾和工业火灾夺去数百人的生命，以及对财产造成巨大损失。因此，越来越多的注意力集中在用阻燃剂材料代替可燃材料来尽可能消除或减少火灾危险的各种方法。虽然阻燃剂比同等的可燃材料稍贵一些，但它们在高度危险环境中的应用变得越来越普及，因为这一方法可避免与主动阻燃体系有关的许多问题，例如维护和操作困难。
与阻燃剂材料有关的一个问题是，与未经阻燃处理的可比材料相比，它们常常有较差的物理性能以及在美学上有较小的吸引力。一些阻燃剂处理常常在经处理的木材基质上产生难看的沉积物，同时留下不希望的残留物。此外，阻燃剂处理可能使经处理的材料产生严重的强度损失；对于某些产品例如高密度纤维板(HDF)或中密度纤维板(MDF)来说，这可为一个严重缺点。
另一个问题与阻燃剂材料及其组分的环境安全性有关。许多用于制备阻燃剂的材料为复杂的溴化和/或氯化的化学品。这些复杂的化学品不仅对处理不安全，而且在火存在下还可释放有毒的烟雾。有毒的烟雾常常比火本身对人体更有危害。因此，阻燃剂不仅应大大降低基材的可燃性，而且还应在燃烧条件下对人体是安全的。
Rock(US 4514327)公开了一种含有硫酸铵、硼砂、硼酸和磷酸单铵的阻燃剂组合物及其制备方法。最终组合物的综合阻燃剂性能优于单个组分的阻燃剂性能。当按所公开的组合物配制和处理时，通常可燃的木材产品例如镶板和地板、纤维产品例如棉、羊毛和人造纤维等从所有实用观点来看是不可燃的。液体组合物的涂覆可通过连续抽空、加压、真空过程或通过浸涂、喷涂、刷涂或辊涂技术来进行。
Hsu(US 5246652)公开了一种生产用可溶性含硼化合物处理的木材复合材料的新方法。酚醛可熔型树脂或酚醛清漆型树脂可用作木质家具的粘合剂。木质家具用可熔型树脂或酚醛清漆型树脂与水溶性含硼化合物一起处理表面，此后表面处理的木质家具形成垫，然后用压机压实。当酚醛清漆树脂用作所述的树脂时，压实在足够的压力、热和时间下进行，以便使可溶酚醛清漆树脂固化，并形成木材复合材料。任选的是，酚醛清漆树脂的固化可通过将水蒸汽注入压制的垫来促进，而不是用加热的压制台板。但是，如果酚醛可熔型树脂用作粘合剂，同时在其压实条件下，那么将加压的水蒸汽注入压实的垫一段足以使粘合剂固化的时间，并形成复合材料。如此生产木材复合材料，它含有可溶性含硼化合物，有合格的内粘合强度；由于含有含硼化合物，因此复合材料对生物侵害低以及更阻燃。
Riker(US 5405555)公开了一种阻燃剂水溶液、制备所述溶液的方法以及使用所述溶液作为纤维素材料和含纤维素材料的涂料的方法。所述的阻燃剂溶液主要由3-10％(重量)硫酸铵、1-5％(重量)硼酸、0.3-1％(重量)硼砂、1-5％(重量)过氧化氢组成，任选含有表面活性剂和/或邻苯二甲酸烷基酯；它可用涂覆、喷涂或浸渍的方法涂覆到纤维素材料上。
Thompson(US 5151127)公开了涂覆到木材或纤维素产品上的化学组合物，它们结合了防腐和防止由于霉菌、真菌、昆虫、气候、燃烧和火焰造成的损害的多种功能。它们为以下化合物的九种组合：硼砂、硼酸、氧化硼、脲、氯化镁、多磷酸铵溶液、硫代硫酸铵溶液和三乙胺与上述化合物相容的特定丙烯酸酯树脂的水溶液。将这些组合物通过喷涂、刷涂、辊涂、灌注、浸涂、浸渍或加压浸渍的方法涂覆到木材产品和纤维素产品上，视处理的材料和这些材料的用途而定。在这九种不同组合物的每一种中含有特定的丙烯酸酯树脂，以防止其他通常为水溶性的化学化合物在涂覆后从产品中浸出或洗去。但是，所公开的组合物中没有一种含胺和磷酸盐。
Lewchalermwong(US 4725382)公开了一种水溶性阻燃剂组合物，它使用pH值控制剂来得到低腐蚀性的阻燃剂材料，所述的阻燃剂组合物为一种干混合物，它主要由B2O3、P2O5和NH3的非收湿源组成，以提供约5-23％(重量)B2O3、约32-51％(重量)P2O5和约11-23％(重量)NH3。NH3的非收湿源可为磷酸铵、硼酸铵、磷酸铵混合物、硼酸铵和磷酸铵的混合物、硼酸铵和所述磷酸铵混合物的混合物、氨气或其混合物。该发明用实施例进一步说明，在所有实施例中，阻燃剂组合物含有硼酸、磷酸单铵和磷酸二铵。用真空浸渍将组合物涂覆到木材上。该专利的教导与收湿的有机化合物的使用相反。
本发明的一个目的是要提供一种适用于生产复合木板例如干加工纤维板的阻燃剂组合物。
本发明的另一目的是要提供这样一种阻燃剂组合物，所述的阻燃剂组合物是高效的，能迅速渗入木材结构，在环境上是友好的和无腐蚀性的，它可不用有毒材料(即含卤素化合物)制备。
本发明的阻燃剂组合物包含一种水溶液，它含有1-10％(重量)胺优选叔胺、3-20％(重量)硼酸或硼酸盐、20-50％(重量)磷酸盐以及足以形成所述溶液数量的水。
所提出的阻燃剂组合物通过首先配制高贮存稳定性的硼酸盐水溶液来制备。然后将大量的磷酸盐优选磷酸单铵或磷酸二铵加入，并与所述硼酸盐水溶液混合。通过加入叔胺例如三甲胺、三丁胺及类似物使基于硼酸盐的水溶液达到高的水溶性的确为本发明一个创新性特点。仅基于磷酸铵的溶液不能有效地渗透入木细胞壁，所以应与另外的组分例如叔胺组合，达到充分的和有效的浸渍。所述基于胺、磷酸盐和硼酸盐的添加剂的协同效果通过实施例被说明，但不限于这里所公开的实施例。生成的溶液的pH值为6.0-8.5，肉眼观察是透明的。
硼酸或硼酸盐选自硼砂和硼酸或其混合物。叔胺可选自含6-12个碳原子的叔胺。在本发明一个具体实施方式中，硼酸或硼酸盐为硼砂或硼酸或其混合物。在另一个具体实施方式中，磷酸盐为磷酸单铵或磷酸二铵或其混合物。
含有1-10％(重量)叔胺、3-20％(重量)硼酸盐、20-50％(重量)磷酸盐和足够形成所述溶液数量水的本发明的阻燃剂组合物可通过以下方法来制备：将水装入带搅拌器的容器，然后加热到50至约60℃，再将上述的组分按所述的含量和次序与所述的水混合。
制备要求权利的阻燃剂溶液的另一方法包括将水装入带搅拌器的容器，然后加入1-10％(重量)叔胺、20-50％(重量)磷酸盐和3-20％(重量)硼酸盐，同时搅拌并将温度保持在20-23℃。在15-20分钟以后得到透明的溶液。
在一优选的实施方案中，可将阻燃剂组合物用已知的吹线掺混(blow line blending)技术涂覆到用于生产纤维板的木纤维上，该技术用于干加工的纤维板工业。吹线为一种用于大多数纤维板设备的传统装置，以便使粘合混合物与木纤维完全混合。通过进入吹线工段，纤维膨胀，因此彼此分离，在以后位置与粘合混合物一起喷涂，同时处于紊流条件。因此可将阻燃剂在适合的位置注入吹线，并被迅速吸收在木纤维中，通常仅数毫秒。也将基于脲-甲醛(UF)或蜜胺-脲-甲醛(MUF)树脂及其添加剂的胶粘混合组合物注入吹线。值得注意的是，阻燃剂可在树脂加入的上游或下游注入。随后将纤维送入干燥器单元，例如急骤干燥器。经干燥的纤维制成垫，然后热压成纤维板。
按木纤维干基计，加入木纤维的阻燃剂含量可为9-18％(重量)，视要求的阻燃剂类型而定。
已发现本发明制备的经阻燃剂处理的纤维板有极好的阻燃性，同时不降低其机械强度性能。具体地说，这些板的内粘合强度和弯曲性能保持在高的水平，而同时纤维板的甲醛释放量明显下降，正如用传统的穿孔器法测量的。
以下的实施例进一步说明本发明的实施方案，它仅用于说明，而不是对本发明的限制，因为在附后的权利要求书和上述描述中作了更全面的描述。
实施例
制备基本由4％(重量)三丁胺、20％(重量)硼砂和30％(重量)磷酸单铵组成的阻燃剂组合物。在60℃和搅拌下放置0.5小时后，含水混合物变得透明。生成溶液的pH值为约8.2。
使用包括吹线掺混技术在内的已知干纤维板工艺生产三种MDF板。在所有情况下，使用相同的20％根据EN13986用于E2级板的MUF树脂的加入量。在18％的阻燃剂加入量(按干木材计)下，使用以下物料：A)磷酸二铵水溶液(35％固体)和B)制备的水性组合物。硼酸水溶液可不试验，因为硼酸几乎不溶于水。将阻燃剂溶液和MUF树脂注入吹线。评价了生成的板的机械性能和溶胀性能。还使用法国标准NF P 92-501，通过使用辐射能热源测量表面可燃性检测了所述板的阻燃性。结果列入下表：
表
  参考   A   B
  阻燃剂加入量(按干基计)   0％   18％磷酸二铵   18％制备的溶液
  树脂                 20％MUF树脂
  拉伸强度(IB)，牛/毫米2   1.23   0.32   0.92
  水中浸泡24小时后的厚度溶胀，％   6.5   21.3   9.5
  甲醛含量，毫克/100克板   56.1   9.0   6.4
  弯曲强度(MOR)，牛/毫米2   31.1   16.4   34.5
  FR分类(NF P 92-501)   FR类A4   FR类A2   FR类A1
板的甲醛含量是根据EN120采用穿孔法确定的
从上述结果可清楚地看出，用磷酸二铵处理的板有低的机械性能、尤其是内粘合强度，而它的阻燃性能低于用本发明所要求的阻燃剂溶液生产的板。后者有很高的强度性能，相对于参考的纤维板保持其IB性能，同时具有很高的耐火性。实际上已达到所用的法国标准方法的最高级别(类A1)的要求。

Claims (9)

1.一种由以下组分组成的阻燃剂水溶液：
a)1-10份重叔胺；
b)3-20份重硼酸或硼酸盐；
c)20-50份重磷酸盐；
d)足以形成所述溶液的水。
2.根据权利要求1的阻燃剂溶液，其中叔胺有6-12个碳原子。
3.根据权利要求1或2的阻燃剂溶液，其中组分(b)为硼砂或硼酸或其混合物。
4.根据上述权利要求中任一项的阻燃剂溶液，其中组分(c)为磷酸单铵或磷酸二铵或其混合物。
5.根据上述权利要求中任一项的阻燃剂溶液，其中所述溶液的pH值为6.0-8.5。
6.一种用上述权利要求中任一项的阻燃剂溶液处理的纤维板产品。
7.一种制备阻燃纤维板的方法，其中将权利要求1-5中任一项的阻燃剂溶液和粘合树脂喷涂到纤维上，然后将喷涂的纤维干燥，制成垫并热压成纤维板。
8.根据权利要求7的方法，其中将阻燃剂溶液注入用于粘合树脂与纤维混合的吹线。
9.可用权利要求7或8的方法制得的纤维板。
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