一种天然植物纤维材料用硅-硼-氮三元阻燃剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种天然植物纤维材料用硅‑硼‑氮三元阻燃剂及其制备方法，每1L的阻燃剂由以下原料制成：甲基硅酸钠或乙基硅酸钠45～70g、硼酸21～35g、硝酸锌或硝酸锌溶液70～120g、硫酸溶液5.0～11.0g、尿素20～35g，余量为水。制备时，先取欲制备阻燃剂总体积的50％的水注入反应器中，边搅拌边加入甲基硅酸钠或乙基硅酸钠、硼酸，升温至85±5℃保温45～60min，然后加入硫酸锌溶液或硝酸锌溶液，再加入尿素，于85±5℃保温20min，再加入硫酸溶液调整pH＝8.8～9.7，再降温至45℃，最后补加水至阻燃剂总体积。本发明专利技术阻燃剂阻燃效果好，无卤，阻燃材料燃烧时烟气生成速率和生成量较小，烟气毒性达标，用其制得的天然植物纤维阻燃材料或人造板，燃烧性能达到GB8624‑2012要求的B1(B)级或B1(C)级。

【技术实现步骤摘要】
一种天然植物纤维材料用硅-硼-氮三元阻燃剂及其制备方法
本专利技术涉及阻燃材料
，具体是一种天然植物纤维材料用硅-硼-氮三元阻燃剂及其制备方法和使用方法。
技术介绍
有机硅系阻燃剂是一种无卤阻燃剂，也是一种成炭型抑烟剂，还是一种良好的分散剂，能增加材料间的相容性。它作为一类高分子阻燃剂，具有高效、无毒、低烟、防滴落、无污染等特点。将硅、硼元素引入同一分子结构中合成了有机硼硅阻燃剂，一方面可以降低硅阻燃剂的价格，另一方面可以提高硼阻燃剂耐水解稳定性。现也有一些技术能制备阻燃材料，如中国专利申请号CN201810394399公开的《一种阻燃环保电缆料及其制备方法》，其提出一种硼硅类嵌段共聚物改性不饱和聚酯树脂制备阻燃电缆料：该硼硅树脂由聚合型2-氨基苯硫醇接枝不饱和聚酯树脂、1,4-丁二醇二乙烯基醚、2,4,6-三乙烯基环硼氧烷、双三甲基硅基化乙烯基磷酸酯、引发剂、乳化剂溶于N-甲基吡咯烷酮中，在氮气氛围，55-65℃下搅拌反应2-3小时，后在水中沉出，切粒、干燥而得。如中国专利申请号201711349409公开的《一种耐高温阻燃聚硼硅氧烷材料及其制备方法》，该专利文献提出制备一种硼硅阻燃材料：由聚硼硅氧烷低聚物、主链含萘结构的聚硅氧烷低聚物和聚硅氧烷低聚物在溶剂中缩合制得。如中国专利申请号CN201810122139公开的《一种纳米阻燃剂制备方法》，其提出一种磷、硼、硅三种元素纳米阻燃剂的合成方法：首先将硼酸按比例与端羟基硅油及小分子硅氧烷混合，加热使之溶解。随后通过碾磨和负压使小分子物质装载入改性埃洛石纳米管空腔中，得到负载小分子物质的埃洛石纳米管。然后在浓硫酸催化下反应交联，生成负载聚硼酸硅油酯的埃洛石纳米管。最后用三氯氧磷在一定条件下与上述产物进行反应，得到负载聚磷硼硅氧烷的埃洛石纳米管，即纳米阻燃剂。但上述制备方法存在制备过程使用毒性较高的有机溶剂，或制备工序复杂，原料成本高等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种天然植物纤维材料用硅-硼-氮三元阻燃剂及其制备方法，该阻燃剂阻燃效果好，无卤，阻燃材料燃烧时烟气生成速率和生成量较小，烟气毒性达标。本专利技术以如下技术方案解决上述技术问题：本专利技术一种天然植物纤维材料用硅-硼-氮三元阻燃剂，每1L阻燃剂由以下原料制成：甲基硅酸钠或乙基硅酸钠45～70g、硼酸21～35g、质量浓度为20％的硫酸锌溶液或硝酸锌溶液70～120g、体积浓度为20％的硫酸溶液5.0～11.0g、尿素20～35g，余量为水。本专利技术天然植物纤维材料用硅-硼-氮三元阻燃剂的制备方法，采用的操作步骤是：先取欲制备阻燃剂总体积的50％的水注入反应器中，边搅拌边加入甲基硅酸钠或乙基硅酸钠、硼酸，升温至85±5℃保温45～60min，然后加入硫酸锌溶液或硝酸锌溶液，搅拌至所出现的沉淀溶解透明，再加入尿素搅拌溶解完全，于85±5℃下保温20min，然后加入硫酸溶液调整pH＝8.8～9.7，再降温至45℃，最后补加水至阻燃剂总体积。本专利技术天然植物纤维材料用硅-硼-氮三元阻燃剂的使用方法：采用浸渍方法或喷淋搅拌方法，将阻燃剂均匀注入天然植物纤维材料或人造板中，固体载药量为5.5～10.8％，然后将其摊开或间隔叠放，通风陈化72hr以上，再干燥至其达到使用要求的含水率即可，所制得的天然植物纤维阻燃材料或人造板，燃烧性能即可达到GB8624-2012要求的B1(B)级或B1(C)级。本专利技术的阻燃剂中含有由有机硅酸钠与硼酸反应形成的有机硅-硼聚合物：R：-CH3或-CH2-CH3，n＝720～1500本专利技术阻燃剂具有如下有益效果：1)使用时，将本专利技术阻燃剂浸渍入天然植物纤维材料后，在陈化和干燥过程中，有机硅-硼聚合物、过量的有机硅酸钠通过活性基团相互作用生成枝状、链状及网状分子，形成网状疏水性硅氧烷膜，使得阻燃剂具有较高的抗流失性。2)本专利技术阻燃剂没有包含的氯、溴卤素和磷成分，但加入了尿素形成了硅-硼-氮三元协效阻燃剂，制得的阻燃材料燃烧时产烟速率、产烟总量和烟气毒性均较低。3)本专利技术阻燃剂所采用的原材料，均可作为农作物的养分(硫酸最后以硫酸盐的形式存在，可认为是一种硫肥)，使用无毒安全，不污染环境。具体实施方式实施例1，合成本专利技术阻燃剂总体积1m3：取0.5m3水注入反应器中，边搅拌边加入甲基硅酸钠45kg和硼酸28kg，升温至85℃保温60min，再加入20％(w/w)硫酸锌溶液70kg，搅拌至所出现的沉淀溶解透明，再加入尿素20kg搅拌溶解完全，于85℃下保温20min，然后加入体积浓度为20％的硫酸溶液5.1kg，搅拌均匀，用精密pH试纸测得pH＝9.3，再降温至45℃，最后补加水至阻燃剂总体积1m3，出料得阻燃剂A。对比例1配制常用磷-氮-硼三元阻燃剂0.5m3：取0.25m3水注入反应器中，加入聚合度30±4的聚磷酸铵40kg、硼砂5kg和硼酸5kg，搅拌至溶解完全，出料并补加水至阻燃剂总体积0.5m3，得阻燃剂A′。实施例2，合成本专利技术阻燃剂0.5m3：取0.25m3水注入反应器中，边搅拌边加入乙基硅酸钠35kg和硼酸10.5kg，升温至90℃保温50min，再加入20％(w/w)硫酸锌溶液60kg，搅拌至所出现的沉淀溶解透明，再加入尿素17.5kg搅拌溶解完全，于90℃下保温20min，然后加入体积浓度为20％的硫酸溶液5.1kg，搅拌均匀，用精密pH试纸测得pH＝9.3，再降温至45℃，最后补加水至阻燃剂总体积0.5m3，出料得阻燃剂B。实施例3，合成本专利技术阻燃剂1m3：取0.5m3水注入反应器中，边搅拌边加入甲基硅酸钠60kg和硼酸35kg，升温至80℃保温45min，再加入20％(w/w)硝酸锌溶液103kg，搅拌至所出现的沉淀溶解透明，再加入尿素30kg搅拌溶解完全，于80℃下保温20min，然后加入体积浓度为20％的硫酸溶液7.8kg，搅拌均匀，用精密pH试纸测得pH＝9.7，再降温至45℃，最后再补加水至阻燃剂总体积1m3，出料得阻燃剂C。实施例4制备阻燃胶合板：先阻燃处理胶合板用单板：将1.8mm厚杨木单板常压浸渍入实施例1的阻燃剂A溶液，8hr后捞出隔开垂直叠放，阴处通风陈化72hr以上，再露天自然干燥至含水率15％左右。单板测定得固体载药量为9.7％，按常规方法在胶合板生产线制作9层15mm厚脲醛胶合板，E1胶，施胶量1.1±0.1kg/层(4×8呎双面)。阻燃胶合板按GB8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》检测，燃烧性能分级为B1(B-s2，d0，t1)级。结果如下：1)燃烧增长速率指数FIGRA0.2MJ：95(≤120)W/s2)火焰横向蔓延长度LFS：符合标准要求(＜试样边缘)3)600s内总热释放量THR600s：4.0(≤7.5)MJ4)60s内焰尖高度Fs：表面火焰轰击50(≤150)mm，边缘火焰轰击63(≤150)mm5)60s内燃烧滴落物：符合标准要求(无燃烧滴落物引燃滤纸现象)6)烟气生成速率指数SMOGRA：23(≤180)m2/s27)600s内总产烟量TSP600s：117(≤200)m28)燃烧滴落物/微粒：符合标准要求(600s内无燃烧滴落物/微粒)9)烟气毒性等级：t1(达到准安全三级ZA3)(括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然植物纤维材料用硅‑硼‑氮三元阻燃剂，其特征在于，每1L阻燃剂由以下原料制成：甲基硅酸钠或乙基硅酸钠45～70g、硼酸21～35g、质量浓度为20％的硫酸锌溶液或硝酸锌溶液70～120g、体积浓度为20％的硫酸溶液5.0～11.0g、尿素20～35g，余量为水。

【技术特征摘要】
1.一种天然植物纤维材料用硅-硼-氮三元阻燃剂，其特征在于，每1L阻燃剂由以下原料制成：甲基硅酸钠或乙基硅酸钠45～70g、硼酸21～35g、质量浓度为20％的硫酸锌溶液或硝酸锌溶液70～120g、体积浓度为20％的硫酸溶液5.0～11.0g、尿素20～35g，余量为水。2.根据权利要求1所述天然植物纤维材料用硅-硼-氮三元阻燃剂的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：高中海，吴子良，左艳仙，李菊珍，赵志珩，
申请(专利权)人：黄凤武，
类型：发明
国别省市：北京,11