一种脲醛树脂型木材阻燃剂的研究

一种脲醛树脂型木材阻燃剂的研究

夏野

夏野

哈尔滨市产品质量监督检验院

摘要：为了保证木材在使用时候有良好的防火安全性，应认识到脲醛树脂类型阻燃剂的重要性，并能结合木材防火的需要，更加科学的对脲醛树脂类型阻燃剂的各组成成分的计量以及种类进行分析，保证脲醛树脂类型阻燃在实际运用中有过硬质量。本文就脲醛树脂类型阻燃剂进行了分析。

关键词：防火；阻燃剂；脲醛树脂；材料；木材

木材有着可塑性强、造型多样、承重性好的特点，使其在现代建筑主体结构以及室内美化装修方面应用较广。但木材在具有这些优点的同时也存在着明显的缺陷，那就是木材具有易燃性，一旦发生火灾就会对建筑物造成不可预估的危害。而在现代科技发展的推动下，出现脲醛树脂类型阻燃剂，使木材在建筑等领域的使用更加安全、高效。

1脲醛树脂类型阻燃剂分析

在人们对建筑安全性关注度上升、木材使用量增加的现代，社会对阻燃剂研发、使用的需求也更为强烈，并且在阻燃剂的迅猛发展下，这种化学制剂也发挥了关键性的作用，让木材在各领域的使用更加的广泛、安全。而在当前阻燃剂领域，脲醛树脂类型阻燃剂的各方面性能较为突出，这种阻燃剂不仅实现了木材防火安全性的提升，同时也促进了木材其他方面性能的强化，尤其在强化木材强度方面效果突出。这种脲醛树脂类型阻燃剂的研发在强化了木材使用安全性的同时也创造了巨大的社会价值。

2实验材料以及合成工艺分析

2.1实验材料

甲醛:含量37%，工业品，天津市福晨化工试剂厂生产;尿素:纯度大于98%，工业品，通化化工股份有限公司生产;硼砂:含量95%，工业品，郑州澳彩化工原料有限公司生产;氢氧化钠:含量30%，分析纯，上海化学试剂总厂生产;甲醛捕捉剂:市面采购;稳定剂:市面采购;杨木旋切单板:厚度1.5mm，含水率8%左右，长春柏盛龙佳木业有限公司生产;脲醛树脂胶:黏度3000～4500mPa·s，比重1.26g/cm3，吉林省天源粘合剂有限公司生产。

2.2合成工艺分析

首先，将合成原料甲醛导入到合成反应釜当中，同时开启搅拌设备，让合成原料充分的分散。第二，将合成反应的酸碱度调节到适应的范围内，在这一阶段中常会使用氢氧化钠作为调节剂，将反应环境中的酸碱度调节到8到9之间。第三，将原料当中的尿素倒入到合成反应釜当中。第四，合成反应进行时候需要将环境温度控制在68摄氏度到72摄氏度之间，并要在反应发生的半小时这段时间中一直保持这一温度。第五，在完成了上一步反应之后，将硼砂倒入到合成反应釜当中，并维持反应持剑长度为10分钟。第六，在制备阻燃剂的时候还要能将甲醛捕捉剂以及稳定剂倒入到合成反应釜当中，维持反应时间长度10分钟。最后将水倒入到合成反应釜当中。

3阻燃类非结构单板层积材料制备以及性能测定

3.1单板层积材料制备

用合成的脲醛树脂型阻燃剂浸渍单板12h;对浸渍后的单板进行干燥，使其含水率达到8%左右;对干燥后的单板进行涂胶、组坯、热压。9层单板，施胶量300g/m2(双面)，热压温度105℃，热压时间14min，热压压力1.2MPa。

3.2单板层积材料各项性能测定

按不同的试验水平选定甲醛与尿素的重量比、阻燃剂硼砂的添加量、甲醛捕捉剂的添加量和稳定剂的添加量进行正交试验，测定阻燃非结构用单板层积材的理化性能，以确定脲醛树脂型阻燃剂的最佳配方。

考虑到甲醛与尿素不同的摩尔比会对加成反应生成的一羟甲基脲和二羟甲基脲的量以及游离甲醛的量产生影响，将甲醛与尿素重量比的水平定为1.3(摩尔比为0.96)、1.4(摩尔比为1.04)、1.5(摩尔比为1.11)和1.6(摩尔比为1.18)，然后根据大量的探索性试验确定阻燃剂硼砂、甲醛捕捉剂和稳定剂的添加量。

按照正交试验，每个因素水平组合的每个配方的量为350g左右，考虑到成本因素，对树脂型阻燃剂进行稀释，以减小浓度，并将水的添加量定为350g。理化性能测定包括浸渍剥离性能、甲醛释放量、氧指数及活性期测定。

4实验结果以及分析

4.1尿素以及甲醛重量比对各项指标的影响

从正交试验结果可以看出，在试验范围内，甲醛与尿素重量比对单板层积材的浸渍剥离性能和氧指数以及阻燃剂的活性期均无影响，对单板层积材甲醛释放量的影响显著。随着甲醛与尿素重量比的增加，单板层积材甲醛释放量增加是由于此时甲醛的相对量增加所致。

4.2阻燃剂当中硼砂添加量对各项指标的影响

从正交试验结果可以看出，在试验范围内，阻燃剂硼砂添加量对单板层积材的浸渍剥离性能无影响，对单板层积材的甲醛释放量有影响。随着阻燃剂硼砂添加量的增加，单板层积材甲醛释放量增加是由于硼砂的增加对低聚合度树脂的进一步聚合产生了负面影响，同时由于硼砂是碱性材料，其对单板层积材热压过程中脲醛树脂胶层的固化会产生消极影响，导致甲醛释放量增加。

4.3甲醛捕捉剂材料对各项数据的影响

从正交试验结果可以看出，在试验范围内，甲醛捕捉剂添加量对单板层积材的浸渍剥离性能和氧指数无影响，对单板层积材的甲醛释放量有影响，对阻燃剂活性期的影响高度显著。随着甲醛捕捉剂添加量的增加，单板层积材的甲醛释放量减少是由于甲醛捕捉剂吸附了单板层积材热压过程中的游离甲醛，使甲醛释放量降低;随着甲醛捕捉剂添加量的增加，阻燃剂的活性期缩短是由于甲醛捕捉剂是酸性材料，其促进了低聚合度树脂的进一步聚合，使活性期变短。

4.4稳定添加剂材对各项数据的影响

从正交试验结果可以看出，在试验范围内，稳定剂添加量对单板层积材的浸渍剥离性、甲醛释放量和氧指数无影响，对阻燃剂活性期的影响显著。随着稳定剂添加量的增加，阻燃剂的活性期延长是由于稳定剂减缓了低聚合树脂的进一步聚合，使活性期延长。

5结论

在对脲醛树脂类型阻燃剂研究当中，当合成原材料当中的甲醛原料以及尿素原料重量比增加之后，单板层积材当中的甲醛释放量呈现明显增加的趋势；当合成原材料当中硼砂材料增加的时候，单板层积材当中的甲醛释放量也呈现增加趋势，同时材料氧指数数据上升，阻燃剂的实际活性周期延长；当合成原材料当中甲醛捕捉剂加入量增加的时候，单板层积材当中的甲醛物质释放量呈减少趋势，阻燃剂的实际活性周期在逐渐缩短；合成原材料当中稳定剂物质添加量的增加也能让阻燃剂的实际活性周期得以延长。各组分成分以及含量的变化都会该阻燃剂的实际效果产生影响，在合成的时候需要格外的注意成分和阻燃效果之间的关系。

制成的脲醛树脂型阻燃剂最佳配方为:甲醛与尿素重量比1.5(甲醛添加量150g、尿素添加量100g)，阻燃剂硼砂添加量65g，甲醛捕捉剂添加量17g，稳定剂添加量3.5g。

采用脲醛树脂型阻燃剂对单板进行处理制得的阻燃非结构用单板层积材，其理化性能符合国家标准GB/T20241－2006单板层积材中对非结构用单板层积材的相关规定要求，胶层剥离长度为0，甲醛释放量(0.84mg/L)达到E1级(≤1.5mg/L);氧指数达到37%以上。

参考文献：

[1]陈玲,尹子康,刘冰,等.一种脲醛树脂型木材阻燃剂的研究[J].林业机械与木工设备,2017,45(2):40-43.

[2]李天祥,张世伟,解田,等.用磷酸脲结晶母液合成的氮-磷高效膨胀型木材阻燃剂的性能研究[J].贵州工业大学学报:自然科学版,2007,36(4):26-29.

[3]蒋祖良,高士珍.LFP—86型木材阻燃剂性能的研究[J].木材工业,1990(1):1-8.

[4]陈娅,陶伟根,林苗.磷型阻燃脲醛树脂胶粘剂的性能研究[J].粘接,2011,32(2):56-58.