專利名稱：B-P-Zn-Si系密度板阻燃防霉劑及其制備與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種密度板阻燃防霉材料，尤其涉及一種含B-P-Zn-Si元素的密度板阻燃防霉劑及其使用方法，屬于化學(xué)材料學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平得到了極大改善，人均住房面積越來(lái)越大，目前我國(guó)居民人均住房建筑面積已超過(guò)30平方米/人。室內(nèi)裝修業(yè)空前繁榮，帶動(dòng)了各種材料的大量消耗。2009年我國(guó)木材的消耗量達(dá)到了 3. 3億立方米，成為世界上僅次于美國(guó)的第二大木材消耗國(guó)。我國(guó)森林資源匱乏，木材嚴(yán)重不足，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場(chǎng)需求。木質(zhì)材料本身有易燃、易變形、易開(kāi)裂的缺點(diǎn)，需要提高綜合性能。作為替代材料之一，密度板應(yīng)運(yùn)而生，它是以木材廢料、樹(shù)技等木質(zhì)纖維或其他植物纖維為原料，施加脲醛樹(shù)脂或其他適用的膠粘劑經(jīng)水洗、熱磨、鋪裝、熱壓(溫度> 150°C )等工序制成的人造板材。密度約為450 900kg/m3。具有質(zhì)地細(xì)密、結(jié)構(gòu)均勻、表面光潔平整、力學(xué)性能好、加工性能優(yōu)異、不易變形、不易開(kāi)裂、使用效率高的特點(diǎn)，一立方米密度板的使用效果相當(dāng)于三 四立方米的木材。大量推廣應(yīng)用密度板，對(duì)提高木質(zhì)材料利用率、緩解我國(guó)木材的緊張狀況、保護(hù)森林資源和生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，具有重要意義。目前我國(guó)已升踞為世界第一大密度板生產(chǎn)國(guó)，2010年產(chǎn)量達(dá)到4000萬(wàn)立方米。密度板作為木質(zhì)人造板，其性質(zhì)本身決定了它有許多缺陷，如易燃燒、易霉變等。 特別是易燃燒性，是火災(zāi)發(fā)生和蔓延的導(dǎo)火索?；馂?zāi)的發(fā)生往往與使用未經(jīng)阻燃處理的易燃物有直接關(guān)系。室內(nèi)火災(zāi)直接危害人民生命和財(cái)產(chǎn)安全，是社會(huì)安全的重大危害之一。根據(jù)世界各國(guó)火災(zāi)統(tǒng)計(jì)資料分析，建筑物火災(zāi)占首位，雖然火災(zāi)起因各不相同，但是其中相當(dāng)一部分造成火勢(shì)擴(kuò)大、人員傷亡的火災(zāi)事故與建筑物內(nèi)裝修使用可燃、易燃材料有直接關(guān)系，使用上述可燃、易燃材料往往造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失?；馂?zāi)嚴(yán)重威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，預(yù)防火災(zāi)刻不容緩。而木質(zhì)材料及其衍生產(chǎn)品的易燃性是引起火災(zāi)或助長(zhǎng)火災(zāi)的主要原因。因此，對(duì)木質(zhì)材料及其衍生產(chǎn)品進(jìn)行阻燃處理，是有效預(yù)防火災(zāi)和防止火災(zāi)蔓延的重要手段。市場(chǎng)上現(xiàn)有阻燃木質(zhì)材料的質(zhì)量和品種不高。主要表現(xiàn)為①阻燃性能不穩(wěn)定； ②阻燃木質(zhì)材料普通吸濕性較大，造成變色霉變，影響外觀質(zhì)量和性能；③由于吸濕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(xiàn)象；④處理木質(zhì)材料的膠合質(zhì)量不夠理想；⑤型材品種少，不能滿足對(duì)型材多樣性的需求。目前市場(chǎng)上實(shí)際使用的阻燃劑品種繁多，主要有有機(jī)類的鹵系、磷系、磷-氮系及無(wú)機(jī)類的鋁系、鎂系、硼系、鉬系、銻系等。其中鹵系(主要是溴系)阻燃劑是目前世界上產(chǎn)量和使用量最大的有機(jī)阻燃劑。由于有機(jī)阻燃劑在火災(zāi)中能產(chǎn)生有毒氣體和濃煙，使火場(chǎng)能見(jiàn)度低，給消防和救護(hù)造成困難，甚至能造成中毒，且價(jià)格較貴，使應(yīng)用受到極大限制， 其中溴系阻燃劑有產(chǎn)生二噁英的可能性，要盡量減少使用。無(wú)機(jī)類阻燃劑具有低吸潮、抗流失、長(zhǎng)效性、低毒、低污染等特點(diǎn)，阻燃處理過(guò)程不污染環(huán)境，處理材料燃燒時(shí)煙氣少，煙氣毒性小，使用壽命長(zhǎng)，價(jià)格適中。單一成分的無(wú)機(jī)阻燃劑難以達(dá)到理想的阻燃效果。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種B-P-Zn-Si系密度板阻燃防霉劑及其制備方法與應(yīng)用。應(yīng)用本發(fā)明阻燃防霉劑制得的阻燃防霉密度板燃燒氧指數(shù)均超過(guò)39. 0%，可達(dá)到建筑裝修材料燃燒性能Bl級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，符合消防法要求。術(shù)語(yǔ)說(shuō)明硼酸鈉，分子式Na2B4O7 · IOH2O,也稱四硼酸鈉。聚磷酸銨，分子式(NH4PO3)n，聚合度(η) > 200。硼酸鋅，分子式2Ζη0 · 3Β203 · 3. 5Η20。有機(jī)硅季銨鹽，分子式[(CH3CH2O)3Si(CH2)3N (CH3)2 (C18H37)]+Cr。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種B-P-Mg-Si系密度板阻燃防霉劑，原料組分如下，均為質(zhì)量份數(shù)硼酸鈉30 90份；聚磷酸銨 30 70份；硼酸鋅20 60份；有機(jī)硅季銨鹽6 20份。所述聚磷酸銨的聚合度11 > 200 ；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述聚磷酸銨的聚合度為600 800。所述硼酸鋅為無(wú)規(guī)則粉末，粒徑2 8 μ m ；進(jìn)一步優(yōu)選的粒徑2 3 μ m。所述有機(jī)硅季銨鹽可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)制備，也可通過(guò)市場(chǎng)購(gòu)買，配制成質(zhì)量比40% 的乙醇溶液加入。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述密度板阻燃防霉劑的原料組分如下，均為質(zhì)量份數(shù)硼酸鈉60份；聚磷酸銨 66份；硼酸鋅60份；有機(jī)硅季銨鹽14份。根據(jù)本發(fā)明，所述密度板阻燃防霉劑的制備方法，步驟如下將硼酸鈉在60 70°C之間烘干5 6小時(shí)，然后與有機(jī)硅季銨鹽的40wt%乙醇溶液混合，攪拌10 20min，使之混合均勻，放置10 15小時(shí)；再依次加入聚磷酸銨和硼酸鋅，攪拌25 30min，即得。根據(jù)本發(fā)明，所述密度板阻燃防霉劑在制備阻燃防霉密度板中的應(yīng)用，方法如下以密度板原料絕干木材質(zhì)量為基準(zhǔn)計(jì)，將本發(fā)明的密度板阻燃防霉劑4 6wt% 加入到經(jīng)水洗熱磨得到的纖維中，攪拌使纖維和阻燃防霉劑混合均勻，然后經(jīng)噴膠、鋪裝、 熱壓、截?cái)?、冷卻工序，得到阻燃防霉密度板。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述密度板中阻燃劑添加量為密度板原料絕干木材質(zhì)量的 6. Owt %。進(jìn)一步優(yōu)選的，后續(xù)熱壓工序中，所述密度板的熱壓溫度150 300°C。
密度板主要原料絕干木材經(jīng)水洗、熱磨等工序后，由于含水率變化、生產(chǎn)線不易計(jì)量等問(wèn)題，因此以最初原料絕干木材的質(zhì)量為基準(zhǔn)計(jì)算配比。所述噴膠、鋪裝、熱壓、截?cái)唷⒗鋮s工序按現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行。密度板生產(chǎn)工藝可參考《潘淑清周玉申高密度纖維板連續(xù)平壓生產(chǎn)線工藝設(shè)計(jì) [J]木材加工機(jī)械2003. (4). 1-8》。該工藝需要在原有生產(chǎn)線的膠黏劑噴槍之前增加阻燃防霉劑噴灑口、計(jì)量裝置、攪拌裝置。本發(fā)明的特點(diǎn)是通過(guò)選擇多種無(wú)機(jī)阻燃劑，利用其不同含水率、失水吸熱、分解吸熱、產(chǎn)生不燃?xì)怏w等作用達(dá)到阻燃目的，以實(shí)現(xiàn)密度板集阻燃和抗菌防霉功能，滿足在各種條件下的密度板防霉和消防阻燃要求。阻燃劑的選擇原則是阻燃效果好、對(duì)環(huán)境友好、與木質(zhì)本體材料相容不沖突、不影響最終產(chǎn)品的貯存和使用、價(jià)格便宜。防霉抗菌劑的選擇原則是高效廣譜、低刺激性、高安全性、與本體材料相容不沖突、不影響最終產(chǎn)品的貯存和使用。本發(fā)明具有如下優(yōu)良效果1、本發(fā)明利用多種阻燃劑協(xié)同作用，將它們適當(dāng)比例混合后使用，提高阻燃效果， 降低阻燃劑用量，同時(shí)也減少了阻燃木質(zhì)材料的物理、力學(xué)性能的損失。硼酸鈉不僅具有一定的防腐殺蟲(chóng)作用；而且，當(dāng)使用溫度達(dá)到100°C起，硼酸鈉開(kāi)始逐步失去結(jié)晶水，降低溫度帶走熱量；當(dāng)使用溫度達(dá)到320°C時(shí)，硼酸鈉失去全部結(jié)晶水；當(dāng)使用溫度達(dá)到741°C，無(wú)水硼酸鈉達(dá)到熔點(diǎn)；1575°C，硼酸鈉達(dá)到沸點(diǎn)，同時(shí)分解。因此在火災(zāi)發(fā)生初期，溫度相對(duì)較低時(shí)(10(TC 320°C)硼酸鈉就逐步失去結(jié)晶水產(chǎn)生水蒸氣，帶走大量熱量，對(duì)抑制火勢(shì)、阻斷可燃空氣、降低氧濃度發(fā)揮很大作用，火勢(shì)較大時(shí) (320°C 741°C )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(shì)很猛時(shí)(741°C 1575°C )通過(guò)溶解吸熱和分解吸熱達(dá)到減緩火勢(shì)的作用。本發(fā)明的另一組分聚磷酸銨具有無(wú)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)；不溶于水，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(yīng)，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(dǎo)熱性差，能隔熱隔氧，減緩火勢(shì)；減緩基材的熱分解。同時(shí)生成揮發(fā)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?zhǔn)椒磻?yīng)。聚磷酸銨分解時(shí)，釋放出氨氣、氮?dú)夂蜕疃鹊趸?，除帶走大量熱量外，還能與空氣中的氧氣反應(yīng)，消耗大量氧氣，稀釋可燃?xì)怏w的濃度。本發(fā)明采用硼酸鋅作為組分之一，無(wú)規(guī)則粉末硼酸鋅具有無(wú)毒、低水溶性、高熱穩(wěn)定性、消煙、比重小、分散性好等特點(diǎn)，添加后明顯減少材料燃燒煙濃度，尤其與三氧化二銻復(fù)配效果明顯。分子中三氧化二硼( )含量為45 48%，氧化鋅(ZnO)含量為 37. 5 40. 0%，能形成無(wú)機(jī)膨脹涂層，可抑制可燃?xì)怏w的產(chǎn)生，阻止氧化反應(yīng)和熱分解反應(yīng)；250 300°C逐步脫結(jié)晶水，當(dāng)溫度高于300°C時(shí)，硼酸鋅熱分解，完全釋放結(jié)晶水，起到吸熱冷卻作用和稀釋空氣中氧氣的作用。熔點(diǎn)980°C。本發(fā)明采用有機(jī)硅季銨鹽[(CH3CH2O) 3Si (CH2) 3N (CH3) 2 (C18H37) ] +C1_作為組分之一， 有機(jī)硅季銨鹽為防霉抗菌成分，具有廣譜高效殺菌效果，安全性高，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明在濃度為 0.01%的有機(jī)硅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、乙肝表面抗原等不能存活，其半致死量LD5tl > 10g/kg;同時(shí)，當(dāng)溫度超過(guò)110°C時(shí)，有機(jī)硅季銨鹽可與本體材料完全反應(yīng)形成牢固結(jié)合，不會(huì)流失；燃燒后形成SiO2覆蓋在材料表面上，可部分阻斷與火焰的接觸，沒(méi)有二次污染。2、本發(fā)明所述密度板阻燃防霉劑制備方法中，先將有機(jī)硅季銨鹽與阻燃劑硼酸鈉混合，放置10小時(shí)以上，可使二者充分結(jié)合，再與其他固體材料混合，可以防止有機(jī)硅季銨鹽水解，提高混合均勻度，保證防霉效果。
3、本發(fā)明所述應(yīng)用中，先將含B-P-Zn-Si元素的密度板阻燃防霉劑與經(jīng)水洗熱磨得到的纖維混合，攪拌使其混合均勻。不僅提高了阻燃防霉劑的分散均勻度，而且減少了與粘合劑接觸的的機(jī)會(huì)，保證了阻燃防霉效果。4、應(yīng)用本發(fā)明阻燃防霉劑制備的阻燃防霉密度板的阻燃防霉性能大幅提高，燃燒氧指數(shù)可達(dá)39%以上，材料表面對(duì)大腸桿菌、革蘭氏菌、金黃葡萄球菌、枯草桿菌、淋球菌、 乙肝表面抗原等具有明顯的抑制和殺滅作用。5、本發(fā)明在添加阻燃劑和防霉抗菌劑后，密度板抗沖擊強(qiáng)度有不同程度的提高； 同時(shí)，還具有防蟲(chóng)、防腐、尺寸穩(wěn)定等特性。6、應(yīng)用本發(fā)明阻燃防霉劑制備的阻燃防霉密度板的機(jī)械加工性能不變，阻燃劑的酸堿性對(duì)木質(zhì)材料損傷侵蝕最小，不改變木質(zhì)材料的優(yōu)良特性；含B-P-Zn-Si元素的密度板阻燃防霉劑添加量?jī)H為密度板原料絕干木材質(zhì)量的4 6%，成本增加不多，經(jīng)濟(jì)效益明
Mo
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，但本發(fā)明所保護(hù)范圍不限于此。實(shí)施例中所用原料如下有機(jī)硅季銨鹽購(gòu)自濟(jì)南硅誠(chéng)信化工有限公司，型號(hào)STU_AM101，含量40%乙醇溶液。聚磷酸銨為濟(jì)南金盈泰化工有限公司產(chǎn)品，型號(hào)盈泰優(yōu)，聚合度600 800。硼酸鋅為濟(jì)南金盈泰化工有限公司產(chǎn)品，型號(hào)盈泰優(yōu)無(wú)規(guī)則粉末，粒徑2 3 μ m0硼酸鈉(Na2B4O7· IOH2O)工業(yè)級(jí)。實(shí)施例1、一種B-P-Zn-Sb-Si系密度板阻燃防霉劑，原料組分如下硼酸鈉(Na2B4O7· IOH2O) 60 千克；聚磷酸銨((NH4PO3)n)66 千克；硼酸鋅(2Ζη0· 3Β203 · 3. 5H20) 60 千克；有機(jī)硅季銨鹽40%乙醇溶液35千克，其中有機(jī)硅季銨鹽含量為14千克。制備方法，步驟如下將硼酸鈉60 70°C之間烘干6小時(shí)，然后與有機(jī)硅季銨鹽的40wt%乙醇溶液混合，攪拌20min，使之混合均勻，放置12小時(shí)，再分別加入聚磷酸銨和硼酸鋅，攪拌30min，即得。本實(shí)施例的密度板阻燃防霉劑的應(yīng)用利用本實(shí)施例的密度板阻燃防霉劑，制備阻燃防霉密度板1A、1B、1C，步驟如下
將200千克本實(shí)施例制備的密度板阻燃防霉劑分別加入到用3100千克、3800千克、4800千克絕干木材經(jīng)水洗熱磨得到的合格纖維中，攪拌30min，使纖維和阻燃防霉劑混合均勻后再送往噴膠系統(tǒng)，然后進(jìn)行鋪裝、20(TC熱壓、截?cái)?、冷卻，分別得到阻燃防霉密度板1A、1B、1C。密度板生產(chǎn)工藝可參考《潘淑清周玉申高密度纖維板連續(xù)平壓生產(chǎn)線工藝設(shè)計(jì)[J]木材加工機(jī)械2003. (4). 1-8》。該工藝需要在原有生產(chǎn)線的膠黏劑噴槍之前增加阻燃防霉劑噴灑口，并附帶計(jì)量裝置。普通對(duì)比板的制備除不添加阻燃防霉劑，其他方法與阻燃防霉密度板生產(chǎn)步驟和工藝條件完全相同。

所得阻燃防霉密度板和普通對(duì)比板同時(shí)按照國(guó)標(biāo)GB/T2406-1993測(cè)試氧指數(shù) (LOI)，氧指數(shù)均> 39. 0%?？咕烂箤?shí)驗(yàn)、抗沖擊強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)和錐形量熱儀(CONE)法實(shí)驗(yàn)均表明阻燃防霉密度板阻燃防霉性能大大提高。阻燃防霉密度板達(dá)到建筑裝修材料燃燒性能Bl級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。所得密度板氧指數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表1普通對(duì)比板和阻燃防霉板氧指數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種B-P-Zn-Si系密度板阻燃防霉劑，原料組分如下，均為質(zhì)量份數(shù) 一種B-P-Mg-Si系密度板阻燃防霉劑，原料組分如下，均為質(zhì)量份數(shù) 硼酸鈉，分子式Na2B4O7 · IOH2O, 30 90份；聚磷酸銨，分子式(NH4PO3)n，聚合度η > 200,30 - 70份；硼酸鋅，分子式2Ζη0 · 3Β203 · 3. 5Η20, 20 60份；有機(jī)硅季銨鹽，分子式[(CH3CH2O)3Si(CH2)3N(CH3)2(C18H37)TCr, 6 20 份。
2.如權(quán)利要求1所述的密度板阻燃防霉劑，其特征在于，原料組分如下，均為質(zhì)量份數(shù)硼酸鈉60份；聚磷酸銨66份；硼酸鋅60份；有機(jī)硅季銨鹽14份。
3.如權(quán)利要求1或2所述的密度板阻燃防霉劑，其特征在于，所述聚磷酸銨的聚合度為 600 800。
4.如權(quán)利要求1或2所述的密度板阻燃防霉劑，其特征在于，所述的硼酸鋅為無(wú)規(guī)則粉末，粒徑為2 8μπι。
5.如權(quán)利要求1或4所述的密度板阻燃防霉劑，其特征在于，所述的硼酸鋅粒徑為2 3 μ m0
6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述B-P-Zn-Si系密度板阻燃防霉劑的制備方法，步驟如下 將硼酸鈉在60 70°C之間烘干5 6小時(shí)，然后與有機(jī)硅季銨鹽的40wt%乙醇溶液混合，攪拌10 20min，使之混合均勻，放置10 15小時(shí)；再加入聚磷酸銨和硼酸鋅，攪拌 25 30min,即得。
7.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述密度板阻燃防霉劑在制備阻燃防霉密度板中的應(yīng)用，方法如下以密度板原料絕干木材質(zhì)量為基準(zhǔn)計(jì)，將所述的密度板阻燃防霉劑4 6wt%加入到經(jīng)水洗熱磨得到的纖維中，攪拌使纖維和阻燃防霉劑混合均勻，然后經(jīng)噴膠、鋪裝、熱壓、截?cái)唷⒗鋮s工序，得到阻燃防霉密度板。
8.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，所述密度板中阻燃劑添加量為密度板原料絕干木材質(zhì)量的6. Owt %。
9.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，所述熱壓的溫度為150 300°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種B-P-Zn-Si系密度板阻燃防霉劑及其制備方法與應(yīng)用。所述密度板阻燃防霉劑，原料質(zhì)量份為硼酸鈉30～90份；聚磷酸銨30～70份；硼酸鋅20～60份；有機(jī)硅季銨鹽6～20份。本發(fā)明B-P-Zn-Si系密度板阻燃防霉劑應(yīng)用時(shí)的添加量為密度板原料絕干木材質(zhì)量的4～6％。利用本發(fā)明密度板阻燃防霉劑制得的阻燃防霉密度板燃燒氧指數(shù)均超過(guò)39.0％，可達(dá)到建筑裝修材料燃燒性能B1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，符合消防法要求。
文檔編號(hào)B27N1/00GK102303345SQ201110186279
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者劉少杰, 孟慶亮, 董曉旭, 遲衛(wèi)東, 馬朦朦 申請(qǐng)人:山東大學(xué)