一种阻燃热改性木材及其制备方法

文档序号:9900447阅读:738来源:国知局
一种阻燃热改性木材及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种热处理木材及其制备方法,特别涉及一种阻燃热处理木材及其制 备,属于木材热改性处理技术领域。
【背景技术】
[0002] 已有的研究表明,木材高温热处理一般是在真空或水蒸气、氮气等保护气体下,升 高温度至160_260°C之间,通过热量使木材发生物理化学反应,达到提高其性能的目的,保 温时间通常为2-10小时,部分处理时间甚至要达到10小时以上。高温热处理能赋予优良木 材尺寸稳定性、生物耐久、耐腐性以及安全、环保性等。热处理材被广泛应用于家具、室内外 建筑装饰和构筑物、木扶梯、公园设施以及蒸汽浴室内部设施等。由于木材热处理温度高且 处理时间长,半纤维素降解程度大,酸性产物进一步破坏纤维素的构造,使得纤维素的聚合 度下降,最终导致处理材物理强度减小约10%_30%,表面硬度和耐磨性降低;此外,由于木 材具有可燃性,高温热处理工艺并不能解决其易燃性能,高温热处理材直接应用存在火灾 安全隐患。GB50016《建筑设计防火规范》和GB20286《公共场所阻燃制品及组件燃烧性能要 求和标识》已颁布实施,其中明确规定建筑设计、公共场合制品必须使用环保安全阻燃材 料。所以,热处理木材需要进一步进行阻燃处理才能保证其制品的使用安全性。
[0003]我国有关于木材尚温热处理技术主要着重提尚木材的尺寸稳定性及耐腐等性能, 如:公开号为CN101623887 A的中国专利申请公开了"一种木材的处理方法及由该方法制备 的木材",该方法包括依次对置于容器中的木材进行减压处理、预热处理、高温加压处理和 调湿处理。木材的处理过程中保持较高的平衡含水率,制备的木材克服了开裂、皱缩等干燥 缺陷,处理材开裂发生比例、吸湿性、吸水性能大幅降低,耐候性和耐腐蚀性提高且达到《炭 化木》SB/T 10508-2008标准。该处理方法采用水蒸汽作为媒介,具有处理时间短,热量损失 小的特点,本发明方法节约能源,木材处理本低。
[0004][0005] 我国有关于木材阻燃技术主要着重与改进木材阻燃剂性能,如公开号为 CN104210002A的中国专利申请公开了"一种复合阻燃剂、制备方法及其用途",该发明公开 了一种复合阻燃剂,包括聚硅酸磷酸二氢铝溶液和氮磷阻燃剂溶液,分别制备聚硅酸磷酸 二氢铝溶液和氮磷阻燃剂溶液,再将两者混匀即得,该复合阻燃剂具有明显的阻燃抑烟效 果。公开号为CN103722600A的中国专利申请公开了 "一种木材改性剂及其制备方法",该木 材改性剂按重量份包括以下成分:磷酸20~200份;尿素20~100份;催化剂0.1~1.0份;四 羟甲基硫酸磷5~20份;三聚磷酸铝2~15份;磺化琥珀酸二辛酯钠盐0.1~2.5份;水40~ 200份。该木材改性剂不但阻燃效果显著,而且具有较好的尺寸稳定功能。处理木材增重率 在20 %左右时,氧指数能够达到50%以上,尺寸稳定性ASE能够达到35%以上。本发明提供 的木材阻燃剂制备方法简单,成本较低,适合推广使用。关于高温热处理阻燃处理的研究甚 少,如公开号为CN204357064U的中国专利申请公开了"一种炭化阻燃实木复合地板",提出 了 一种炭化阻燃实木复合地板,将阻燃面漆层、阻燃炭化面层、第一阻燃增强层、炭化芯层、 第二阻燃增强层、炭化底层和背底漆层依次叠加设置。炭化面层提高了地板美观度,依次叠 加的炭化材料结构提高了地板的尺寸稳定性,阻燃增强结构层的加入弥补了炭化处理带来 的强度损失。
[0006] 目前尚未发现将阻燃与高温热处理相结合的工艺方法及该方法制备的木材的相 关专利。

【发明内容】

[0007] 本发明的目的是针对以上现有木材高温热处理木材、阻燃木材及其制备过程中存 在的技术的问题而提供一种阻燃热改性木材及其制备方法。本发明首先采用阻燃剂对木材 进行浸渍处理,然后进行高温热处理,从而达到获得阻燃性能良好的高温热处理木材,本发 明制备阻燃热改性处理木材的阻燃剂载药量高,阻燃效果强;木材尺寸稳定性高,表面硬度 下降幅度小;而且阻燃热改性木材的表面颜色趋于棕褐色,具有良好的颜色装饰性能。
[0008] 为实现本发明的目的,本发明一方面提供一种阻燃热改性木材的制备方法,包括 对浸渍处理后的木材进行热处理。
[0009] 其中,所述热处理的温度为130-160°(:,优选为140-150°(:;所述热处理时间为20-50min,优选为20_40min,进一步优选为30min。
[0010] 特别是,所述浸渍处理包括对木材依次在减压状态下、常压状态下进行浸泡。
[0011] 其中,所述在减压状态下的浸泡为真空浸渍处理;在常压状态下的浸泡为常压浸 渍处理。
[0012] 特别是,所述真空浸渍处理过程中真空度〈OMPa,优选为-0.01~-0 . IMPa,进一步 优选为. 05~-0.1 MPa;真空浸渍处理时间为15-45min,优选为20-40min,进一步优选为 30min;所述常压浸渍处理过程中相对压力为OMPa;常压浸渍处理的时间为15-45min,优选 为20_40min,进一步优选为30min。
[0013] 其中,所述浸渍处理是首先将木材浸泡与阻燃剂溶液中,然后依次在减压状态下、 常压状态下进行浸泡。
[0014] 特别是,所述阻燃剂溶液中的阻燃剂为选择氮磷阻燃剂或改性氮磷阻燃剂,优选 为改性氮磷阻燃剂,进一步优选为聚硅酸磷酸二氢铝改性氮磷阻燃剂。
[0015] 尤其是,所述阻燃剂溶液的质量百分比浓度为5-15%,优选为10%。
[0016] 本发明另一方面提供一种阻燃热改性木材的制备方法,包括如下顺序进行的步 骤:
[0017] 1)将木材浸泡在阻燃剂溶液中,于减压状态下进行真空浸渍处理,获得真空浸渍 木材;
[0018] 2)将真空浸渍木材继续浸泡在阻燃剂溶液中,于常压状态下进行常压浸渍处理, 获得常压浸渍木材;
[0019] 3)对常压浸渍木材进行干燥处理,获得阻燃浸渍木材;
[0020] 4)对阻燃浸渍木材进行热处理。
[0021 ]其中,步骤1)中所述阻燃剂溶液选择氮磷阻燃剂溶液或改性氮磷阻燃剂溶液,优 选为改性氮磷阻燃剂溶液,进一步优选为聚硅酸磷酸二氢铝改性氮磷阻燃剂溶液。
[0022]特别是,所述氮磷阻燃剂选择BL环保阻燃剂;改性氮磷阻燃剂为改性BL环保阻燃 剂,即采用聚硅酸磷酸二氢铝改性BL环保阻燃剂。
[0023] 尤其是,所述BL环保阻燃剂为北京林业大学研制的氮磷系阻燃剂。
[0024] 其中,所述阻燃剂溶液的质量百分比浓度为5-15%,优选为10%。
[0025] 特别是,将氮磷阻燃剂或改性氮磷阻燃剂与水混合,搅拌,溶解均匀,即得所述的 阻燃剂溶液,其中所述阻燃剂溶液的制备百分比浓度为5-15%,优选为10%。
[0026] 其中,所述氮磷阻燃剂按照如下步骤制备而成:
[0027] A)按照如下重量份配比准备原料:
[0028] 磷酸(浓度为85%) 7-11
[0029] 尿素 3.5-4.5
[0030]催化剂 0.025-0.035
[0031 ]其中,催化剂包括以下重量份配比的原料:氯化锡0.8-1.2、硫酸铜1.5-2.5、氯化 钠0.8-1.2、氯化铁0.8-1.2、硫酸铝0.8-1.2、硼酸0.8-1.2、氯化锌1.5-2.5,将其研磨均匀 后混合;
[0032] B)在反应釜中加入磷酸,搅拌同时加热,使温度上升至50_60°C;
[0033] C)加入尿素,对磷酸和尿素的混合物进行搅拌,使物料分布、受热均匀;
[0034] D)温度上升至90_120°C时,向反应釜中加入催化剂,继续加热;
[0035] E)使温度上升至130-150°C后,反应物体积增加至原来体积的2-2.5倍时,停止加 执. JtW ,
[0036] F)将反应釜内产物倒出,待其冷却固化,即得。
[0037]特别是,所述搅拌速度控制在50-70转/分钟。
[0038]其中,所述改性氮磷阻燃剂按照如下步骤制备而成:
[0039] 1)配制聚硅酸磷酸二氢铝溶液
[0040] 1A)将磷酸二氢铝加入到水中,搅拌,溶解均匀,制成磷酸二氢铝溶液,其中,磷酸 二氢铝溶液的质量百分比浓度为15-25% ;
[0041] 1B)将硅酸盐加入到水中,搅拌,溶解均匀,制成硅酸盐溶液,其中,硅酸盐溶液的 质量百分比浓度为1-5%;
[0042] 1C)将硅酸盐溶液缓慢倒入磷酸二氢铝溶液中,搅拌静置,即得聚硅酸磷酸二氢铝 溶液,其中硅酸盐溶液与磷酸二氢铝溶液的质量之比为100:40-117。
[0043] 2)制备氮磷阻燃剂
[0044] 2A)按照如下重量份配比准备原料:
[0045] 磷酸(浓度为85%) 7-11
[0046] 尿素 3.5-4.5
[0047] 催化剂 0.025-0.035
[0048] 其中,催化剂包括以下重量份配比的原料:氯化锡0.8-1.2、硫酸铜1.5-2.5、氯化 钠0.8-1.2、氯化铁0.8-1.2、硫酸铝0.8-1.2、硼酸0.8-1.2、氯化锌1.5-2.5,将其研磨均匀 后混合;
[0049] 2B)在反应釜中加入磷酸,搅拌同时加热,使温度上升至50_60°C;
[0050] 2C)加入尿素,对磷酸和尿素的混合物进行搅拌,使物料分布、受热均匀;
[00511 2D)温度上升至90-120°C时,向反应釜中加入催化剂,继续加热;
[0052] 2E)使
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