一种水溶性膨胀型木材阻燃剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种水性膨胀型木材阻燃剂的合成及其制备方法，属于化工技术领 域。
【背景技术】
[0002] 近年来，家装行业蓬勃发展，木质家具越来越受到群众的欢迎，在家居装饰中占有 很高的份额。据中商产业研宄院数据库（AskCIData)最新数据显示：2014年我国木质家具 总产量26345. 01万件，同比增长11%。但在这同时，木材的易燃性，带来的室内火灾隐患， 是危及人民群众生命财产安全的严峻问题。中国每年火灾死亡人数惊人，据统计，我国火灾 年平均损失近200亿元，并有2300多民众伤亡，可见木材的阻燃处理显得尤为重要。
[0003] 基于木材的结构、性质和应用特点，木材阻燃剂主要由含有磷、氮、硼和卤素的化 合物或混合物组成，而由于含卤素的阻燃剂在燃烧时产生强腐蚀性有毒的卤化氢等气体， 同时往往烟密度较大，故而近年来含卤的阻燃剂研宄和应用逐渐减少，含有磷、氮、硼元素 的阻燃剂是木材阻燃剂的主体。
[0004] 而这些阻燃剂又可分为无机和有机的两大类。其中，无机阻燃剂多是小分子物质， 在使用过程中容易析出，而影响其使用效果，因而有机阻燃剂且污染小的膨胀型阻燃剂应 运而生，将膨胀型阻燃剂的酸源，气源以及碳源，三种结构三位一体，制备出有一定分子量 的膨胀型阻燃剂就能很好的解决易析出的问题。
[0005] 目前，就木材阻燃剂的研宄方向是以合成一定分子量的膨胀型阻燃剂来防止其浸 渍后的反霜并赋予木材阻燃性能。公开号为101982305A的专利，是一种磷酸盐木材阻燃剂 制备方法及用该阻燃剂处理木材的方法。其木材阻燃效果优异，氧指数得到有效的提高， 但阻燃剂的PH较低，木材的尺寸稳定性会有所降低，且其工艺中需要有机溶剂溶解该阻燃 剂，这样对环境也会有一定的污染。
[0006][0007] 虽然早先研宄的木材阻燃剂赋予了木材一定的阻燃性能，但是为了实现阻燃的协 同作用，后加入的小分子物质还是会在烘干的过程中析出。而具有一定分子量的常见三元 共聚膨胀型阻燃剂水溶性较差，造成浸渍的困难，如以有机溶剂溶解该类阻燃剂，会造成成 本升高且环境污染。此外，该类阻燃剂pH较低，会对木材本身的物理性能造成损害。本发 明制备的水溶性膨胀型木材阻燃剂，将酸源气源碳源合成三元共聚体赋予阻燃剂一定的分 子量且具有良好的水溶性，同时降低了阻燃剂的析出以及酸性，能够有效的应用于木材的 阻燃而不损害其物理性能。
【发明内容】
[0008] 本发明涉及一种水性膨胀型木材阻燃剂及其制备方法，该阻燃剂是由一种水溶性 三元共聚体和三聚氰胺甲醛预聚体复配而成。三元共聚体主要由碳源，气源，酸源共聚而 成。三聚氰胺甲醛预聚体是由一定摩尔比的三聚氰胺和甲醛在一定温度及PH环境下合成。 该水溶性三元共聚体与三聚氰胺甲醛预聚体复配，制成所需浓度的阻燃液后将木材进行浸 渍。在燃烧过程中，水溶性三元共聚体催化成碳，并膨胀成型，阻断可燃气体和热量。三聚 氰胺甲醛预聚体在浸渍过程中在木材表面发生缩聚反应，将浸渍到木材中的该水性膨胀型 木材阻燃剂"锁"在其中，防止其反霜，并可补充一定的碳源。较传统木材阻燃剂，本阻燃剂 具有pH高，水溶性好，样品负载率高，阻燃效果优异等特点。测试样品，最大负载量可高达 44. 0%，氧指数31. 8%，烟密度5. 85。
[0009] -种水性膨胀型木材阻燃剂，其特征在于：由一种水溶性三元共聚体和三聚氰 胺甲醛预聚体复配制得，水溶性三元共聚体包括碳源、气源、酸源和溶剂；其中碳源由 100-250重量份、酸源为磷酸200重量份、气源为120~360重量份，溶剂560~1400重量 份。三聚氰胺甲醛预聚体中三聚氰胺和甲醛摩尔比为1:3~1:5。取该水溶性三元共聚体 和三聚氰胺甲醛预聚体按照质量比1:3~1:5复配，配制成水溶液。
[0010] 水溶性三元预聚体的碳源物质为新戊二醇，季戊四醇或双季戊四醇之一，气源由 1，4- 丁二胺，1，3-丙二胺或乙二胺之一，酸源为磷酸，溶剂为乙二醇，水或丙醇之一。
[0011] 所述的水溶性膨胀型木材阻燃剂的制备方法，其特征在于：水溶性三元共聚体制 备方法如下：
[0012] 1)将100~250重量份的碳源和200重量份的磷酸置于容器中，80-120度油浴， 同时将120~360重量份的气源加入溶剂配制气源质量含量为30%某溶剂溶液；
[0013] 2)当容器中呈现淡黄色时，将温度降低至70度，加入剩余280~560重量份溶剂 稀释
[0014] 3)滴加质量百分含量为30%的气源的某溶剂溶液到磷酸和碳源反应的容器中；
[0015] 4)滴加完毕后，将反应温度再度调至80~120度，在该温度下反应1. 5~3小时
[0016] 5)反应结束后，自然降温析出该膨胀型阻燃剂的晶体；
[0017] 6)抽滤，干燥24h，得到水溶性三元预聚体；
[0018] 三聚氰胺甲醛预聚体的制备方法如下：
[0019] 三聚氰胺甲醛预聚体是摩尔比为1:3~1:5三聚氰胺与甲醛在pH 7. 5~8. 5的 环境下80度反应7. 5~15min后，停止反应，补三乙醇胺将pH调至9,冷却至室温。
[0020] 取该水溶性三元共聚体和三聚氰胺甲醛预聚体按照质量比1:3~1:5复配，配制 成水溶液。
【附图说明】
[0021] 图1水溶性三元共聚体的FTIR图
[0022] 图2水溶性三元共聚体的SEM图
【具体实施方式】
[0023] 实施例1
[0024] 水溶性膨胀型木材阻燃剂，三元共聚体的制备：将150g的碳源新戊二醇与200g的 磷酸置于容器中，搅拌，100度油浴。同时将120g气源乙二胺加入溶剂配制气源质量含量为 30 %溶剂溶液。当容器中呈现淡黄色时，将温度降低至70度，加入280g溶剂稀释。滴加质 量百分含量为30 %的气源的溶剂溶液到磷酸和碳源新戊二醇反应的反应容器中。滴加完毕 后，将反应温度再度调至100度油浴反应2h。该例子用的溶剂为水。反应结束后自然降温 析出该膨胀型阻燃剂晶体，抽滤，干燥24h，得到水溶性三元预聚体。
[0025] 三聚氰胺甲醛预聚体的制备：
[0026] 将摩尔比为1:3的三聚氰胺与甲醛在pH 8. 5反应，温度80度下反应10min后，停 止反应，补三乙醇胺将pH调至9,冷却至室温。
[0027] 氧指数样条制备方法：取该水溶性三元共聚体和三聚氰胺甲醛预聚体按照质量 比1:3复配，配制成阻燃剂350g/L的水溶液，将10片130mmX13mmX2mm木材样条浸渍于 600mL该阻燃剂水溶液中，80度12h，取出置于100度恒温干燥箱烘干至恒重。
[0028] 烟密度样品制备方法：取该水溶性三元共聚体和三聚氰胺甲醛预聚体按照质量比 1:3复配，配制成阻燃剂350g/L的水溶液，将30片25mmX 25mmX 2mm木材样块浸渍于600mL 该阻燃剂水溶液中，80度12h，取出置于100度恒温干燥箱烘干至恒重。
[0029] 实施例2
[0030] 本实施方式水溶性膨胀型木材阻燃剂三元共聚体的制备方法中碳源量变为新戊 二醇l〇〇g，其他与实施例1相同
[0031] 实施例3
[0032] 本实施方式水溶性膨胀型木材阻燃剂三元共聚体的制备方法中碳源替换成新戊 二醇250g，其他与实施例1相同
[0033] 实施例4
[0034] 本实施方式水溶性膨胀型木材阻燃剂三元共聚体的制备方法中碳源替换成季戊 四醇l〇〇g，其他与实施例1相同
[0035] 实施例5
[0036] 本实施方式水溶性膨胀型木材阻燃剂三元共聚体的制备方法中碳源替换成季戊 四醇150g，其他与实施例1相同
[0037] 实施例6
[0038] 本实施方式水溶性膨胀型木材阻燃剂的三元共聚体制备方法中碳源替换成季戊 四醇250g，其他与实施例1相同
[0039] 实施例7
[0040] 本实施方式水溶性膨胀型木材阻燃剂的三元共聚体制备方法中碳源替换成双季 戊四醇l〇〇g，其他与实施例1相同
[0041] 实施例8
[0042] 本实施方式水溶性膨胀型木材阻燃剂的三元共聚体制备方法中碳源替换成双季 戊四醇150g，其他与实施例1相同
[0043] 实施例9
[0044] 本实施方式水溶性膨胀型木材阻燃剂的三元共聚体制备方法中碳源替换成双季 戊四醇250g，其他与实施例1相同 [0045] 实施例10
[0046] 本实施方式水溶性膨胀型木材阻燃剂的三元共聚体制备方法中气源量变为乙二 胺240g，后配制成质量百分含量为30%的水溶液，其他与实施例1相同
[0047] 实施例11
[0048] 本实施方式水溶性膨胀型木材阻燃剂的三元共聚体制备方法中气源量变为乙二 胺360g，后配制成质量百分含量为30%的水溶液，其他与实施例1相同
[0049] 实施例12
[0050] 本实施方式水溶性膨胀型木材阻燃剂三元共聚体的制备方法中气源替换成 1，3-丙二胺120g，后配制成质量百分含量为30%的水溶液，其他与实