一种阻燃竹木复合材料及其制备方法与流程
本发明涉及阻燃材料，具体涉及一种阻燃竹木复合材料及其制备方法。
背景技术：
1、现在人们的生活水平越来越高，住房是人们一个刚性的需求，任何人都会有这个需求，但是房子在装修的时候，越来越多地用到化学物品，这些化学物品使用过程中会散发一系列的化学元素，这些元素有些属于无污染。但有些确属于高污染，因此人们开始注重环保，注重使用环保的产品。竹木麻等产品属于天然产品，没有辐射，也不会散发污染元素，属于一种环保物品，而且还能让人产生一种接近自然的感觉，这些原料制成的产品用到了很多地方，比如窗帘、地板或者床椅等。但是这此产品本身都属于易燃物，在家里使用不当容易引起火灾，特别窗帘之类比较薄的物品，引燃的可能性更高。如何制备阻燃性能好的产品将具有深远的意义。
2、中国专利申请cn1457964a公开了一种阻燃成型竹材及其生产方法，先将竹材剖锯成竹片，再将每片竹片置于防腐剂浸饱进行蒸煮防腐处理，然后将干燥后的竹片剖成竹丝，再将竹丝置于由磷酸脂、硼酸或硼砂配成的阻燃液中浸泡。然后进行脱水沥干，将干燥后含有阻燃液的竹丝置于防水粘接剂中浸泡、干燥；将含有阻燃液的干燥竹丝材料置于模具内进行压缩定型，再将模具置于干燥窑内，经过固化冷却定型后脱模。这种处理是经过多道程序的，存在两次剖制, 且防腐处理一般能在竹片表面形成防腐层，但不一定能渗透到竹片内部，这样将防腐处理后的竹片制成竹丝，就可能使内部没有防腐处理到的部位完全暴露在外面，再制成产品的时候可能会造成该部位防腐处理不到位形成腐蚀点，从而影响整体的性能。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提出一种阻燃竹木复合材料及其制备方法，具有较好的阻燃性能，力学性能佳，安全环保，防水耐潮，防腐性能佳，热稳定性好，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、本发明提供一种阻燃竹木复合材料的制备方法，制备mgo沉积sio2/tio2纳米球后表面经过氨基硅烷偶联剂改性，与苯甲醛、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物反应制得阻燃纳米球后，表面经过双键硅烷偶联剂改性，加入丙烯酸单体中，加热引发反应制得阻燃丙烯酸树脂乳液，与竹材粉、木材粉混合，热压成型，干燥，制得竹木复合材料，表面涂覆一层桐油，干燥，制得阻燃竹木复合材料。
4、作为本发明的进一步改进，包括以下步骤:
5、s1. mgo沉积sio2/tio2纳米球的制备:将镁盐、乙醇、氨水和水混合均匀，加入正硅酸乙酯和钛酸四丁酯，水解反应，离心，洗涤，干燥，煅烧，制得mgo沉积sio2/tio2纳米球；
6、s2. 第一硅烷偶联剂改性:将步骤s1制得的mgo沉积sio2/tio2纳米球加入乙醇溶液中，加入第一硅烷偶联剂，加热搅拌反应，离心，洗涤，干燥，制得改性mgo沉积sio2/tio2纳米球；
7、s3. 阻燃改性:将步骤s2制得的改性mgo沉积sio2/tio2纳米球、苯甲醛、乙酸钠加入乙醇中，惰性气体保护下，加热回流反应，然后加入9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，继续反应，离心，洗涤，干燥，制得阻燃纳米球；
8、s4. 第二硅烷偶联剂改性:将步骤s3制得的阻燃纳米球加入乙醇溶液中，加入第二硅烷偶联剂，加热搅拌反应，离心，洗涤，干燥，制得改性纳米球；
9、s5. 阻燃丙烯酸树脂乳液的制备:将步骤s4制得的改性纳米球、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯混合加入水中，搅拌混合均匀，加入引发剂，加热搅拌反应，调节溶液ph值，加入分散剂、消泡剂、流平剂，继续搅拌，制得阻燃丙烯酸树脂乳液；
10、s6. 成型:将竹材粉、木材粉混合均匀，加入步骤s5制得的阻燃丙烯酸树脂乳液，热压成型，干燥，制得竹木复合材料；
11、s7. 阻燃竹木复合材料的制备:将步骤s6制得的竹木复合材料表面涂覆一层桐油，干燥，制得阻燃竹木复合材料。
12、作为本发明的进一步改进，步骤s1中所述镁盐、乙醇、氨水、水、正硅酸乙酯和钛酸四丁酯的质量比为（3-5）:（150-170）:（2-4）:（15-20）:（10-12）:（7-10），所述镁盐选自氯化镁、硫酸镁、硝酸镁中的至少一种，所述水解反应的温度为30-35℃，时间为5-7h，所述煅烧的温度为500-700℃，时间为2-4h。
13、作为本发明的进一步改进，步骤s2中所述mgo沉积sio2/tio2纳米球、第一硅烷偶联剂的质量比为100:（17-22），所述第一硅烷偶联剂选自kh550、kh602、kh792中的至少一种，优选地，为kh602和kh792的混合物，质量比为（5-7）:（1-3），所述加热搅拌反应的温度为40-50℃，时间为2-4h。
14、作为本发明的进一步改进，步骤s3中所述改性mgo沉积sio2/tio2纳米球、苯甲醛、乙酸钠、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物的质量比为100:（25-30）:（1-3）:（32-37），所述加热回流反应的时间为3-5h，所述继续反应的时间为10-12h。
15、作为本发明的进一步改进，步骤s4中所述阻燃纳米球、第二硅烷偶联剂的质量比为100:5-7，所述第二硅烷偶联剂选自kh570、a151、a171中的至少一种，所述加热搅拌反应的温度为40-50℃，时间为1-3h。
16、作为本发明的进一步改进，步骤s5中所述改性纳米球、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯、分散剂、消泡剂、流平剂的质量比为（15-20）:（5-7）:（3-5）:（40-50）:（20-40）:（0.5-1）:（0.1-0.2）:（0.5-0.8），所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种，所述分散剂为byk-190，所述消泡剂为byk-024，所述流平剂为dapro w-77，所述引发剂的添加量为体系总质量的0.5-1wt%，所述加热搅拌反应的温度为45-55℃，时间为3-5h，所述调节溶液ph值为8-9，所述继续搅拌的时间为1-3h。
17、作为本发明的进一步改进，步骤s6中所述竹材粉、木材粉、阻燃丙烯酸树脂乳液的质量比为（15-20）:（10-12）:（17-22），所述热压成型的温度为140-150℃，压力为5.5-7mpa，时间为10-20min；步骤s7中所述桐油的涂覆量为0.03-0.05g/cm2。
18、作为本发明的进一步改进，具体包括以下步骤:
19、s1. mgo沉积sio2/tio2纳米球的制备:将3-5重量份镁盐、150-170重量份乙醇、2-4重量份氨水和15-20重量份水混合均匀，加入10-12重量份正硅酸乙酯和7-10重量份钛酸四丁酯，30-35℃水解反应5-7h，离心，洗涤，干燥，500-700℃煅烧2-4h，制得mgo沉积sio2/tio2纳米球；
20、s2. 第一硅烷偶联剂改性:将100重量份步骤s1制得的mgo沉积sio2/tio2纳米球加入500重量份70-80wt%乙醇溶液中，加入17-22重量份第一硅烷偶联剂，加热至40-50℃，搅拌反应2-4h，离心，洗涤，干燥，制得改性mgo沉积sio2/tio2纳米球；
21、所述第一硅烷偶联剂为kh602和kh792的混合物，质量比为5-7:1-3；
22、s3. 阻燃改性:将100重量份步骤s2制得的改性mgo沉积sio2/tio2纳米球、25-30重量份苯甲醛、1-3重量份乙酸钠加入乙醇中，惰性气体保护下，加热回流反应3-5h，然后加入32-37重量份9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，继续反应10-12h，离心，洗涤，干燥，制得阻燃纳米球；
23、s4. 第二硅烷偶联剂改性:将100重量份步骤s3制得的阻燃纳米球加入乙醇溶液中，加入5-7重量份第二硅烷偶联剂，加热至40-50℃，搅拌反应1-3h，离心，洗涤，干燥，制得改性纳米球；
24、s5. 阻燃丙烯酸树脂乳液的制备:将15-20重量份步骤s4制得的改性纳米球、5-7重量份甲基丙烯酸甲酯、3-5重量份丙烯酸、40-50重量份丙烯酸丁酯、20-40重量份苯乙烯混合加入300重量份水中，搅拌混合均匀，加入引发剂，所述引发剂的添加量为体系总质量的0.5-1wt%，加热至45-55℃，搅拌反应3-5h，调节溶液ph值为8-9，加入0.5-1重量份分散剂byk-190、0.1-0.2重量份消泡剂byk-024、0.5-0.8重量份流平剂dapro w-77，继续搅拌1-3h，制得阻燃丙烯酸树脂乳液；
25、s6. 成型:将15-20重量份竹材粉、10-12重量份木材粉混合均匀，加入17-22重量份步骤s5制得的阻燃丙烯酸树脂乳液，温度为140-150℃，压力为5.5-7mpa，热压成型10-20min，干燥，制得竹木复合材料；
26、s7. 阻燃竹木复合材料的制备:将步骤s6制得的竹木复合材料表面涂覆一层桐油，涂覆量为0.03-0.05g/cm2，干燥，制得阻燃竹木复合材料。
27、本发明进一步保护一种上述的制备方法制得的阻燃竹木复合材料。
28、本发明具有如下有益效果:
29、纳米复合阻燃材料与卤系阻燃剂、金属阻燃剂、磷系阻燃剂等传统阻燃材料相比，能够明显提高复合材料的机械性能、阻燃性能、热稳定性能等。本发明制备了一种mgo沉积sio2/tio2纳米球，其mgo燃烧条件下能够在复合材料表面形成一层镁氧化物层，这层镁氧化物层具有难熔、难挥发的特性，可以在一定程度上防止燃烧物料继续燃烧；同时，制备的sio2/tio2纳米球能够明显提高复合材料的机械性能和热稳定性，同时，也能够提高木材的抗菌防腐性能。
30、将制得的mgo沉积sio2/tio2纳米球与带有氨基的硅烷偶联剂进行偶联反应，使得纳米球表面接上氨基，氨基进一步与苯甲醛发生席夫碱反应，形成亚胺，然后与阻燃中间体9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（dopo）反应，制得了阻燃纳米球，带有磷元素、氮元素和硅元素，能够多个元素协同阻燃，起到了更好的阻燃效果。其中，含磷元素和氮元素阻燃剂可以促进稳定炭层在凝结相中形成，清除·h和·oh自由基，保护复合材料免受热量和氧气的影响，也具有无毒、无味、无腐蚀性气体、低吸湿性和高热稳定性等优点。同时，含硅元素能够在材料表面形成炭保护层，生产游离基捕获活性中间体，达到阻燃效果，具有成炭抑烟效果，具有较好的阻燃性和环境友好性。
31、随后将制得的阻燃纳米球表面进一步经过带有双键的硅烷偶联剂改性，能够与丙烯酸单体通过聚合反应连在聚丙烯酸酯高分子链上，从而使得纳米球能够均匀分布在复合材料的内部，提高了纳米球的相容性，从而能够有效提高竹木复合材料的阻燃性能、力学性能等，在制备竹木复合材料过程中，通过加入竹材粉、木材粉以及丙烯酸酯乳液热压成型，整个过程无挥发性有机物产生，更加安全环保。
32、最后在制得的竹木复合材料表面涂覆一层桐油，桐油的主要成分为α-桐油酸三甘油酯，分子结构中含多个不饱和共轭双键，涂覆在竹木复合材料表面后，可以在空气中与氧气反应时可固化成膜，该膜具有防水耐潮、附着力强、耐光照等性能，从而大大改善了竹木复合材料的防水、防腐性能，渗入竹木复合材料内部的桐油原位固化后，可对木材细胞壁具有加固增强作用，在木制品的正常使用中具有增稳、疏水、耐磨等作用，发生火灾时还能进一步提高阻燃的效果。
33、本发明制得的阻燃竹木复合材料具有较好的阻燃性能，力学性能佳，安全环保，防水耐潮，防腐性能佳，热稳定性好，具有广阔的应用前景。
技术特征：
1.一种阻燃竹木复合材料的制备方法，其特征在于，制备mgo沉积sio2/tio2纳米球后表面经过氨基硅烷偶联剂改性，与苯甲醛、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物反应制得阻燃纳米球后，表面经过双键硅烷偶联剂改性，加入丙烯酸单体中，加入引发剂，加热搅拌反应，调节溶液ph值，加入分散剂、消泡剂、流平剂，继续搅拌，制得阻燃丙烯酸树脂乳液，与竹材粉、木材粉混合，热压成型，干燥，制得竹木复合材料，表面涂覆一层桐油，干燥，制得阻燃竹木复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述镁盐、乙醇、氨水、水、正硅酸乙酯和钛酸四丁酯的质量比为（3-5）:（150-170）:（2-4）:（15-20）:（10-12）:（7-10），所述镁盐选自氯化镁、硫酸镁、硝酸镁中的至少一种，所述水解反应的温度为30-35℃，时间为5-7h，所述煅烧的温度为500-700℃，时间为2-4h。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述mgo沉积sio2/tio2纳米球、第一硅烷偶联剂的质量比为100:（17-22），所述第一硅烷偶联剂选自kh550、kh602、kh792中的至少一种，所述加热搅拌反应的温度为40-50℃，时间为2-4h。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述改性mgo沉积sio2/tio2纳米球、苯甲醛、乙酸钠、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物的质量比为100:（25-30）:（1-3）:（32-37），所述加热回流反应的时间为3-5h，所述继续反应的时间为10-12h。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中所述阻燃纳米球、第二硅烷偶联剂的质量比为100:（5-7），所述第二硅烷偶联剂选自kh570、a151、a171中的至少一种，所述加热搅拌反应的温度为40-50℃，时间为1-3h。
7. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s5中所述改性纳米球、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯、分散剂、消泡剂、流平剂的质量比为（15-20）:（5-7）:（3-5）:（40-50）:（20-40）:（0.5-1）:（0.1-0.2）:（0.5-0.8），所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种，所述分散剂为byk-190，所述消泡剂为byk-024，所述流平剂为dapro w-77，所述引发剂的添加量为体系总质量的0.5-1wt%，所述加热搅拌反应的温度为45-55℃，时间为3-5h，所述调节溶液ph值为8-9，所述继续搅拌的时间为1-3h。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s6中所述竹材粉、木材粉、阻燃丙烯酸树脂乳液的质量比为（15-20）:（10-12）:（17-22），所述热压成型的温度为140-150℃，压力为5.5-7mpa，时间为10-20min；步骤s7中所述桐油的涂覆量为0.03-0.05g/cm2。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤:
10.一种如权利要求1-9任一项所述阻燃竹木复合材料的制备方法制得的阻燃竹木复合材料。
技术总结
本发明提出了一种阻燃竹木复合材料及其制备方法，属于阻燃材料技术领域。制备MgO沉积SiO2/TiO2纳米球后表面经过氨基硅烷偶联剂改性，与苯甲醛、9,10‑二氢‑9‑氧杂‑10‑磷杂菲‑10‑氧化物反应制得阻燃纳米球后，表面经过双键硅烷偶联剂改性，加入丙烯酸单体中，加热引发反应制得阻燃丙烯酸树脂乳液，与竹材粉、木材粉混合，热压成型，干燥，制得竹木复合材料，表面涂覆一层桐油，干燥，制得阻燃竹木复合材料。本发明制得的阻燃竹木复合材料具有较好的阻燃性能，力学性能佳，安全环保，防水耐潮，防腐性能佳，热稳定性好，具有广阔的应用前景。
技术研发人员：宋永奇,钟笃章,国智武,葛立军,王翌,张兆亮,邵明亮,国现军,霍子微,李晓升,单文辉,蒋俊,杨普,陈健翔
受保护的技术使用者：湖南鲁丽木业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23