CN1304183C - 木材抗流失型阻燃剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种木材或其它有机纤维材料用抗流失型阻燃剂及其合成方法，原料为甲醛、尿素、氨水、磷酸、发泡剂和成炭剂，其中发泡剂为三聚氰胺和/或磷酸胍和/或硫酸胍，成炭剂为聚乙二醇和/或季戊四醇和/或糊精。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻燃剂，特别是一种适用于木材和其它有机纤维材料阻燃的磷-氮系抗流失型的高分子阻燃树脂。本发明还涉及该阻燃剂的制备方法。
背景技术
木材是国家建设的重要原材料及人民生活必须用品。由于其易燃，木材从古到今乃是引起火灾及使火灾蔓延扩大的罪魁祸首之一，因此，对木材进行阻燃处理已成为消防防火的有效措施。
常用的木材阻燃剂有磷-氮系的磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、聚磷酸铵、双氰胺、三聚氰胺等：硼系的硼砂、硼酸、硼酸锌、五硼酸铵等；卤系的卤化铵如氯化铵、溴化铵和氯化石蜡等；无机氧化物和氧氢化物系的水合氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑等：另外还可以用一些其它铵盐如碳酸铵、硫酸铵及硅酸钠(水玻璃)作为木材阻燃剂。两个不同系的阻燃剂有时可以产生协同作用，提高阻燃效果，因此应用中常采用两种或两种以上的阻燃剂混合使用。
上述阻燃剂大部分为水溶性物质。非水溶性阻燃剂如水合氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑等本身为非透明粉状固体，因难以渗透入木材内部，一般只应用于表面涂敷阻燃。采用阻燃剂水溶液浸注处理是木材或其它纤维材料是最常用的方法，它基本上保持了材料的外观装饰性及物理力学性能。聚磷酸铵是浸注法用得最多的一种阻燃剂，它与其它水溶性阻燃剂一样都存在易吸潮、不耐水的缺点，使材料的使用性能受到很大的影响，如导致阻燃木材的表面油漆性能变差，容易出现涂层泛白、起泡、耐老化性差等现象。另外木材浸注这些水溶性阻燃剂后，大部分会引强度下降，一般下降5～10％左右。
公开号为CN 1075673A的专利申请披露了一种有机-无机混合型，采用聚磷酸铵、磷酸氢二铵、三氯化磷、三氯亚磷、胶体氧化锑、四溴双酚A、硅酸钠和磷酸等水溶液，经高温高压处理后制成木材浸注用的阻燃剂，具有较好的阻燃效果，但未考虑处理后木材的吸潮性及强度下降问题，并且要使用高压制造设备；公开号为CN 1126234A的专利申请公开一种木材阻燃剂：采用尿素、磷酸、硼砂、甲醛、铝盐和非离子表面活性剂制得一种膏状产品，作为阻燃添加剂，与刨花板等人造板的原材料混合后使用。该膏状产品由于粘度大、水溶性不好，难以用作浸注阻燃剂；公开号为CN 1030110A的专利申请提出了一种纸阻燃剂：一组分是经130℃反应的磷酸、尿素溶液，与在40～70℃处理过的另一组分甲醛、三聚氰胺溶液混合后使用。这种阻燃剂从其合成工艺来看，若用于木材处理，有可能会由于游离醛过高、含酸量过大而导致木材甲醛释放量超标、木质易腐变。
发明内容
本发明目的之一，是提供一种木材或其它有机纤维材料用抗流失型阻燃剂，这种阻燃剂常温或加热干燥固化，固化后成为不溶于水的透明玻璃体高聚物。经本阻燃剂处理后木材或其它有机纤维材料，在具有理想的阻燃效果的同时，阻燃剂吸潮问题得到了解决，并且材料具有防腐性，力学性能如强度、硬度等也得到了提高。本发明的另一个目的是提供该阻燃剂的合成方法。
具体技术方案如下：
本发明的木材抗流失型阻燃剂配方为(W/W)：
甲醛 ≥35％，工业级 20.5～26.5
氨水 ≥25％，工业级 4
尿素 ≥98％，工业级 4.3～5.0
磷酸 ≥85％，工业级 0.5
发泡剂 工业级 4～10
成炭剂 工业级 9～20
水 自来水 20
合成方法为：将甲醛、氨水、大部分尿素及发泡剂投入反应中，升温至80～90℃保温30～60min，降温至60～70℃，加入磷酸，再保温30min，加入成炭剂，搅拌20min后用磷酸或氨水调整pH值至5.0，加入水及余下的尿素继续搅拌，温度40～50℃后出料即为本发明的阻燃剂。
木材抗流失型阻燃剂由甲醛、尿素、氨水，磷酸、发泡剂和成炭剂合成。其中发泡剂选择三聚氰胺和/或磷酸胍和/或硫酸胍。发泡剂遇火会分解并释放出氮气、水蒸气、二氧化碳等不燃性气体，与达到软化点的阻燃剂其它成分一起，逸出木材表面并且发泡膨胀，形成海绵体三维空间结构隔绝空气而阻燃：成炭剂采用聚乙二醇和/或季戊四醇和/或糊精。成炭剂是阻燃剂高温下形成海绵状结构炭化层的基础，对炭化层起骨架作用。
合成得的阻燃剂是一种低粘度树脂。尿素、发泡剂在合成过程中与醛基缩合反应成为长链高分子，浸注入木材或其它有机纤维材料后，干燥过程中随着水分的挥发，pH的降低，这些长链高分子发生交联，和阻燃剂的其它成分一起固化成为不溶于水的固体。
本发明的木材抗流失型阻燃剂的原料配方中，虽然甲醛一尿素的摩尔比较大，但由于发泡剂亦可与甲醛进行缩合反应，实际上甲醛的摩尔数与(尿素+发泡剂)的摩尔数之比已小至1.2左右，并且成炭剂系多羟基化合物，与醛基反应活性较高，是有效的、常用的游离醛捕捉剂，因此，本发明合成得的阻燃剂的游离醛含量在≤0.1％，较国家强制性执行标准(≤1.0％)低10倍以上。阻燃处理后的木材游离醛释放量为≤0.1rng几，较国家强制性标准一类板(≤1.5mg几，允许裸露使用)低15倍，二类板(≤5.Omg/L，允许涂漆后使用)低50倍以上。
本发明的木材抗流失型阻燃剂，浸注木材或直接喷淋、涂刷其它有机纤维材料进行阻燃处理时，常温或加热干燥固化均可。
具体实施方式
为了更好地理解，下面结合实施例进一步阐述本发明，但这些实施例不应理解为对本发明的任何限制。
实施例1：
将甲醛21.OKg、氨水4Kg、尿素4.OKg及三聚氰胺8.OKg投入反应釜中，升温至80～90℃保温30～60min，降温至60～70℃，加入磷酸约0.5Kg，再保温30min，加入聚乙二醇12.OKg，搅拌20min后，用磷酸或氨水调整物料pH值至5.0，加入水20Kg及尿素0.3Kg继续搅拌，温度40～50℃后出料，即为本发明的木材抗流失型阻燃剂。
实施例2：
将甲醛23.OKg、氨水4Kg、尿素3.8Kg及三聚氰胺10.OKg投入反应釜中，升温至80～90℃保温30～60min，降温至60～70℃，加入磷酸约0.5Kg，再保温30min，加入季戊四醇11.OKg，搅拌20min后，用磷酸或氨水调整物料pH值至5.0，加入水20Kg及尿素0.4Kg继续搅拌，温度40～50℃后出料，即为本发明的木材抗流失型阻燃剂。
实施例3：
将甲醛26.5Kg、氨水4Kg、尿素4.Kg及三聚氰胺4.5Kg投入反应釜中，升温到80～90℃保温30～60min，降温至60～70℃，加入磷酸约0.5Kg，再保温30min，加入糊精9.OKg，搅拌20min后，用磷酸或氨水调整物料pH值至5.0，加入水20Kg及尿素0.8Kg继续搅拌，温度40～50℃后出料，即为本发明的木材抗流失型阻燃剂。
实施例4：
将甲醛20.5Kg、氨水4Kg、尿素4.5Kg及磷酸胍4.5Kg投入反应釜中，升温到80～90℃保温30～60min，降温至60～70℃，加入磷酸约0.5Kg再保温30min，加入季戊四醇9.OKg，搅拌20min后，用磷酸或氨水调整物料pH值至5.0，加入水20Kg及尿素0.5Kg继续搅拌，温度40～50℃后出料，即为本发明的木材抗流失型阻燃剂。
实施例5
将甲醛24.5Kg、氨水4Kg、尿素4.2Kg及磷酸胍6.5Kg投入反应釜中，升温到80～90℃保温30～60min，降温至60～70℃，加入磷酸约0.5Kg，再保温30min，加入聚乙二醇20.OKg，搅拌20min后，用磷酸或氨水调整物料pH值至5.0，加入水20Kg及尿素0.8Kg继续搅拌，温度40～50℃后出料，即为本发明的木材抗流失型阻燃剂。
实施例6
将甲醛22，OKg、氨水4Kg、尿素4.4Kg及磷酸胍8.5Kg投入反应釜中，升温到80～90℃保温30～60min，降温至60～70℃，加入磷酸约0.5Kg，再保温30min，加入糊精14.OKg，搅拌20min后，用磷酸或氨水调整物料pH值至5.0，加入水20Kg及尿素0.5Kg继续搅拌，温度40～50℃后出料，即为本发明的木材抗流失型阻燃剂。
实施例7：
将甲醛22.5Kg、氨水4Kg、尿素4.OKg及磷酸胍4.OKg投入反应釜中，升温到80～90℃保温30～60min，降温至60～70℃，加入磷酸约0.5Kg，再保温30min，加入糊精10.OKg，搅拌20min后，用磷酸或氨水调整物料pH值至5.0，加入水20Kg及尿素0.3Kg继续搅拌，温度40～50℃后出料，即为本发明的木材抗流失型阻燃剂。
实施例8：
将甲醛23.OKg、氨水4Kg、尿素4.2Kg及磷酸胍4.5Kg投入反应釜中，升温到80～90℃保温30～60min，降温至60～70℃，加入磷酸约0.5Kg，再保温30min，加入季戊四醇15.OKg，搅拌20min后，用磷酸或氨水调整物料pH值至5.0，加入水20Kg及尿素0.3Kg继续搅拌，温度40～50℃后出料，即为本发明的木材抗流失型阻燃剂。
实施例9：
将甲醛26.5Kg、氨水4Kg、尿素4.5Kg及硫酸胍5.OKg投入反应釜中，升温到80～90℃保温30～60min，降温至60～70℃，加入磷酸约0.5Kg，再保温30min，加入聚乙二醇18.OKg，搅拌20min后，用磷酸或氨水调整物料pH值至5.0，加入水20Kg及尿素0.5Kg继续搅拌，温度40～50℃后出料，即为本发明的木材抗流失型阻燃剂。
由于本发明的阻燃剂是一种可固化的高分子树脂，经本阻燃剂浸注处理干燥后的木材或其它有机纤维材料，具有很好的耐水性和耐腐蚀性，强度、硬度得到提高，而材料的原来外观(如木纹、颜色等)没有明显变化。按CA/T42.1-92(采用美国标准ASTME160)检测其阻燃性，燃烧失重率为28～50％，有焰燃铙时间为2.25～3.5min，达到阻燃木材的标准。
本发明的阻燃剂的性能指标如下：
外观 无色透明
粘度/涂—4杯，S 13～30
pH值 5.0～6.0
含固量/％ 25.0～31.5
游离醛/％ ≤0.1
Claims (3)
1.一种木材抗流失型阻燃剂，由甲醛、尿素、氨水、磷酸、发泡剂和成炭剂合成，其特征在于配方为(W/W)：
甲醛 ≥35％，工业级 20.5～26.5
氨水 ≥25％，工业级 4
尿素 ≥98％，工业级 4.3～5.0
磷酸 ≥85％，工业级 0.5
发泡剂 工业级 4～10
成炭剂 工业级 9～20
水 自来水 20。
2.如权利要求1所述的阻燃剂，其特征在于所述的发泡剂为三聚氰胺、磷酸胍和硫酸胍中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的阻燃剂，其特征在于所述的成炭剂为聚乙二醇、季戊四醇和糊精中的一种或多种。
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