專利名稱：一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種阻燃型改性木質(zhì)材料的制備方法。
背景技術(shù)：
氮羥甲基樹脂是一種含氮的低分子樹脂，在改性增強木質(zhì)材料方面，與其他木質(zhì)材料化學(xué)改性試劑增強的材料相比，氮羥甲基樹脂增強木質(zhì)材料的尺寸穩(wěn)定性好，密度、硬度、抗壓強度、彈性模量提高等優(yōu)異特性，在低分子樹脂增強木質(zhì)材料中的應(yīng)用成為研究的熱點。經(jīng)過氮羥甲基樹脂處理增強的木質(zhì)材料具有尺寸穩(wěn)定性好、表面硬度高、抗壓強度高和耐腐朽的性能，能夠有效減少木質(zhì)材料在使用過程中出現(xiàn)的變形開裂、發(fā)霉菌朽和表面老化等問題，可應(yīng)用于對低質(zhì)速生林木質(zhì)材料進行功能化增強處理，是木質(zhì)材料高附加值利用和緩解優(yōu)質(zhì)木質(zhì)材料資源短缺形勢的重要技術(shù)途徑之一，且處理后的木質(zhì)材料甲醛釋放量遠(yuǎn)低于GB18580《室內(nèi)裝飾裝修材料人造板及其制品中甲醛釋放限量》中關(guān)于甲醛釋放量的要求，可以直接在室內(nèi)使用，因此是綠色環(huán)保的改性技術(shù)。現(xiàn)有2006年哥廷根大學(xué)(Goettingen), Sierke Verlag出版社出版的， 書名為《Surface properties of wood modified with cyclic N-methylolcompounds))和 2005 年發(fā)表在 Polymer Degradation and Stability 期刊上的名為《Weathering of wood modified with the N-methylol compound I,3-dimethylol_4,5-dihydroxyethyleneurea))的文獻(xiàn)已經(jīng)對氮輕甲基樹脂改性木質(zhì)材料的耐候性、尺寸穩(wěn)定性、防霉耐腐性等主要性能做了較為全面的報道，然而，進一步研究顯示，氮羥甲基改性木質(zhì)，材料的燃燒性能與未處理的木質(zhì)材料相似，阻燃抑煙性能不足，因此在具有防火要求的場所(比如室內(nèi)裝飾等)氮羥甲基樹脂改性木質(zhì)材料的應(yīng)用會受到局限，因而有必要對氮羥甲基樹脂增強的木質(zhì)材料進行阻燃改性處理。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決現(xiàn)有的氮羥甲基樹脂增強的木質(zhì)材料阻燃抑煙性能差的技術(shù)問題，而提供一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法。本發(fā)明的一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法按以下步驟進行:一、稱取原料:按質(zhì)量份數(shù)稱取氮羥甲基樹脂I 2份、阻燃劑0.5 I份、功能助劑1.6 3.2份和水40 80份，混合后攪拌至溶解，得到混合溶液，其中所述的功能助劑為醋酸、氯化鎂或硝酸鎂中的一種或其中幾種按任意比的混合物；二、浸潰處理:將木質(zhì)材料置入密閉真空容器內(nèi)，密閉真空容器內(nèi)的真空度為
0.05 0.09MPa，維持真空時間為0.5 5h，然后將步驟一的混合溶液注入密閉真空容器內(nèi)，使木質(zhì)材料浸沒于混合溶液中，向密閉真空容器加壓至0.1 2.0MPa，維持壓力時間為I IOh ；三、干燥固定:將步驟二處理后的密閉真空容器撤去壓力后，取出木質(zhì)材料在室溫環(huán)境下靜置干燥12 24h，然后在溫度為35 45°C的條件下預(yù)干，預(yù)干時間為6 20h，然后升溫至75 85°C，干燥2 6h后，繼續(xù)溫度升至90 150°C，干燥固定，干燥固定時間為2 12h，得到阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料。本發(fā)明的一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法，采用將氮羥甲基樹脂、阻燃組分和其它功能助劑等按適當(dāng)比例混合配制成溶液，然后將木質(zhì)材料浸沒于混合溶液，處理一段時間使溶液充分浸入木質(zhì)材料，在常溫下將改性后的木質(zhì)材料干燥至纖維飽和點，再在特定條件下實現(xiàn)化學(xué)固定，得到的阻燃型氮羥甲基樹脂增強木質(zhì)材料與未處理的木質(zhì)材料相比較顏色基本保持不變，阻燃性能顯著提高，其抗壓強度、彈性模量、硬度等力學(xué)性能與單純用氮羥甲基樹脂處理的木質(zhì)材料相當(dāng)，其熱釋放速率峰值為232 290KW/m2，總熱釋放量為22 28MJ/m2，點燃時間為17 22s，火災(zāi)性能指數(shù)為0.062
0.095，殘余物一氧化碳和二氧化碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.8% 37.5 %，一氧化碳和二氧化碳釋放濃度降低，較未添加阻燃試劑的氮羥甲基樹脂增強木質(zhì)材料，熱釋放速率峰值降低了35%，總熱釋放量降低了 40%，點燃時間延長了 24%，火災(zāi)性能指數(shù)提高了 56%，殘余物質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加了 43%。從根本上增強了氮羥甲基樹脂改性木質(zhì)材料的阻燃抑煙性能，且本發(fā)明的制備方法，其生產(chǎn)過程與普通木材化學(xué)改性生產(chǎn)過程類似，所采用的藥劑及助劑對環(huán)境和人類健康安全無任何影響，配置的處理溶液可重復(fù)利用，生產(chǎn)結(jié)束后幾乎沒有殘液產(chǎn)生，產(chǎn)品廢棄后可自然降解或者熱解制備炭材料，無環(huán)境污染，是典型的綠色環(huán)保材料。由于阻燃型氮羥甲基樹脂增強木質(zhì)材料的阻燃性能較普通氮羥甲基樹脂增強木質(zhì)材料顯著提高，既可用于潮濕環(huán)境下對尺寸穩(wěn)定性、防腐防霉、耐老化要求較高的室外場所，也可用于結(jié)構(gòu)用材或室內(nèi)表面裝飾材料等對于阻燃性能要求較高的高附加值產(chǎn)品(如門窗框、地板、梁、柱等)，從而拓展氮羥甲基樹脂增強木質(zhì)材料的應(yīng)用領(lǐng)域，提高產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益。
具體實施例方式本發(fā)明的技術(shù)方案不局限于以下具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一:本實施方式的一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法按以下步驟進行:一、稱取原料:按質(zhì)量份數(shù)稱取氮羥甲基樹脂I 2份、阻燃劑0.5 I份、功能助劑1.6 3.2份和水40 80份，混合后攪拌至溶解，得到混合溶液，其中所述的功能助劑為醋酸、氯化鎂或硝酸鎂中的一種或其中幾種按任意比的混合物；二、浸潰處理:將木質(zhì)材料置入密閉真空容器內(nèi)，密閉真空容器內(nèi)的真空度為
0.05 0.09MPa，維持真空時間為0.5 5h，然后將步驟一的混合溶液注入密閉真空容器內(nèi)，使木質(zhì)材料浸沒于混合溶液中，向密閉真空容器加壓至0.1 2.0MPa，維持壓力時間為
I IOh ；三、干燥固定:將步驟二處理后的密閉真空容器撤去壓力后，取出木質(zhì)材料在室溫環(huán)境下靜置干燥12 24h，然后在溫度為35 45°C的條件下預(yù)干，預(yù)干時間為6 20h，然后升溫至75 85°C，干燥2 6h后，繼續(xù)溫度升至90 150°C，干燥固定，干燥固定時間為2 12h，得到阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料。本實施方式的一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法，采用將氮羥甲基樹脂、阻燃組分和其它功能助劑等按適當(dāng)比例混合配制成溶液，然后將木質(zhì)材料浸沒于混合溶液，處理一段時間使溶液充分浸入木質(zhì)材料，在常溫下將改性后的木質(zhì)材料干燥至纖維飽和點，再在特定條件下實現(xiàn)化學(xué)固定，得到的阻燃型氮羥甲基樹脂增強木質(zhì)材料與未處理的木質(zhì)材料相比較顏色基本保持不變，阻燃性能顯著提高，其抗壓強度、彈性模量、硬度等力學(xué)性能與單純用氮羥甲基樹脂處理的木質(zhì)材料相當(dāng)，其熱釋放速率峰值為232 290KW/m2，總熱釋放量為22 28MJ/m2，點燃時間為17 22s，火災(zāi)性能指數(shù)為
0.062 0.095，殘余物一氧化碳和二氧化碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.8% 37.5%，一氧化碳和二氧化碳釋放濃度降低，較未添加阻燃試劑的氮羥甲基樹脂增強木質(zhì)材料，熱釋放速率峰值降低了 35%，總熱釋放量降低了 40%，點燃時間延長了 24%，火災(zāi)性能指數(shù)提高了 56%，殘余物質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加了 43%。從根本上增強了氮羥甲基樹脂改性木質(zhì)材料的阻燃抑煙性能，且本實施方式的制備方法，其生產(chǎn)過程與普通木材化學(xué)改性生產(chǎn)過程類似，所采用的藥劑及助劑對環(huán)境和人類健康安全無任何影響，配置的處理溶液可重復(fù)利用，生產(chǎn)結(jié)束后幾乎沒有殘液產(chǎn)生，產(chǎn)品廢棄后可自然降解或者熱解制備炭材料，無環(huán)境污染，是典型的綠色環(huán)保材料。由于阻燃型氮羥甲基樹脂增強木質(zhì)材料的阻燃性能較普通氮羥甲基樹脂增強木質(zhì)材料顯著提高，既可用于潮濕環(huán)境下對尺寸穩(wěn)定性、防腐防霉、耐老化要求較高的室外場所，也可用于結(jié)構(gòu)用材或室內(nèi)表面裝飾材料等對于阻燃性能要求較高的高附加值產(chǎn)品(如門窗框、地板、梁、柱等)，從而拓展氮羥甲基樹脂增強木質(zhì)材料的應(yīng)用領(lǐng)域，提高產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益。
具體實施方式
二:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟一中所述的氮羥甲基樹脂為三羥甲基三聚氰胺、亞烷脲衍生物、1，3_ 二羥甲基亞乙基脲、二羥甲基脲、1，3-二羥甲基-二羥基-亞乙基脲和醚化二羥甲基二羥基亞乙基脲中的一種或任意幾種的混合物，其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三:本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是:步驟一中所述的阻燃劑為硼酸、磷酸、磷酸脒基脲和羥甲基化磷酸脒基脲中的一種或任意幾種的混合物，其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四:本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是:步驟二中所述的木質(zhì)材料為天然木板、人造木質(zhì)板、木粉或木屑；其中天然木板為薄木或木單板，人造木質(zhì)板為膠合板、刨花板、中密度纖維板或細(xì)木工板，其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五:本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是:步驟二中維持真空時間為2 4h，維持壓力時間為3 8h，其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六:本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是:步驟二中維持真空時間為3h，維持壓力時間為6h，其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
七:本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是:步驟三中預(yù)干處理時的溫度為40°C，其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
八:本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同的是:步驟三中預(yù)干處理后在升溫至溫度為80°C的條件下干燥2 6h，其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一至七之一相同。
具體實施方式
九:本實施方式與具體實施方式
一至八之一不同的是:步驟三中預(yù)干時間為10 16h干燥固定時間為4 10h，其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一至八之一相同。
具體實施方式
十:本實施方式與具體實施方式
一至九之一不同的是:步驟三中預(yù)干時間為13h干燥固定時間為7h，其它步驟與參數(shù)與具體實施方式
一至九之一相同。用以下試驗驗證本發(fā)明的有益效果:實施例1、一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法，其特征在于該方法按以下步驟進行:—、稱取原料:按質(zhì)量份數(shù)稱取1，3_ 二羥甲基亞乙基脲(DMEU) I份、磷酸脒基脲(GUP) 0.5份、硝酸鎂2份和水50份，混合后攪拌至溶解，得到混合溶液；二、浸潰處理:將規(guī)格為500mmxl00mmx4mm的木單板置入密閉真空容器內(nèi)，密閉真空容器內(nèi)的真空度為0.08MPa，維持真空時間為0.5h，然后將步驟一的混合溶液注入密閉真空容器內(nèi)，使木單板浸沒于混合溶液中，向密閉真空容器加壓至1.8MPa，維持壓力時間為Ih0三、干燥固定:將步驟二處理后的密閉真空容器撤去壓力后，取出木單板在室溫環(huán)境下靜置干燥24h，然后在溫度為40°C的條件下預(yù)干，預(yù)干時間為8h，然后升溫至80°C，干燥5h后，繼續(xù)溫度升至130°C，干燥固定，干燥固定時間為6h，得到阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料。實施例2、一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法，其特征在于步驟一中稱取1，3- 二羥甲基亞乙基脲I份、羥甲基化磷酸脒基脲0.5份、硝酸鎂2份和水52份，混合后攪拌至溶解，得到混合溶液，其他步驟及參數(shù)與實施例1相同。實施例3、一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法，其特征在于步驟一中稱取1，3_ 二羥甲基亞乙基脲I份、羥甲基化磷酸脒基脲1.0份、硝酸鎂2份和水48份，混合后攪拌至溶解，得到混合溶液，其他步驟及參數(shù)與實施例1相同。實施例4、一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法，其特征在于該方法按以下步驟進行:一、稱取原料:按質(zhì)量份數(shù)稱取亞烷脲衍生物I份、羥甲基化磷酸脒基脲1.5份、硝酸鎂2份和水41份，混合后攪拌至溶解，得到混合溶液；二、浸潰處理:將規(guī)格為1000mmX200mmX25mm的木板置入密閉真空容器內(nèi)，密閉真空容器內(nèi)的真空度為0.08MPa，維持真空時間為2h，然后將步驟一的混合溶液注入密閉真空容器內(nèi)，使木板浸沒于混合溶液中，向密閉真空容器加壓至1.8MPa，維持壓力時間為3h ；三、干燥固定:將步驟二處理后的密閉真空容器撤去壓力后，取出木板在室溫環(huán)境下靜置干燥24h，然后在溫度為40°C的條件下預(yù)干，預(yù)干時間為12h，然后升溫至80°C，干燥5h后，繼續(xù)溫度升至130°C，干燥固定3h，得到阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料。試驗一、實施例1 4的一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法得到的阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料進行阻燃抑煙性能測試，過程如下:根據(jù)檢測標(biāo)準(zhǔn)ISO 5660-1-2002，采用錐形量熱儀法，對經(jīng)過實施例1 4的一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法得到的阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料進行熱釋放速率峰值，總熱釋放量，點燃時間，火災(zāi)性能指數(shù)，殘余物一氧化碳和二氧化碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)檢測，并與單純用摩爾濃度為lmol/L的1，3_ 二羥甲基亞乙基脲處理的木質(zhì)材料進行對比，對比結(jié)果見下表:
權(quán)利要求
1.一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法，其特征在于該制備方法按以下步驟進行: 一、稱取原料:按質(zhì)量份數(shù)稱取氮羥甲基樹脂I 2份、阻燃劑0.5 I份、功能助劑1.6 3.2份和水40 80份，混合后攪拌至溶解，得到混合溶液，其中所述的功能助劑為醋酸、氯化鎂或硝酸鎂中的一種或其中幾種按任意比的混合物； 二、浸潰處理:將木質(zhì)材料置入密閉真空容器內(nèi)，密閉真空容器內(nèi)的真空度為0.05 0.09MPa，維持真空時間為0.5 5h，然后將步驟一的混合溶液注入密閉真空容器內(nèi)，使木質(zhì)材料浸沒于混合溶液中，向密閉真空容器加壓至0.1 2.0MPa，維持壓力時間為I IOh ； 三、干燥固定:將步驟二處理后的密閉真空容器撤去壓力后，取出木質(zhì)材料在室溫環(huán)境下靜置干燥12 24h，然后在溫度為35 45°C的條件下預(yù)干，預(yù)干時間為6 20h，然后升溫至75 85°C，干燥2 6h后，繼續(xù)溫度升至90 150°C，干燥固定，干燥固定時間為2 12h，得到阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法，其特征在于步驟一中所述的氮羥甲基樹脂為三羥甲基三聚氰胺、亞烷脲衍生物、1，3_ 二羥甲基亞乙基脲、二羥甲基脲、I，3- 二羥甲基-二羥基-亞乙基脲或醚化二羥甲基二羥基亞乙基脲中的一種或其中幾種按任意比的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法，其特征在于步驟一中所述的阻燃劑為硼酸、磷酸、磷酸脒基脲或羥甲基化磷酸脒基脲中的一種或其中幾種按任意比的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法，其特征在于步驟二中所述的木質(zhì)材料為天然木板、人造木質(zhì)板、木粉或木屑；其中天然木板為薄木或木單板,人造木質(zhì)板為膠合板、刨花板、中密度纖維板或細(xì)木工板。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法，其特征在于步驟二中維持真空時間為2 4h，維持壓力時間為3 8h。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法，其特征在于步驟二中維持真空時間為3h，維持壓力時間為6h。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法，其特征在于步驟三中預(yù)干處理時的溫度為40°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法，其特征在于步驟三中預(yù)干處理后在升溫至溫度為80°C的條件下干燥2 6h。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法，其特征在于步驟三中預(yù)干時間為10 16h干燥固定時間為4 10h。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法，其特征在于步驟三中預(yù)干時間為13h干燥固定時間為7h。
全文摘要
一種阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料的制備方法，它涉及一種阻燃型改性木質(zhì)材料的制備方法，本發(fā)明是為解決現(xiàn)有的氮羥甲基樹脂增強的木質(zhì)材料阻燃抑煙性能差的技術(shù)問題，制備方法如下稱取氮羥甲基樹脂、阻燃劑、功能助劑和水，混合得到溶液，然后將木質(zhì)材料放在溶液中進行浸漬處理，干燥固定后得到阻燃型氮羥甲基樹脂改性增強木質(zhì)材料，其總熱釋放量為22～28MJ/m2，降低了40％，點燃時間為17～22s，延長了24％，火災(zāi)性能指數(shù)為0.062～0.095，提高了56％，一氧化碳和二氧化碳?xì)堄嗟馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.8％～37.5％，增加了43％，阻燃性能提高，無環(huán)境污染，拓展了氮羥甲基樹脂增強木質(zhì)材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號B27K3/50GK103112064SQ20131001750
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者謝延軍, 王清文, 江濤, 王奉強, 王海剛 申請人:東北林業(yè)大學(xué)