耐火木质体及其制造方法技术

一种用于木质体的硫酸化和磷酸化以赋予基材阻燃性的方法，其中使用至少一种式(I)PO(OH)2‑R‑PO(OH)2的膦酸作为硫酸化和磷酸化剂的催化剂，以及相关的木质体。

Refractory wood body and method for manufacturing the same

A method for wooden body sulfated and phosphorylated substrates to impart flame retardant, which at least one type (I) PO (OH) 2 R PO (OH) 2 phosphonic acid as catalyst sulfation and phosphorylation agent, and the wooden body.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耐火木质体及其制造方法
本说明书涉及赋予木质体阻燃性的方法并涉及相关木质体。
技术介绍
木材是从植物树干获得的材料，特别是从树木(例如针叶和落叶)获得的材料，但也从灌木获得。植物的特点是树干和树枝每年同心地向外生长，并且组织主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。2,3干燥木材的化学成分因物种而异；通常它包含约50％的碳，42％的氧，6％的氢，1％的氮和1％的其他元素，如钙，钾，钠，镁，铁，锰以及痕量的硫，氯，硅，磷和少量其他元素。水在活木材中存在于细胞壁内和组织空腔中。彻底空气干燥的木材在组织空腔中基本上不含水，而在细胞壁中保留8％至16％的水。2,3水含量对木材的一般影响是使其更柔软和更具柔性。因此，干燥导致木材的强度/抗力的显著增加；冷杉的完全干燥的块的5厘米截面能够支撑比相同的未干燥的块大四倍的永久荷载。木材由以下物质制成：41-43％的纤维素(衍生自葡萄糖的结晶聚合物)，20-30％的半纤维素(主要包括以不规则的方式彼此连接的具有五个碳原子的糖)和23-27％的木质素(其具有产生能够将半纤维素和纤维素保持在一起的基质的功能)。木质素赋予木质材料疏水性，因为其结构包括芳环。2,3纤维素(图1)、半纤维素(图2)和木质素(图3)的化学结构显示存在可用于化学反应的羟基，所述化学反应类似于其中伯醇、仲醇和叔醇可以参与的反应。由于木材广泛用于生产私人环境和公共环境(如剧院、电影院、会议室等)二者的结构和非结构元件，因此必须提高该材料的耐火焰性。当存在以下要素时，发生木材燃烧：-燃料(木材)；-助燃物，通常是空气中的氧；和-能够促进助燃物的物理和化学变化的热源，以便启动燃料燃烧。从这一刻起，燃烧现象由所产生的热量自动供能。在木材的情况下，燃烧通过形成各种气态分解产物而进料；纤维素和半纤维素的主要解聚产物是左旋葡聚糖、纤维二糖及其低聚物，而在木质素的热降解中，难以确定主要分解产物，因为该过程更复杂。事实上，木质素分子不是通过重复彼此相等的单体单元而形成的，它呈现三维结构并且因植物而不同。上述挥发性可燃物质的前体是木材燃烧传播速度的主要贡献者。减少在木质素热降解过程中形成的左旋葡聚糖和其他挥发性成分的形成减少了挥发性可燃成分的量，因此降低了木材的燃烧能力。为了降低木材的燃烧能力，进行旨在化学改性木材本身的各种方法。1已知技术包括将木材浸入含有所添加的具有各种性质的阻燃物质如硼酸盐、磷酸盐、含氮盐的水溶液中，及其后续在基材内干燥，或通过涂漆相同盐的添加剂聚合物而层压，以便获得对火焰的屏障。然而，这些方法并不完全有效，并且存在若干缺点。第一个缺点与木材的添加剂化(additivation)过程有关，其特别是允许抗火焰盐的水溶液渗透到木材的空腔中；不幸的是，所有所使用的添加剂都倾向于在水中溶解，因此，显而易见的是然后必须进行防止其在产品的寿命期间被洗出的后续处理。第二个缺点与木材的被动表面保护有关，或者说是层压或涂漆的过程；事实上，阻燃剂薄层只能暂时保护免受火焰侵害，但木质体内热量的逐渐增加立即引起纤维素、半纤维素和木质素化合物降解成可燃挥发性化合物，引发燃烧过程。
技术实现思路
本专利技术的目的是开发一种用于处理木质体的新方法，其能够赋予木质体改善的阻燃性，并且情景地不在结构上弱化木质体本身。根据本专利技术，由于在所附权利要求书中具体回顾的解决方案，上述目的得以实现，所述权利要求书形成本说明书的组成部分。本说明书中提供的解决方案包括使用膦酸作为硫酸化和磷酸化剂的催化剂，其能够与木质体的主要组分即纤维素、半纤维素和木质素反应，从而获得其中纤维素、半纤维素和木质素被硫酸化和磷酸化的木质体。本专利技术的一个实施方式涉及具有阻燃性的木质体，其具有在30和90之间、更优选在60和80之间的L.O.I.等级。本说明书的一个不同实施方式涉及一种用于制造具有抗火焰性能的木质体的方法，其包括以下操作：i)提供木质体，优选干燥的木质体；ii)优选在加热条件下，制备硫酸化和磷酸化溶液，所述硫酸化和磷酸化溶液包含水、氨基磺酸铵、脲和具有至少一种式(I)的化合物：PO(OH)2-R-PO(OH)2(I)其中，R表示直链或支链的取代或未取代的C1-10、优选C1-5烷基；N(R1)基团；R2N(R3)R4基团；R1表示H，直链或支链的取代或未取代的C1-5、优选C1-3烷基；R2和R4独立地表示直链或支链的取代或未取代的C1-5、优选C1-3烷基；R3表示直链或支链的取代或未取代的C1-5、优选C1-3烷基；R5N(R6)R7基团；R5和R7独立地表示直链或支链的取代或未取代的C1-5、优选C1-3烷基；R6表示直链或支链的取代或未取代的C1-5、优选C1-3烷基；R8N(R9)R10基团；R8、R9和R10独立地表示直链或支链的取代或未取代的C1-5、优选C1-3烷基；条件是通式(I)中-PO(OH)2基团的数量不大于5；iii)优选在高于大气压的压力下，将所述木质体浸入所述硫酸化和磷酸化溶液；iv)从所述硫酸化和磷酸化溶液中取出所述木质体；v)将所述木质体在110℃至175℃之间的温度下保持1分钟至12小时之间的时间段，最终获得具有阻燃性的硫酸化和磷酸化木质体。本专利技术的方法允许获得在其主体的每个点处都具有阻燃性的木质体，其相对于未处理的木质体具有不变的物理性质。附图说明现将参照附图，借助非限制性实施例详细描述本专利技术，其中：-图1：表示纤维素的化学结构。-图2：表示半纤维素的化学结构。-图3：表示木质素的化学结构。-图4：表示用于测量L.O.I.的装置的实例。-图5：表示木质体的化学结构，其中纤维素、半纤维素和木质素中含有的羟基经受根据本说明书所述的硫酸化和磷酸化方法。-图6：表示木质体的化学结构，其中纤维素、半纤维素和木质素中以及磷酸化剂中含有的羟基经受根据本说明书所述的硫酸化和磷酸化方法。具体实施方式现将参照基本上由杨木组成的具有改进的阻燃性的木质体，借助非限制性实施例来详细描述本专利技术。显然，本说明书的范围不以任何方式限于杨木体：本文描述的方法实际上适合于用于生产结构和非结构元件的任何植物的木质体。此外，虽然下面提供的实验数据涉及基本上由杨木组成的，长80mm，宽10mm和厚10mm的平行六面体形式的木质体(其作为L.O.I.UNIENISO4589-2：2003的技术标准是理想的)，但是本说明书的方法适用于具有任何构造的木质体，例如厚木板，面板，梁，木片，片，块，树干，板条以及任何包括至少一部分木材的结构和非结构元件。在下面的描述中，存在许多具体细节以提供对实施方式的透彻理解。实施方式可以在没有一个或多个具体细节的情况下在实践中实现，或用其他方法、组件、材料等实现。在其他情况下，未示出或详细描述公知的结构、材料或操作以避免模糊实施方式的某些方面。在本说明书中，提到“一个实施方式”或“实施方式”意味着结合该实施方式描述的特定配置、结构或性质被包括在至少一个实施方式中。因此，在本说明书通篇中各处出现的短语“在一个实施方式中”或“在某个实施方式中”并不一定指相同的实施方式。此外，在一个或多个实施方式中，特定配置、结构或性质可以以任何方便的方式组合。本文提供的标题只是为了方便起见，而非解释实施方式的对象或含义。在本说明书中，“木质体”是指从植物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于木质体的硫酸化和磷酸化以赋予所述木质体阻燃性的方法，其包括以下操作：i)提供木质体，优选干燥的木质体；ii)优选在加热条件下，制备硫酸化和磷酸化溶液，所述硫酸化和磷酸化溶液包含水、氨基磺酸铵、脲和具有至少一种式(I)的化合物：PO(OH)2‑R‑PO(OH)2   (I)其中，R表示直链或支链的取代或未取代的C1‑10、优选C1‑5烷基；N(R1)基团；R2N(R3)R4基团；R1表示H，直链或支链的取代或未取代的C1‑5、优选C1‑3烷基；R2和R4独立地表示直链或支链的取代或未取代的C1‑5、优选C1‑3烷基；R3表示直链或支链的取代或未取代的C1‑5、优选C1‑3烷基；R5N(R6)R7基团；R5和R7独立地表示直链或支链的取代或未取代的C1‑5、优选C1‑3烷基；R6表示直链或支链的取代或未取代的C1‑5、优选C1‑3烷基；R8N(R9)R10基团；R8、R9和R10独立地表示直链或支链的取代或未取代的C1‑5、优选C1‑3烷基；条件是通式(I)中‑PO(OH)2基团的数量不大于5；iii)优选在高于大气压的压力下，将所述木质体浸入所述硫酸化和磷酸化溶液；iv)从所述硫酸化和磷酸化溶液中取出所述木质体；v)将所述木质体在110℃至175℃之间的温度下保持1分钟至5小时之间的时间段，最终获得具有阻燃性的硫酸化和磷酸化木质体。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.02 IT TO2015A0000731.一种用于木质体的硫酸化和磷酸化以赋予所述木质体阻燃性的方法，其包括以下操作：i)提供木质体，优选干燥的木质体；ii)优选在加热条件下，制备硫酸化和磷酸化溶液，所述硫酸化和磷酸化溶液包含水、氨基磺酸铵、脲和具有至少一种式(I)的化合物：PO(OH)2-R-PO(OH)2(I)其中，R表示直链或支链的取代或未取代的C1-10、优选C1-5烷基；N(R1)基团；R2N(R3)R4基团；R1表示H，直链或支链的取代或未取代的C1-5、优选C1-3烷基；R2和R4独立地表示直链或支链的取代或未取代的C1-5、优选C1-3烷基；R3表示直链或支链的取代或未取代的C1-5、优选C1-3烷基；R5N(R6)R7基团；R5和R7独立地表示直链或支链的取代或未取代的C1-5、优选C1-3烷基；R6表示直链或支链的取代或未取代的C1-5、优选C1-3烷基；R8N(R9)R10基团；R8、R9和R10独立地表示直链或支链的取代或未取代的C1-5、优选C1-3烷基；条件是通式(I)中-PO(OH)2基团的数量不大于5；iii)优选在高于大气压的压力下，将所述木质体浸入所述硫酸化和磷酸化溶液；iv)从所述硫酸化和磷酸化溶液中取出所述木质体；v)将所述木质体在110℃至175℃之间的温度下保持1分钟至5小时之间的时间段，最终获得具有阻燃性的硫酸化和磷酸化木质体。2.根据权利要求1所述的用于硫酸化和磷酸化的方法，其中在操作v)之前，优选在70至90℃之间的温度下，使从所述硫酸化和磷酸化溶液中取出的所述木质体经受滴干操作和加热干燥操作。3.根据权利要求1或2所述的用于硫酸化和磷酸化的方法，其中在操作v)结束时，使所述木质体经受洗涤操作，优选在加热条件下，并且加热干燥，优选在70℃至90℃之间的温度下。4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于硫酸化和磷酸化的方法，其中在操作iii)之前，在低于大气压的压力下使所述木质体经受除气操作。5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于硫酸化和磷酸化的方法，其中所述硫酸化和磷酸化溶液通过以下列顺序混合水、脲、至少一种式(I)的化合物和氨基磺酸铵而制备。6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于硫酸化和磷酸化的方法，其中所述硫酸化和磷酸化溶液包含：-量为80至25重量/重量％，优选50至60重量/重量％的水，-量为10至30重量/重量％，优选10至20重量/重量％的脲，-量为5至30重量/重量％，优选10至20重量/重量％的至少一种式(I)的化合物，以及-量为5至30重量/重量％，优选8至15重量/重量％的氨基磺酸铵。7.根据权利要求1至6中任一项所述的硫酸化和磷酸化的方法，其中当通式(I)的基团R，R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，R9，R10中的任一个，如果存在，表示取代的烷基时，一个或多个取代基独立地选自-OH，-C...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·托纳尼，A·诺韦洛，C·西尔纳，S·佩萨罗，
申请(专利权)人：托尔奇图拉帕达纳股份公司，扎纳罗股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT