專利名稱：一種木材改性劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及木材制品上所用的化學試劑領域，具體地，涉及一種木材改性劑，以及它的制備方法。
背景技術：
木材及其制品廣泛應用于室內裝修、家具制造、房屋建筑及外部裝飾中，這些材料屬于可燃材料，極易引起火災，且易干縮濕脹、尺寸穩定性較差，如何提高材料的阻燃性與尺寸穩定性已成為全世界廣泛關注的問題。
目前，防止木材及其制品發生火災的最常用方法是在這些材料中使用阻燃劑，這些阻燃劑大多基于含磷、氮、硼、鋁和鹵素等化合物，無機阻燃劑由于具有阻燃性好、不產生有毒性氣體(鹵素阻燃劑除外)、不析出、不揮發、價格低廉、來源廣泛、安全性高等特點而得到廣泛應用。
公開日為2000年4月5日、公開號為CN1249325A的中國專利申請中公開了一種防火阻燃劑，該阻燃劑由尿素、磷酸、硼砂、硼酸等混合而成，適用于棉布、化纖、紙張、木材等易燃物的阻燃。
公開日為2006年7月26日、公開號為CN1807552A的中國專利申請中公開了一種磷氮復合阻燃劑，該阻燃劑是通過尿素和磷酸進行化學反應后再加入中和劑如氨進行中和反應制成的，適用于紡織品和木材制品等易燃物的阻燃。
專利號為ZL200710122243. 2的中國專利提供了一種用于木材及人造板的具備消納甲醛作用的阻燃劑及其制備方法。
雖然上述文獻中公開的阻燃劑具有制造方法簡單、成本低等優點，但是其抗流失性均較 差，對木材的尺寸穩定性沒有貢獻。發明內容
本發明的目的是提供一種木材改性劑及其制備方法。該木材改性劑尺寸穩定，抗流失性好。
本發明提供的木材改性劑，包括以下重量份的原料磷酸5(Γ180份，尿素30 60 份，催化劑O. 2^0. 5份和丁烷四羧酸f 6份。
本發明提供的木材改性劑，優選地，包括以下重量份的原料磷酸5(Γ150份，尿素 32 54份，催化劑O. 25、. 48份和丁烷四羧酸2飛份。
其中，所述催化劑為氯化錫，硫酸銅，氯化鈉，氯化鐵，硫酸鋁，硼酸和氯化鋅。
進一步地，所述催化劑采用以下重量份的原料配制而成氯化錫O. 8^1. 2份，硫酸銅1. 5^2. 5份，氯化鈉O. 8^1. 2份，氯化鐵O. 8^1. 2份，硫酸鋁O. 8^1. 2份，硼酸O. 8^1. 2份和氯化鋅1. 5^2. 5份。
本發明所述的木材改性劑，還包括水，其用量為5(Γ200份，優選7(Γ180份(均相當于木材改性劑所有成分的總量而言)。
其中，所述水為自來水或軟化水等，優選軟化水。
本發明提供的所述木材改性劑的制備方法，包括使磷酸和尿素在催化劑的作用下進行聚合反應。
特別是，所述制備方法包括在加熱的磷酸中加入尿素，混合均勻后繼續加熱，再加入催化劑，再繼續加熱，并且當反應物(加入催化劑后的磷酸和尿素)的體積增加至原來體積的兩倍時，停止加熱；之后使反應物(加入催化劑后的磷酸和尿素)降溫，加入丁烷四羧酸，進行攪拌，繼續降溫，即得；磷酸、尿素、催化劑和丁烷四羧酸均按所述比例加入。
其中，加入丁烷四羧酸的同時按所述比例加入水。
其中，磷酸加熱的溫度為5(T60°C。
其中，混合磷酸和尿素后，繼續加熱的溫度為9(T120°C。
其中，加入催化劑后，繼續加熱的溫度為13(Tl40°C。
其中，對反應物(加入催化劑后的磷酸和尿素)降溫的溫度為6(T80°C。
其中，加入丁烷四羧酸后，繼續降溫的溫度為3(T40°C。
具體地，包括以下步驟
I)在反應釜中加入磷酸，攪拌同時加熱，使溫度上升至5(T60°C ；
2)加入尿素，對磷酸和尿素的混合物進行攪拌，使原料分布、受熱均勻，繼續加執.
3)溫度上升至11(T120°C時，向反應釜中加入催化劑，繼續加熱；
4)使溫度上升至13(T140°C，并且當反應釜內反應物(加入催化劑后的磷酸和尿素)的體積增加至原來體積的兩倍時，停止加熱；
5)使反應物(加入催化劑后的磷酸和尿素)降溫至6(T80°C，向反應釜中加入丁烷四羧酸和水，攪拌25 35min ；
6)繼續降溫至3(T40°C，出料，貯存。
本發明的改性劑是一種水基型氮磷無機阻燃·穩定劑，其優點體現在以下方面
I)本發明的改性劑使用丁烷四羧酸，能和木材中羥基發生交聯反應，提高木材的尺寸穩定性和抗流失性能。
2)本發明改性劑不但阻燃效果顯著，而且具有較好的尺寸穩定功能；處理木材增重率在20%左右，氧指數能夠達到45%以上，尺寸穩定性ASE能夠達到20%以上，流失率低于 25%。
3)本發明改性劑同樣具有甲醛消除功能；用于膠合板等人造板處理，能夠有效提高人造板環保特性，甲醛釋放量可穩定在Etl級(< O. 5mg/L)，具有明顯的甲醛消除效果。
4)本發明改性劑的制備方法簡單，成本較低；固體含量45%以上的改性劑制造成本約為3000元/噸，遠低于現有國內外阻燃劑的價格(400(Γ6000元/噸左右)。
因此，本發明提供的木材改性劑，初次將丁烷四羧酸應用在木材處理領域，并配合其他組分，進行合理配比，達到了很好的協同效果。和現有技術相比，抗流失性能極佳，對木材的尺寸穩定劑有較大貢獻；且阻燃效果同樣優異，制備方法簡單，成本低。
具體實施方式
以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
本發明所使用到的物料均為可以從市場上購得的常規物料，可以使用其他規格的產品，但以本發明限定的規格為優。本發明實施例未提及的反應條件均為本領域的常規選擇。
本發明所用的軟化水硬度均低于8度。
本發明磷酸的濃度為85%;尿素中氮含量為46. 4%;丁烷四羧酸的純度為99%。也可以使用磷酸濃度75%以上，尿素含量為46. 2%以上，丁烷四羧酸的純度為95%以上。這里的百分數均為質量比。
實施例I
一、按以下重量配比進行原料備料
軟化水(硬度低于8度) 磷酸(濃度為85%)尿素(氮含量46.4%)催化劑丁烷四羧酸
催化劑為北京林業大學材料科學與技術學院環保阻燃技術中心自行配制的淡黃綠色粉劑氯化錫40g,硫酸銅80g,氯化鈉35g,氯化鐵40g,硫酸招40g,硼酸45g和氯化鋅 70g (按照比例研磨后粉碎均勻)。
二、制備方法
I)在配有攪拌機、溫度和壓力顯示器以及冷凝管的反應釜中，加入反應原料中的磷酸，攪拌同時加熱，使溫度上升至60°C ；
2)向反應釜內加入全部尿素，同時對磷酸和尿素的混合物繼續進行攪拌，使物料分布、受熱均勻；
3)繼續加熱使溫度上升至120°C時，向反應釜中緩慢均勻加入催化劑，使混合物進行反應，反應物料變成淺綠色；
4)繼續加熱使溫度達到135°C后，加熱的同時觀察反應現象，隨著溫度升高，淺綠色液體逐漸變成乳白色粘稠物，泡沫急劇增多，溫度上升速度明顯加快，物料的體積迅速膨脹，冷凝管有大量氣體排出，待反應釜內反應物的體積增加至原來體積的兩倍時停止加熱， 繼續攪拌，反應釜內物料依靠自身的放熱在劇烈反應，溫度繼續上升，待反應趨于平穩，溫度開始下降時，表明反應完畢；
5)降溫至70°C，向反應釜中加入丁烷四羧酸及溫度為50°C的軟化水，攪拌30min ；
6)降溫至30°C，將所得產物倒入容器儲存備用。
三、產品的技術指標
100 kg 100 kg 50 kg 0.35 kg2 kg c外觀固體含量(％) pH值比重(g/cm3) 有效期(年):體5.0-7.0 I 162
實施例
-、按以下重量配比進行原料備料軟化水180 kg磷酸(濃度為85%)150kg尿素(氮含量46·4%)54kg催化劑0.48kg丁烷四羧酸6kg
其中的催化劑為氯化錫40g，硫酸銅135g，氯化鈉45g，氯化鐵45g，硫酸鋁65g， 硼酸65g和氯化鋅85g (按照比例研磨后粉碎均勻)。
二、制備方法
I)在配有攪拌機、溫度和壓力顯示器以及冷凝管的反應釜中，加入反應原料中的 磷酸，攪拌同時加熱，使溫度上升至50°C ；
2)向反應釜內加入尿素，同時對磷酸和尿素的混合物繼續進行攪拌，使物料分布、 受熱均勻；
3)繼續加熱使溫度上升至115°C時，向反應釜中緩慢均勻加入催化劑，使混合物進 行反應；
4)繼續加熱使溫度達到140°C后，加熱的同時觀察反應現象，隨著溫度升高，淺綠 色液體逐漸變成乳白色粘稠物，泡沫急劇增多，溫度上升速度明顯加快，物料的體積迅速膨 脹，冷凝管有大量氣體排出，待反應釜內反應物的體積增加至原來體積的兩倍時停止加熱， 繼續攪拌，反應釜內物料依靠自身的放熱在劇烈反應，溫度繼續上升，待反應趨于平穩則溫 度不再上升，溫度開始下降時，表明反應完畢；
5)降溫至80°C，向反應釜中加入丁烷四羧酸及溫度為50°C的軟化水，攪拌35min ；
6)降溫至30°C，將所得產物倒入容器儲存備用。
三、產品的技術指標
觀外〔含量(％ )比重(g/cm3) 有效期(年)475.0-7.01.162
實施例
、按以下重量配比進行原料備料 軟化水磷酸(濃度為85%) 尿素(氮含量46.4%)催化劑丁烷四羧酸IOOkg65kg38kg0.28kg
其中的催化劑為氯化錫35g，硫酸銅45g，氯化鈉35g，氯化鐵35g，硫酸鋁25g，硼 酸25g和氯化鋅80g (按照比例研磨后粉碎均勻)。
I)在配有攪拌機、溫度和壓力顯示器以及冷凝管的反應釜中，加入反應原料中的 磷酸，攪拌同時加熱，使溫度上升至60°C ；
2)向反應釜內加入尿素，對磷酸和尿素的混合物繼續進行攪拌，使物料分布、受熱 均勻；
3)繼續加熱使溫度上升至110°C時，向反應釜中緩慢均勻加入催化劑，使混合物進 行反應，反應物料變成淺綠色；
4)繼續加熱使溫度達到130°C后，繼續加熱的同時觀察反應現象，隨著溫度升高， 淺綠色液體逐漸變成乳白色粘稠物，泡沫急劇增多，溫度上升速度明顯加快，物料的體積迅 速膨脹，冷凝管有大量氣體排出，主要為氨氣和水蒸氣，用水吸收，待反應釜內反應物的體 積增加至原來體積的兩倍時停止加熱，繼續攪拌，反應釜內物料依靠自身的放熱在劇烈反 應，溫度繼續上升，待反應趨于平穩則溫度不再上升，溫度開始下降時，表明反應完畢；
5)降溫至60°C，向反應釜中加入丁烷四羧酸及溫度為50°C的軟化水，攪拌25min ；
6)降溫至40°C，將所得產物倒入容器儲存備用。
三、產品的技術指標
〔含量(比重(g/cm3) 有效期(年)透明液1 47 5.5 7.0 I 17 2
實施例4
-、按以下重量配比進行原料備料軟化水磷酸(濃度為85%) 尿素(氮含量46.4%)70 kg 50 kg 32 kg 0.25kg 5kg丁烷四羧酸
其中的催化劑比例同實施例I。
二、制備方法
I)在配有攪拌機、溫度和壓力顯示器以及冷凝管的反應釜中，加入反應原料中的磷酸，攪拌同時加熱，使溫度上升至60°C ；
2)向反應釜內加入尿素，對磷酸和尿素的混合物繼續進行攪拌，使物料分布、受熱均勻；
3)繼續加熱使溫度上升至110°C時，向反應釜中緩慢均勻加入催化劑，使混合物進行反應，反應物變成淺綠色；
4)繼續加熱使溫度達到130°C后，加熱的同時觀察反應現象，隨著溫度升高，淺綠色液體逐漸變成乳白色粘稠物，泡沫急劇增多，溫度上升速度明顯加快，物料的體積迅速膨脹，冷凝管有大量氣體排出，主要為氨氣和水蒸氣，用水吸收，待反應釜內反應物的體積增加至原來體積的兩倍時停止加熱，繼續攪拌，反應釜內物料依靠自身的放熱在劇烈反應，溫度繼續上升，待反應趨于平穩則溫度不再上升，溫度開始下降時，表明反應完畢；
5)降溫至70°C，向反應釜中加入丁烷四羧酸及溫度為50°C的軟化水，攪拌30min ；
6)降溫至35°C，將所得產物倒入容器儲存備用。
三、產品的技術指標
外觀透明液體固體含量(% )48
權利要求
1.一種木材改性劑，包括以下重量份的原料磷酸5(T180份，尿素3(T60份，催化劑0.2 0. 5份和丁烷四羧酸I 6份。
2.根據權利要求I所述的木材改性劑，其特征在于，包括以下重量份的原料磷酸50^150份，尿素32 54份，催化劑0. 25、. 48份和丁烷四羧酸2 6份。
3.根據權利要求I或2所述的木材改性劑，其特征在于，所述催化劑為氯化錫，硫酸銅，氯化鈉，氯化鐵，硫酸鋁，硼酸和氯化鋅。
4.根據權利要求3所述的木材改性劑，其特征在于，所述催化劑采用以下重量份的原料配制而成氯化錫0. 8^1. 2份，硫酸銅I. 5^2. 5份，氯化鈉0. 8^1. 2份，氯化鐵0. 8^1. 2份，硫酸鋁0. 8^1. 2份，硼酸0. 8^1. 2份和氯化鋅I. 5^2. 5份。
5.根據權利要求f4任意一項所述的木材改性劑，其特征在于，該木材改性劑還包括水。
6.根據權利要求5所述的木材改性劑，其特征在于，所述水的用量為5(T200份，優選70 180份。
7.權利要求1飛任意一項所述木材改性劑的制備方法，包括在加熱的磷酸中加入尿素，混合均勻后繼續加熱，加入催化劑，再繼續加熱，并且當反應物的體積增加至原來體積的兩倍時，停止加熱；之后使反應物降溫，加入丁烷四羧酸，進行攪拌，繼續降溫，即得；磷酸、尿素、催化劑和丁烷四羧酸均按所述比例加入。
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，加入丁烷四羧酸的同時按比例加入水。
9.根據權利要求7或8所述的制備方法，其特征在于，磷酸加熱的溫度為5(T60°C;混合磷酸和尿素后，繼續加熱的溫度為9(Tl20°C ;加入催化劑后，繼續加熱的溫度為13(Tl40°C ；對反應物降溫的溫度為6(T80°C ;加入丁烷四羧酸后，繼續降溫的溫度為3(T40°C。
10.根據權利要求7、任意一項所述的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 1)在反應釜中加入磷酸，攪拌同時加熱，使溫度上升至5(T60°C； 2)加入尿素，對磷酸和尿素的混合物進行攪拌，使原料分布、受熱均勻，繼續加熱； 3)溫度上升至11(T120°C時，向反應釜中加入催化劑，繼續加熱； 4)使溫度上升至13(T140°C，并且當反應釜內反應物的體積增加至原來體積的兩倍時，停止加熱； 5)使反應物降溫至6(T80°C，向反應釜中加入丁烷四羧酸和水，攪拌25 35min； 6)繼續降溫至3(T40°C，出料，貯存。
全文摘要
本發明涉及一種木材改性劑，以及它的制備方法。所述木材改性劑包括以下重量份的原料磷酸50~180份，尿素30~60份，催化劑0.2~0.5份和丁烷四羧酸1~6份。本發明提供的木材改性劑，初次將丁烷四羧酸應用在木材處理領域，并配合其他組分，進行合理配比，達到了很好的協同效果；和現有技術相比，抗流失性能極佳，對木材的尺寸穩定劑有較大貢獻；且阻燃效果同樣優異，制備方法簡單，成本低。
文檔編號C08G79/04GK102975250SQ201210479868
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月22日 優先權日2012年11月22日
發明者張世鋒, 高強, 李建章, 周文瑞, 張紀芝 申請人:北京林業大學