一种木材增强增韧阻燃改性剂及其制备方法与流程

本发明涉及木材改性技术领域，尤其涉及一种木材增强增韧阻燃改性剂及其制备方法。

背景技术：

随着世界各国对森林资源限采禁伐政策以及我国全面停止天然林商业性采伐政策的不断出台，国内优质木材资源的有效供给与持续增长的社会需求之间的矛盾日趋突出。充分挖掘我国丰富的人工林木材资源，以人工林木材替代总量严重不足的天然林木材及进口优质木材资源，是缓解我国木材供需矛盾，实现木材资源利用可持续化发展的必然途径。第九次全国森林资源清查结果显示，目前我国人工林蓄积面积达7954.28万公顷，连续多年稳居世界第一。其中，杨木、杉木、樟子松等材种约占我国人工林总面积的38%，但因上述几种木材普遍存在材质软、密度小、尺寸不稳定、力学强度低、易燃烧等问题，无法替代优质天然林木材用于实木地板、门窗及家具等高附加值产品的加工，应用范围受到很大限制，产品附加值较低。

采用酚醛、脲醛或三聚氰胺甲醛等水溶性树脂浸渍改性处理是一种可明显提高木材密度、尺寸稳定性和强度等物理力学性能的木材改性方法，但该类树脂改性剂也存在一些缺点，如酚醛树脂颜色深、成本高，脲醛树脂耐水性差、甲醛释放量高，三聚氰胺甲醛树脂稳定性较差、难以长期储存，而且采用上述树脂改性会使木材韧性降低、脆性增大，另外在拓展木材其他功能如阻燃、耐腐方面效果一般，这些问题不解决，树脂浸渍木材改性技术的产业化应用就很难实现。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种不仅具有绿色环保、可稳定存放、循环利用的优势，而且还能实现木材增强、增韧、阻燃一体化，可广泛用于制造阻燃型实木门窗、地板、装饰墙板、家具等高附加值产品的木材增强增韧阻燃改性剂及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种木材增强增韧阻燃改性剂，所述改性剂由以下重量份的原料制成：三聚氰胺22-25份、苯代三聚氰胺10-13份、甲醛58-65份、硫脲8-12份、聚乙烯醇9-13份、聚乙二醇5-7份、三缩水甘油异氰尿酸酯6-9份、硼酸3-5份、硼砂4-6份、磷酸二氢铵2-4份和苯甲酸钠0.5-2份。

优选地，所述改性剂由以下重量份的原料制成：三聚氰胺22份、苯代三聚氰胺11份、甲醛60份、硫脲10份、聚乙烯醇11份、聚乙二醇5份、三缩水甘油异氰尿酸酯6份、硼酸3份、硼砂4份、磷酸二氢铵3份和苯甲酸钠0.8份。

优选地，所述改性剂由以下重量份的原料制成：三聚氰胺24份、苯代三聚氰胺12份、甲醛62份、硫脲12份、聚乙烯醇13份、聚乙二醇6份、三缩水甘油异氰尿酸酯7份、硼酸3.5份、硼砂4.5份、磷酸二氢铵4份和苯甲酸钠1份。

优选地，所述改性剂由以下重量份的原料制成：三聚氰胺25份、苯代三聚氰胺13份、甲醛65份、硫脲12份、聚乙烯醇13份、聚乙二醇7份、三缩水甘油异氰尿酸酯9份、硼酸5份、硼砂6份、磷酸二氢铵4份和苯甲酸钠2份。

为了更好的实现上述发明目的，本发明还提供了上述改性剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将部分三聚氰胺和部分甲醛加入反应釜中，升温搅拌，使溶液温度升至30-40℃，调节溶液ph值至9-10；加热溶液温度至75-80℃，当溶液变透明后保持温度在75-80℃条件下反应30-50min；

（2）将溶液温度降低至70-75℃，加入苯代三聚氰胺，调节ph值至8-9，加热溶液，使溶液温度保持在80-85℃条件下反应30-40min；将溶液温度降至40℃以下后，出料，得到无色透明的bgmf缩聚树脂；

（3）将剩余的甲醛和聚乙烯醇加入反应釜中，调节ph到4-6，加热并搅拌，使溶液温度升至80-90℃、维持此温度反应20-30min；

（4）将溶液温度降至60-70℃，调节ph到8-9，加入剩余的三聚氰胺和聚乙二醇，将溶液温度升至80-85℃，维持此温度反应30-40min；

（5）将溶液温度降至70-75℃，加入三缩水甘油异氰尿酸酯，反应20-30min后，将温度降温至60-70℃，加入硫脲，维持此温度反应10-15min；

（6）将溶液温度降至40℃以下后，出料，得到无色透明的ppt-mf共缩聚树脂；

（7）将步骤（2）得到的bgmf树脂和步骤（6）得到的ppt-mf树脂按照1-3:0.5-2的质量比混合，搅拌均匀，得到共缩聚树脂混合液；

（8）将硼酸、硼砂、磷酸二氢铵和苯甲酸钠溶于水中，搅拌均匀后，加入到步骤（7）得到的共缩聚树脂混合液中，并继续均匀搅拌，得到所述改性剂。

其中，所述步骤（1）中，三聚氰胺加入量为三聚氰胺总量的60-75%，甲醛加入量为甲醛总份的55-65%。

所述步骤（1）、所述步骤（2）和步骤（4）中，通过加入naoh溶液来调节溶液ph值，naoh溶液优选为30%氢氧化钠溶液；所述步骤（3）中，通过加入hcl溶液来调节溶液ph值，hcl溶液优选为10%盐酸溶液。

所述步骤（8）中，水的用量为：200-600份。

优选地，所述步骤（1）具体为：将部分三聚氰胺和部分甲醛加入反应釜中，升温搅拌，将反应釜中液体温度升至30-40℃，用氢氧化钠溶液调节液体ph值到9-10；将反应釜中液体温度升至60-65℃时停止加热，依靠反应釜自身放热使温度升至75-80℃，当反应釜中的液体透明后，通过加热和冷却系统维持反应釜保持75-80℃反应30-50min；

为了更好的实现上述发明目的，本发明还提供了一种利用上述改性剂对木材改性的方法，所述方法为：

（1）将待改性的木材放入真空加压浸渍处理罐中，抽真空使罐内负压为-0.095--0.08mpa，保持30-60min；

（2）利用罐体内的负压作用将改性剂吸入并充满罐体，采用排液泵继续将改性液打入罐内，使罐内液体压力升至10-20mpa，保持4-8h；

（3）解除罐内压力，将改性液全部排出到储液罐，再抽真空使浸渍罐内负压为-0.095--0.08mpa，保持15-30min，采用排液泵将残留的改性液打入储液罐内；

（4）将板材移出罐外，码好垛并气干至一定含水率后，移至干燥窑烘干，干燥温度40-80℃，干燥时间7-15天，最终得到含水率为6%-10%的改性处理材。

其中，所述改性剂的用量需要根据浸渍处理罐体积和最终要达到的罐内液体压力来确定。

本发明的有益效果为：本发明制备的改性剂，具有绿色环保、成本适中、可稳定存放、可循环利用，且兼具增密、增强、增韧、阻燃等多种功能，解决了以往树脂改性剂功能单一、不能重复利用及易使木材脆化等技术瓶颈难题，通过真空加压浸渍处理，实现了木材增强-增韧-阻燃一体化，制备出密度、强度可调控、尺寸稳定，韧性高、阻燃性和环保性良好的新型木质材料，可广泛用于制造阻燃型实木门窗、地板、装饰墙板、家具等高附加值产品，市场前景广阔。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

实施例1

本实施例提供了一种木材改性剂，其由以下重量份的原料制成：三聚氰胺22份、苯代三聚氰胺11份、甲醛60份、硫脲10份、聚乙烯醇11份、聚乙二醇5份、三缩水甘油异氰尿酸酯6份、硼酸3份、硼砂4份、磷酸二氢铵3份、苯甲酸钠0.8份、30%氢氧化钠溶液1.2份、10%盐酸溶液2.5份、水600份；

改性剂的制备方法包括以下步骤：

①将占三聚氰胺总重量65%的三聚氰胺和占甲醛总重量60%的甲醛加入反应釜中，升温搅拌，将反应釜中液体温度升至40℃，用氢氧化钠溶液调节液体ph值到9.5；

②将反应釜中液体温度升至60℃时停止加热，依靠反应釜自身放热使温度升至78℃，当反应釜中的液体透明后，通过加热和冷却系统维持反应釜保持80℃反应40分钟；

③通过冷却系统将反应釜中的液体温度降至75℃，将苯代三聚氰胺加入反应釜中，用氢氧化钠液体调ph到9，通过加热系统将反应釜中的液体温度提升至85℃反应30分钟；

④通过冷却系统将反应釜中液体温度降至40℃以下后出料，得到无色透明的bgmf缩聚树脂；

⑤将步骤①剩余的甲醛（占甲醛总量的40%）和聚乙烯醇加入反应釜中，用盐酸调调节ph到5，加热并搅拌，使反应釜中的液体温度升至90℃，维持此温度反应30分钟；

⑥通过冷却系统将反应釜的液体温度降至65℃，用氢氧化钠调节ph到8.5，加入步骤①剩余的三聚氰胺（占三聚氰胺总量的35%）和聚乙二醇，加热反应釜使温度升至85℃，维持此温度反应30分钟；

⑦通过冷却系统将反应釜中液体温度降至75℃，加入三缩水甘油异氰尿酸酯，反应25分钟后，将反应釜的温度降温至65℃，加入硫脲，维持此温度反应10分钟；

⑧通过冷却系统将反应釜中液体温度降至40℃以下后出料，得到无色透明的ppt-mf共缩聚树脂；

⑨将步骤④得到的bgmf树脂和步骤⑧得到的ppt-mf树脂按照1：1的质量比混合，搅拌均匀，得到共缩聚树脂混合液；

⑩将硼酸、硼砂、磷酸二氢铵和苯甲酸钠溶于水中，搅拌均匀后，加入将步骤⑨得到的共缩聚树脂混合液中，并继续均匀搅拌，得到改性剂。

实施例1木材改性实验及结果：

选取含水率20%或20%以下的杨木板材作为改性对象，使用实施例1的改性剂对其改性，改性方法为：

步骤一、将板材放入真空加压浸渍处理罐中，抽真空使罐内负压为-0.085mpa，保持40分钟。

步骤二、利用罐体内的负压作用将改性剂吸入并充满罐体，采用排液泵继续将复合改性剂打入罐内，使罐内液体压力升至15mpa，保持5小时。

步骤三、解除罐内压力，将改性剂全部排出到储液罐，再抽真空使浸渍罐内负压为-0.08mpa，保持20分钟，采用排液泵将残留的改性剂打入储液罐内。

步骤四、将处理材移出罐外，码好垛并气干至30%含水率后，移至干燥窑烘干，干燥温度40～80℃，干燥时间12天，最终得到含水率为8.5%的改性杨木。

实验结论：

a、改性杨木的密度由处理前的0.38g/cm³增大到0.65g/cm³，抗胀率为58%，抗弯弹性模量和抗弯强度分别比处理前提高22%和34%，表面硬度提高1.5倍，冲击韧性由31.04kj/m²增大到37.52kj/m²，比处理前提高了21%，增韧效果明显；

b、氧指数由处理前的24%提高到70%，达到难燃级别；燃烧性能达到gb8624-2012规定的b1级；

c、甲醛释放量为0.009mg/m³，达到gb18580-2017规定的e1级水平（≤0.124mg/m³）；总挥发性有机化合物（tvoc）释放率为0.15mg/（m²·h），达到环境标准hj571-2010要求（≤0.50mg/（m²·h））。

实施例2

本实施例提供了一种木材改性剂，其由以下重量份的原料制成：三聚氰胺24份、苯代三聚氰胺12份、甲醛62份、硫脲12份、聚乙烯醇13份、聚乙二醇6份、三缩水甘油异氰尿酸酯7份、硼酸3.5份、硼砂4.5份、磷酸二氢铵4份、苯甲酸钠1份、30%氢氧化钠溶液1.5份、10%盐酸溶液3份、水450份。

改性剂的制备方法包括以下步骤：

①将占三聚氰胺总重量60%的三聚氰胺和占甲醛总重量55%的甲醛加入反应釜中，升温搅拌，将反应釜中液体温度升至35℃，用氢氧化钠溶液调节液体ph值到9；

②将反应釜中液体温度升至62℃时停止加热，依靠反应釜自身放热使温度升至80℃，当反应釜中的液体透明后，通过加热和冷却系统维持反应釜保持80℃反应50分钟；

③通过冷却系统将反应釜中的液体温度降至70℃，将苯代三聚氰胺加入反应釜中，用氢氧化钠液体调ph到8.5，通过加热系统将反应釜中的液体温度提升至82℃反应35分钟；

④通过冷却系统将反应釜中液体温度降至40℃以下后出料，得到无色透明的bgmf缩聚树脂；

⑤将步骤①剩余的甲醛（占甲醛总量的45%）和聚乙烯醇加入反应釜中，用盐酸调调节ph到6，加热并搅拌，使反应釜中的液体温度升至85℃，维持此温度反应25分钟；

⑥通过冷却系统将反应釜的液体温度降至70℃，用氢氧化钠调节ph到9，加入步骤①剩余的三聚氰胺（占三聚氰胺总量的40%）和聚乙二醇，加热反应釜使温度升至82℃，维持此温度反应40分钟；

⑦通过冷却系统将反应釜中液体温度降至70℃，加入三缩水甘油异氰尿酸酯，反应20分钟后，将反应釜的温度降温至60℃，加入硫脲，维持此温度反应15分钟；

⑧通过冷却系统将反应釜中液体温度降至40℃以下后出料，得到无色透明的ppt-mf共缩聚树脂；

⑨将步骤④得到的bgmf树脂和步骤⑧得到的ppt-mf树脂按照2：1的质量比混合，搅拌均匀，得到共缩聚树脂混合液；

⑩将硼酸、硼砂、磷酸二氢铵和苯甲酸钠溶于水中，搅拌均匀后，加入将步骤⑨得到的共缩聚树脂混合液中，并继续均匀搅拌，得到改性剂。

实施例2木材改性实验及结果：

选取含水率12%或12%以下的杉木板材作为改性对象，使用实施例2的改性剂对其改性，改性方法为：

步骤一、将板材入真空加压浸渍处理罐中，抽真空使罐内负压为-0.095mpa，保持60分钟；

步骤二、利用罐体内的负压作用将实施例一中制备的改性剂吸入并充满罐体，采用排液泵继续将复合改性剂打入罐内，使罐内液体压力升至20mpa，保持8小时；

步骤三、解除罐内压力，将改性剂全部排出到储液罐，再抽真空使浸渍罐内负压为-0.095mpa，保持30分钟，采用排液泵将残留的改性剂打入储液罐内；

步骤四、将处理材移出罐外，码好垛并气干至30%含水率后，移至干燥窑烘干，干燥温度40～80℃，干燥时间15天，最终得到含水率为9.6%的改性杨木。

实验结论：

a、改性杉木的密度由处理前的0.32g/cm3增大到0.60g/cm3，抗胀率为63%，抗弯弹性模量和抗弯强度分别比处理前提高25%和38%，表面硬度提高2.3倍，冲击韧性由33.27kj/m2增大到41.15kj/m2，比处理前提高了24%，增韧效果明显；

b、氧指数由处理前的23%提高到72%，达到难燃级别；燃烧性能达到gb8624-2012规定的b1级；

c、甲醛释放量为0.012mg/m3，达到gb18580-2017规定的e1级水平（≤0.124mg/m³）；总挥发性有机化合物（tvoc）释放率为0.12mg/（m²·h），达到环境标准hj571-2010要求（≤0.50mg/（m²·h））。

实施例3

本实施例提供了一种木材改性剂，其由以下重量份的原料制成：三聚氰胺25份、苯代三聚氰胺13份、甲醛65份、硫脲12份、聚乙烯醇13份、聚乙二醇7份、三缩水甘油异氰尿酸酯9份、硼酸5份、硼砂6份、磷酸二氢铵4份、苯甲酸钠2份、30%氢氧化钠溶液1.5份、10%盐酸溶液3份、水500份。

改性剂的制备方法包括以下步骤：

①将占三聚氰胺总重量75%的三聚氰胺和占甲醛总重量65%的甲醛加入反应釜中，升温搅拌，将反应釜中液体温度升至30℃，用氢氧化钠溶液调节液体ph值到10；

②将反应釜中液体温度升至65℃时停止加热，依靠反应釜自身放热使温度升至75℃，当反应釜中的液体透明后，通过加热和冷却系统维持反应釜保持80℃反应45分钟；

③通过冷却系统将反应釜中的液体温度降至70℃，将苯代三聚氰胺加入反应釜中，用氢氧化钠液体调ph到9，通过加热系统将反应釜中的液体温度提升至80℃反应40分钟；

④通过冷却系统将反应釜中液体温度降至40℃以下后出料，得到无色透明的bgmf缩聚树脂；

⑤将步骤①剩余的甲醛（占甲醛总量的35%）和聚乙烯醇加入反应釜中，用盐酸调调节ph到5，加热并搅拌，使反应釜中的液体温度升至90℃，维持此温度反应30分钟；

⑥通过冷却系统将反应釜的液体温度降至60℃，用氢氧化钠调节ph到8.5，加入步骤①剩余的三聚氰胺（占三聚氰胺总量的25%）和聚乙二醇，加热反应釜使温度升至80℃，维持此温度反应35分钟；

⑦通过冷却系统将反应釜中液体温度降至72℃，加入三缩水甘油异氰尿酸酯，反应25分钟后，将反应釜的温度降温至65℃，加入硫脲，维持此温度反应10分钟；

⑧通过冷却系统将反应釜中液体温度降至40℃以下后出料，得到无色透明的ppt-mf共缩聚树脂；

⑨将步骤④得到的bgmf树脂和步骤⑧得到的ppt-mf树脂按照3：2的质量比混合，搅拌均匀，得到共缩聚树脂混合液；

⑩将硼酸、硼砂、磷酸二氢铵和苯甲酸钠溶于水中，搅拌均匀后，加入将步骤⑨得到的共缩聚树脂混合液中，并继续均匀搅拌，得到改性剂。

实施例3木材改性实验及结果：

选取含水率15%或15%以下的樟子松板材作为改性对象，使用实施例3的改性剂对其改性，改性方法为：

步骤一、将樟子松板材放入真空加压浸渍处理罐中，抽真空使罐内负压为-0.09mpa，保持50分钟；

步骤二、利用罐体内的负压作用将实施例一中制备的改性剂吸入并充满罐体，采用排液泵继续将复合改性剂打入罐内，使罐内液体压力升至18mpa，保持6小时；

步骤三、解除罐内压力，将改性剂全部排出到储液罐，再抽真空使浸渍罐内负压为-0.09mpa，保持30分钟，采用排液泵将残留的改性剂打入储液罐内；

步骤四、将处理材移出罐外，码好垛并气干至30%含水率后，移至干燥窑烘干，干燥温度40～80℃，干燥时间10天，最终得到含水率为10.4%的改性杨木。

实验结论：

a、改性樟子松的密度由处理前的0.46g/cm3增大到0.75g/cm³，抗胀率为65%，抗弯弹性模量和抗弯强度分别比处理前提高27%和36%，表面硬度提高2.5倍，冲击韧性由36.55kj/m2增大到47.84kj/m2，比处理前提高了31%，增韧效果明显。

b、氧指数由处理前的26%提高到73%，达到难燃级别；燃烧性能达到gb8624-2012规定的b1级。

c、甲醛释放量为0.01mg/m3，达到gb18580-2017规定的e1级水平（≤0.124mg/m³）；总挥发性有机化合物（tvoc）释放率为0.09mg/（m²·h），达到环境标准hj571-2010要求（≤0.50mg/（m²·h））。

本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除