一种环保型阻燃木材改性方法与流程

2021-01-12 11:01:07|

308|

起点商标网

本发明属于木材改性领域，尤其涉及一种环保型阻燃木材改性方法。

背景技术：

木材改性，是指改善或改变木材的物理、力学、化学性质和构造特征的物理或(和)化学加工处理方法。其目的是提高木材的天然耐腐(蛀)性、耐酸性、耐碱性、阻燃性、耐磨性、颜色稳定性、力学强度和尺寸稳定性，其中木材阻燃改性包括用常规阻燃剂浸渍、化学改性、插入无机物或利用表面涂层，目前，工业上常用的木制品阻燃剂有硼酸、硼砂、三氧化二硼、硼酸钾、硼酸铵、磷酸一铵、二氧化硅、二氧化钛、磷酸二铵等，其中一些阻燃剂阻燃处理在使用过程中会引起材料性能劣化、环境和安全问题，或引起材料的吸湿性显著增加，或在意外的火灾中还会释放有毒或致癌化合物。

专利公开号为cn1044890069b，公开日为2017.04.05的中国发明专利公开了一种caco3/木材复合材料及其制备方法，包括如下步骤：（a）将木材放入naoh溶液中抽真空浸渍后干燥待用；（b）用cacl2、mgcl2溶液浸渍；（c）用na2co3溶液浸渍得到caco3/木材复合材料。

但是该发明专利中单一加入ca盐无法在火灾初期的较低温度时和火灾高温时进一步提高木材的阻燃性能，同时制备方法采用的naoh存在腐蚀木材，无法满足家居木材的使用标准，并且存在高浓度碱液耗能高、碱性废液处理费用高，水溶液干燥速率慢的问题。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种环保型阻燃木材改性方法，其能通过利用多种金属盐分散在乙醇溶液中，通过真空浸渍，进入木材空隙，再将木材真空浸渍在含碳酸根和碳酸氢根的弱碱性水溶液中，原位生成多种难溶金属盐沉淀，可以在木材受热时热解吸收温度，同时形成金属氧化物致密层，减少热量传递，从而达到阻燃的目的。本发明具有赋予改性木材多温度范围内阻燃型的优点，并且溶液碱性低对木材损伤小，溶剂易挥发便于后续处理，满足家具材料标准，同时废液易处理达到环保的目的。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种环保型阻燃木材改性方法，其特征在于依次包括以下步骤：

s1、将木板原材料加工成木板；

s2、配置用于引入阻燃组分的第一浸泡液，浸泡所述木板，得到第一处理木板；

s3、配置用于引入沉淀组分的第二浸泡液，浸泡所述第一处理木板，得到第二处理木板；

s4、平衡、气干、压密所述第二处理木板，得到高阻燃性能木板。

进一步优选的技术方案在于：步骤s1中，所述木板原材料为水曲柳、榉木、杉木以及速生杨木中的任意一种，所述木板长边长为5-2220cm，短边长为1-1440cm，厚度为1-3cm，所述加工包括对所述木板原材料进行切割得到所述木板，对所述木板表面的毛刺和边缘进行砂光，并气干。

在本发明中，市场上已有的木板，其大多为木粉、木纤维制得的颗粒板，厚度较大，相对强度、耐性较低。因此本发明中采用木板胶合制得的胶合板具有“更轻、更强”的优点，在后期制备阻燃性木板时就具有重量轻，强度高的优点了。

另一方面，所述木板原材料选取的品种均为速生木材，其有着价格低易获得，密度低易浸入液体的优点，所述气干步骤是为了增加所述木板的内部孔隙，便于液体浸入。

进一步优选的技术方案在于：步骤s2中，所述第一浸泡液的溶质包括高温阻燃物和低温阻燃物任意一种或两种以及第一浸泡液溶剂，所述高温阻燃物浓度为0.55-0.8mol/l，所述低温阻燃物浓度为0.55-0.8mol/l，所述木板与所述第一浸泡液的体积混合比例为1:3-6，浸渍时间为6-12h。

进一步优选的技术方案在于：步骤s2中，所述高温阻燃物为氯化钙，硝酸钙中的任意一种，所述低温阻燃物为氯化镁、硝酸镁中的任意一种。

进一步优选的技术方案在于：步骤s2中，所述第一浸泡液溶剂为无水乙醇。

进一步优选的技术方案在于：步骤s3中，所述第二浸泡液包括沉淀剂和第二浸泡液溶剂，所述沉淀剂浓度为1.5-2mol/l，所述第一处理木板与所述第二浸泡液的体积混合比例为1:3-6，浸渍时间为15-18h。

进一步优选的技术方案在于：所述沉淀剂为碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的任意一种，所述第二浸泡液溶剂为纯水。

进一步优选的技术方案在于：步骤s3中，所述第二处理木板内部存在碳酸钙颗粒、碳酸镁颗粒及氢氧化镁颗粒。

在本发明中，所述第一浸泡液浸泡所述木板的目的是向所述木板内部引入特定的高温金属盐阻燃剂和低温金属阻燃剂得到所述第一处理木板，所述第二浸泡液浸泡所述第一处理木板的目的是向所述第一处理木板内部引入碳酸根离子和碱性环境，从而原位形成难溶金属盐沉淀。

另一方面，使用醇类溶剂相比于水溶剂更容易挥发，方便了后续的处理工作。

另一方面，所述第一浸泡液中的所述钙离子与所述第二浸泡液中的碳酸根离子或碳酸氢根离子在弱碱性条件下反应生成碳酸钙沉淀，所述碳酸钙在750-900℃会发生热解现象吸收热量生成氧化钙和二氧化碳，可以提高所述木板在高温下的耐热性和阻燃性。所述第一浸泡液中的所述镁离子与所述第二浸泡液中的碳酸根离子在碱性条件下反应生成碳酸镁和氢氧化镁沉淀，所述碳酸镁和氢氧化镁在350~500℃会吸收热量分解，可以提高所述木板在低温下的耐热性和阻燃性。

进一步优选的技术方案在于，步骤s4中，所述第二处理木板平衡步骤为在温度18-26℃、相对湿度20-65％条件下平衡24-48h，所述第二处理木板气干步骤为在100-120℃下烘干24-48h，所述第二处理木板压密步骤为温度在100-150℃，压力为4-6mpa下压密6-24h。

在本发明中，所述平衡步骤是为了让难溶金属盐沉淀进一步生成，并且初步挥发溶剂，所述压密步骤是为了进一步增强所述第二处理木板的密度，一方面增强其力学强度，提高其实用性，另一方面可以减少其内部的空气含量，在其处于高温环境下可以更快形成炭化层，从而减少热量释放，提高其阻燃性和耐热性。

进一步优选的技术方案在于，所述木板在350-500℃具有低温阻燃区，所述木板在750-900℃具有高温阻燃区，所述木板在1000-1500℃具有致密金属氧化物层阻燃区。

在本发明中，所述碳酸镁、氢氧化镁颗粒在350-500℃吸收热量分解，所述碳酸钙颗粒在750-900℃吸收热量分解，所述碳酸钙在900-1500℃生成氧化钙，所述碳酸镁、氢氧化镁在700-1500℃生成氧化镁，所述氧化钙与所述氧化镁在1000-1500℃生成致密金属氧化物层起到阻燃作用，所述碳酸钙颗粒、碳酸镁颗粒、氢氧化镁颗粒在提高木板阻燃性方面起到了两个作用，首先是分解吸收热量，其次是共同形成了所述致密金属氧化物层起到阻燃效果，因为单一的金属氧化物层过于疏松显然没有保护作用，必须与其他的金属氧化物组成复合致密金属氧化物层才可以。

本发明通过利用多种金属盐分散在乙醇溶液中，通过真空浸渍，进入木材空隙，再将木材真空浸渍在含碳酸根和碳酸氢根的弱碱性水溶液中，原位生成多种难溶金属盐沉淀，可以在木材受热时热解吸收温度，同时形成金属氧化物致密层，减少热量传递，从而达到阻燃的目的。本发明具有赋予改性木材多温度范围内阻燃型的优点，并且溶液碱性低对木材损伤小，溶剂易挥发便于后续处理，满足家具材料标准，同时废液易处理达到环保的目的。

附图说明

图1为本发明实施例1的阻燃木板扫描电镜图。

图2为本发明实施例2的阻燃木板扫描电镜图。

图3为本发明实施例3的阻燃木板扫描电镜图。

图4为本发明实施例1、2、3的阻燃木板热重分析图。

图5位本发明实施例1与未改性木板的力学强度分析图。

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施例，非对本发明的范围进行限定。

实施例1

如附图1所示，一种高阻燃性能的木板，其特征在于：所述木板长边长为100cm，短边长为10cm，厚度为2cm，其制备方法是：

s1：选取速生杨木作为木板原材料，对所述速生杨木进行切割得到所述木板，对所述木板表面的毛刺和边缘进行砂光，并气干。

s2：在10l无水乙醇中加入8mol氯化钙和5mol氯化镁，得到第一浸泡液浸泡所述木板，所述木板与所述第一浸泡液体积比为1:5，浸泡时间为10h。