《一种含磷苯并咪唑衍生物改性剂在木材中的原位生成方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种含磷苯并咪唑衍生物改性剂在木材中的原位生成方法.pdf（6页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103358372 A (43)申请公布日 2013.10.23 CN 103358372 A *CN103358372A* (21)申请号 201310299782.9 (22)申请日 2013.07.17 B27K 3/08(2006.01) B27K 3/50(2006.01) (71)申请人 中南林业科技大学 地址 410000 湖南省长沙市韶山南路 498 号 (72)发明人 袁利萍 胡云楚 伍国云 陈旬 田梁材 王洁 徐晨浩 吴义强 (74)专利代理机构 南昌新天下专利商标代理有 限公司 36115 代理人 谢德珍 (54) 发明名称 一种含磷苯并咪唑衍生。
2、物改性剂在木材中的 原位生成方法 (57) 摘要 一种含磷苯并咪唑衍生物改性剂在木材中的 原位生成方法， 首先将邻苯二胺酸化， 其次将酸化 后的邻苯二胺与 HPAA 溶液混合得改性处理液， 然 后将改性处理液充分浸渍木质材料， 同时在密闭 条件下通过加热保温使在酸化后的邻苯二胺与 HPAA 在木材中原位反应生成含磷苯并咪唑衍生 物， 而后保持密闭条件， 冷却， 陈化 ； 最后进行洗 涤， 干燥， 即得在木材原位生成含磷苯并咪唑衍生 物改性剂。本发明合成工艺简单、 无污染， 利用含 磷苯并咪唑衍生物的羟基与木材中的羟基形成氢 键等作用结合在木材上 ； 含磷苯并咪唑衍生物粘 附填充在木材孔道里， 。
3、提高了木材的密实性、 疏水 性、 耐水性、 抗压强度和耐磨性， 并使木材具有良 好的尺寸稳定性和阻燃防火特性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 (10)申请公布号 CN 103358372 A CN 103358372 A *CN103358372A* 1/1 页 2 1. 一种含磷苯并咪唑衍生物改性剂在木材中的原位生成方法， 其特征在于， 包括如下 步骤 ： (1) 首先将邻苯二胺酸化， 其次将酸化后的邻苯二胺与 HPAA 溶液按照摩尔比为 0.8:1 1.5:1 混合得改性处。
4、理液 ； (2) 将步骤 (1) 所得改性处理液， 充分浸渍木质材料 ； (3) 在密闭条件下通过加热保温促进酸化后的邻苯二胺与 HPAA 在木材中原位反应生 成含磷苯并咪唑衍生物 ； (4) 待步骤 (3) 反应结束后， 保持密闭条件， 冷却， 陈化 ； (5) 取出经过步骤 (4) 反应后的木质材料， 洗涤， 干燥。 2. 根据权利要求 1 所述的一种含磷苯并咪唑衍生物改性剂在木材中的原位生成方 法， 其特征在于， 步骤 (1) 中所述邻苯二胺酸化溶液酸度为 0.8 1.0mol/L 的磷酸溶液或 1.0 4.0mol/L 的盐酸溶液 ； HPAA 溶液为 HPAA 的水溶液， 浓度为 3。
5、0 50%。 3. 根据权利要求 1 所述的一种含磷苯并咪唑衍生物改性剂在木材中的原位生成方法， 其特征在于， 步骤 (2) 中所述木质材料为原木、 薄板、 木屑、 木粉、 纤维板、 造纸原料。 4. 根据权利要求 1 所述的一种含磷苯并咪唑衍生物改性剂在木材中的原位生成方法， 其特征在于， 步骤 (2) 中所述浸渍为常压浸渍或真空 - 加压浸渍。 5. 根据权利要求 1 所述的一种含磷苯并咪唑衍生物改性剂在木材中的原位生成方法， 其特征在于， 步骤 (3) 中所述反应温度为 120 150， 保温反应时间 0.5 4 小时。 6. 根据权利要求 1 所述的一种含磷苯并咪唑衍生物改性剂在木材中。
6、的原位生成方法， 其特征在于， 步骤 (4) 中所述步骤 (3) 反应结束后， 冷却陈化时间大于 24 小时。 7. 根据权利要求 1 所述的一种含磷苯并咪唑衍生物改性剂在木材中的原位生成方法， 其特征在于， 步骤 (5) 中所述洗涤为去离子水或纯水洗涤。 8. 根据权利要求 1 所述的一种含磷苯并咪唑衍生物改性剂在木材中的原位生成方法， 其特征在于， 步骤 (5) 中所述干燥 ： 实木试样根据干燥基准， 放入干燥窑中进行通风干燥 ； 木粉试样在 105 120烘箱中干燥 6 12 小时。 权 利 要 求 书 CN 103358372 A 2 1/4 页 3 一种含磷苯并咪唑衍生物改性剂在木材。
7、中的原位生成方法 技术领域 0001 本发明涉及木材材性改良技术领域， 具体为一种含磷苯并咪唑衍生物改性剂在木 材中的原位生成方法。 背景技术 0002 木材是传统的建筑和家具装饰材料， 对木材进行改性， 赋予木材更好的防水、 尺寸 稳定、 耐磨、 耐腐蚀、 阻燃等性能一直是木材加工领域的热点课题。 目前， 很多有机阻燃剂的 合成条件苛刻， 且对环境不友好， 成本较高， 抗流失性差， 能同时起到防水、 防虫、 阻燃的改 性剂更是少之又少。 0003 传统的木材改性处理中， 所使用的改性剂要么分子量较大、 要么颗粒大， 难以浸 入木材中 ； 或者为了提高浸注效率， 不得不采用易溶于水的改性剂或阻。
8、燃剂， 易导致不耐 淋洗、 容易吸潮返霜， 如 ： CN201010214843.3“合成树脂浸渍木材改性的工艺方法” 的主要 成分是酚醛树脂 ； CN201210123456.8“一种速生木材阻燃增硬耐磨一体化处理方法” 所采 用改性剂是纳米氢氧化铝和硅烷偶联剂的悬浮水溶液 ； CN200910076762.9“木材改性用 组合物及其制备方法和应用” 主要组份为磷酸、 含氮有机物、 硼酸盐、 磷酸氢二铵、 氯化铵 ； CN94111437.6“木材阻燃技术” 阻燃剂为含磷酸氢二铵、 硼酸、 明矾的饱和水溶液或磷酸加 氨水、 磷酸铵、 磷酸二氢铵、 磷酸氢铵的饱和水溶液 ； 在 CN20121。
9、0194615.3“一种基于原位 聚合法改性速生木材的方法” 中， 首先合成尿醛树脂改性液， 然后再将尿醛树脂改性液浸入 木材中聚合固化。 0004 上述针对木材改性所使用的改性剂， 易溶于水侵入木材中对木材进行改良， 但是 改性剂在对木材改良后也容易流出， 不能在木材中固化， 导致木材的吸湿性降低尺寸不稳 定性， 不耐淋洗、 容易吸潮返霜， 影响木材的阻燃性。 因此， 如何提高木材的密实性、 疏水性、 耐水性、 抗压强度和耐磨性， 并使木材具有良好的尺寸稳定性和阻燃防火特性 ； 在木材中添 加的改性剂同时既不溶于水， 也不溶于有机溶剂， 具有易进难出的特点是本领域技术人员 亟待解决的问题。 。
10、发明内容 0005 本发明所解决的技术问题在于提供一种含磷苯并咪唑衍生物改性剂在木材中的 原位生成方法， 以解决上述背景技术中的缺点。 0006 本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现 ： 一种含磷苯并咪唑衍生物改性剂在木材中的原位生成方法， 首先将邻苯二胺酸化， 其 次将酸化后的邻苯二胺与膦酰基羟基乙酸 （HPAA） 溶液混合得改性处理液， 然后将改性处理 液充分浸渍木质材料， 同时在密闭条件下通过加热保温使在酸化后的邻苯二胺与 HPAA 在 木材中原位反应生成含磷苯并咪唑衍生物， 而后保持密闭条件， 冷却， 陈化 ； 最后取出反应 后的木质材料， 洗涤， 干燥， 即得在木材原位生成含。
11、磷苯并咪唑衍生物改性剂。在木材改性 剂生成反应过程中， 利用化学反应 scheme 1， 在木材孔道中或表面原位生成一种难溶于水、 说 明 书 CN 103358372 A 3 2/4 页 4 也难溶于有机溶剂的含磷苯并咪唑衍生物， 含磷苯并咪唑衍生物中极性的羟基与木材中的 羟基形成氢键或其他化学键合后紧密附着在木材表面， 非极性的苯环具有疏水性有效提高 木材的吸湿性降低尺寸稳定性， 且含磷苯并咪唑衍生物是一种含 N、 P 阻燃元素的化合物， 同时赋予木材良好的阻燃性 ； 其反应式如下 ： 包括如下步骤 ： (1) 首先将邻苯二胺酸化， 其次将酸化后的邻苯二胺与 HPAA 溶液按照摩尔比为 0。
12、.8:1 1.5:1 混合得改性处理液 ； (2) 将步骤 (1) 所得改性处理液， 充分浸渍木质材料 ； (3) 在密闭条件下通过加热保温促进酸化后的邻苯二胺与 HPAA 在木材中原位反应生 成含磷苯并咪唑衍生物 ； (4) 待步骤 (3) 反应结束后， 保持密闭条件， 冷却， 陈化 ； (5) 取出经过步骤 (4) 反应后的木质材料， 洗涤， 干燥。 0007 在本发明中， 步骤 (1)中所述邻苯二胺酸化溶液酸度为0.81.0mol/L的磷酸溶 液或 1.0 4.0mol/L 的盐酸溶液 ； HPAA 溶液为 HPAA 的水溶液， 浓度为 30 50%。 在本发明中， 步骤 (2) 中所述。
13、木质材料为原木、 薄板、 木屑、 木粉、 纤维板、 造纸原料。 0008 在本发明中， 步骤 (2) 中所述浸渍为常压浸渍或真空 - 加压浸渍。 0009 在本发明中， 步骤 (3) 中所述反应温度为 120 150， 保温反应时间 0.5 4 小时。 0010 在本发明中， 步骤 (4) 中所述步骤 (3) 反应结束后， 冷却陈化时间大于 24 小时。 0011 在本发明中， 步骤 (5) 中所述洗涤为去离子水或纯水洗涤。 0012 在本发明中， 步骤 (5) 中所述干燥 ： 实木试样根据干燥基准， 放入干燥窑中进行通 风干燥 ； 木粉试样在 105 120烘箱中干燥 6 12 小时。 00。
14、13 在本发明中， 酸化后的邻苯二胺和 HPAA 都易溶于水， 因而比较容易浸入木材中， 而邻苯二胺与 HPAA 在木材中原位反应生成的含磷苯并咪唑衍生物， 既不溶于水， 也不溶于 有机溶剂， 因此含磷苯并咪唑衍生物改性剂具有易进难出的特点， 适应于添加在木材中做 改性剂 ； 邻苯二胺和 HPAA 在木材中原位反应生成的含磷苯并咪唑衍生物中极性的羟基与 木材中的羟基形成氢键或其他化学键合后紧密附着在木材表面， 含磷苯并咪唑衍生物粘附 填充在木材孔道里， 有效提高了木材的密实性、 疏水性、 耐水性、 抗压强度和耐磨性， 非极性 的苯环具有疏水性提高木材的吸湿性降低尺寸稳定性 ； 同时含磷苯并咪唑。
15、衍生物是一种含 N、 P 阻燃元素的化合物， 赋予木材良好的阻燃性。此木材中原位合成含磷苯并咪唑衍生物 改性剂的方法具有合成工艺简单、 环境友好等优点。 0014 有益效果 本发明中含磷苯并咪唑衍生物在水性环境中合成， 无污染、 工艺简单 ； 在木材中原位生 说 明 书 CN 103358372 A 4 3/4 页 5 成的含磷苯并咪唑衍生物不溶水和有机溶剂， 具有耐水洗、 耐腐蚀、 阻燃、 杀虫的功效， 可用 于实木板方及胶合板、 纤维板等木质材料的改性 ； 同时在木材表面或孔道生成的含磷苯并 咪唑衍生物覆盖木材表面的羟基， 减弱了木材中羟基吸附水分的能力， 使得水对改性木材 浸润能力降低，。
16、 从而增强了木材的防水、 耐腐蚀的性能 ； 在木材中原位生成的含磷苯并咪唑 衍生物集 N、 P 元素于一身， 在遇到火灾时能起到 N-P 协同阻燃作用， 有效抑制火焰的蔓延。 具体实施方式 0015 为了使本发明实现的技术手段、 创作特征、 达成目的与功效易于明白了解， 下面结 合具体实施例， 进一步阐述本发明。 0016 实施案例 1 (1) 将 55 份邻苯二胺与 100 份 2mol/L 磷酸搅拌混合均匀， 获得酸化的邻苯二胺溶液 ； (2) 将 HPAA 与水按 1:1 质量配比配制成 50%HPAA 溶液 ； (3) 将 100 份酸化的邻苯二胺溶液加入 200 份 50%HPAA 。
17、溶液中， 搅拌 20min 混合均匀， 得改性处理液 ； (4) 将规格为 2000mm200mm20mm 的杨木板方装入真空高压浸注罐中 ； 开启真空泵 抽真空， 维持罐内压力为 0.01 0.02MPa.30min ； 开启进液阀门将改性处理液抽入浸注罐 内， 使液面完全覆盖杨木板方， 加 1.5 1.8MPa 压力浸渍 1 2 h ； (5) 开启排液阀门， 将改性处理液压回储液槽， 调整配比后留作下次使用 ； (6)开启排气阀门， 卸除压力后， 将杨木板方装入密闭反应槽中， 加热至140反应4 8 h ； (7) 待步骤 (6) 反应结束后， 将杨木板方从反应槽中取出， 自然冷却， 陈。
18、放 24 小时以 上 ； (8) 将杨木板方放入干燥窑中， 根据干燥基准进行通风干燥。 0017 在本实施例中， 处理后的杨木板方密度达到 0.69g/cm3， 色泽无显著变化， 抗胀缩 率 （ASE） 指标可达 68%， 阻湿率 MEE 为 64%， 抗压强度提高 0.7 倍， 磨耗量下降 60%， 乙炔焰 4 分钟烧不穿， 离焰自熄， 平均热释放速率降低 51.2%， 总热释放量减少 46.3%。 0018 实施案例 2 (1) 将 55 份邻苯二胺与 100 份 2mol/L 磷酸搅拌混合均匀， 获得酸化的邻苯二胺溶液 ； (2) 将 HPAA 与水按 1:1 质量配比配制成 50%HP。
19、AA 溶液 ； (3) 将 100 份酸化的邻苯二胺溶液加入 200 份 50%HPAA 溶液中， 搅拌 20min 混合均匀， 得改性处理液 ； (4) 将规格为 2500mm400mm3mm 杨木薄板装入真空高压浸注罐中 ； 开启真空泵抽真 空， 维持罐内压力为 0.01 0.02MPa.30min ； 开启进液阀门将改性处理液抽入浸注罐内， 使 液面完全覆盖杨木板方， 加 1.5 1.8MPa 压力浸渍 20 40min ； (5) 开启排液阀门， 将改性处理液压回储液槽， 调整配比后留作下次使用 ； (6)开启排气阀门， 卸除压力后， 将杨木薄板装入密闭反应槽中， 加热至140反应2 。
20、3 h ； (7) 待步骤 (6) 反应结束后， 将杨木板方从反应槽中取出， 自然冷却， 陈放 24 小时以 上 ； 说 明 书 CN 103358372 A 5 4/4 页 6 (8) 将杨木薄板放入干燥窑中， 根据干燥基准进行通风干燥。 0019 在本实施例中， 处理后的杨木薄板施胶热压成板， 与未处理胶合板相比， 抗压强度 提高约0.78倍， ASE为60%， MEE约为49%。 平均热释放速率降低57%， 总热释放量减少50.3%。 0020 实施案例 3 (1) 采用 120g30%HPAA 水溶液常温常压浸渍 80g 杨木粉 1 小时， 得混合物 ； (2)采用400ml的1mol。
21、/L盐酸将0.1mol邻苯二胺酸化后， 然后加入步骤(1)中的混合 物， 搅拌均匀 ； (3) 升温至 130 140， 搅拌、 反应 3 小时， 冷却至室温以下， 静置过夜， 过滤， 采用水 溶液洗涤， 至洗涤液中无氯离子检出 ； (4) 将步骤 (3) 所得改性杨木粉置于烘箱内， 在 105 120干燥 1 2 小时 ； (5) 将步骤 (4) 中干燥后的杨木粉， 施胶后在热压机中热压成板。 0021 在本实施例中， 处理杨木粉板密度为 0.82g/cm3， 抗压强度达 50MPa， 抗弯强度增大 20%。 锥形量热实验结果表明 ： 在50kW辐射强度下， 处理后杨木粉板比未处理杨木粉板的平 均热释放速率降低近 60%， 总热释放量减少 64.7%， 燃烧残余物增加了 2.7 倍。 0022 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。 本行业的技术 人员应该了解， 本发明不受上述实施例的限制， 上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理， 在不脱离本发明精神和范围的前提下， 本发明还会有各种变化和改进， 这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。 本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。 说 明 书 CN 103358372 A 6 。