木纤维磷酸酯阻燃剂及其制备方法和其在阻燃纤维板的制备中的应用技术

本发明专利技术提供了一种木纤维磷酸酯阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：将10～25份尿素和23～35份磷酸酯化试剂溶于50～100份水中，用稀酸调节pH值，然后加入40～100份木纤维，搅拌混合均匀，获得混合物；在低真空下升温使混合物氧化、干燥脱水，在氮气保护下继续搅拌并升高温度使混合物进行磷酸酯化反应，反应完成后获得沉淀物，将沉淀物用去离子水洗涤，再经干燥后得到木纤维磷酸酯阻燃剂。该方法以木纤维和磷酸酯化试剂通过磷酸酯化反应制备阻燃剂，同时在反应体系中加入尿素，不仅可减少可燃产物的生成，而且可以促进成炭，保证木纤维磷酸酯阻燃剂的阻燃性。本发明专利技术还提供一种由该方法制备得到的木纤维磷酸酯阻燃剂及其应用。

Wood fiber phosphate flame retardant and its preparation method and its application in the preparation of flame-retardant fiberboard

The invention provides a preparation method of wood fiber phosphate flame retardant, which comprises the following steps: dissolving 10-25 phr urea and 23-35 phr phosphate ester reagent in 50-100 phr water, adjusting pH value with dilute acid, then adding 40-100 phr wood fiber, stirring and mixing uniformly to obtain the mixture, and heating the mixture under low vacuum to make the mixture oxygen. After the reaction is completed, the precipitate is obtained. The precipitate is washed with deionized water and then dried to obtain wood fiber phosphate flame retardant. In this method, wood fiber and phosphoric acid esterification reagent were used to prepare flame retardant by phosphoric acid esterification reaction, and urea was added to the reaction system, which not only reduced the formation of flammable products, but also promoted the formation of charcoal and guaranteed the flame retardancy of wood fiber phosphate ester flame retardant. The invention also provides a wood fiber phosphate flame retardant prepared by the method and its application.

【技术实现步骤摘要】
木纤维磷酸酯阻燃剂及其制备方法和其在阻燃纤维板的制备中的应用
本专利技术属于防火材料及其制备
，尤其涉及一种木纤维磷酸酯阻燃剂及其制备方法和其在阻燃纤维板的制备中的应用。
技术介绍
纤维板是将木材或植物纤维经机械分离和化学处理手段，掺入胶粘剂和防水剂等，再经高温、高压成型，制成的一种建筑家装板材。纤维板的结构比天然木材均匀，也避免了腐朽、虫蛀等问题，纤维板表面平整，易于粘贴各种饰面，可以使制成的家具更加美观。随着国民经济的持续发展，纤维板作为重要的工程材料，越来越广泛地应用于建筑装饰装修、家具生产、地板生产、船舶和车辆内装修等领域，为国民经济建设发挥了重要作用。然而，与其它木质材料一样，纤维板具有较高的燃烧值和较低的起燃温度以及非常快的火焰传播速度，因此具有很大的火灾危害性。因此，对纤维板进行阻燃处理降低纤维板的可燃性，减缓材料的燃烧速度和释烟量，对于防止火灾的发生，以及赢得火灾初期宝贵的时间用来疏散人员和及时控制、扑救火灾都是十分宝贵的。目前制备阻燃纤维板的方法主要有添加法和板面涂覆法。添加法，即在成板之前进行的阻燃处理，是将阻燃剂与纤维进行简单的机械搅拌物理共混或是将阻燃剂喷洒在纤维上，然后压制成板。涂覆法，即在纤维成板之后，在纤维板表面均匀的涂覆阻燃剂或阻燃涂料，制备阻燃纤维板。中国专利申请CN105885459A公开了一种环保阻燃板及其制备方法。该方法将废旧纤维洗净、制干、粉碎，置入质量浓度的2％的NaOH溶液中进行浸渍24h，用清水洗涤，在5000r/min下用纤维解离器解离，再用清水洗涤，使NaOH完全被洗除，得处理后的湿纤维；由氢氧化铝、聚磷酸铵、三聚氰胺和硼酸锌混匀制成阻燃剂；将处理后的湿纤维在搅拌下与阻燃剂混配在一起，制成均匀的板浆；将板浆装入模具中成型，经冷压、热压制备成环保阻燃纤维板。中国专利申请CN104647556A公开了一种阻燃中密度纤维板的制备方法，包括以下步骤：首先将季戊四醇磷酸酯、三聚氰胺焦磷酸盐、硼酸锌和水依次加入搅拌罐中，高速分散20min，使物料充分混合，用砂磨机进行研磨；然后将木纤维加入搅拌机中预先搅拌10-15min，在搅拌下将阻燃剂和胶粘剂的混合物通过喷枪加入纤维中，继续搅拌30-50min；混合均匀后取出，干燥，预压，热压成型，即得阻燃中密度纤维板。中国专利申请CN106113214A公开了一种复合型阻燃纤维板的制备方法，该方法将收集的废旧纸浆纤维粉碎，加入质量浓度2％的NaOH碱液中浸渍24h，再用水清洗，解离，将碱完全洗除，取样烘干，计算样品含水率；将占纤维总干重3-6％的硼砂、占纤维总干重3-5％的硼酸锌、占纤维总干重20-40％的蒙脱土与纤维混合在一起，在机械搅拌下，混合均匀，成坯料；将坯料放入纤维板成型模具中铺装成型，再经冷、热压两步法制备成纤维板；将纤维板的表面涂覆膨胀阻燃剂，室温晾干，即成阻燃纤维板。中国专利申请CN105479582A公开了一种无卤阻燃纤维板，该无卤阻燃纤维板由以下重量份数的原料组成：竹纤维75-85份、改性脲醛树脂4-8份、硅烷偶联剂0.01-0.03份、对羟基苯甲酸甲1-3份、季戊四醇磷酸酯0.5-1.0份、胶黏剂0.01-0.05份、粘合剂0.01-0.05份、三聚氰胺聚磷酸盐0.5-4份、硼酸锌0.5-1.0份、氢氧化铝0.5-0.8份，其中胶黏剂为丙烯酸乙酯，粘合剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯。可以看出，当前纤维板阻燃主要采取的是添加法，在成板之前将阻燃剂，如聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、硼酸锌等，与纤维进行简单的机械搅拌物理共混。这些方法的操作较为简单，但是普遍存在阻燃剂与木纤维、胶黏剂之间相容性差影响纤维板的力学、阻燃性能的问题，并且阻燃剂大量添加，导致生产成本高，阻燃剂在纤维板中容易吸潮起霜和流失，导致纤维板力学性能和阻燃性能的丧失，也不环保。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种木纤维磷酸酯阻燃剂的制备方法，该方法通过在木纤维上引入磷酸酯基得到纤维素磷酸酯阻燃剂，该具有原料来源广泛、成本低、环境友好等优势；本专利技术还提供了该木纤维磷酸酯阻燃剂的应用，通过将该木纤维磷酸酯阻燃剂作为纤维板填充材料应用于阻燃纤维板的制备中，可以避免添加型阻燃纤维板存在的相容性差、易潮解流失、阻燃效果差、力学性能差等问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种木纤维磷酸酯阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：将10～25份尿素和23～35份磷酸酯化试剂溶于50～100份水中，用稀酸调节pH值，然后加入40～100份木纤维，搅拌混合均匀，获得混合物；在低真空下升温使混合物氧化、干燥脱水，在氮气保护下继续搅拌并升高温度使混合物进行磷酸酯化反应，反应完成后获得沉淀物，将沉淀物用去离子水洗涤，再经干燥后得到木纤维磷酸酯阻燃剂。本专利技术中，所选取的原料木纤维中含有大量的纤维素，纤维素是由基本单元D-(+)-葡萄糖通过β-1，4-糖苷键聚合成的大分子化合物，纤维素酯化反应与其他许多化学反应一样是利用纤维素分子中的羟基进行反应，组成纤维素的脱水葡萄糖单位具有三个羟基，其中C6为伯醇羟基，C2和C3为仲醇羟基，因此磷酸与纤维素之间的酯化反应也就可以在这三个羟基上发生，但每个羟基因受空间位阻影响，其活性存在差异，磷酸基与各原子结合的百分比有差异，磷酸与C6上羟基发生反应生成纤维素磷酸单酯的反应方程式如式(1)所示，控制反应条件，可以得到不同取代度、不同取代位置的纤维素磷酸酯，从而赋予了阻燃剂优异持久的阻燃性能。上述的制备方法，优选的，所述磷酸酯化试剂为磷酸、聚磷酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、三氯氧磷、磷酸三乙酯中的至少一种；所述磷酸酯化反应的温度为140～160℃，时间为2～5h。上述的制备方法，由于在酸性条件对反应具有催化作用，优选的，用稀酸将所述pH值调节为2～6；所述低真空的压强为10～30kPa；获得混合物后，在所述低真空下升温至60～70℃，使混合物干燥脱水至含水率为5～10％。上述的制备方法，优选的，所述木纤维从木片中分离得到，分离过程具体为将木片置于热磨机上热磨；所述热磨的蒸煮时间为5～10min，压力为4～8MPa，磨盘间隙为0.1～0.2mm；上述的制备方法，优选的，所述木纤维的尺寸分布为：目数＜20目占10～25％，20～40目占35～45％，40～60目占20～30％，＞60目占5～10％。通过形成梯度分布纤维，实现纤维素长短区域结合搭配，有助于提高纤维板力学性能。上述的制备方法，优选的，所述木纤维需进行预处理后再添加，所述预处理包括以下具体操作步骤：将80～100份木纤维用50～100份NaOH溶液碱化处理，然后水洗至中性，再进行真空干燥得到碱木纤维；之后将80～100份碱纤维用50～100份磷酸润胀，离心过滤后得到预处理后的木纤维。上述的制备方法，优选的，所述NaOH溶液的质量分数为5～20％，所述碱化处理的时间为2～5h；所述磷酸的质量分数为85％，所述润胀的时间为10～24h。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种根据上述的制备方法制备得到的木纤维磷酸酯阻燃剂。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种上述的木纤维磷酸酯阻燃剂在阻燃纤维板的制备中的应用，所述应用包括以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种木纤维磷酸酯阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将10～25份尿素和23～35份磷酸酯化试剂溶于50～100份水中，用稀酸调节pH值，然后加入40～100份木纤维，搅拌混合均匀，获得混合物；在低真空下升温使混合物氧化、干燥脱水，在氮气保护下继续搅拌并升高温度使混合物进行磷酸酯化反应，反应完成后获得沉淀物，将沉淀物用去离子水洗涤，再经干燥后得到木纤维磷酸酯阻燃剂。

【技术特征摘要】
1.一种木纤维磷酸酯阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将10～25份尿素和23～35份磷酸酯化试剂溶于50～100份水中，用稀酸调节pH值，然后加入40～100份木纤维，搅拌混合均匀，获得混合物；在低真空下升温使混合物氧化、干燥脱水，在氮气保护下继续搅拌并升高温度使混合物进行磷酸酯化反应，反应完成后获得沉淀物，将沉淀物用去离子水洗涤，再经干燥后得到木纤维磷酸酯阻燃剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸酯化试剂为磷酸、聚磷酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、三氯氧磷、磷酸三乙酯中的至少一种；所述磷酸酯化反应的温度为140～160℃，时间为2～5h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，用稀酸将所述pH值调节为2～6；所述低真空的压强为10～30kPa；获得混合物后，在所述低真空下升温至60～70℃，使混合物干燥脱水至含水率为5～10％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述木纤维的尺寸分布为：目数＜20目占10～25％，20～40目占35～45％，40～60目占20～30％，＞60目占5～10％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述木纤维需进行预处理后再添加，所述预处理包括以下具体操作步骤：将80～100份木纤维用50～100份NaOH溶液碱化处理，然后水洗至中性，再进行真空干燥得到碱木纤维；之后将80～100份碱纤维用50～100份磷酸润胀，离心过滤后得到预处理后的木纤维。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：文瑞芝，胡云楚，袁光明，黄自知，袁利萍，王琼，胡进波，吴袁泊，李慧，陈秋菊，杨田丽，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43