本發(fā)明涉及阻燃高強(qiáng)板材，具體地，涉及一種單板基層疊阻燃強(qiáng)韌材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、木材在建筑、交通運(yùn)輸、家具及室內(nèi)裝修等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，但其可燃性易帶來火災(zāi)隱患，造成人員傷亡及財產(chǎn)損失，采用合適的阻燃劑處理木材對進(jìn)一步拓寬木材使用范圍、維護(hù)人民財產(chǎn)安全、保證國民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長具有重要的意義。

2、為提高木材類材料的阻燃性能，通常需要對其進(jìn)行阻燃處理。在最后加工成型的木材及其制品表面涂覆如多溴聯(lián)苯、紅磷、三氧化二銻等阻燃劑或阻燃涂料是有效的阻燃處理方法，或者在木材表面黏貼不燃性物質(zhì)，通過保護(hù)層也能達(dá)到隔熱隔氧的阻燃目的。表面涂覆的優(yōu)點(diǎn)是對木材的物理力學(xué)性能影響較小，操作方便，設(shè)備簡單，但缺點(diǎn)是一旦保護(hù)層破損，阻燃性能隨即消失，另外多溴聯(lián)苯、紅磷、三氧化二銻等阻燃劑還存在環(huán)境污染以及可能影響材料的機(jī)械性能的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述經(jīng)傳統(tǒng)阻燃劑處理的木材在阻燃性、機(jī)械強(qiáng)度差的問題，本發(fā)明提供了一種單板基層疊阻燃強(qiáng)韌材料及其制備方法和應(yīng)用，該材料兼具阻燃性能和高機(jī)械強(qiáng)度。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供一種單板基層疊阻燃強(qiáng)韌材料的制備方法，其包括如下步驟：

3、s1、將含羥基的無機(jī)阻燃顆粒浸入芳香族二羧酸溶液中，得到改性阻燃顆粒，將改性阻燃顆粒與聚磷酸銨一起加入到海藻酸鈉的溶液中混合均勻，得到預(yù)聚液；

4、s2、將脫木質(zhì)素的輕木單板浸入步驟s1得到的預(yù)聚液中，層層堆疊后浸入到鈣離子溶液中，聚合后進(jìn)行干燥處理形成單板基層疊阻燃強(qiáng)韌材料。

5、本發(fā)明以聚磷酸銨作為阻燃材料，通過對輕木進(jìn)行去木質(zhì)素處理、對含羥基的無機(jī)阻燃顆粒進(jìn)行改性，通過海藻酸鈉和鈣離子聚合，制備出具有優(yōu)異阻燃性能和高機(jī)械強(qiáng)度的材料。制備過程中，通過調(diào)控聚磷酸銨的含量，調(diào)控體系中氨基、羥基、羧基等官能團(tuán)，這些官能團(tuán)可以和組織間形成氫鍵，優(yōu)化材料的阻燃性能和機(jī)械強(qiáng)度。聚磷酸銨在高溫下釋放的酸性氣體與含羥基的無機(jī)阻燃顆粒的屏障作用相結(jié)合，有助于提高復(fù)合材料的阻燃性能。通過加入特定比例的海藻酸鈉與鈣離子交聯(lián)，干燥后形成高強(qiáng)度凝膠結(jié)構(gòu)，凝膠能把含羥基的無機(jī)阻燃顆粒和聚磷酸銨等顆粒均勻地分散在基體中，避免顆粒聚集或分散不均，凝膠有三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)，可以提供更多的支持力，使復(fù)合材料在拉伸或受力時不容易斷裂，提高材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和使用壽命。

6、本發(fā)明的制備方法具有簡單、可持續(xù)的優(yōu)點(diǎn)，制得的阻燃強(qiáng)韌材料兼具高阻燃性、高機(jī)械強(qiáng)度和環(huán)保性、安全性，適用于多種應(yīng)用場景。

7、具體地，步驟s1中，所述含羥基的無機(jī)阻燃顆粒選自高嶺土、膨潤土、鋁土礦中的一種或多種；這一類阻燃顆粒含有羥基，與羧酸的羧基發(fā)生氫鍵作用，形成穩(wěn)定化學(xué)鍵，這類物質(zhì)還有負(fù)電荷基團(tuán)，由于表面的si-o和al-o等帶有一定負(fù)電荷，會和羧酸中的氫離子，發(fā)生電荷作用，增強(qiáng)其與其他成分（如海藻酸鈉、聚磷酸銨等）之間的界面粘結(jié)性。膨潤土具有良好的吸附性和熱穩(wěn)定性，在高溫下能膨脹形成隔熱層，從而起到阻燃作用。它在高溫下的表現(xiàn)與高嶺土相似，且具有較好的成本效益。鋁土礦中含有較高的鋁氧化物（al2o3），其熱穩(wěn)定性較高，它不僅能夠提高材料的熱穩(wěn)定性，還能在燃燒時形成氧化鋁層，進(jìn)一步隔離火源，增強(qiáng)阻燃效果。

8、所述芳香族二羧酸選自鄰苯二甲酸、對苯二甲酸、間苯二甲酸中的一種或多種。

9、具體地，步驟s1中，所述含羥基的無機(jī)阻燃顆粒與所述芳香族二羧酸的質(zhì)量比為1：（1~1.2），浸泡時間為20~24小時。

10、芳香族二羧酸具有羧酸基團(tuán)（-cooh），羧酸根中的氧原子與含羥基的無機(jī)阻燃顆粒表面上的氫原子形成了共價成分較多的氫鍵，增強(qiáng)兩者的化學(xué)親和力，羧酸根離子可以穩(wěn)定地吸附在含羥基的無機(jī)阻燃顆粒表面，然后通過氫鍵和靜電力，能夠增強(qiáng)含羥基的無機(jī)阻燃顆粒與其他成分（如海藻酸鈉、聚磷酸銨等）之間的界面粘結(jié)性。

11、通過對含羥基的無機(jī)阻燃顆粒進(jìn)行改性，芳香族二羧酸的作用是添加有機(jī)修飾層，能夠在一定程度上提升其熱穩(wěn)定性和在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性，間接改善材料的阻燃性能，與海藻酸鈉和聚磷酸銨形成較強(qiáng)的界面結(jié)合力，增強(qiáng)了復(fù)合材料的整體強(qiáng)度和韌性。

12、優(yōu)選地，所述芳香族二羧酸溶液中芳香族二羧酸的濃度為10~20?g/150ml乙醇。

13、優(yōu)選地，步驟s1中，改性阻燃顆粒、聚磷酸銨與海藻酸鈉的質(zhì)量比為（1~1.5）：（1~1.5）：（1.5~2）。

14、具體地，步驟s2中，脫木質(zhì)素的輕木單板的制備方法為：將輕木單板浸泡在氫氧化鈉和亞硫酸鈉的混合溶液中3~4小時后，再在50~60℃的亞氯酸鈉和醋酸的混合溶液中浸泡2~3小時。

15、輕木脫木質(zhì)素可以擴(kuò)大輕木內(nèi)部空隙，有利于凝膠預(yù)聚液滲透填充孔隙。

16、優(yōu)選地，所述氫氧化鈉和亞硫酸鈉的混合溶液中氫氧化鈉濃度為10?~15?wt%，亞硫酸鈉濃度為5~6?wt%；所述亞氯酸鈉和醋酸的混合溶液中亞氯酸鈉濃度為1~1.5?wt%，醋酸濃度為0.01~0.02?wt%。

17、具體地，步驟s2中，層層堆疊的輕木浸入預(yù)聚液中的時間為1~2小時。

18、優(yōu)選地，步驟s2中，所述鈣離子溶液為氯化鈣溶液，氯化鈣濃度為0.5?wt%。

19、本發(fā)明第二方面提供上述的制備方法制得的單板基層疊阻燃強(qiáng)韌材料。

20、本發(fā)明第三方面提供上述的單板基層疊阻燃強(qiáng)韌材料在制備建筑材料、家具材料和交通工具內(nèi)飾材料中的應(yīng)用。

21、通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了以下有益效果：

22、1、本發(fā)明以聚磷酸銨作為阻燃材料，通過對輕木進(jìn)行去木質(zhì)素處理、對含羥基的無機(jī)阻燃顆粒進(jìn)行羧酸改性，通過海藻酸鈉和鈣離子聚合，制備出具有優(yōu)異阻燃性能和高機(jī)械強(qiáng)度的材料。制備過程中，通過調(diào)控聚磷酸銨的含量，調(diào)控體系中氨基、羥基、羧基等官能團(tuán)，這些官能團(tuán)可以和組織間形成氫鍵，優(yōu)化材料的阻燃性能和機(jī)械強(qiáng)度。通過加入特定比例的海藻酸鈉與鈣離子交聯(lián)，干燥后形成高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，提高材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和使用壽命。

23、2、本發(fā)明通過對輕木進(jìn)行脫木質(zhì)素處理，可以擴(kuò)大輕木內(nèi)部空隙，有利于凝膠預(yù)聚液滲透填充孔隙，提高材料機(jī)械強(qiáng)度和阻燃性能。

24、3、本發(fā)明對含羥基的無機(jī)阻燃顆粒進(jìn)行改性，引入羧基，可大大提高含羥基的無機(jī)阻燃顆粒的分散性，加強(qiáng)含羥基的無機(jī)阻燃顆粒與海藻酸鈉的氫鍵作用，提高機(jī)械強(qiáng)度。

25、4、本發(fā)明制得的阻燃高強(qiáng)板材料適用于建筑材料、家具材料和交通工具內(nèi)飾材料等領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種單板基層疊阻燃強(qiáng)韌材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述含羥基的無機(jī)阻燃顆粒選自高嶺土、膨潤土、鋁土礦中的一種或多種；所述芳香族二羧酸選自鄰苯二甲酸、對苯二甲酸、間苯二甲酸中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述含羥基的無機(jī)阻燃顆粒與所述芳香族二羧酸的質(zhì)量比為1：（1~1.2），浸泡時間為20~24小時。

4.?根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述芳香族二羧酸溶液中芳香族二羧酸的濃度為10~20?g/150ml乙醇。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，改性阻燃顆粒、聚磷酸銨與海藻酸鈉的質(zhì)量比為（1~1.5）：（1~1.5）：（1.5~2）。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，脫木質(zhì)素的輕木單板的制備方法為：將輕木單板浸泡在氫氧化鈉和亞硫酸鈉的混合溶液中3~4小時后，再在50~60℃的亞氯酸鈉和醋酸的混合溶液中浸泡2~3小時。

7.?根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述氫氧化鈉和亞硫酸鈉的混合溶液中氫氧化鈉濃度為10~15?wt%，亞硫酸鈉濃度為5~6?wt%；所述亞氯酸鈉和醋酸的混合溶液中亞氯酸鈉濃度為1~1.5?wt%，醋酸濃度為0.01~0.02?wt%。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，層層堆疊的輕木浸入預(yù)聚液中的時間為1~2小時。

9.權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的制備方法制得的單板基層疊阻燃強(qiáng)韌材料。

10.權(quán)利要求9所述的單板基層疊阻燃強(qiáng)韌材料在制備建筑材料、家具材料和交通工具內(nèi)飾材料中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種單板基層疊阻燃強(qiáng)韌材料及其制備方法和應(yīng)用，制備方法包括如下步驟：將含羥基的無機(jī)阻燃顆粒浸入芳香族二羧酸溶液中，得到改性阻燃顆粒，將改性阻燃顆粒與聚磷酸銨一起加入到海藻酸鈉的溶液中混合均勻，得到預(yù)聚液；S2、將脫木質(zhì)素的輕木單板浸入步驟S1得到的預(yù)聚液中，層層堆疊后浸入到鈣離子溶液中，聚合后進(jìn)行干燥處理，形成單板基層疊阻燃強(qiáng)韌材料。本發(fā)明以聚磷酸銨作為阻燃材料，通過對輕木進(jìn)行脫木質(zhì)素處理、對含羥基的無機(jī)阻燃顆粒進(jìn)行羧酸改性，通過海藻酸鈉和鈣離子聚合，制備出具有優(yōu)異阻燃性能和高機(jī)械強(qiáng)度的材料。

技術(shù)研發(fā)人員：孫慶豐,葉澤煒,虞皓夢,沈曉萍,梁佳鈺
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江農(nóng)林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2