B-P-Sb-Si系密度板阻燃防黴劑及其製備與應用的製作方法

2023-04-25 10:40:06

專利名稱：B-P-Sb-Si系密度板阻燃防黴劑及其製備與應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種密度板阻燃防黴材料及其製備方法與應用，尤其涉及一種 B-P-Sb-Si系密度板阻燃防黴劑及其製備與應用，屬於化學材料學技術領域。
背景技術：
隨著國民經濟的快速發展，人民生活水平得到了極大改善，人均住房面積越來越大，目前我國居民人均住房建築面積已超過30平方米/人。室內裝修業空前繁榮，帶動了各種材料的大量消耗。2009年我國木材的消耗量達到了 3. 3億立方米，成為世界上僅次於美國的第二大木材消耗國。我國森林資源匱乏，木材嚴重不足，遠遠滿足不了市場需求。木質材料本身有易燃、易變形、易開裂的缺點，需要提高綜合性能。作為替代材料之一，密度板應運而生，它是以木材廢料、樹技等木質纖維或其他植物纖維為原料，施加脲醛樹脂或其他適用的膠粘劑經水洗、熱磨、鋪裝、熱壓(溫度> 150°C )等工序製成的人造板材。密度約為450 900kg/m3。具有質地細密、結構均勻、表面光潔平整、力學性能好、加工性能優異、不易變形、不易開裂、使用效率高的特點，一立方米密度板的使用效果相當於三 四立方米的木材。大量推廣應用密度板，對提高木質材料利用率、緩解我國木材的緊張狀況、保護森林資源和生態環境、促進可持續發展，具有重要意義。目前我國已升踞為世界第一大密度板生產國，2010年產量達到4000萬立方米。密度板作為木質人造板，其性質本身決定了它有許多缺陷，如易燃燒、易黴變等。 特別是易燃燒性，是火災發生和蔓延的導火索。火災的發生往往與使用未經阻燃處理的易燃物有直接關係。室內火災直接危害人民生命和財產安全，是人類社會安全的重大危害之
ο根據世界各國火災統計資料分析，建築物火災佔首位，雖然火災起因各不相同，但是其中相當一部分造成火勢擴大、人員傷亡的火災事故與建築物內裝修使用可燃、易燃材料有直接關係，使用上述可燃、依然材料往往造成了重大人員傷亡和財產損失。火災嚴重威脅著人們的生命財產安全，預防火災刻不容緩。而木質材料及其衍生產品的易燃性是引起火災或助長火災的主要原因。因此，對木質材料及其衍生產品進行阻燃處理，是有效預防火災和防止火災蔓延的重要手段。目前，市場上阻燃木質材料的質量和品種不高。主要表現為①阻燃性能不穩定； ②阻燃木質材料普通吸溼性較大，造成變色黴變.影響外觀質量和性能；③由於吸溼性大或阻燃劑的表面張力影響使之油漆性不好，造成表面脫落等現象；④處理木質材料的膠合質量不夠理想；⑤型材品種少，不能滿足裝飾市場對型材多樣性的需求。目前市場上實際使用的阻燃劑品種繁多，主要有有機類的滷系、磷系、磷-氮系及無機類的鋁系、鎂系、硼系、鉬系、銻系等。其中滷系(主要是溴系)阻燃劑是目前世界上產量和使用量最大的有機阻燃劑。由於有機阻燃劑在火災中能產生有毒氣體和濃煙，使火場能見度低，給消防和救護造成困難，甚至能造成中毒，且價格較貴，使應用受到極大限制。由於溴系阻燃劑有產生二噁英的可能性，要儘量減少使用。無機類阻燃劑具有低吸潮、抗流
3失、長效性、低毒、低汙染等特點，阻燃處理過程不汙染環境，處理材料燃燒時煙氣少，煙氣毒性小，使用壽命長，價格適中。

發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供一種B-P-Sb-Si系密度板阻燃防黴劑及其製備與應用。由此製得的阻燃防黴密度板燃燒氧指數均超過40. 0%，可達到建築裝修材料燃燒性能Bl級標準，符合消防法要求。術語說明硼酸鈉，化學式Na2B4O7 · IOH2O,也稱四硼酸鈉。聚磷酸銨，化學式(NH4PO3)n,聚合度(η) > 200。有機矽季銨鹽，化學式[(CH3CH2O)3Si (CH2) 3N (CH3) 2 (C18H37) ] +Cl。本發明的技術方案如下一種B-P-Sb-Si系密度板阻燃防黴劑，原料組分如下，均為質量份數硼酸鈉40 100份；聚磷酸銨30 80份；三氧化二銻 30 60份；有機矽季銨鹽6 30份。根據本發明優選的，所述聚磷酸銨的聚合度> 200，進一步優選的，所述聚磷酸銨的聚合度為600 800。所述的三氧化二銻為立方體晶型，粒徑為0. 3 1 μ m。所述有機矽季銨鹽可通過市場購買，配製成質量比40%的乙醇溶液加入。根據本發明優選的，所述密度板阻燃防黴劑的原料組分如下，均為質量份數硼酸鈉90份；聚磷酸銨 50份；三氧化二銻 42份；有機矽季銨鹽18份。根據本發明，所述密度板阻燃防黴劑的製備方法，步驟如下將硼酸鈉在60 70°C之間烘乾5 6小時，然後與有機矽季銨鹽的40%乙醇溶液混合，攪拌10 20min，使之混合均勻，放置10 15小時；再加入聚磷酸銨和三氧化二銻，攪拌25 30min，即得。根據本發明，所述密度板阻燃防黴劑在製備阻燃防黴密度板中的應用，方法如下以密度板原料絕幹木材質量為基準計，將本發明的密度板阻燃防黴劑4 6%加入到經水洗熱磨得到的纖維中，攪拌使纖維和阻燃防黴劑混合均勻，然後經噴膠、鋪裝、熱壓、截斷、冷卻工序，得到阻燃防黴密度板。所述密度板中阻燃劑添加量為密度板原料絕幹木材質量的5. 8%。所述密度板的熱壓溫度150 300°C。密度板主要原料絕幹木材經水洗、熱磨等工序後，由於含水率變化、生產線不易計量等問題，因此以最初原料絕幹木材的質量為基準計算配比。
所述噴膠、鋪裝、熱壓、截斷、冷卻工序按現有技術進行。密度板生產工藝可參考《潘淑清周玉申高密度纖維板連續平壓生產線工藝設計 [J]木材加工機械2003. (4). 1-8》。該工藝需要在原有生產線的膠黏劑噴槍之前增加阻燃防黴劑噴灑口、計量裝置、攪拌裝置。本發明的特點是通過選擇多種無機阻燃劑，利用其不同含水率、失水吸熱、分解吸熱、產生不燃氣體等作用達到阻燃目的，以實現密度板集阻燃和抗菌防黴功能，滿足在各種條件下的密度板防黴和消防阻燃要求。阻燃劑的選擇原則是阻燃效果好、對環境友好、與木質本體材料相容不衝突、不影響最終產品的貯存和使用、價格便宜。防黴抗菌劑的選擇原則是高效廣譜、低刺激性、高安全性、與本體材料相容不衝突、不影響最終產品的貯存和使用。本發明具有如下優良效果1、本發明利用多種阻燃劑協同作用，將它們適當比例混合後使用，提高阻燃效果， 降低阻燃劑用量，同時也減少了阻燃木質材料的物理、力學性能的損失。在火災發生初期溫度相對較低時(100°C 320°C )，本發明組分之一的硼酸鈉就逐步失去結晶水產生水蒸氣，帶走大量熱量，對抑制火勢、阻斷可燃空氣、降低氧濃度發揮很大作用，火勢較大情況下，硼酸鈉320°C失去全部結晶水，741°C時無水硼酸鈉達到熔點； 硼酸鈉逐步熔化形成玻璃體覆蓋層，它可以隔絕空氣和火焰，阻斷木材與火焰的直接接觸。 火勢很猛時(741°C 1575°C )，硼酸鈉1575°C達到沸點，同時分解，通過溶解吸熱和分解吸熱達到減緩火勢的作用。此外，硼酸鈉還具有一定的防腐殺蟲作用；本發明的另一組分聚磷酸銨具有無腐蝕、不容易流失的特性。它含磷量大(P2O5為 65%以上)，含氮量高(12%以上)；不溶於水，易分散。280 375°C分解，生成磷的含氧酸， 能催化含羥基化合物的吸熱脫水成碳反應，生成水和焦炭，帶走大量熱量，磷大部分殘留在炭層中，難以燃燒，導熱性差，能隔熱隔氧，減緩火勢；減緩基材的熱分解。同時生成揮發性的磷化合物中含有PO 『游離基，能捕獲火焰中H『及HO 『游離基，使其濃度下降，抑制了燃燒的鏈式反應。聚磷酸銨分解時，釋放出氨氣、氮氣和深度氮氧化物，除帶走大量熱量外，還能與空氣中的氧氣反應，消耗大量氧氣，稀釋了可燃氣體的濃度。三氧化二銻作為組分之一，立方晶形三氧化二銻，耐候性比好，粉化性小，耐熱，分散性好，656°C時溶解，需要大量熔融熱；即三氧化二銻在火災發生初期至656°C時，在材料表面形成保護膜，隔絕空氣，通過內部吸熱反應，降低燃燒溫度。在高溫狀態下，三氧化二銻被氧化，稀釋空氣中的氧濃度，從而起到阻燃作用。本發明採用有機矽季銨鹽([(CH3CH20)3Si(CH2)3N(CH3)2(C18H37)]+Cl_)作為組分之一，有機矽季銨鹽為防黴抗菌成分，具有廣譜高效殺菌效果，安全性高，經實驗證明在濃度為0. 01%的有機矽季銨鹽抗菌劑溶液中，革蘭氏菌、大腸桿菌、金黃葡萄球菌、枯草桿菌、淋球菌、B肝表面抗原等不能存活，其半致死量LD5tl > 10g/kg;同時，當溫度超過110°C時，有機矽季銨鹽可與本體材料完全反應形成牢固結合，不會流失；燃燒後形成S^2覆蓋在材料表面上，可部分阻斷與火焰的接觸，沒有二次汙染。2、本發明所述製備方法中，先將有機矽季銨鹽與阻燃劑硼酸鈉混合，放置10小時以上，可使二者充分結合，再與其他固體材料混合，可以防止有機矽季銨鹽水解，提高混合均勻度，保證防黴效果。3、本發明所述應用中，先將含B-P-Sb-Si元素的密度板阻燃防黴劑與粉碎好的密度板原料混合，不僅提高了阻燃防黴劑的分散均勻度，而且減少了在密度板生產過程中添加各種添加劑、粘合劑的次數，保證了阻燃防黴效果。4、本發明所述阻燃防黴密度板的阻燃防黴性能大幅提高，燃燒氧指數可達38%以上，材料表面對大腸桿菌、革蘭氏菌、金黃葡萄球菌、枯草桿菌、淋球菌、B肝表面抗原等具有明顯的抑制和殺滅作用。5、本發明所述阻燃防黴密度板在添加阻燃劑和防黴抗菌劑後，密度板抗衝擊強度有不同程度的提高；同時，還具有防蟲、防腐、尺寸穩定等特性。6、本發明所述阻燃防黴密度板的機械加工性能不變，阻燃劑的酸鹼性對木質材料損傷侵蝕最小，不改變木質材料的優良特性；B-P-Sb-Si系密度板阻燃防黴劑添加量僅為密度板原料絕幹木材質量的4 6%，成本增加不多，經濟效益明顯。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步的闡述，但本發明所保護範圍不限於此。實施例中所用原料如下有機矽季銨鹽，濟南矽誠信化工有限公司有售，型號STU_AM101，含量40%乙醇溶液(質量比)。聚磷酸銨，濟南金盈泰化工有限公司有售，型號盈泰優，聚合度600 800。立方晶型三氧化二銻，粒徑為0. 3 1 μ m ；市購工業級產品。硼酸鈉(Na2B4O7 · IOH2O)，市購工業級產品。實施例1一種B-P-Sb-Si系密度板阻燃防黴劑，原料組分如下硼酸鈉(Na2B4O7· IOH2O) 60 千克;聚磷酸銨((NH4PO3)n)80 千克；三氧化二銻(SId2O3)48 千克；有機矽季銨鹽40%乙醇溶液30千克，其中有機矽季銨鹽含量為12千克。製備方法，步驟如下將硼酸鈉60 70°C之間烘乾6小時，然後與有機矽季銨鹽的40%乙醇溶液混合， 攪拌10 20min，使之混合均勻，放置12小時，再分別加入聚磷酸銨和三氧化二銻，攪拌 30min,即得。利用密度板阻燃防黴劑製備阻燃防黴密度板1A、IB、1C，步驟如下將200千克上述製備的密度板阻燃防黴劑分別加入到用3100千克、3800千克、 4800千克絕幹木材經水洗熱磨得到的合格纖維中，攪拌30min，使纖維和阻燃防黴劑混合均勻後再送往噴膠系統，然後進行鋪裝、200°C熱壓、截斷、冷卻，得到阻燃防黴密度板1A、 IBUC0密度板生產工藝可參考《潘淑清周玉申高密度纖維板連續平壓生產線工藝設計[J] 木材加工機械2003. 0).1-8》。該工藝需要在原有生產線的膠黏劑噴槍之前增加阻燃防黴劑噴灑口，並附帶計量裝置。對比板的製備除不添加阻燃防黴劑，其他方法與阻燃防黴密度板生產步驟和工藝條件完全相同。所得阻燃防黴密度板和對比板同時按照國標GB/TM06-1993測試氧指數(LOI)， 氧指數均> 40.0%。抗菌防黴實驗、抗衝擊強度實驗和錐形量熱儀(CONE)法實驗均表明 阻燃防黴密度板阻燃防黴性能大大提高。阻燃防黴密度板達到建築裝修材料燃燒性能Bl級標準。實施例1密度板氧指數實驗結果表1普通對比板和阻燃防黴板氧指數實驗數據對比
權利要求
1.一種B-P-Sb-Si系密度板阻燃防黴劑，原料組分如下，均為質量份數 硼酸鈉30 60份；聚磷酸銨 20 40份； 三氧化二銻 10 30份； 有機矽季銨鹽9 30份。
2.如權利要求1所述的密度板阻燃防黴劑，其特徵在於，所述密度板阻燃防黴劑的原料組分如下，均為質量份數硼酸鈉90份；聚磷酸銨 50份； 三氧化二銻 42份； 有機矽季銨鹽18份。
3.如權利要求1或2所述的密度板阻燃防黴劑，其特徵在於，所述聚磷酸銨的聚合度為 > 200。
4.如權利要求3所述的密度板阻燃防黴劑，其特徵在於，所述聚磷酸銨的聚合度為 600 800。
5.如權利要求1或2所述的密度板阻燃防黴劑，其特徵在於，所述的三氧化二銻為立方體晶型，粒徑為0. 3 Ιμπι。
6.權利要求1-5任一項所述B-P-Sb-Si系密度板阻燃防黴劑的製備方法，步驟如下 將硼酸鈉在60 70°C之間烘乾5 6小時，然後與有機矽季銨鹽的40%乙醇溶液混合，攪拌10 20min，使之混合均勻，放置10 15小時；再加入聚磷酸銨和三氧化二銻，攪拌25 30min,即得。
7.權利要求1-5任一項所述密度板阻燃防黴劑在製備阻燃防黴密度板中的應用，方法如下以密度板原料絕幹木材質量為基準計，將所述密度板阻燃防黴劑4 6wt%加入到經水洗熱磨得到的纖維中，攪拌使纖維和阻燃防黴劑混合均勻，然後經噴膠、鋪裝、熱壓、截斷、冷卻工序，得到阻燃防黴密度板。
8.如權利要求7所述的應用，其特徵在於，所述密度板中阻燃劑添加量為密度板原料絕幹木材質量的5. 8wt%。
9.如權利要求7所述的應用，其特徵在於，所述密度板的熱壓溫度150 300°C。
全文摘要
本發明涉及一種B-P-Sb-Si系密度板阻燃防黴劑及其製備方法與應用。所述密度板阻燃防黴劑原料質量份為硼酸鈉40～100份；聚磷酸銨30～80份；三氧化二銻30～60份；有機矽季銨鹽6～30份。應用時B-P-Sb-Si系密度板阻燃防黴劑添加量為密度板原料絕幹木材質量的4～6％。利用本發明所述B-P-Sb-Si系密度板阻燃防黴劑製得的阻燃防黴密度板燃燒氧指數均超過40.0％，可達到建築裝修材料燃燒性能B1級標準，符合消防法要求。
文檔編號B27N1/00GK102303344SQ20111018627
公開日2012年1月4日 申請日期2011年7月5日 優先權日2011年7月5日
發明者劉華飛, 劉少傑, 劉淵, 向禮, 遲衛東 申請人:山東大學