專利名稱：木材抗流失型阻燃劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種阻燃劑，特別是一種適用于木材和其它有機纖維材料阻燃的磷-氮系抗流失型的高分子阻燃樹脂。本發(fā)明還涉及該阻燃劑的制備方法。
背景技術(shù)：
木材是國家建設(shè)的重要原材料及人民生活必須用品。由于其易燃，木材從古到今乃是引起火災(zāi)及使火災(zāi)蔓延擴大的罪魁禍?zhǔn)字唬虼?，對木材進(jìn)行阻燃處理已成為消防防火的有效措施。
常用的木材阻燃劑有磷-氮系的磷酸銨、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、聚磷酸銨、雙氰胺、三聚氰胺等；硼系的硼砂、硼酸、硼酸鋅、五硼酸銨等；鹵系的鹵化銨如氯化銨、溴化銨和氯化石蠟等；無機氧化物和氧氫化物系的水合氧化鋁、氫氧化鎂、三氧化二銻等；另外還可以用一些其它銨鹽如碳酸銨、硫酸銨及硅酸鈉(水玻璃)作為木材阻燃劑。兩個不同系的阻燃劑有時可以產(chǎn)生協(xié)同作用，提高阻燃效果，因此應(yīng)用中常采用兩種或兩種以上的阻燃劑混合使用。
上述阻燃劑大部分為水溶性物質(zhì)。非水溶性阻燃劑如水合氧化鋁、氫氧化鎂、三氧化二銻等本身為非透明粉狀固體，因難以滲透入木材內(nèi)部，一般只應(yīng)用于表面涂敷阻燃。采用阻燃劑水溶液浸注處理是木材或其它纖維材料是最常用的方法，它基本上保持了材料的外觀裝飾性及物理力學(xué)性能。聚磷酸銨是浸注法用得最多的一種阻燃劑，它與其它水溶性阻燃劑一樣都存在易吸潮、不耐水的缺點，使材料的使用性能受到很大的影響，如導(dǎo)致阻燃木材的表面油漆性能變差，容易出現(xiàn)涂層泛白、起泡、耐老化性差等現(xiàn)象。另外木材浸注這些水溶性阻燃劑后，大部分會引強度下降，一般下降5～10％左右。
公開號為CN1075673A的專利申請披露了一種有機-無機混合型，采用聚磷酸銨、磷酸氫二銨、三氯化磷、三氯亞磷、膠體氧化銻、四溴雙酚A、硅酸鈉和磷酸等水溶液，經(jīng)高溫高壓處理后制成木材浸注用的阻燃劑，具有較好的阻燃效果，但未考慮處理后木材的吸潮性及強度下降問題，并且要使用高壓制造設(shè)備；公開號為CN1126234A的專利申請公開一種木材阻燃劑采用尿素、磷酸、硼砂、甲醛、鋁鹽和非離子表面活性劑制得一種膏狀產(chǎn)品，作為阻燃添加劑，與刨花板等人造板的原材料混合后使用。該膏狀產(chǎn)品由于粘度大、水溶性不好，難以用作浸注阻燃劑公開號為CN1030110A的專利申請?zhí)岢隽艘环N紙阻燃劑一組分是經(jīng)130℃反應(yīng)的磷酸、尿素溶液，與在40～70℃處理過的另一組分甲醛、三聚氰胺溶液混合后使用。這種阻燃劑從其合成工藝來看，若用于木材處理，有可能會由于游離醛過高、含酸量過大而導(dǎo)致木材甲醛釋放量超標(biāo)、木質(zhì)易腐變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的之一，是提供一種木材或其它有機纖維材料用抗流失型阻燃劑，這種阻燃劑常溫或加熱干燥固化，固化后成為不溶于水的透明玻璃體高聚物。經(jīng)本阻燃劑處理后木材或其它有機纖維材料，在具有理想的阻燃效果的同時，阻燃劑吸潮問題得到了解決，并且材料具有防腐性，力學(xué)性能如強度、硬度等也得到了提高。本發(fā)明的另一個目的是提供該阻燃劑的合成方法。
具體技術(shù)方案如下本發(fā)明的木材抗流失型阻燃劑配方為(W/W)甲 醛 ≥35％，工業(yè)級 20.5～26.5氨 水 ≥25％，工業(yè)級 4尿 素 ≥98％，工業(yè)級 4.3～5.0磷 酸 ≥85％，工業(yè)級 0.5發(fā)泡劑 工業(yè)級 4～10成炭劑 工業(yè)級 9～20水 自來水 20合成方法為將甲醛、氨水、大部分尿素及發(fā)泡劑投入反應(yīng)中，升溫至80～90℃保溫30～60min，降溫至60～70℃，加入磷酸，再保溫30min，加入成炭劑，攪拌20min后用磷酸或氨水調(diào)整pH值至5.0，加入水及余下的尿素繼續(xù)攪拌，溫度40～50℃后出料即為本發(fā)明的阻燃劑。
木材抗流失型阻燃劑由甲醛、尿素、氨水、磷酸、發(fā)泡劑和成炭劑合成。其中發(fā)泡劑選擇三聚氰胺和/或磷酸胍和/或硫酸胍。發(fā)泡劑遇火會分解并釋放出氮氣、水蒸氣、二氧化碳等不燃性氣體，與達(dá)到軟化點的阻燃劑其它成分一起，逸出木材表面并且發(fā)泡膨脹，形成海綿體三維空間結(jié)構(gòu)隔絕空氣而阻燃成炭劑采用聚乙二醇和/或季戊四醇和/或糊精。成炭劑是阻燃劑高溫下形成海綿狀結(jié)構(gòu)炭化層的基礎(chǔ)，對炭化層起骨架作用。
合成得的阻燃劑是一種低粘度樹脂。尿素、發(fā)泡劑在合成過程中與醛基縮合反應(yīng)成為長鏈高分子，浸注入木材或其它有機纖維材料后，干燥過程中隨著水分的揮發(fā)，pH的降低，這些長鏈高分子發(fā)生交聯(lián)，和阻燃劑的其它成分一起固化成為不溶于水的固體。
本發(fā)明的木材抗流失型阻燃劑的原料配方中，雖然甲醛-尿素的摩爾比較大，但由于發(fā)泡劑亦可與甲醛進(jìn)行縮合反應(yīng)，實際上甲醛的摩爾數(shù)與(尿素+發(fā)泡劑)的摩爾數(shù)之比已小至1.2左右，并且成炭劑系多羥基化合物，與醛基反應(yīng)活性較高，是有效的、常用的游離醛捕捉劑，因此，本發(fā)明合成得的阻燃劑的游離醛含量在≤0.1％，較國家強制性執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)(≤1.0％)低10倍以上。阻燃處理后的木材游離醛釋放量為≤0.1mg/L，較國家強制性標(biāo)準(zhǔn)一類板(≤1.5mg/L，允許裸露使用)低15倍，二類板(≤5.0mg/L，允許涂漆后使用)低50倍以上。
本發(fā)明的木材抗流失型阻燃劑，浸注木材或直接噴淋、涂刷其它有機纖維材料進(jìn)行阻燃處理時，常溫或加熱干燥固化均可。
具體實施例方式
為了更好地理解，下面結(jié)合實施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但這些實施例不應(yīng)理解為對本發(fā)明的任何限制。
實施例1將甲醛21.0Kg、氨水4Kg、尿素4.0Kg及三聚氰胺8.0Kg投入反應(yīng)釜中，升溫至80～90℃保溫30～60min，降溫至60～70℃，加入磷酸～0.5Kg，再保溫30min，加入聚乙二醇12.0Kg，攪拌20min后，用磷酸或氨水調(diào)整物料pH值至5.0，加入水20Kg及尿素0.3Kg繼續(xù)攪拌，溫度40～50℃后出料，即為本發(fā)明的木材抗流失型阻燃劑。
實施例2
將甲醛23.0Kg、氨水4Kg、尿素3.8Kg及三聚氰胺10.0Kg投入反應(yīng)釜中，升溫至80～90℃保溫30～60min，降溫至60～70℃，加入磷酸～0.5Kg，再保溫30min，加入季戊四醇11.0Kg，攪拌20min后，用磷酸或氨水調(diào)整物料pH值至5.0，加入水20Kg及尿素0.4Kg繼續(xù)攪拌，溫度40～50℃后出料，即為本發(fā)明的木材抗流失型阻燃劑。
實施例3將甲醛26.5Kg、氨水4Kg、尿素4.1Kg及三聚氰胺4.5Kg投入反應(yīng)釜中，升溫到80～90℃保溫30～60min，降溫至60～70℃，加入磷酸～0.5mKg，再保溫30min，加入糊精9.0Kg，攪拌20min后，用磷酸或氨水調(diào)整物料pH值至5.0，加入水20Kg及尿素0.8Kg繼續(xù)攪拌，溫度40～50℃后出料，即為本發(fā)明的木材抗流失型阻燃劑。
實施例4將甲醛20.5Kg、氨水4Kg、尿素4.5Kg及磷酸胍4.5Kg投入反應(yīng)釜中，升溫到80～90℃保溫30～60min，降溫至60～70℃，加入磷酸～0.5mKg再保溫30min，加入季戊四醇9.0Kg，攪拌20min后，用磷酸或氨水調(diào)整物料pH值至5.0，加入水20Kg及尿素0.5Kg繼續(xù)攪拌，溫度40～50℃后出料，即為本發(fā)明的木材抗流失型阻燃劑。
實施例5將甲醛24.5Kg、氨水4Kg、尿素4.2Kg及磷酸胍6.5Kg投入反應(yīng)釜中，升溫到80～90℃保溫30～60min，降溫至60～70℃，加入磷酸～0.5mKg，再保溫30min，加入聚乙二醇20.0Kg，攪拌20min后，用磷酸或氨水調(diào)整物料pH值至5.0，加入水20Kg及尿素0.8Kg繼續(xù)攪拌，溫度40～50℃后出料，即為本發(fā)明的木材抗流失型阻燃劑。
實施例6將甲醛22.0Kg、氨水4Kg、尿素4.4Kg及磷酸胍8.5Kg投入反應(yīng)釜中，升溫到80～90℃保溫30～60min，降溫至60～70℃，加入磷酸～0.5mKg，再保溫30min，加入糊精14.0Kg，攪拌20min后，用磷酸或氨水調(diào)整物料pH值至5.0，加入水20Kg及尿素0.5Kg繼續(xù)攪拌，溫度40～50℃后出料，即為本發(fā)明的木材抗流失型阻燃劑。
實施例7
將甲醛22.5Kg、氨水4Kg、尿素4.0Kg及磷酸胍4.0Kg投入反應(yīng)釜中，升溫到80～90℃保溫30～60min，降溫至60～70℃，加入磷酸～0.5mKg，再保溫30min，加入糊精10.0Kg，攪拌20min后，用磷酸或氨水調(diào)整物料pH值至5.0，加入水20Kg及尿素0.3Kg繼續(xù)攪拌，溫度40～50℃后出料，即為本發(fā)明的木材抗流失型阻燃劑。
實施例8將甲醛23.0Kg、氨水4Kg、尿素4.2Kg及磷酸胍4.5Kg投入反應(yīng)釜中，升溫到80～90℃保溫30～60min，降溫至60～70℃，加入磷酸～0.5mKg，再保溫30min，加入季戊四醇15.0Kg，攪拌20min后，用磷酸或氨水調(diào)整物料pH值至5.0，加入水20Kg及尿素0.3Kg繼續(xù)攪拌，溫度40～50℃后出料，即為本發(fā)明的木材抗流失型阻燃劑。
實施例9將甲醛26.5Kg、氨水4Kg、尿素4.5Kg及硫酸胍5.0Kg投入反應(yīng)釜中，升溫到80～90℃保溫30～60min，降溫至60～70℃，加入磷酸～0.5mKg，再保溫30min，加入聚乙二醇18.0Kg，攪拌20min后，用磷酸或氨水調(diào)整物料pH值至5.0，加入水20Kg及尿素0.5Kg繼續(xù)攪拌，溫度40～50℃后出料，即為本發(fā)明的木材抗流失型阻燃劑。
由于本發(fā)明的阻燃劑是一種可固化的高分子樹脂，經(jīng)本阻燃劑浸注處理干燥后的木材或其它有機纖維材料，具有很好的耐水性和耐腐蝕性，強度、硬度得到提高，而材料的原來外觀(如木紋、顏色等)沒有明顯變化。按CA/T42.1-92(采用美國標(biāo)準(zhǔn)ASTME160)檢測其阻燃性，燃燒失重率為28～50％，有焰燃鐃時間為2.25～3.5min，達(dá)到阻燃木材的標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明的阻燃劑的性能指標(biāo)如下外 觀 無色透明粘 度/涂-4杯，S 13～30pH 值 5.0～6.0含固量/％ 25.0～31.5游離醛/％ ≤0.權(quán)利要求
1.一種木材抗流失型阻燃劑，由甲醛、尿素、氨水、磷酸、發(fā)泡劑和成炭劑合成，其特征在于配方為(W/W)甲 醛 ≥35％，工業(yè)級 20.5～26.5氨 水 ≥25％，工業(yè)級 4尿 素 ≥98％，工業(yè)級 4.3～5.0磷 酸 ≥85％，工業(yè)級 0.5發(fā)泡劑 工業(yè)級 4～10成炭劑 工業(yè)級 9～20水 自來水 20
2.如權(quán)利要求1所述的阻燃劑，其特征在于所述的發(fā)泡劑為三聚氰胺、磷酸胍和硫酸胍中的一種或多種。
3.如權(quán)利要求1所述的阻燃劑，其特征在于所述的成炭劑為聚乙二醇、季戊四醇和糊精中的一種或多種。
4.一種制備權(quán)利要求1阻燃劑的方法，其特征在于將甲醛、氨水、大部分尿素及發(fā)泡劑投入反應(yīng)中，升溫至80～90℃保溫30～60min，降溫至60～70℃，加入磷酸，再保溫30min，加入成炭劑，攪拌20min后用磷酸或氨水調(diào)整pH值至5.0，加入水及余下的尿素繼續(xù)攪拌，溫度40～50℃后出料。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的阻燃劑游離醛含量≤0.1％。
全文摘要
一種木材或其它有機纖維材料用抗流失型阻燃劑及其合成方法，原料為甲醛、尿素、氨水、磷酸、發(fā)泡劑和成炭劑，其中發(fā)泡劑為三聚氰胺和/或磷酸胍和/或硫酸胍，成炭劑為聚乙二醇和/或季戊四醇和/或糊精。
文檔編號B27K3/02GK1490137SQ0213117
公開日2004年4月21日 申請日期2002年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月15日
發(fā)明者吳子良, 陳萬利 申請人:廣西三奇工貿(mào)有限責(zé)任公司