專利名稱：B-P-Mg-Si系密度板阻燃防霉劑及其制備與應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種密度板阻燃防霉材料及其制備方法與應用，尤其涉及一種含 B-P-Mg-Si元素的密度板阻燃防霉劑及其制備方法與應用，屬于化學材料學技術領域。
背景技術：
隨著國民經濟的快速發(fā)展，人民生活水平得到了極大改善，人均住房面積越來越大，目前我國居民人均住房建筑面積已超過30平方米/人。室內裝修業(yè)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，成為世界上僅次于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 )等工序制成的人造板材。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、力口工性能優(yōu)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于三 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(tài)環(huán)境、促進可持續(xù)發(fā)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、易霉變等。 特別是易燃燒性，是火災發(fā)生和蔓延的導火索。火災的發(fā)生往往與使用未經阻燃處理的易燃物有直接關系。室內火災直接危害人民生命和財產安全，是社會安全的重大危害之一。根據(jù)世界各國火災統(tǒng)計資料分析，建筑物火災占首位，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筑物內裝修使用可燃、易燃材料有直接關系，使用上述可燃、易燃材料往往造成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。市場上現(xiàn)有阻燃木質材料的質量和品種不高。主要表現(xiàn)為①阻燃性能不穩(wěn)定； ②阻燃木質材料普通吸濕性較大，造成變色霉變，影響外觀質量和性能；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處理木質材料的膠合質量不夠理想；⑤型材品種少，不能滿足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，主要有有機類的鹵系、磷系、磷-氮系及無機類的鋁系、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量和使用量最大的有機阻燃劑。由于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， 其中溴系阻燃劑有產生二噁英的可能性，要盡量減少使用。無機類阻燃劑具有低吸潮、抗流失、長效性、低毒、低污染等特點，阻燃處理過程不污染環(huán)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。單一成分的無機阻燃劑難以達到理想的阻燃效果。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種B-P-Mg-Si系密度板阻燃防霉劑及其制備方法與應用。由此制得的阻燃防霉密度板燃燒氧指數(shù)均超過39. 0%，可達到建筑裝修材料燃燒性能Bl級標準，符合消防法要求。術語說明 硼酸鈉(Na2B4O7 · IOH2O)，也稱四硼酸鈉。聚磷酸銨((NH4PO3)n),聚合度(η) > 200，優(yōu)選的，聚磷酸銨聚合度η = 600 800。氫氧化鎂(Mg (OH) 2)，六方晶型，粒徑1 2 μ m。有機硅季銨鹽，分子式[(CH3CH20)3Si(CH2)3N (CH3)2 (C18H37)]+Cr。本發(fā)明的技術方案如下一種B-P-Mg-Si系密度板阻燃防霉劑，原料組分如下，均為質量份數(shù)硼酸鈉30 100份；聚磷酸銨2O 9O份；氫氧化鎂40 60份；有機硅季銨鹽 6 20份。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述聚磷酸銨的聚合度為> 200，進一步優(yōu)選的，所述聚磷酸銨的聚合度為600 800。所述的氫氧化鎂為六方晶型，粒徑為1 2μπι。所述有機硅季銨鹽可通過市場購買，配制成質量比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，均為質量份數(shù)硼酸鈉8O份；聚磷酸銨 60份；氫氧化鎂 45份；有機硅季銨鹽15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，然后與有機硅季銨鹽的40%乙醇溶液混合，攪拌10 20min，使之混合均勻，放置10 15小時；再加入聚磷酸銨和氫氧化鎂， 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用，方法如下以密度板原料絕干木材質量為基準計，將本發(fā)明的密度板阻燃防霉劑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霉劑混合均勻，然后經噴膠、鋪裝、熱壓、截斷、冷卻工序，得到阻燃防霉密度板。所述密度板中阻燃劑添加量為密度板原料絕干木材質量的5. 5%。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水洗、熱磨等工序后，由于含水率變化、生產線不易計量等問題，因此以最初原料絕干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(xiàn)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(xù)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霉劑噴灑口、計量裝置、攪拌裝置。

本發(fā)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(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、對環(huán)境友好、與木質本體材料相容不沖突、不影響最終產品的貯存和使用、價格便宜。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，將它們適當比例混合后使用，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(fā)生初期溫度相對較低時(100°C 320°C )，本發(fā)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(fā)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(fā)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，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(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。氧化鎂屬于傳統(tǒng)阻燃劑，含水量低、無毒，熱分解溫度為340°C，受熱分解時釋放水分，同時吸收大量熱能，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)六方晶型氫氧化鎂(粒徑為1000 1500nm)水溶性低、 消煙、比重小、比表面大、不團聚易分散，分解后產生的蓬松的氧化鎂層、有更優(yōu)良的隔熱作用。本發(fā)明采用有機硅季銨鹽[(CH3CH2O) 3Si (CH2) 3N (CH3) 2 (C18H37) ] +C1_作為組分之一， 有機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，經實驗證明在濃度為 0.01%的有機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，當溫度超過110°C時，有機硅季銨鹽可與本體材料完全反應形成牢固結合，不會流失；燃燒后形成SiO2覆蓋在材料表面上，可部分阻斷與火焰的接觸，沒有二次污染。2、本發(fā)明所述密度板阻燃防霉劑制備方法中，先將有機硅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)明所述應用中，先將含B-P-Mg-Si元素的密度板阻燃防霉劑與經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會，保證了阻燃防霉效果。4、本發(fā)明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39%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、乙肝表面抗原等具有明顯的抑制和殺滅作用。5、本發(fā)明意外發(fā)現(xiàn)在添加阻燃劑和防霉抗菌劑后，密度板抗沖擊強度有不同程度的提高；同時，還具有防蟲、防腐、尺寸穩(wěn)定等特性。6、本發(fā)明的方法制備的阻燃防霉密度板的機械加工性能不變，阻燃劑的酸堿性對木質材料損傷侵蝕最小，不改變木質材料的優(yōu)良特性；含B-P-Mg-Si元素的密度板阻燃防霉劑添加量僅為密度板原料絕干木材質量的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(fā)明作進一步的闡述，但本發(fā)明所保護范圍不限于此。實施例中所用原料如下有機硅季銨鹽，濟南硅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產品有售，型號盈泰優(yōu)，聚合度600 800。六方晶型氫氧化鎂，粒徑為1 1. 5 μ m ；市購工業(yè)級產品。硼酸鈉(Na2B4O7 · IOH2O)，市購工業(yè)級產品。實施例1一種B-P-Mg-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)80 千克；氫氧化鎂(Mg(OH)2)48 千克；有機硅季銨鹽40%乙醇溶液30千克，其中有機硅季銨鹽含量為12千克。制備方法，步驟如下將硼酸鈉60 70°C之間烘干6小時，然后與有機硅季銨鹽的40%乙醇溶液混合， 攪拌20min，使之混合均勻，放置12小時，再分別加入聚磷酸銨和氫氧化鎂，攪拌30min，即得。利用密度板阻燃防霉劑制備阻燃防霉密度板1A、IB、1C，步驟如下將200千克上述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)，然后進行鋪裝、200°C熱壓、截斷、冷卻，得到阻燃防霉密度板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(xù)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霉劑噴灑口，并附帶計量裝置。對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步驟和工藝條件完全相同。所得阻燃防霉密度板和對比板同時按照國標GB/T2406-1993測試氧指數(shù)(LOI)，氧指數(shù)均> 39.0%。抗菌防霉實驗、抗沖擊強度實驗和錐形量熱儀(CONE)法實驗均表明 阻燃防霉密度板阻燃防霉性能大大提高。阻燃防霉密度板達到建筑裝修材料燃燒性能Bl級標準。實施例1密度板氧指數(shù)實驗結果表1普通對比板和阻燃防霉板氧指數(shù)實驗數(shù)據(jù)對比
權利要求
1.一種B-P-Mg-Si系密度板阻燃防霉劑，原料組分如下，均為質量份數(shù) 硼酸鈉30 100份；聚磷酸銨 20 90份； 氫氧化鎂 40 60份； 有機硅季銨鹽6 20份。
2.如權利要求1所述的密度板阻燃防霉劑，其特征在于，原料組分如下，均為質量份數(shù)硼酸鈉80份；聚磷酸銨 60份； 氫氧化鎂 45份； 有機硅季銨鹽15份。
3.如權利要求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>200。
4.如權利要求3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。
5.如權利要求1或2所述的密度板阻燃防霉劑，其特征在于，所述的氫氧化鎂為六方晶型，粒徑為1 2μπι。
6.權利要求1-5任一項所述B-P-Mg-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，然后與有機硅季銨鹽的40%乙醇溶液混合，攪拌10 20min，使之混合均勻，放置10 15小時；再加入聚磷酸銨和氫氧化鎂，攪拌 25 30min,即得。
7.權利要求1-5任一項所述密度板阻燃防霉劑在制備阻燃防霉密度板中的應用，方法如下以密度板原料絕干木材質量為基準計，將所述密度板阻燃防霉劑4 6襯％加入到經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，然后經噴膠、鋪裝、熱壓、截斷、冷卻工序，得到阻燃防霉密度板。
8.如權利要求7所述的應用，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量的5. 5wt%。
9.如權利要求7所述的應用，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-Mg-Si系密度板阻燃防霉劑及其制備方法與應用。所述密度板阻燃防霉劑原料質量份為硼酸鈉30～100份；聚磷酸銨20～90份；氫氧化鎂40～60份；有機硅季銨鹽6～20份。用于制備密度板時，B-P-Mg-Si系密度板阻燃防霉劑添加量為密度板原料絕干木材質量的4～6％。利用本發(fā)明所述B-P-Mg-Si系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39.0％，可達到建筑裝修材料燃燒性能B1級標準，符合消防法要求。
文檔編號B27N1/00GK102303346SQ201110186299
公開日2012年1月4日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權日2011年7月5日
發(fā)明者劉華飛, 劉少杰, 劉淵, 陸瑋潔 申請人:山東大學