專利名稱：一種阻燃膠粘劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種阻燃膠粘劑及其制備方法。
背景技術：
《公共場所阻燃制品及組件燃燒性能要求和標識》(GB20286-2006)強制性標準規定了進入公共場所的制品及組件必須具備一定的阻燃性能等級。家居及公共場所用木制品屬于易燃材料，構成了建筑物火災的隱患。隨著木制品在家居及公共場所應用的普及，火災安全問題更加突出。出于對人類生命和財產安全的考慮，使用具有阻燃功能的木質制品是非常必要的，也是業界最為關注的問題。膠合板是建筑內部裝修的主要材料，其本身是易燃的，要提高膠合板的阻燃性能，必須要對易燃的膠合板進行阻燃處理。例如，CN101412231A公開了一種阻燃膠合板的生產方法，即把木質單板放入由低聚磷酸銨、磷酸銨、焦磷酸銨、磷酸脲、硼酸和季戊四醇所組成的阻燃劑水溶液中浸潰處理，并在干燥后的木質單板表面施加混合膠粘劑，組成板坯熱壓后得到阻燃膠合板產品。又如，CN101121274A公開了一種阻燃膠合板的生產方法，該方法利用由硼酸、磷酸脒基脲、磷酸二氫銨、硬水軟化劑和防霉劑組成的多效木材阻燃劑浸泡或涂刷單板并干燥，并在干燥后的木材單板表面涂覆阻燃膠，經熱壓后得到阻燃膠合板。此外，也有采用防火膠粘劑來提高膠合板的阻燃性能的，如CN1098976A公開了一種阻燃膠合板及其制備方法，該方法包括將防火膠粘劑涂覆于單板并熱壓得到膠合板，然后再將成品膠合板在阻燃劑溶液中進行常壓浸泡處理，使成品膠合板表面單板吸入一定量的阻燃劑，從而達到阻燃目的。所述防火膠粘劑含有MD膠、MN膠、磷-氮系化合物、磷酸和鹵化銨，所述阻燃劑含有磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、硼砂和鹵化銨。由此可見，現有技術中主要是采用阻燃劑浸潰單板或成品材料的方法來達到使木質材料阻燃的目的。單板浸潰處理帶來的弊端是處理過程中單板容易破裂，處理的單板還要再干燥，且干燥過程中浸潰單板容易翹曲變形、不平整，造成單板等級降低和損失率增加等，不適合規模化的工業生產，這是現有技術無法解決的一個關鍵工藝問題。成品浸潰處理存在的問題是如果成品使用非耐水的膠粘劑，則阻燃浸潰處理會破壞膠層而失去強度；為提高阻燃劑的浸注量，處理時間長；表層單板容易殘留較多阻燃劑而使產品產生嚴重的吸濕和返霜現象，影響后續的二次加工和油漆性能。目前國內市場上銷售的大部分阻燃膠合板強度低，在鋸割過程中就產生分層開膠現象，沒有濕強度、浸潰就開膠，二次加工和油漆性能差，主要原因是阻燃劑、膠粘劑和生產工藝選擇不當造成的，說明采用現有技術方法得到的阻燃材料未能很好地兼顧阻燃和膠合性能。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術由于阻燃劑、膠粘劑和生產工藝選擇不當而產生的阻燃處理工序復雜，且不能很好地使得到的阻燃材料兼具良好的阻燃和膠合性能的缺陷，提供一種能夠很好地兼具阻燃和膠合性能的阻燃膠粘劑，且采用該阻燃膠粘劑對木質材料進行阻燃處理的工序簡單，無需對單板或成品材料再做阻燃處理，易于工業化生產。現有技術中，用阻燃劑浸潰木質材料是達到阻燃目的的最主要方法，因此，阻燃處理工序不僅繁瑣，而且會給產品物理力學性能以及后續的二次加工性能等帶來諸多不良影響。更重要 的是，本發明的發明人發現，如果將現有技術中的阻燃劑和膠粘劑直接混合后涂覆于木質材料表面，其粘結性能也會大大降低。產生上述不良現象的根本原因是現有技術對阻燃劑和膠粘劑的選擇和搭配不合理所致。推測原因可能是，現有技術的阻燃劑和膠粘劑混合后，阻燃劑的酸堿性質對于以酸堿催化縮聚為機理的木質材料常用的脲醛樹月旨、酚醛樹脂等的固化反應有不良影響，即，膠粘劑固化不良而導致膠合強度降低。另外，現有技術的阻燃劑以浸潰處理方式為主，要求阻燃劑具備良好的水中溶解性，因此產品會產生吸濕、返霜等現象，對其使用性能和后續的油漆等二次加工性能有不良影響。而本發明提供的阻燃膠粘劑，將所有組分混合并制備成以水為載體的液態混合物后涂布在單板材料表面，再通過組坯熱壓膠合即得到阻燃處理的木質材料，該材料不但能夠具有較好的阻燃功能，而且仍然能夠保持很好的膠合性能，無需對單板或成品材料再進行阻燃劑浸潰處理，解決了現有技術必須對單板或成品材料進行阻燃劑浸潰處理所帶來的一系列問題，處理工藝簡單，有利于工業化生產。同時，本發明提供的阻燃膠粘劑中所用的阻燃物質水溶解度低，吸濕性小，無毒或毒性極低，PH值接近中性，而且在本發明的優選實施方式中，選用了具有耐水性的三聚氰胺甲醛樹脂或三聚氰胺改性脲醛樹脂以及含有氫氧化鎂和/或氫氧化鋁的輔助劑，對保證產品的膠合性能、阻燃性能和消煙性能均起到了至關重要的作用。本發明提供了一種阻燃膠粘劑，其中，該阻燃膠粘劑含有水溶性氨基樹脂、脫水催化劑、成炭劑和輔助劑以及含或不含水；所述脫水催化劑選自多聚磷酸銨、三聚氰胺正磷酸鹽和三聚氰胺焦磷酸鹽中的一種或多種；所述多聚磷酸銨的聚合度為20以上。本發明還提供了一種阻燃膠粘劑的制備方法，其中，該方法包括將水溶性氨基樹月旨、脫水催化劑、成炭劑和輔助劑以及選擇性含有的水混合均勻；所述脫水催化劑選自多聚磷酸銨、三聚氰胺正磷酸鹽和三聚氰胺焦磷酸鹽中的一種或多種；所述多聚磷酸銨的聚合度為20以上。本發明提供的阻燃膠粘劑能夠很好地兼具阻燃性能和膠合性能，而且采用本發明提供的阻燃膠粘劑對木質材料進行阻燃處理的工序簡單，易于工業化生產。本發明的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式
部分予以詳細說明。
具體實施例方式以下對本發明的具體實施方式
進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。根據本發明，所述阻燃膠粘劑含有水溶性氨基樹脂、脫水催化劑、成炭劑和輔助劑以及含或不含水；所述脫水催化劑選自多聚磷酸銨、三聚氰胺正磷酸鹽和三聚氰胺焦磷酸鹽中的一種或多種；所述多聚磷酸銨的聚合度為20以上，優選為1000-1500。在本發明提供的阻燃膠粘劑中，上述各種組分的含量可以在很大的范圍內變動，優選情況下，以阻燃膠粘劑的總重量為基準，水溶性氨基樹脂的含量為30-70重量％，脫水催化劑的含量為8-35重量％，成炭劑的含量為2-20重量％，輔助劑的含量為2-30重量％，水的含量為0-40重量％。進一步優選的情況下，以阻燃膠粘劑的總重量為基準，水溶性氨基樹脂的含量為40-60重量％，脫水催化劑的含量為10-25重量％，成炭劑的含量為5-15重量％，輔助劑的含量為3-20重量％,水的含量為0-30重量％。本發明的發明人還發現，各組分在上述更優選的含量范圍內時，得到的阻燃膠粘劑的阻燃性能和膠合性能均更佳。根據本發明，所述脫水催化劑的主要作用是促進成炭劑的脫水炭化，所得的脫水碳化產物在氨基樹脂分解產生的不燃性氣體的作用下發泡膨脹，隔絕外界熱量和氧氣向內部傳遞，從而達到保護基材防止其燃燒的目的。根據本發明，所述輔助劑可以是本領域技術人員所公知的各種可提高所述阻燃膠粘劑的阻燃性能、消煙性能和降低游離甲醛的物質，優選情況下，所述輔助劑為氫氧化鋁和/或氫氧化鎂，或者為選自硅酸鋁纖維、玻璃纖維、石棉纖維、中空玻璃微珠、改性硅酸硼、可膨脹石墨、具有層狀結構硅酸鹽、二氧化硅、三氧化二鋁和尿素中的一種或多種與氫氧化鋁和/或氫氧化鎂的混合物。
其中，所述氫氧化鋁和氫氧化鎂分解吸熱量大，高溫分解后產生的H2O可起到吸熱作用，熔融狀態的氧化物隔絕熱和氧氣向內部的輸導作用，并且分解后的氧化物又是耐高溫物質，其附著于可燃物表面又可進一步阻止燃燒的進行。氫氧化鋁和氫氧化鎂在整個阻燃過程中不但沒有任何有害物質產生，而且分解的產物在阻燃的同時還能夠起到消除煙霧和吸收熱量的作用。根據本發明，所述水溶性氨基樹脂可以選自本領域常規的各種水溶性氨基樹脂，優選情況下，所述水溶性氨基樹脂選自三聚氰胺甲醛樹脂和三聚氰胺改性脲醛樹脂中的一種或多種。所述水溶性氨基樹脂具有很好的膠合性能和耐水性能，同時還兼具阻燃性能，其遇熱會分解釋放出氨氣、水蒸氣等不燃氣體，降低了可燃物表面的熱量，稀釋了可燃物表面可燃氣體的濃度，因此水溶性氨基樹脂是本項發明的關鍵組成物質之一。所述水溶性氨基樹脂可以通過商購得到，也可以按照本領域公知的各種制備方法得到，例如，可以按照CN 1527853A、CN 1105694A、CN 1834186A、CN 101134835A 或文獻[J Wood Sci (2001) 47 451-457]等所公開的方法制備得到。根據本發明，所述成炭劑可以選自本領域常規的各種成炭劑，優選情況下，所述成炭劑選自蔗糖、山梨糖、淀粉、單季戊四醇、雙季戊四醇和三季戊四醇中的一種或多種。以水溶性氨基樹脂遇熱釋放出的氨氣、水蒸氣等不燃氣體為氣源，所述成炭劑在脫水催化劑的作用下脫水炭化，在可燃物表面形成泡沫狀的膨脹炭化層，該泡沫狀的膨脹炭化層中包覆了大量的不燃氣體，不僅有效阻隔了外部熱源對內部木材的輻射作用，而且隔斷了氧氣與內部木材的接觸，從而達到阻燃、防火目的。根據本發明，所述阻燃膠粘劑的制備方法包括將水溶性氨基樹脂、脫水催化劑、成炭劑和輔助劑以及選擇性含有的水混合均勻；所述脫水催化劑選自多聚磷酸銨、三聚氰胺正磷酸鹽和三聚氰胺焦磷酸鹽中的一種或多種；所述多聚磷酸銨的聚合度為20以上，優選為 1000-1500。其中，各物質的用量優選使得以阻燃膠粘劑的總重量為基準，水溶性氨基樹脂的含量為30-70重量％，脫水催化劑的含量為8-35重量％，成炭劑的含量為2-20重量％，輔助劑的含量為2-30重量％,水的含量為0-40重量％。進一步優選情況下,各物質的用量使得以阻燃膠粘劑的總重量為基準，水溶性氨基樹脂的含量為40-60重量％，脫水催化劑的含量為10-25重量％，成炭劑的含量為5-15重量％，輔助劑的含量為3-20重量％，水的含
量為0-30重量％。按照本發明，上述各組分的種類的選擇已經在上文中描述，在這里不再贅述。本發明所述的阻燃膠粘劑的使用方法是將含水的阻燃膠粘劑與固化劑混合得到混合物，將所述混合物涂覆在待進行阻燃處理的材料的表面，然后將涂覆所述阻燃膠粘劑的木質材料組坯熱壓并固化即可。含有本發明的含水的阻燃膠粘劑和固化劑的混合物的涂覆量可以根據對各種不同材料的阻燃需求而定，沒有特別的限定。換言之，在未使用時，可以直接將各固體組分混合后即可得到本發明提供的阻燃膠粘劑。根據本發明，各種組分的混合可以同時進行也可以分步進行，混合的順序并不會 對得到的阻燃膠粘劑的性能產生影響，例如，可以先將水與水溶性氨基樹脂混合得到液態的水溶性氨基樹脂，然后再將其余組分與所述液態的水溶性氨基樹脂混合均勻即可，或者還可以根據需要補入一定量的水以滿足涂覆的需要；也可以將各組分與水直接混合后得到；在使用時，水的含量優選為含水的阻燃膠粘劑的總重量的20-30重量％。本發明對混合的溫度和混合的時間沒有特別的限定，只要使各種組分混合均勻即可，優選情況下，混合的溫度可以為10-40°C，混合的時間可以為10-60分鐘。所述固化劑可以為常規的用于固化阻燃膠粘劑的各種固化劑，例如，氯化銨，其用量也為本領域技術人員所公知，例如，含水的阻燃膠粘劑與固化劑的重量比可以為O. 1-0. 5 100。所述固化的條件可以為本領域技術人員公知的常規固化條件，例如，固化的溫度為 80-140 0C ο本發明提供的阻燃膠粘劑可以對各種材料進行阻燃處理，特別適用于對木質材料，更加適用于直接涂覆在單板材料的表面以進行阻燃處理。下面將通過具體實施例對本發明進行進一步的詳細描述。實施例I該實施例用于說明本發明提供的阻燃膠粘劑的制備。將57重量份粉末狀的三聚氰胺甲醛樹脂(濟南乾來環保技術有限公司生產)與10重量份多聚磷酸銨(η = 1000,四川省什邡市長豐化工有限公司生產)、5重量份三季戊四醇和3重量份氫氧化鋁混合后，加入25重量份水，在25°C下混合均勻，得到阻燃膠粘劑Al。實施例2該實施例用于說明本發明提供的阻燃膠粘劑的制備。將47重量份粉末狀的三聚氰胺改性脲醛樹脂(按CN 101134835A實施例I公開的方法制備得到)與17重量份三聚氰胺正磷酸鹽(合肥精匯化工研究所生產)、8重量份單季戊四醇和3重量份氫氧化鎂混合后，加入25重量份水，在25°C下混合均勻，得到阻燃膠粘劑A2。實施例3該實施例用于說明本發明提供的阻燃膠粘劑的制備。 將40重量份粉末狀的三聚氰胺改性脲醛樹脂(按CN 101134835A實施例2公開方法制備得到)與15重量份三聚氰胺焦磷酸鹽(合肥精匯化工研究所生產)、10重量份二季戊四醇、3重量份氫氧化鎂和7重量份尿素混合后，加入25重量份水，在25°C下混合均勻，得到阻燃膠粘劑A3。實施例4該實施例用于說明本發明提供的阻燃膠粘劑的制備。將40重量份粉末狀的三聚氰胺甲醛樹脂(購于濟南乾來環保技術有限公司)、25重量份三聚氰胺焦磷酸鹽(合肥精匯化工研究所生產)、15重量份二季戊四醇、10重量份氫 氧化鎂和10重量份氫氧化鋁在25°C下混合均勻，得到本發明的阻燃膠粘劑A4。實施例5該實施例用于說明本發明提供的阻燃膠粘劑的制備。按照與實施例I相同的方法制備阻燃膠粘劑，不同的是，各組分的用量不同，其中三聚氰胺甲醛樹脂為30重量份，多聚磷酸銨為35重量份，三季戊四醇為6重量份，氫氧化鋁為4重量份，水為25重量份，混合均勻后得到阻燃膠粘劑A5。實施例6該實施例用于說明本發明提供的阻燃膠粘劑的制備。按照與實施例2相同的方法制備阻燃膠粘劑，不同的是，用2重量份玻璃纖維(購于泰山玻璃纖維有限公司)和I重量份可膨脹石墨的混合物代替3重量份氫氧化鎂，得到阻燃膠粘劑A6。實施例7該實施例用于說明本發明提供的阻燃膠粘劑的制備。按照與實施例I相同的方法制備阻燃膠粘劑，不同的是，多聚磷酸銨的聚合度為20。得到阻燃膠粘劑A7。實施例8該實施例用于說明本發明提供的阻燃膠粘劑的制備。按照與實施例I相同的方法制備阻燃膠粘劑，不同的是，多聚磷酸銨的聚合度為1500。得到阻燃膠粘劑A8。對比例I該對比例用于說明參比阻燃膠粘劑的制備。按照與實施例6的方法相同，不同的是，用17重量份磷酸氫二銨代替17重量份三聚氰胺正磷酸鹽，得到阻燃膠粘劑BI。實施例9_16 本實施例用于說明阻燃膠粘劑性能的測定。(I)膠合強度測試分別取100重量份由實施例1-8制得的阻燃膠粘劑A1_A8(其中，為了滿足涂布的需要，需要往A4中補加33重量份的水，使阻燃膠粘劑中水的總含量為25重量％ )，加入O. 57重量份濃度為20重量％的氯化銨溶液，攪拌均勻，得到含阻燃膠粘劑的混合物A9-A16。取3張厚度為I. 7mm的楊木單板，表面分別涂敷含阻燃膠粘劑的混合物A9-A16，涂布量為290g/m2，組坯熱壓得到三層結構的膠合板。熱壓溫度為130°C，熱壓時間以lmin/mm計算得到(其中min/mm表示熱壓每豪米厚的板材需要的時間)，并按照GB/T17657-1999中4. 15. 4. 2中b) II類膠合板標準檢測膠合強度。測試結果如表I所示。(2)阻燃性能和消煙性能測試將按照上述方法制得的三層結構膠合板加工成幅面尺寸為100X IOOmm的試件，參照IS05660標準，利用錐形量熱儀(熱源輻射功率50kW/m2)檢測其燃燒性能和消煙性能。測試結果如表I所示。對比例2本對比例用于說明阻燃膠粘劑性能的測定。按照實施例9-16的方法測定阻燃膠粘劑的性能，不同的是，所用的阻燃膠粘劑為由對比例I的方法制得的阻燃膠粘劑。測試結果如表I所示。表I
權利要求
1.一種阻燃膠粘劑，其特征在于，該阻燃膠粘劑含有水溶性氨基樹脂、脫水催化劑、成炭劑和輔助劑以及含或不含水；所述脫水催化劑選自多聚磷酸銨、三聚氰胺正磷酸鹽和三聚氰胺焦磷酸鹽中的一種或多種；所述多聚磷酸銨的聚合度為20以上。
2.根據權利要求I所述的阻燃膠粘劑，其中，以阻燃膠粘劑的總重量為基準，水溶性氨基樹脂的含量為30-70重量％，優選為40-60重量％ ;脫水催化劑的含量為8-35重量％，優選為10-25重量％ ;成炭劑的含量為2-20重量％，優選為5-15重量％ ;輔助劑的含量為2-30重量％，優選為3-20重量％ ;水的含量為0-40重量％，優選為0_30重量％ ;所述多聚磷酸銨的聚合度為1000-1500。
3.根據權利要求I或2所述的阻燃膠粘劑，其中，所述輔助劑為氫氧化鋁和/或氫氧化鎂，或者為選自硅酸鋁纖維、玻璃纖維、石棉纖維、中空玻璃微珠、改性硅酸硼、可膨脹石墨、具有層狀結構的硅酸鹽、二氧化硅、三氧化二鋁和尿素中的一種或多種與氫氧化鋁和/或氫氧化鎂的混合物。
4.根據權利要求I或2所述的阻燃膠粘劑，其中，所述水溶性氨基樹脂選自三聚氰胺甲醛樹脂和三聚氰胺改性脲醛樹脂中的一種或多種。
5.根據權利要求I或2所述的阻燃膠粘劑，其中，所述成炭劑選自蔗糖、山梨糖、淀粉、單季戊四醇、雙季戊四醇和三季戊四醇中的一種或多種。
6.一種阻燃膠粘劑的制備方法，其特征在于，該方法包括將水溶性氨基樹脂、脫水催化齊U、成炭劑和輔助劑以及選擇性含有的水混合均勻；所述脫水催化劑選自多聚磷酸銨、三聚氰胺正磷酸鹽和三聚氰胺焦磷酸鹽中的一種或多種；所述多聚磷酸銨的聚合度為20以上。
7.根據權利要求6所述的阻燃膠粘劑的制備方法，其中，各物質的用量使得以阻燃膠粘劑的總重量為基準，水溶性氨基樹脂的含量為30-70重量％，優選為40-60重量％ ;脫水催化劑的含量為8-35重量％，優選為10-25重量％ ;成炭劑的含量為2-20重量％，優選為5-15重量％ ;輔助劑的含量為2-30重量％，優選為3-20重量％ ;水的含量為0_40重量％，優選0-30重量％ ;所述多聚磷酸銨的聚合度為1000-1500。
8.根據權利要求6或7所述的阻燃膠粘劑的制備方法，其中，所述輔助劑為氫氧化鋁和/或氫氧化鎂，或者為選自硅酸鋁纖維、玻璃纖維、石棉纖維、中空玻璃微珠、改性硅酸硼、可膨脹石墨、具有層狀結構的硅酸鹽、二氧化硅、三氧化二鋁和尿素中的一種或多種與氫氧化鋁和/或氫氧化鎂的混合物。
9.根據權利要求6或7所述的阻燃膠粘劑的制備方法，其中，所述水溶性氨基樹脂選自三聚氰胺甲醛樹脂和三聚氰胺改性脲醛樹脂中的一種或多種。
10.根據權利要求6或7所述的阻燃膠粘劑的制備方法，其中，所述成炭劑選自蔗糖、山梨糖、淀粉、單季戊四醇、雙季戊四醇和三季戊四醇中的一種或多種。
全文摘要
本發明提供了一種阻燃膠粘劑及其制備方法。所述阻燃膠粘劑含有水溶性氨基樹脂、脫水催化劑、成炭劑和輔助劑以及含或不含水；所述脫水催化劑選自多聚磷酸銨、三聚氰胺正磷酸鹽和三聚氰胺焦磷酸鹽中的一種或多種；所述多聚磷酸銨的聚合度為20以上。采用本發明的方法制備得到的阻燃膠粘劑兼具良好的粘合性能、阻燃性能和消煙性能。
文檔編號C09J161/28GK102757754SQ201110111600
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月29日 優先權日2011年4月29日
發明者呂建雄, 吳玉章, 孫振鳶, 朱海龍, 李改云, 秦特夫 申請人:中國林業科學研究院木材工業研究所