专利名称：一种木材改性剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及木材制品上所用的化学试剂领域，具体地，涉及一种木材改性剂，以及它的制备方法。
背景技术：
木材及其制品广泛应用于室内装修、家具制造、房屋建筑及外部装饰中，这些材料属于可燃材料，极易引起火灾，且易干缩湿胀、尺寸稳定性较差，如何提高材料的阻燃性与尺寸稳定性已成为全世界广泛关注的问题。
目前，防止木材及其制品发生火灾的最常用方法是在这些材料中使用阻燃剂，这些阻燃剂大多基于含磷、氮、硼、铝和卤素等化合物，无机阻燃剂由于具有阻燃性好、不产生有毒性气体(卤素阻燃剂除外)、不析出、不挥发、价格低廉、来源广泛、安全性高等特点而得到广泛应用。
公开日为2000年4月5日、公开号为CN1249325A的中国专利申请中公开了一种防火阻燃剂，该阻燃剂由尿素、磷酸、硼砂、硼酸等混合而成，适用于棉布、化纤、纸张、木材等易燃物的阻燃。
公开日为2006年7月26日、公开号为CN1807552A的中国专利申请中公开了一种磷氮复合阻燃剂，该阻燃剂是通过尿素和磷酸进行化学反应后再加入中和剂如氨进行中和反应制成的，适用于纺织品和木材制品等易燃物的阻燃。
专利号为ZL200710122243. 2的中国专利提供了一种用于木材及人造板的具备消纳甲醛作用的阻燃剂及其制备方法。
虽然上述文献中公开的阻燃剂具有制造方法简单、成本低等优点，但是其抗流失性均较 差，对木材的尺寸稳定性没有贡献。发明内容
本发明的目的是提供一种木材改性剂及其制备方法。该木材改性剂尺寸稳定，抗流失性好。
本发明提供的木材改性剂，包括以下重量份的原料磷酸5(Γ180份，尿素30 60 份，催化剂O. 2^0. 5份和丁烷四羧酸f 6份。
本发明提供的木材改性剂，优选地，包括以下重量份的原料磷酸5(Γ150份，尿素 32 54份，催化剂O. 25、. 48份和丁烷四羧酸2飞份。
其中，所述催化剂为氯化锡，硫酸铜，氯化钠，氯化铁，硫酸铝，硼酸和氯化锌。
进一步地，所述催化剂采用以下重量份的原料配制而成氯化锡O. 8^1. 2份，硫酸铜1. 5^2. 5份，氯化钠O. 8^1. 2份，氯化铁O. 8^1. 2份，硫酸铝O. 8^1. 2份，硼酸O. 8^1. 2份和氯化锌1. 5^2. 5份。
本发明所述的木材改性剂，还包括水，其用量为5(Γ200份，优选7(Γ180份(均相当于木材改性剂所有成分的总量而言)。
其中，所述水为自来水或软化水等，优选软化水。
本发明提供的所述木材改性剂的制备方法，包括使磷酸和尿素在催化剂的作用下进行聚合反应。
特别是，所述制备方法包括在加热的磷酸中加入尿素，混合均匀后继续加热，再加入催化剂，再继续加热，并且当反应物(加入催化剂后的磷酸和尿素)的体积增加至原来体积的两倍时，停止加热；之后使反应物(加入催化剂后的磷酸和尿素)降温，加入丁烷四羧酸，进行搅拌，继续降温，即得；磷酸、尿素、催化剂和丁烷四羧酸均按所述比例加入。
其中，加入丁烷四羧酸的同时按所述比例加入水。
其中，磷酸加热的温度为5(T60°C。
其中，混合磷酸和尿素后，继续加热的温度为9(T120°C。
其中，加入催化剂后，继续加热的温度为13(Tl40°C。
其中，对反应物(加入催化剂后的磷酸和尿素)降温的温度为6(T80°C。
其中，加入丁烷四羧酸后，继续降温的温度为3(T40°C。
具体地，包括以下步骤
I)在反应釜中加入磷酸，搅拌同时加热，使温度上升至5(T60°C ；
2)加入尿素，对磷酸和尿素的混合物进行搅拌，使原料分布、受热均匀，继续加执.
3)温度上升至11(T120°C时，向反应釜中加入催化剂，继续加热；
4)使温度上升至13(T140°C，并且当反应釜内反应物(加入催化剂后的磷酸和尿素)的体积增加至原来体积的两倍时，停止加热；
5)使反应物(加入催化剂后的磷酸和尿素)降温至6(T80°C，向反应釜中加入丁烷四羧酸和水，搅拌25 35min ；
6)继续降温至3(T40°C，出料，贮存。
本发明的改性剂是一种水基型氮磷无机阻燃·稳定剂，其优点体现在以下方面
I)本发明的改性剂使用丁烷四羧酸，能和木材中羟基发生交联反应，提高木材的尺寸稳定性和抗流失性能。
2)本发明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，氧指数能够达到45%以上，尺寸稳定性ASE能够达到20%以上，流失率低于 25%。
3)本发明改性剂同样具有甲醛消除功能；用于胶合板等人造板处理，能够有效提高人造板环保特性，甲醛释放量可稳定在Etl级(< O. 5mg/L)，具有明显的甲醛消除效果。
4)本发明改性剂的制备方法简单，成本较低；固体含量45%以上的改性剂制造成本约为3000元/吨，远低于现有国内外阻燃剂的价格(400(Γ6000元/吨左右)。
因此，本发明提供的木材改性剂，初次将丁烷四羧酸应用在木材处理领域，并配合其他组分，进行合理配比，达到了很好的协同效果。和现有技术相比，抗流失性能极佳，对木材的尺寸稳定剂有较大贡献；且阻燃效果同样优异，制备方法简单，成本低。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明所使用到的物料均为可以从市场上购得的常规物料，可以使用其他规格的产品，但以本发明限定的规格为优。本发明实施例未提及的反应条件均为本领域的常规选择。
本发明所用的软化水硬度均低于8度。
本发明磷酸的浓度为85%;尿素中氮含量为46. 4%;丁烷四羧酸的纯度为99%。也可以使用磷酸浓度75%以上，尿素含量为46. 2%以上，丁烷四羧酸的纯度为95%以上。这里的百分数均为质量比。
实施例I
一、按以下重量配比进行原料备料
软化水(硬度低于8度) 磷酸(浓度为85%)尿素(氮含量46.4%)催化剂丁烷四羧酸
催化剂为北京林业大学材料科学与技术学院环保阻燃技术中心自行配制的淡黄绿色粉剂氯化锡40g,硫酸铜80g,氯化钠35g,氯化铁40g,硫酸招40g,硼酸45g和氯化锌 70g (按照比例研磨后粉碎均匀)。
二、制备方法
I)在配有搅拌机、温度和压力显示器以及冷凝管的反应釜中，加入反应原料中的磷酸，搅拌同时加热，使温度上升至60°C ；
2)向反应釜内加入全部尿素，同时对磷酸和尿素的混合物继续进行搅拌，使物料分布、受热均匀；
3)继续加热使温度上升至120°C时，向反应釜中缓慢均匀加入催化剂，使混合物进行反应，反应物料变成浅绿色；
4)继续加热使温度达到135°C后，加热的同时观察反应现象，随着温度升高，浅绿色液体逐渐变成乳白色粘稠物，泡沫急剧增多，温度上升速度明显加快，物料的体积迅速膨胀，冷凝管有大量气体排出，待反应釜内反应物的体积增加至原来体积的两倍时停止加热， 继续搅拌，反应釜内物料依靠自身的放热在剧烈反应，温度继续上升，待反应趋于平稳，温度开始下降时，表明反应完毕；
5)降温至70°C，向反应釜中加入丁烷四羧酸及温度为50°C的软化水，搅拌30min ；
6)降温至30°C，将所得产物倒入容器储存备用。
三、产品的技术指标
100 kg 100 kg 50 kg 0.35 kg2 kg c外观固体含量(％) pH值比重(g/cm3) 有效期(年):体5.0-7.0 I 162
实施例
-、按以下重量配比进行原料备料软化水180 kg磷酸(浓度为85%)150kg尿素(氮含量46·4%)54kg催化剂0.48kg丁烷四羧酸6kg
其中的催化剂为氯化锡40g，硫酸铜135g，氯化钠45g，氯化铁45g，硫酸铝65g， 硼酸65g和氯化锌85g (按照比例研磨后粉碎均匀)。
二、制备方法
I)在配有搅拌机、温度和压力显示器以及冷凝管的反应釜中，加入反应原料中的 磷酸，搅拌同时加热，使温度上升至50°C ；
2)向反应釜内加入尿素，同时对磷酸和尿素的混合物继续进行搅拌，使物料分布、 受热均匀；
3)继续加热使温度上升至115°C时，向反应釜中缓慢均匀加入催化剂，使混合物进 行反应；
4)继续加热使温度达到140°C后，加热的同时观察反应现象，随着温度升高，浅绿 色液体逐渐变成乳白色粘稠物，泡沫急剧增多，温度上升速度明显加快，物料的体积迅速膨 胀，冷凝管有大量气体排出，待反应釜内反应物的体积增加至原来体积的两倍时停止加热， 继续搅拌，反应釜内物料依靠自身的放热在剧烈反应，温度继续上升，待反应趋于平稳则温 度不再上升，温度开始下降时，表明反应完毕；
5)降温至80°C，向反应釜中加入丁烷四羧酸及温度为50°C的软化水，搅拌35min ；
6)降温至30°C，将所得产物倒入容器储存备用。
三、产品的技术指标
观外〔含量(％ )比重(g/cm3) 有效期(年)475.0-7.01.162
实施例
、按以下重量配比进行原料备料 软化水磷酸(浓度为85%) 尿素(氮含量46.4%)催化剂丁烷四羧酸IOOkg65kg38kg0.28kg
其中的催化剂为氯化锡35g，硫酸铜45g，氯化钠35g，氯化铁35g，硫酸铝25g，硼 酸25g和氯化锌80g (按照比例研磨后粉碎均匀)。
I)在配有搅拌机、温度和压力显示器以及冷凝管的反应釜中，加入反应原料中的 磷酸，搅拌同时加热，使温度上升至60°C ；
2)向反应釜内加入尿素，对磷酸和尿素的混合物继续进行搅拌，使物料分布、受热 均匀；
3)继续加热使温度上升至110°C时，向反应釜中缓慢均匀加入催化剂，使混合物进 行反应，反应物料变成浅绿色；
4)继续加热使温度达到130°C后，继续加热的同时观察反应现象，随着温度升高， 浅绿色液体逐渐变成乳白色粘稠物，泡沫急剧增多，温度上升速度明显加快，物料的体积迅 速膨胀，冷凝管有大量气体排出，主要为氨气和水蒸气，用水吸收，待反应釜内反应物的体 积增加至原来体积的两倍时停止加热，继续搅拌，反应釜内物料依靠自身的放热在剧烈反 应，温度继续上升，待反应趋于平稳则温度不再上升，温度开始下降时，表明反应完毕；
5)降温至60°C，向反应釜中加入丁烷四羧酸及温度为50°C的软化水，搅拌25min ；
6)降温至40°C，将所得产物倒入容器储存备用。
三、产品的技术指标
〔含量(比重(g/cm3) 有效期(年)透明液1 47 5.5 7.0 I 17 2
实施例4
-、按以下重量配比进行原料备料软化水磷酸(浓度为85%) 尿素(氮含量46.4%)70 kg 50 kg 32 kg 0.25kg 5kg丁烷四羧酸
其中的催化剂比例同实施例I。
二、制备方法
I)在配有搅拌机、温度和压力显示器以及冷凝管的反应釜中，加入反应原料中的磷酸，搅拌同时加热，使温度上升至60°C ；
2)向反应釜内加入尿素，对磷酸和尿素的混合物继续进行搅拌，使物料分布、受热均匀；
3)继续加热使温度上升至110°C时，向反应釜中缓慢均匀加入催化剂，使混合物进行反应，反应物变成浅绿色；
4)继续加热使温度达到130°C后，加热的同时观察反应现象，随着温度升高，浅绿色液体逐渐变成乳白色粘稠物，泡沫急剧增多，温度上升速度明显加快，物料的体积迅速膨胀，冷凝管有大量气体排出，主要为氨气和水蒸气，用水吸收，待反应釜内反应物的体积增加至原来体积的两倍时停止加热，继续搅拌，反应釜内物料依靠自身的放热在剧烈反应，温度继续上升，待反应趋于平稳则温度不再上升，温度开始下降时，表明反应完毕；
5)降温至70°C，向反应釜中加入丁烷四羧酸及温度为50°C的软化水，搅拌30min ；
6)降温至35°C，将所得产物倒入容器储存备用。
三、产品的技术指标
外观透明液体固体含量(% )48
权利要求
1.一种木材改性剂，包括以下重量份的原料磷酸5(T180份，尿素3(T60份，催化剂0.2 0. 5份和丁烷四羧酸I 6份。
2.根据权利要求I所述的木材改性剂，其特征在于，包括以下重量份的原料磷酸50^150份，尿素32 54份，催化剂0. 25、. 48份和丁烷四羧酸2 6份。
3.根据权利要求I或2所述的木材改性剂，其特征在于，所述催化剂为氯化锡，硫酸铜，氯化钠，氯化铁，硫酸铝，硼酸和氯化锌。
4.根据权利要求3所述的木材改性剂，其特征在于，所述催化剂采用以下重量份的原料配制而成氯化锡0. 8^1. 2份，硫酸铜I. 5^2. 5份，氯化钠0. 8^1. 2份，氯化铁0. 8^1. 2份，硫酸铝0. 8^1. 2份，硼酸0. 8^1. 2份和氯化锌I. 5^2. 5份。
5.根据权利要求f4任意一项所述的木材改性剂，其特征在于，该木材改性剂还包括水。
6.根据权利要求5所述的木材改性剂，其特征在于，所述水的用量为5(T200份，优选70 180份。
7.权利要求1飞任意一项所述木材改性剂的制备方法，包括在加热的磷酸中加入尿素，混合均匀后继续加热，加入催化剂，再继续加热，并且当反应物的体积增加至原来体积的两倍时，停止加热；之后使反应物降温，加入丁烷四羧酸，进行搅拌，继续降温，即得；磷酸、尿素、催化剂和丁烷四羧酸均按所述比例加入。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，加入丁烷四羧酸的同时按比例加入水。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，磷酸加热的温度为5(T60°C;混合磷酸和尿素后，继续加热的温度为9(Tl20°C ;加入催化剂后，继续加热的温度为13(Tl40°C ；对反应物降温的温度为6(T80°C ;加入丁烷四羧酸后，继续降温的温度为3(T40°C。
10.根据权利要求7、任意一项所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 1)在反应釜中加入磷酸，搅拌同时加热，使温度上升至5(T60°C； 2)加入尿素，对磷酸和尿素的混合物进行搅拌，使原料分布、受热均匀，继续加热； 3)温度上升至11(T120°C时，向反应釜中加入催化剂，继续加热； 4)使温度上升至13(T140°C，并且当反应釜内反应物的体积增加至原来体积的两倍时，停止加热； 5)使反应物降温至6(T80°C，向反应釜中加入丁烷四羧酸和水，搅拌25 35min； 6)继续降温至3(T40°C，出料，贮存。
全文摘要
本发明涉及一种木材改性剂，以及它的制备方法。所述木材改性剂包括以下重量份的原料磷酸50~180份，尿素30~60份，催化剂0.2~0.5份和丁烷四羧酸1~6份。本发明提供的木材改性剂，初次将丁烷四羧酸应用在木材处理领域，并配合其他组分，进行合理配比，达到了很好的协同效果；和现有技术相比，抗流失性能极佳，对木材的尺寸稳定剂有较大贡献；且阻燃效果同样优异，制备方法简单，成本低。
文档编号C08G79/04GK102975250SQ201210479868
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者张世锋, 高强, 李建章, 周文瑞, 张纪芝 申请人:北京林业大学