專利名稱：木材阻燃劑的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種阻燃劑的合成方法。
用磷酸氫二銨、磷酸二氫銨等水溶性無機(jī)鹽類對木材進(jìn)行阻燃處理是木材處理工業(yè)的常用方法，近年來仍不斷有新研究成果發(fā)表(WO96 00,763、CN1,093,393)。這類阻燃劑的優(yōu)點(diǎn)是阻燃性較好、毒性小及成本較低，但是具有易被水瀝出、處理材吸濕性大且易反霜、腐蝕金屬器件等嚴(yán)重缺點(diǎn)，因而應(yīng)用受到限制。為了提高抗瀝出性能和降低吸濕性，許多研究者開展了以低聚合度氨基化合物一醛類縮聚產(chǎn)物的磷酸鹽作為木材阻燃劑的研究工作。然而，雖然此類阻燃劑的抗瀝出性和吸濕性有明顯改善，但是由于需要較高的固化溫度而降低了本材的強(qiáng)度。
近年來發(fā)現(xiàn)，不僅磷和氮元素間有阻燃協(xié)同作用，而且磷、氮和硼三元素之間亦存在明顯的阻燃協(xié)同作用。利用阻燃協(xié)同作用，通過設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)淖枞俭w系，可以在降低藥劑用量的情況下提高阻燃性能。William J.Oberley(US 4,373,010)發(fā)明了一種由雙氰胺、磷酸、硼酸和水在溫度為70℃至90℃下的不完全反應(yīng)產(chǎn)物所構(gòu)成的阻燃劑，其阻燃性好，吸濕性較銨鹽類阻燃劑明顯降低。但是，為了防止或減少不溶性物質(zhì)的生成，該發(fā)明要求反應(yīng)原料中雙氰胺和磷酸不能完全轉(zhuǎn)化，而必須有5％至20％的剩余。這樣一方面因反應(yīng)程度不易準(zhǔn)確控制而造成各批次產(chǎn)品的組成不同、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，另一方面存在不能充分而有效地利用原料的缺點(diǎn)。此外，由于磷酸未徹底反應(yīng)，產(chǎn)品的酸性較大，造成處理后的木材在干燥的過程中因發(fā)生酸催化降解而劣化。
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于木材及其它纖維素類材料的高效低毒阻燃劑的合成方法，克服已有方法之缺點(diǎn)和不足。
本發(fā)明的基本構(gòu)思是，使雙氰胺、磷酸和水(水作為反應(yīng)物和溶劑)在溫度為90℃至120℃下完全反應(yīng)生成脒基脲磷酸鹽，反應(yīng)產(chǎn)物溶液經(jīng)結(jié)晶過濾分離或減壓濃縮干燥等分離方法分離制得脒基脲磷酸鹽固體產(chǎn)物，濾液或冷凝水可回收循環(huán)使用；將脒基脲磷酸鹽與硼酸混合均勻即得到阻燃劑產(chǎn)品。物料的摩爾比為雙氰胺∶磷酸∶水=1∶(1.0至1.2)∶(6至200)；脒基脲磷酸鹽∶硼酸=1∶(0.35至2.2)。
將本發(fā)明合成的固體阻燃劑溶于水中配制成適當(dāng)濃度的溶液，即可作為木材或其它纖維素材料的處理液使用。根據(jù)材料加工工藝的特點(diǎn)，也可將本發(fā)明合成的阻燃劑混于膠料中或作為粉狀添加劑用于木質(zhì)人造板或其它纖維素類材料的加工。
在不存在長期儲存或遠(yuǎn)距離運(yùn)輸問題的情況下，也可方便地直接合成液體狀態(tài)的阻燃劑產(chǎn)品。即，反應(yīng)完成后得到的脒基脲磷酸鹽溶液不必經(jīng)過分離，而直接加入硼酸，溶解，稀釋至適當(dāng)濃度后備用。
本發(fā)明解決了雙氰胺與磷酸在水溶液中反應(yīng)易生成不溶性物質(zhì)的難題，使原料完全轉(zhuǎn)化而得到高產(chǎn)率、質(zhì)量穩(wěn)定的脒基脲磷酸鹽，保證了阻燃劑產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定可靠，整個(gè)工藝過程不排放污染物。
由于硼化合物有抗真菌和殺白蟻性質(zhì)，本發(fā)明所合成的阻燃劑不僅阻燃性高而且賦予被處理材料一定的防腐和抗白蟻能力，并且毒性甚低，使用安全。
下面以三個(gè)實(shí)例說明本發(fā)明的內(nèi)容。
實(shí)施例1在250ml四口圓底燒瓶上安裝溫度計(jì)、攪拌裝置、回流冷凝管和滴液漏斗，加入42.1g雙氰胺和80ml水，加熱至100℃后，在攪拌下由滴液漏斗滴加85％磷酸57.7g，于溫度為100℃至120℃下反應(yīng)至雙氰胺完全轉(zhuǎn)化，反應(yīng)終點(diǎn)的判定可根據(jù)PH值的變化或用紅外光譜法。待反應(yīng)完成后，冷卻，結(jié)晶，過濾并以10ml冷水洗滌，于溫度為80℃至100℃下干燥。得白色粉末狀脒基脲磷酸鹽產(chǎn)品74g，摩爾產(chǎn)率74％。
將1摩爾脒基脲磷酸鹽與1.2摩爾硼酸混合均勻，得固體阻燃劑產(chǎn)品。
制備木材處理液時(shí)，將本發(fā)明合成的固體阻燃劑溶解于水中配制成濃度為8％(重量)澄清的無色透明溶液，PH值約4.5。
合成的脒基脲磷酸鹽產(chǎn)品的紅外光譜圖中，在2100至2200波數(shù)處無氰基(-CN)的特征吸收峰(原料雙氰胺在此波數(shù)有強(qiáng)吸收)，表明產(chǎn)品中不含雙氰胺。將合成的脒基脲磷酸鹽產(chǎn)品與過量石灰水反應(yīng)使磷酸根以鈣鹽的形式被徹底沉淀下來，過濾。濾液用稀硫酸中和使脒基脲轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，然后濃縮，結(jié)晶，分離，干燥。合成的脒基脲磷酸鹽的紅外光譜圖與標(biāo)準(zhǔn)樣品的Sadtler標(biāo)準(zhǔn)譜圖完全相符，說明產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)正確。
實(shí)施例2除以實(shí)施例1中合成脒基脲磷酸鹽所產(chǎn)生的濾液代替80ml水外，重復(fù)實(shí)施例1所述的脒基脲磷酸鹽合成實(shí)驗(yàn)，實(shí)得脒基脲磷酸鹽產(chǎn)品92.0g，摩爾產(chǎn)率92.0％。再依次以前次實(shí)驗(yàn)的濾液代替水進(jìn)行六次循環(huán)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，脒基脲磷酸鹽的摩爾產(chǎn)率依次是99.5％、95.5％、100.2％、97.8％、99.0％和98.0％。
上述七次重復(fù)實(shí)驗(yàn)脒基脲磷酸鹽產(chǎn)品的紅外光譜與實(shí)施例1的產(chǎn)品譜圖相符。分別將0.5g各實(shí)驗(yàn)所得的脒基脲磷酸鹽樣品溶解于4.5g蒸餾水中，得到濃度為10％澄清的無色透明溶液?？梢?，濾液可循環(huán)使用。
實(shí)施例3在1000ml四口圓底燒瓶上安裝溫度計(jì)、攪拌裝置、回流冷凝管和滴液漏斗，加入42.04g雙氰胺和200ml水，加熱至100℃后，在攪拌下由滴液漏斗中滴加85％磷酸57.7g，于溫度為100℃至120℃下反應(yīng)至雙氰胺完全轉(zhuǎn)化為脒基脲磷酸鹽，停止加熱。加入30.9g硼酸和533ml水，溶解后冷卻至室溫，得濃度為15％(重量)的液體阻燃劑，PH值3.0。使用時(shí)，可根據(jù)需要以水稀釋至適當(dāng)濃度的木材處理液。
權(quán)利要求
1.一類用于木材及其它纖維素類材料的阻燃劑合成方法，主要采用雙氰胺、磷酸、硼酸和水為原料，其特征是雙氰胺、磷酸和水在反應(yīng)溫度為90℃至120℃下反應(yīng)合成脒基脲磷酸鹽，然后由脒基脲磷酸鹽和硼酸復(fù)配制得阻燃劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻燃劑合成方法，其特征是脒基脲磷酸鹽對硼酸的摩爾比為1∶(0.3至2.2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻燃劑合成方法，其特征是雙氰胺磷酸和水的摩爾比為雙氰胺∶磷酸∶水=1∶(1.0至1.2)∶(6至200)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻燃劑合成方法，其特征是合成脒基脲磷酸鹽的反應(yīng)完成后，反應(yīng)混合物可用結(jié)晶、過濾法分離，濾液可回收循環(huán)使用。
全文摘要
一種用于處理木材及其它纖維素材料的阻燃劑合成方法。使用雙氰胺、磷酸和水在90℃至120℃的溫度下反應(yīng),以高產(chǎn)率合成脒基脲磷酸鹽,由脒基脲磷酸鹽與硼酸混合配制得阻燃劑。本發(fā)明所述的阻燃劑不僅阻燃性能優(yōu)良,而且具有防腐、殺白蟻能力,毒性低,吸濕性小,在生產(chǎn)和使用過程中不產(chǎn)生污染物。
文檔編號B27K3/52GK1213603SQ9711835
公開日1999年4月14日 申請日期1997年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月8日
發(fā)明者王清文, 李堅(jiān), 張世潤, 錢學(xué)仁 申請人:東北林業(yè)大學(xué)