[发明专利]木材阻燃剂的合成方法

说明书

本发明属于一种阻燃剂的合成方法。

用磷酸氢二铵、磷酸二氢铵等水溶性无机盐类对木材进行阻燃处理是木材处理工业的常用方法，近年来仍不断有新研究成果发表(WO9600,763、CN1,093,393)。这类阻燃剂的优点是阻燃性较好、毒性小及成本较低，但是具有易被水沥出、处理材吸湿性大且易反霜、腐蚀金属器件等严重缺点，因而应用受到限制。为了提高抗沥出性能和降低吸湿性，许多研究者开展了以低聚合度氨基化合物-醛类缩聚产物的磷酸盐作为木材阻燃剂的研究工作。然而，虽然此类阻燃剂的抗沥出性和吸湿性有明显改善，但是由于需要较高的固化温度而降低了木材的强度。

近年来发现，不仅磷和氮元素间有阻燃协同作用，而且磷、氮和硼三元素之间亦存在明显的阻燃协同作用。利用阻燃协同作用，通过设计适当的阻燃体系，可以在降低药剂用量的情况下提高阻燃性能。William J.Oberley(US4,373,010)发明了一种由双氰胺、磷酸、硼酸和水在温度为70℃至90℃下的不完全反应产物所构成的阻燃剂，其阻燃性好，吸湿性较铵盐类阻燃剂明显降低。但是，为了防止或减少不溶性物质的生成，该发明要求反应原料中双氰胺和磷酸不能完全转化，而必须有5％至20％的剩余。这样一方面因反应程度不易准确控制而造成各批次产品的组成不同、产品质量不稳定，另一方面存在不能充分而有效地利用原料的缺点。此外，由于磷酸未彻底反应，产品的酸性较大，造成处理后的木材在干燥的过程中因发生酸催化降解而劣化。

本发明的目的在于提供一种适用于木材及其它纤维素类材料的高效低毒阻燃剂的合成方法，克服已有方法之缺点和不足。

本发明的基本构思是，使双氰胺、磷酸和水(水作为反应物和溶剂)在温度为90℃至120℃下完全反应生成脒基脲磷酸盐，反应产物溶液经结晶过滤分离或减压浓缩干燥等分离方法分离制得脒基脲磷酸盐固体产物，滤液或冷凝水可回收循环使用；将脒基脲磷酸盐与硼酸混合均匀即得到阻燃剂产品。物料的摩尔比为双氰胺∶磷酸∶水=1∶(1.0至1.2)∶(6至200)；脒基脲磷酸盐∶硼酸=1∶(0.35至2.2)。

将本发明合成的固体阻燃剂溶于水中配制成适当浓度的溶液，即可作为木材或其它纤维素材料的处理液使用。根据材料加工工艺的特点，也可将本发明合成的阻燃剂混于胶料中或作为粉状添加剂用于木质人造板或其它纤维素类材料的加工。

在不存在长期储存或远距离运输问题的情况下，也可方便地直接合成液体状态的阻燃剂产品。即，反应完成后得到的脒基脲磷酸盐溶液不必经过分离，而直接加入硼酸，溶解，稀释至适当浓度后备用。

本发明解决了双氰胺与磷酸在水溶液中反应易生成不溶性物质的难题，使原料完全转化而得到高产率、质量稳定的脒基脲磷酸盐，保证了阻燃剂产品质量的稳定可靠，整个工艺过程不排放污染物。

由于硼化合物有抗真菌和杀白蚁性质，本发明所合成的阻燃剂不仅阻燃性高而且赋予被处理材料一定的防腐和抗白蚁能力，并且毒性甚低，使用安全。

下面以三个实例说明本发明的内容。

实施例1：

在250ml四口圆底烧瓶上安装温度计、搅拌装置、回流冷凝管和滴液漏斗，加入42.1g双氰胺和80ml水，加热至100℃后，在搅拌下由滴液漏斗滴加85％磷酸57.7g，于温度为100℃至120℃下反应至双氰胺完全转化，反应终点的判定可根据PH值的变化或用红外光谱法。待反应完成后，冷却，结晶，过滤并以10ml冷水洗涤，于温度为80℃至100℃下干燥。得白色粉末状脒基脲磷酸盐产品74g，摩尔产率74％。

将1摩尔脒基脲磷酸盐与1.2摩尔硼酸混合均匀，得固体阻燃剂产品。

制备木材处理液时，将本发明合成的固体阻燃剂溶解于水中配制成浓度为8％(重量)澄清的无色透明溶液，PH值约4.5。

合成的脒基脲磷酸盐产品的红外光谱图中，在2100至2200波数处无氰基(-CN)的特征吸收峰(原料双氰胺在此波数有强吸收)，表明产品中不含双氰胺。将合成的脒基脲磷酸盐产品与过量石灰水反应使磷酸根以钙盐的形式被彻底沉淀下来，过滤。滤液用稀硫酸中和使脒基脲转化为硫酸盐，然后浓缩，结晶，分离，干燥。合成的脒基脲磷酸盐的红外光谱图与标准样品的Sadtler标准谱图完全相符，说明产品的结构正确。

实施例2：