辅助成炭生物基膨胀型阻燃木材制造技术

提供一种辅助成炭生物基膨胀型阻燃木材及其制造方法，制造该木材的方法包括：将木材浸渍于辅助碳源、酸气源；将浸渍后的木材进行干燥，其中，辅助碳源是氧化石墨烯、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、淀粉、蔗糖、糊精的任一种或多个的组合；酸气源是胶原蛋白或卡拉胶。酸气源与辅助碳源的质量比是3～6：1。

Intumescent Flame Retardant Wood Based on Bio-assisted Carbonization

【技术实现步骤摘要】
辅助成炭生物基膨胀型阻燃木材
本专利技术涉及阻燃技术在木材中的应用，特别是涉及辅助成炭生物基膨胀型阻燃木材及其制造方法。
技术介绍
木材本身的可燃烧性能对其作为建筑材料等的应用造成了很大的局限，阻燃木材的研究已经成为重要课题。木材在燃烧过程中具有一定的成炭性，从而具有一定程度上的阻燃性能，但其成炭品质差，碳层致密性、均匀度较低，如何提高木材的成炭性，是木材阻燃领域需解决的问题。以往技术中，将木材浸渍于辅助碳源、酸源、气源三位一体的混合液中，增加成炭量并且利用膨胀得到均匀的阻燃炭架，但是没有解决三源与木材的相容性和生物质特性等问题，同时为避免反霜现象，利用例如三聚氰胺甲醛预聚体等在木材表面形成缩聚反应，使工艺复杂并且增加成本。
技术实现思路
本专利技术鉴于以上技术问题，提供一种制造辅助成炭生物基膨胀型阻燃木材的方法以及基于该方法得到的新颖的辅助成炭生物基膨胀型阻燃木材，能够实现成炭品质更优且不破环木材自身的生物质特性的阻燃木材及其制造方法。根据本专利技术的第一方面，提供一种制造辅助成炭生物基膨胀型阻燃木材的方法，其包括以下步骤：(1)将木材浸渍于辅助碳源、酸气源；(2)将浸渍后的木材进行干燥，其中，所述辅助碳源是氧化石墨烯、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、淀粉、蔗糖、糊精的任一种或多个的组合；酸气源是胶原蛋白或卡拉胶。在上述方法中，步骤(1)还包括制备包括辅助碳源和酸气源的浸渍液，将木材在所述浸渍液中浸渍。在上述方法中，步骤(1)可以包括：将木材置于密闭型浸渍处理罐，对该处理罐导入所述浸渍液，使浸渍液没过木材；将处理罐成密闭状态而抽真空使罐内呈负压，保持第一规定时间；升高处理罐内气压，并保持第二规定时间；以及解除处理罐的密闭状态，得到浸渍后的木材。在上述方法中，步骤(1)还包括：将木材置于密闭型浸渍处理罐，对该处理罐导入所述浸渍液，使浸渍液没过木材；将处理罐成密闭状态而抽真空使罐内呈负压，保持第一规定时间；以及解除处理罐的密闭状态，并保持第二规定时间。在上述方法中，步骤(1)也可以包括：将木材置于密闭型浸渍处理罐，将处理罐成密闭状态而抽真空使罐内呈负压，利用该负压对该处理罐导入所述浸渍液，使浸渍液没过木材，并保持第一规定时间；升高处理罐内气压，并保持第三规定时间；以及解除处理罐的密闭状态，得到浸渍后的木材。另外，在上述方法中，采用同一物质作为所述酸源和气源。所述酸源和气源可以采用胶原蛋白或卡拉胶。这种情况下，所述浸渍液中酸气源与辅助碳源的质量比是3～6：1。根据本专利技术的第二方面，提供一种通过上述方法制得的辅助成炭生物基膨胀型阻燃木材。根据本专利技术，辅助碳源采用氧化石墨烯、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、淀粉、蔗糖、糊精的任一种或多个的组合，由于以上物质可以采用天然原料提取，减少了工业产品对木材的破坏。同时，在燃烧过程中，以上物质与木材细胞壁活泼官能团之间通过化学键结合，稳定性更强，在热降解和燃烧过程中，通过在木材微结构中的膨胀，促使形成更致密的炭架或炭层。根据本专利技术，采用一种物质同时作为酸源和气源，使木材获得膨胀阻燃功能，减少了作为浸渍源材料的使用，节约了成本，本专利技术中该一种物质采用胶原蛋白或卡拉胶，同样可以采用天然原料提取，减少工业产品对木材生物质特性的破坏。另外，根据本专利技术采用的碳源和酸气源，使得木材与源材料的结合性能优越，不会出现反霜现象，避免如以往技术那样利用例如三聚氰胺甲醛预聚体等在木材表面形成缩聚反应，导致工艺复杂并且增加成本。从而，根据本专利技术方法，可制造新颖的具有生物质的辅助成炭膨胀型阻燃木材，成炭品质更优越并且不破环木材自身的生物质特性。附图说明图1制造辅助成炭生物基膨胀型阻燃木材的方法的流程图。图2是制造辅助成炭生物基膨胀型阻燃木材的方法的一例的流程图。图3是制造辅助成炭生物基膨胀型阻燃木材的方法的另一例的流程图。图4是制造辅助成炭生物基膨胀型阻燃木材的方法的再一例的流程图。具体实施方式本申请提出一种阻燃木材的新概念，即“辅助成炭生物基膨胀型阻燃木材”，其利用木材自身的成炭属性，结合其他具有生物质的成分提高木材自身的阻燃性能并保持木材的生物质特性，其制造工艺实质是添加辅助碳源的阻燃木材制造方法。参照图1，在上述的该辅助成炭生物基膨胀型阻燃木材的制造工艺中，包括以下步骤：S100：将木材浸渍于辅助碳源、酸气源；S200：将浸渍后的木材进行干燥，其中，所述辅助碳源是氧化石墨烯、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、淀粉、蔗糖、糊精的任一种或多个的组合；酸气源是胶原蛋白或卡拉胶。本专利技术所称木材，是指能够次级生长的植物所形成的木质化组织。木材在燃烧过程中会形成炭层或炭架，但是成炭量不足，并且品质差，不均匀且不够致密。根据本专利技术的方案，在木材浸入作为成炭剂的辅助碳源，以辅助木材本身的碳源形成泡沫炭化层的基础，增加成炭量。根据本专利技术，辅助碳源采用氧化石墨烯、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、淀粉、蔗糖、糊精的任一种或多个的组合，由于以上物质可以采用天然原料提取，减少了工业产品对木材的破坏。同时，在燃烧过程中，以上物质与木材细胞壁活泼官能团之间通过化学键结合，稳定性更强，在热降解和燃烧过程中，通过在木材微结构中的膨胀，促使形成更致密的炭架或炭层。酸源又称脱水剂，起到炭化促进剂的作用。气源也叫发泡源，用于膨胀炭化层以获得均匀性。根据本专利技术，采用一种物质同时作为酸源和气源，使木材获得膨胀阻燃功能，减少了作为浸渍源材料的使用，节约了成本，本专利技术中该一种物质采用胶原蛋白或卡拉胶，同样可以采用天然原料提取，减少工业产品对木材生物质特性的破坏。根据本专利技术采用的碳源和酸气源，使得木材与源材料的结合性能优越，不会出现反霜现象，避免如以往技术那样利用例如三聚氰胺甲醛预聚体等在木材表面形成缩聚反应，导致工艺复杂并且增加成本。本专利技术针对天然木材的特性进行成炭阻燃的研究，可制造新颖的具有基于生物基的辅助成炭膨胀型阻燃木材，成炭品质更优越并且不破环木材自身的生物质。在上述步骤S100中，关于木材的浸渍，可以将木材分别浸渍于辅助碳源和酸气源，也可以制备包括辅助碳源和酸气源的浸渍液，将木材在所述浸渍液中浸渍。当将木材分别浸渍于辅助碳源和酸气源的情况下，本专利技术在两个浸渍步骤之间设定第四规定时间，例如24小时以上，使第一步浸渍改性剂与木材充分反应，通过化学键结合，避免在第二步浸渍改性过程中析出，造成损失。从而可以利用分别浸渍辅助碳源和酸气源的便利性，灵活处理浸渍过程，例如将已经浸渍过辅助碳源的材料单纯的进行酸气源的浸渍，以减少成本和避免过度浸渍。在图2～4所示的实施例中，上述步骤S100包括步骤S101，即、制备包括辅助碳源和酸气源的浸渍液，将木材在所述浸渍液中浸渍。这种情况下，如图2所示，步骤(1)可以包括：S102将木材置于密闭型浸渍处理罐，对该处理罐导入所述浸渍液，使浸渍液没过木材；S103将处理罐成密闭状态而抽真空使罐内呈负压，保持第一规定时间；S104升高处理罐内气压，并保持第二规定时间；以及S105解除处理罐的密闭状态，得到浸渍后的木材。一般情况下，将含水率例如10％以下的木材置入密闭型的浸渍处理罐中，但是含水率在此不做限定。导入所述包含辅助碳源和酸气源的浸渍液，所谓使浸渍液没过木材是指使木材完全浸渍于浸渍液中。所述浸渍液例如通过将辅助碳源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造辅助成炭生物基膨胀型阻燃木材的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将木材浸渍于辅助碳源、酸气源；(2)将浸渍后的木材进行干燥，其中，所述辅助碳源是氧化石墨烯、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、淀粉、蔗糖、糊精的任一种或多个的组合；酸气源是胶原蛋白或卡拉胶。

【技术特征摘要】
1.一种制造辅助成炭生物基膨胀型阻燃木材的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将木材浸渍于辅助碳源、酸气源；(2)将浸渍后的木材进行干燥，其中，所述辅助碳源是氧化石墨烯、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、淀粉、蔗糖、糊精的任一种或多个的组合；酸气源是胶原蛋白或卡拉胶。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)还包括制备包括所述辅助碳源和所述酸气源的浸渍液，将木材在所述浸渍液中浸渍。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)还包括：将木材置于密闭型浸渍处理罐，对该处理罐导入所述浸渍液，使浸渍液没过木材；将处理罐成密闭状态而抽真空使罐内呈负压，保持第一规定时间；升高处理罐内气压，并保持第二规定时间；以及解除处理罐的密闭状态，得到浸渍后的木材。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)还包括：将木材置于密闭型浸渍处...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜鹏，李路明，陈志林，梁善庆，卢金汉，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院木材工业研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11