一种杉木芯防火阻燃生态板及其制备方法与流程

本发明涉及阻燃木材，具体涉及一种杉木芯防火阻燃生态板及其制备方法。

背景技术：

1、随着我国经济建设的不断发展和人民生活水平的提高，人们对建筑及装饰装修板材在美观、舒适及其他功能方面提出了更高的要求。细木工板又叫大芯板、木芯板，由两片单板中间胶压拼接木芯板而成，是一种天然木材单板与实木拼板经人工处理而成的板材，木芯板芯条占细木工板体积60%以上，直接影响木板质量。细木工板因其具有规格统一、质轻、易加工、握钉力好、不变形等优点，在建筑及室内装修等领域得到广泛使用，用杉木做原料，具有质轻、易加工、握钉力好、不变形，是制作室内装修和高档家具的理想材料。但细木工板是易燃材料，在火灾中不具有阻燃或延缓燃烧的特性，存在极大的安全隐患。通常添加的阻燃剂制备木板，也常常会引起木板吸湿率提高、力学性能下降等问题。或者需要添加胶黏剂促进阻燃剂与木板材料的混合，而造成了甲醛的释放，使得木板材料的环保性下降。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种杉木芯防火阻燃生态板及其制备方法，制备方法简单，条件温和，制得的杉木芯防火阻燃生态板具有极好的阻燃性能，同时，其力学性能影响不大，不会影响材料的吸湿性能，且安全环保，无甲醛、vocs等释放，将具有广阔的应用前景。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明提供一种杉木芯防火阻燃生态板的制备方法，将杉木板浸泡于改性阻燃剂溶液中，加热浸泡处理，取出，干燥至绝干，制得杉木芯防火阻燃生态板；

4、所述改性阻燃剂溶液为生物基阻燃剂和硅烷偶联剂混合改性后制得的水溶液；

5、所述生物基阻燃剂的结构式如式i所示：

6、，

7、式i。

8、作为本发明的进一步改进，所述生物基阻燃剂的合成方法如下：

9、s1.将三聚氰胺与对羟基苯甲醛反应，制得中间体1，结构如下：

10、；

11、s2.将中间体1和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物反应，制得中间体2，结构如下：

12、；

13、s3.将中间体2与植酸反应，制得中间体3，结构如下：

14、；

15、s4.将中间体3加入镁盐水溶液中，制得产物。

16、作为本发明的进一步改进，步骤s1中所述三聚氰胺与对羟基苯甲醛的摩尔比为1-1.1:1，所述反应温度为55-60℃，时间为3-5h。

17、作为本发明的进一步改进，步骤s2中所述中间体1和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物的摩尔比为1:1-1.1，所述反应的温度为65-70℃，时间为7-10h。

18、作为本发明的进一步改进，步骤s3中所述中间体2与植酸的摩尔比为1:1.1-1.2，所述反应的温度为75-85℃，时间为1-2h。

19、作为本发明的进一步改进，步骤s4中所述镁盐水溶液的浓度为7-10wt%，所述镁盐选自氯化镁、硫酸镁、硝酸镁中的至少一种。

20、作为本发明的进一步改进，所述硅烷偶联剂选自kh550、kh580、kh590、kh602、kh792中的至少一种。

21、优选地，所述硅烷偶联剂为kh550和kh602的混合物，质量比为5-7:2。

22、作为本发明的进一步改进，所述改性阻燃剂溶液的制备方法如下：将4-5重量份生物基阻燃剂和0.5-1重量份硅烷偶联剂加入100重量份水中，加热至40-50℃，搅拌反应1-2h，冷却至室温，制得改性阻燃剂溶液。

23、作为本发明的进一步改进，所述加热浸泡处理的温度为60-65℃，时间为3-5h。

24、本发明进一步保护一种上述的制备方法制得的杉木芯防火阻燃生态板。

25、本发明具有如下有益效果：

26、本发明制备了一种生物基阻燃剂，是一种n-p-mg协效阻燃剂，具有阻燃效果好、低烟、低毒、添加量少等优点，在受热时能释放不燃性气体，在热解过程中能产生聚磷酸、偏磷酸等化合物，促进脱水成炭，进一步使熔融态的炭层膨胀，形成隔热性能良好的膨胀炭层，炭层中含有芳香结构和富磷无机结构，延缓了热量的渗透、氧气的传递和挥发性降解产物的逸出，另外，分子结构中的mg能够形成氢氧化镁，在受热时，会发生热分解反应，吸收大量的热量，从而降低材料的温度，延缓燃烧速度，在热分解时，会释放出大量水分，水分可以稀释可燃气体，降低氧气浓度从而降低燃烧速率，同时分解后产生的mgo覆盖于聚合物表面阻挡热传导和热辐射，提高材料抵抗火焰的能力，起到隔绝空气阻止燃烧的目的。

27、在制备过程中，中间体2与植酸反应，氨基和磷酸酸性位点相互作用形成聚集体，产生离子相互吸引，产生p-p堆叠自组装效应，形成了二维纳米片结构，在传质过程中起到阻隔作用，能够抑制氧气的介入与烟的产生，对基体有一定的保护作用，且对力学性能的影响不大。

28、本发明制备了改性阻燃剂溶液，将制得的生物基阻燃剂由硅烷偶联剂进行改性处理，不仅提高了生物基阻燃剂在木板材料中的结合强度，避免使用粘合剂等不环保的原料，同时，硅烷偶联剂中的硅氧结构进一步提高了材料的阻燃性能，在高温时形成含碳硅酸盐层，具有延缓或阻止可燃性气体的逸出和自由基的生成的作用，受热也会发生热分解反应，吸收大量热量，可达到使阻燃材料升温减缓或中止的效果。

29、本发明杉木芯防火阻燃生态板的制备方法简单，条件温和，制得的杉木芯防火阻燃生态板具有极好的阻燃性能，同时，其力学性能影响不大，不会影响材料的吸湿性能，且安全环保，无甲醛、vocs等释放，将具有广阔的应用前景。

30、实施方式

31、下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

32、制备例1 生物基阻燃剂的合成

33、方法如下：

34、中间体1的合成路线：

35、；

36、s1.将0.1mol三聚氰胺溶于200ml水中，氮气保护下，加入50ml 0.1mol对羟基苯甲醛的乙醇溶液，55℃搅拌反应3h，减压除去溶剂，丙酮重结晶，乙醇洗涤，干燥，制得中间体1；esi-ms计算值：c10h11n6o(m+h)+ 231.09，实测值：231.1，收率为94.2%。

37、核磁结果：1h nmr(300mhz，cdcl3)δ8.12（s，1h），7.41（d， j=6.2hz，2h），6.83（d， j=6.1hz，2h），5.0（br，1h），4.1（br，4h）。

38、中间体2的合成路线：

39、；

40、s2.将0.1mol中间体1溶于200ml乙醇中，氮气保护下，加入0.1mol 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，65℃搅拌反应7h，减压除去溶剂，用乙酸乙酯和丙酮按照体积比1:1的混合溶液进行进行重结晶，乙醇洗涤，干燥，制得中间体2；esi-ms计算值：c22h20n6o3p(m+h)+ 447.13，实测值：447.1，收率为90.6%。

41、核磁结果：1h nmr(300mhz，cdcl3)δ7.51（d， j=5.7hz，1h），7.3-7.31（m，3h），7.2（m，1h），7.02（m，1h），6.87-6.89（m，3h），6.78（d， j=6.4hz，1h），6.62（d， j=4.8hz，2h），5.1（br，1h），4.1（br，5h），3.88（1h）。

42、中间体3的合成路线：

43、；

44、s3.将0.1mol中间体2溶于200ml水中，加入50ml 0.11mol植酸的水溶液，75℃搅拌反应1h，减压除去溶剂，丙酮重结晶，清水洗涤，干燥，制得中间体3；收率为88.9%。红外分析结构如下：1659cm-1、1552cm-1、1427cm-1为三嗪环的振动峰，1485cm-1为c-n的特征峰，1320cm-1为ph-oh的特征吸收峰，1251cm-1、1007cm-1为p=o和p-o的振动峰，1071cm-1和872cm-1为p-o和p-o-c的振动吸收峰，847cm-1为苯环特征吸收峰。

45、s4.将10g中间体3加入100ml 7wt%的硝酸镁水溶液中，搅拌反应30min，减压除去溶剂，用丙酮和石油醚按照体积比为3:1的混合溶液进行重结晶，清水洗涤，干燥，制得产物，收率为87.5%。

46、制备例2 生物基阻燃剂的合成

47、方法如下：

48、s1.将0.11mol三聚氰胺溶于200ml水中，氮气保护下，加入50ml 0.1mol对羟基苯甲醛的乙醇溶液，60℃搅拌反应5h，减压除去溶剂，丙酮重结晶，乙醇洗涤，干燥，制得中间体1,收率为94.9%；

49、s2.将0.1mol中间体1溶于200ml乙醇中，氮气保护下，加入0.11mol 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，70℃搅拌反应10h，减压除去溶剂，用乙酸乙酯和丙酮按照体积比1:1的混合溶液进行进行重结晶，乙醇洗涤，干燥，制得中间体2，收率为91.3%；

50、s3.将0.1mol中间体2溶于200ml水中，加入50ml 0.12mol植酸的水溶液，85℃搅拌反应2h，减压除去溶剂，丙酮重结晶，清水洗涤，干燥，制得中间体3，收率为89.0%；

51、s4.将10g中间体3加入100ml 10wt%的硫酸镁水溶液中，搅拌反应30min，减压除去溶剂，用丙酮和石油醚按照体积比为3:1的混合溶液进行重结晶，清水洗涤，干燥，制得产物，收率为87.8%。

52、制备例3 生物基阻燃剂的合成

53、方法如下：

54、s1.将0.105mol三聚氰胺溶于200ml水中，氮气保护下，加入50ml 0.1mol对羟基苯甲醛的乙醇溶液，57℃搅拌反应4h，减压除去溶剂，丙酮重结晶，乙醇洗涤，干燥，制得中间体1，收率为95.1%；

55、s2.将0.1mol中间体1溶于200ml乙醇中，氮气保护下，加入0.105mol 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，67℃搅拌反应8h，减压除去溶剂，用乙酸乙酯和丙酮按照体积比1:1的混合溶液进行进行重结晶，乙醇洗涤，干燥，制得中间体2，收率为91.9%；

56、s3.将0.1mol中间体2溶于200ml水中，加入50ml 0.115mol植酸的水溶液，80℃搅拌反应1.5h，减压除去溶剂，丙酮重结晶，清水洗涤，干燥，制得中间体3，收率为89.4%；

57、s4.将10g中间体3加入100ml 8.5wt%的氯化镁水溶液中，搅拌反应30min，减压除去溶剂，用丙酮和石油醚按照体积比为3:1的混合溶液进行重结晶，清水洗涤，干燥，制得产物，收率为88.1%。

58、对比制备例1

59、与制备例3相比，不同之处在于，未进行步骤s2至s4。

60、具体如下：

61、s1.将0.105mol三聚氰胺溶于200ml水中，氮气保护下，加入50ml 0.1mol对羟基苯甲醛的乙醇溶液，57℃搅拌反应4h，减压除去溶剂，丙酮重结晶，乙醇洗涤，干燥，制得中间体1，即为产物。

62、对比制备例2

63、与制备例3相比，不同之处在于，未进行步骤s3至s4。

64、具体如下：

65、s1.将0.105mol三聚氰胺溶于200ml水中，氮气保护下，加入50ml 0.1mol对羟基苯甲醛的乙醇溶液，57℃搅拌反应4h，减压除去溶剂，丙酮重结晶，乙醇洗涤，干燥，制得中间体1；

66、s2.将0.1mol中间体1溶于200ml乙醇中，氮气保护下，加入0.105mol 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，67℃搅拌反应8h，减压除去溶剂，用乙酸乙酯和丙酮按照体积比1:1的混合溶液进行进行重结晶，乙醇洗涤，干燥，制得中间体2，即为产物。

67、对比制备例3

68、与制备例3相比，不同之处在于，未进行步骤s4。

69、具体如下：

70、s1.将0.105mol三聚氰胺溶于200ml水中，氮气保护下，加入50ml 0.1mol对羟基苯甲醛的乙醇溶液，57℃搅拌反应4h，减压除去溶剂，丙酮重结晶，乙醇洗涤，干燥，制得中间体1；

71、s2.将0.1mol中间体1溶于200ml乙醇中，氮气保护下，加入0.105mol 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，67℃搅拌反应8h，减压除去溶剂，用乙酸乙酯和丙酮按照体积比1:1的混合溶液进行进行重结晶，乙醇洗涤，干燥，制得中间体2；

72、s3.将0.1mol中间体2溶于200ml水中，加入50ml 0.115mol植酸的水溶液，80℃搅拌反应1.5h，减压除去溶剂，丙酮重结晶，清水洗涤，干燥，制得中间体3，即为产物。

73、实施例

74、本实施例提供一种杉木芯防火阻燃生态板的制备方法：

75、s1.改性阻燃剂溶液的制备方法如下：将4重量份制备例1制得的生物基阻燃剂和0.5重量份硅烷偶联剂加入100重量份水中，加热至40℃，搅拌反应1h，冷却至室温，制得改性阻燃剂溶液；

76、所述硅烷偶联剂为kh550和kh602的混合物，质量比为5:2；

77、s2.将杉木板浸泡于改性阻燃剂溶液中，加热至60℃，浸泡处理3h，取出，90℃干燥至绝干，制得杉木芯防火阻燃生态板。

78、实施例

79、本实施例提供一种杉木芯防火阻燃生态板的制备方法：

80、s1.改性阻燃剂溶液的制备方法如下：将5重量份制备例2制得的生物基阻燃剂和1重量份硅烷偶联剂加入100重量份水中，加热至50℃，搅拌反应2h，冷却至室温，制得改性阻燃剂溶液；

81、所述硅烷偶联剂为kh550和kh602的混合物，质量比为7:2；

82、s2.将杉木板浸泡于改性阻燃剂溶液中，加热至65℃，浸泡处理5h，取出，90℃干燥至绝干，制得杉木芯防火阻燃生态板。

83、实施例

84、本实施例提供一种杉木芯防火阻燃生态板的制备方法：

85、s1.改性阻燃剂溶液的制备方法如下：将4.5重量份制备例3制得的生物基阻燃剂和0.7重量份硅烷偶联剂加入100重量份水中，加热至45℃，搅拌反应1.5h，冷却至室温，制得改性阻燃剂溶液；

86、所述硅烷偶联剂为kh550和kh602的混合物，质量比为6:2；

87、s2.将杉木板浸泡于改性阻燃剂溶液中，加热至62℃，浸泡处理4h，取出，90℃干燥至绝干，制得杉木芯防火阻燃生态板。

88、实施例

89、与实施例3相比，不同之处在于，硅烷偶联剂为单一的kh550。

90、实施例

91、与实施例3相比，不同之处在于，硅烷偶联剂为单一的kh602。

92、对比例1

93、与实施例3相比，不同之处在于，未添加硅烷偶联剂。

94、对比例2

95、与实施例3相比，不同之处在于，生物基阻燃剂由对比制备例1制得。

96、对比例3

97、与实施例3相比，不同之处在于，生物基阻燃剂由对比制备例2制得。

98、对比例4

99、与实施例3相比，不同之处在于，生物基阻燃剂由对比制备例3制得。

100、对比例5

101、与实施例3相比，不同之处在于，生物基阻燃剂由三聚氰胺替代。

102、测试例1 吸湿性测试

103、将本发明实施例1-5和对比例1-5中的杉木芯防火阻燃生态板，对照组采用市售阻燃剂，空白组未浸泡阻燃剂或改性阻燃剂溶液，进行实验。

104、选择杉木板试件尺寸为70mm×70mm×3mm，在空气湿度为85%的环境中，处理7d，根据以下公示计算吸湿率。

105、，

106、式中：△g，吸湿率（%）；m0，载阻燃剂处理前的试件质量（g）；m1，载阻燃剂处理干燥后试件质量（g）；m2，吸湿后试件质量（g）；n，试验次数（3次）。

107、结果见表1。

108、表1

109、

110、由上表可知，本发明实施例1-3中处理得到的杉木芯防火阻燃生态板吸湿率较低。

111、测试例2 阻燃性能

112、将本发明实施例1-5和对比例1-5中的杉木芯防火阻燃生态板以及市售同类产品进行实验。空白组未浸泡改性阻燃剂溶液。

113、按照gb/t 2406.2-2009《塑料-用氧指数法测定燃烧行为-第2部分:室温试验》测试杉木芯防火阻燃生态板的氧指数，每个样品重复进行10次，取平均值。

114、根据gb/t 2408-2021《塑料:燃烧性能的测定水平法和垂直法》测试杉木芯防火阻燃生态板的水平垂直燃烧测定，每个样品重复进行10次，取平均值。

115、结果见表2。

116、表2

117、

118、由上表可知，本发明实施例1-3中处理得到的杉木芯防火阻燃生态板阻燃性能极好。

119、测试例3

120、将本发明实施例1-5和对比例1-5中的杉木芯防火阻燃生态板以及市售同类产品进行实验。

121、按照gb/t 17657-2022《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》用干燥器法测定胶合板的甲醛释放量。

122、结果见表3。

123、表3

124、

125、由上表可知，本发明实施例1-3中处理得到的杉木芯防火阻燃生态板几乎没有甲醛释放。

126、测试例4

127、将本发明实施例1-5和对比例1-5中的杉木芯防火阻燃生态板以及市售同类产品进行实验。空白组未浸泡改性阻燃剂溶液。

128、按照国家标准gb/t 17657-2022《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》进行力学性能测试。

129、结果见表4。

130、表4

131、

132、由上表可知，本发明实施例1-3中处理得到的杉木芯防火阻燃生态板的力学性能影响不大。

133、以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。