CN107226899A - 一种仿木材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种仿木材料及其制备方法，属于材料与制品生产技术领域。本发明先以聚醚多元醇、多元胺等为原料，制备得到聚脲多元醇，再将纳米炭黑、硅烷偶联剂等混合后，加入引发剂等，搅拌后过滤，干燥，得干燥物，将干燥物与海藻酸钙混合后，得到复合阻燃剂，最后将聚脲多元醇和复合阻燃剂等搅拌混合后，得到A组分，再将多苯基多亚甲基多异氰酸酯作为B组分，将B组分加入到A组分中，搅拌混合后，注入模具中熟化后脱模，即得仿木材料。本发明采用含氮结构的阻燃聚脲多元醇为聚氨酯原料，聚脲多元醇在吸热、受热后能分解出不燃的氨气或氮气等小分子，具有稀释可燃气体，促进炭化层生成和减少发烟量等特点，能够提高聚氨酯仿木材料的阻燃性能。

Description

一种仿木材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种仿木材料及其制备方法，属于材料与制品生产技术领域。
背景技术
近年来，由于世界木材资源在减少，中国木材资源减少的更快，而另一方面，随着人们生活水平的提高，人类对木材利用的数量、质量要求越来越高，而我国能够提供的木材资源非常有限，因此，木材资源的供求矛盾日益突出。目前，解决木材供需矛盾的主要途径有三条：（1）增加木材进口；（2）大力发展人工速生林；（3）寻找替代材料。首先，增加木材进口，近年来我国的木材进口的材种和国家都在增多，虽然进口木材在很大程度上解决了我国木材短缺问题，但随着木材资源的世界性短缺，环境的日益恶化以及人们环保意思的增强，大多数国家都对木材出口采取了一定的政策限制，而我国如果一直依赖进口国外木材资源，必将会对我国木材行业的长远发展产生不利影响，由此可见，进口木材也不是解决我国长期木材短缺的根本办法。其次，大力发展人工速生林，速生林对生长环境的要求比较高，大力发展需要使用大量的耕地，而我国本来就是一个地少人多的农业大国，这就使人工速生林的发展受到了一定程度的限制。综上，就目前现状而言，寻找和研究木材替代材料对缓解我国木材资源的供需矛盾更具现实意义，以塑代木是解决木材供需矛盾的有效途径之一。
现今的仿木合成材料主要有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯等，聚氯乙烯和聚苯乙烯存在着对环境污染大、强度低等问题。而聚氨酯仿木材料拥有着物性均一、质轻、不吸水、尺寸稳定、耐腐蚀、耐虫蛀、着色容易等优点，并且可以通过模具直接成型各种复杂的结构和雕刻图案，省时省工，其可以做到与木材相同的外观及密度，表面无需油漆即可直接作为高档家具、室内装饰等使用。如今市场上可见的聚氨酯仿木材料多存在着阻燃性能差的问题。
因此，有效解决仿木材料阻燃性能差的问题，扩大仿木材料的使用范围，有效解决木材供需矛盾。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有的仿木材料阻燃性能差，限制了其使用范围的问题，提供了一种仿木材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种仿木材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
80～100份聚脲多元醇、1～3份催化剂、8～10份发泡剂、1～3份泡沫稳定剂、1～3份交联剂、8～10份复合阻燃剂和110～120份多苯基多亚甲基多异氰酸酯；
所述的聚脲多元醇是由以下步骤得到的：将20～30g聚醚多元醇、10～15g多元胺和200～300mL分散剂在30～40℃高速搅拌混合后，再滴加10～15mL2,4-二甲苯二异氰酸酯，保温搅拌反应2～3h，得到产物，将产物浓缩，得到浓缩液，即聚脲多元醇。
所述的复合阻燃剂是由以下步骤得到的：将10～15g纳米炭黑、3～5g硅烷偶联剂和100～120mL水在70～80℃下混合，再加入0.1～0.3g引发剂、10～15mL巯基乙酸和6～8mL醋酸钴，搅拌反应40～50min后过滤，干燥，得到干燥物，将干燥物与6～8g海藻酸钙混合后，得到复合阻燃剂。
所述的催化剂为三甲基羟乙基双氨乙基醚。
沫稳定剂为十二烷基苯磺酸钠。
所述的交联剂为二亚乙基三胺。
所述的聚醚多元醇为聚醚多元醇HSH310、聚醚多元醇DV125、聚醚多元醇MN500中的一种或几种。
所述的多元胺为乙二胺、乙醇胺中的一种或两种。
所述的分散剂为三乙二醇。
所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-570中的一种或两种。
所述的引发剂为过硫酸钾、过氧化月桂酰中的一种或两种。
所述的一种仿木材料的制备方法，具体制备步骤为：
（1）按重量份数配比，进行取原料；
（2）将聚脲多元醇、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、交联剂和复合阻燃剂搅拌混合后，得到A组分，再将多苯基多亚甲基多异氰酸酯作为B组分，将B组分加入到A组分中，搅拌混合5～8s后，注入模具中，在30～35℃熟化10～15min后脱模，即得仿木材料。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明采用含氮结构的阻燃聚脲多元醇为聚氨酯原料，聚脲多元醇在吸热、受热后能分解出不燃的氨气或氮气等小分子，具有稀释可燃气体，促进炭化层生成和减少发烟量等特点，采用聚脲多元醇代替聚醚多元醇能够提高聚氨酯仿木材料的阻燃性能； （2）本发明将炭黑用硅烷偶联剂处理后，再与巯基乙酸反应，将巯基乙酸引入到炭黑表面，再利用巯基的吸附性能，从而吸附钴离子，在燃烧过程中，钴元素能够捕捉自由基，终止燃烧连锁反应，同时钴元素可催化纳米炭黑和硅烷偶联剂脱氢成炭，并分解产生含Si-O-C键的稳定炭层，从而起到隔热、隔氧、抑烟和阻燃的作用； （3）海藻酸钙分子结构中含有大量的羧基和羟基，能够吸收空气中的水分，液态水气化吸收大量的热量，从而降低仿木材料表面的温度，阻止热量的累积和传递，达到阻燃效果，此外，海藻酸钙燃烧分解过程中，钙离子首先转化成碳酸钙，覆盖在仿木材料表面，阻碍氧气和可燃性气体的扩散以及燃烧释放热量的传递，并且碳酸钙受热分解能够吸收大量的热量，降低仿木材料表面的温度，且碳酸钙释放出的二氧化碳属于惰性气体，能够稀释可燃性气体的浓度，使仿木材料难以燃烧，从而达到阻燃效果，本发明采用复合阻燃剂，能够取得较好的阻燃效果。
具体实施方式
取20～30g聚醚多元醇、10～15g多元胺和200～300mL分散剂加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为30～40℃，转速为500～600r/min的条件下搅拌混合3～5min后，再向三口烧瓶中滴加10～15mL2,4-二甲苯二异氰酸酯，控制滴加速率为3～5mL/min，待滴加完毕，保温搅拌反应2～3h，反应结束后，得到产物，将产物移入旋转蒸发仪中，旋蒸浓缩，得到浓缩液，即聚脲多元醇，再取10～15g纳米炭黑、3～5g硅烷偶联剂和100～120mL水加入到烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制水浴温度为70～80℃，搅拌混合3～5min后，再向烧杯中加入0.1～0.3g引发剂、10～15mL巯基乙酸和6～8mL醋酸钴，保温反应40～50min后，过滤，得到滤渣，将滤渣移入烘箱中，在105～110℃干燥至恒重，得到干燥物，将干燥物与6～8g海藻酸钙加入到烧杯中，搅拌混合3～5min，得到复合阻燃剂，最后，按重量份数计，取80～100份聚脲多元醇、1～3份催化剂、8～10份发泡剂、1～3份泡沫稳定剂、1～3份交联剂、8～10份复合阻燃剂和110～120份多苯基多亚甲基多异氰酸酯，将聚脲多元醇、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、交联剂和复合阻燃剂加入到烧杯中，搅拌混合5～10min，得到A组分，再将多苯基多亚甲基多异氰酸酯作为B组分，将B组分加入到A组分中，搅拌混合5～8s后，得到发泡混合料，将发泡混合料注入模具中，在30～35℃熟化10～15min后脱模，即得仿木材料。所述的聚醚多元醇为聚醚多元醇HSH310、聚醚多元醇DV125、聚醚多元醇MN500中的一种或几种。所述的多元胺为乙二胺、乙醇胺中的一种或两种。所述的分散剂为三乙二醇。所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-570中的一种或两种。所述的引发剂为过硫酸钾、过氧化月桂酰中的一种或两种。所述的催化剂为三甲基羟乙基双氨乙基醚。所述的发泡剂为水。所述的泡沫稳定剂为十二烷基苯磺酸钠。所述的交联剂为二亚乙基三胺。
实例1
取30g聚醚多元醇HSH310、15g乙二胺和300mL三乙二醇加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为40℃，转速为600r/min的条件下搅拌混合5min后，再向三口烧瓶中滴10mL2,4-二甲苯二异氰酸酯，控制滴加速率为5mL/min，待滴加完毕，保温搅拌反应3h，反应结束后，得到产物，将产物移入旋转蒸发仪中，旋蒸浓缩，得到浓缩液，即聚脲多元醇，再取15g纳米炭黑、5g硅烷偶联剂KH-550和120mL水加入到烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制水浴温度为80℃，搅拌混合5min后，再向烧杯中加入0.3g过硫酸钾、15mL巯基乙酸和8mL醋酸钴，保温反应50min后，过滤，得到滤渣，将滤渣移入烘箱中，在110℃干燥至恒重，得到干燥物，将干燥物与8g海藻酸钙加入到烧杯中，搅拌混合5min，得到复合阻燃剂，最后，按重量份数计，取100份聚脲多元醇、3份三甲基羟乙基双氨乙基醚、10份水、3份十二烷基苯磺酸钠、3份二亚乙基三胺、10份复合阻燃剂和120份多苯基多亚甲基多异氰酸酯，将聚脲多元醇、三甲基羟乙基双氨乙基醚、水、十二烷基苯磺酸钠、二亚乙基三胺和复合阻燃剂加入到烧杯中，搅拌混合10min，得到A组分，再将多苯基多亚甲基多异氰酸酯作为B组分，将B组分加入到A组分中，搅拌混合8s后，得到发泡混合料，将发泡混合料注入模具中，在35℃熟化15min后脱模，即得仿木材料。
实例2
取20g聚醚多元醇DV125、10g乙醇胺和200mL三乙二醇加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为30℃，转速为500r/min的条件下搅拌混合3min后，再向三口烧瓶中滴加10mL2,4-二甲苯二异氰酸酯，控制滴加速率为3mL/min，待滴加完毕，保温搅拌反应2h，反应结束后，得到产物，将产物移入旋转蒸发仪中，旋蒸浓缩，得到浓缩液，即聚脲多元醇，再取10g纳米炭黑、3g硅烷偶联剂KH-570和100mL水加入到烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制水浴温度为70℃，搅拌混合3min后，再向烧杯中加入0.1g过氧化月桂酰、12mL巯基乙酸和6mL醋酸钴，保温反应40min后，过滤，得到滤渣，将滤渣移入烘箱中，在105℃干燥至恒重，得到干燥物，将干燥物与6g海藻酸钙加入到烧杯中，搅拌混合3min，得到复合阻燃剂，最后，按重量份数计，取80份聚脲多元醇、1份三甲基羟乙基双氨乙基醚、8份水、1份十二烷基苯磺酸钠、1份二亚乙基三胺、8份复合阻燃剂和110份多苯基多亚甲基多异氰酸酯，将聚脲多元醇、三甲基羟乙基双氨乙基醚、水、十二烷基苯磺酸钠、二亚乙基三胺和复合阻燃剂加入到烧杯中，搅拌混合5min，得到A组分，再将多苯基多亚甲基多异氰酸酯作为B组分，将B组分加入到A组分中，搅拌混合5s后，得到发泡混合料，将发泡混合料注入模具中，在30℃熟化10min后脱模，即得仿木材料。
实例3
取25g聚醚多元醇MN500、12g乙醇胺和250mL三乙二醇加入到带有温度计和回流装置的三口烧瓶中，将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为35℃，转速为550r/min的条件下搅拌混合4min后，再向三口烧瓶中滴加12mL2,4-二甲苯二异氰酸酯，控制滴加速率为4mL/min，待滴加完毕，保温搅拌反应2h，反应结束后，得到产物，将产物移入旋转蒸发仪中，旋蒸浓缩，得到浓缩液，即聚脲多元醇，再取12g纳米炭黑、4g硅烷偶联剂KH-550和110mL水加入到烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制水浴温度为75℃，搅拌混合4min后，再向烧杯中加入0.2g过硫酸钾、12mL巯基乙酸和7mL醋酸钴，保温反应45min后，过滤，得到滤渣，将滤渣移入烘箱中，在107℃干燥至恒重，得到干燥物，将干燥物与7g海藻酸钙加入到烧杯中，搅拌混合4min，得到复合阻燃剂，最后，按重量份数计，取90份聚脲多元醇、2份三甲基羟乙基双氨乙基醚、9份水、2份十二烷基苯磺酸钠、2份二亚乙基三胺、9份复合阻燃剂和115份多苯基多亚甲基多异氰酸酯，将聚脲多元醇、三甲基羟乙基双氨乙基醚、水、十二烷基苯磺酸钠、二亚乙基三胺和复合阻燃剂加入到烧杯中，搅拌混合7min，得到A组分，再将多苯基多亚甲基多异氰酸酯作为B组分，将B组分加入到A组分中，搅拌混合7s后，得到发泡混合料，将发泡混合料注入模具中，在32℃熟化12min后脱模，即得仿木材料。
对照例：
将实例及对照例的仿木材料切割成80mm×10mm×100mm的试样，置于温度为25℃、相对湿度为45%的烘箱中干燥48h后测试其相关力学性能，具体检测如下：1.氧指数测定：按照GB/T 2406-1993《塑料燃烧性能测试方法-氧指数法》的标准进行检测，在氧指数仪上进行测试，点燃方法采用顶端点燃法，测得氧指数；2.弯曲强度测定：按照GB/T 9341-2000《塑料弯曲性能试验方法》的标准进行检测；
3.表面硬度测试：按照GB/T 2411-2008《塑料邵氏硬度试验方法》的标准进行检测。
具体检测结果如表1。
表1
由表1可知，本发明制备的仿木材料氧指数高，不易燃烧，具有较高的阻燃性能，同时其他相关力学性能优异，扩大了其使用范围。

Claims (10)

1.一种仿木材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
80～100份聚脲多元醇、1～3份催化剂、8～10份发泡剂、1～3份泡沫稳定剂、1～3份交联剂、8～10份复合阻燃剂和110～120份多苯基多亚甲基多异氰酸酯；
所述的聚脲多元醇是由以下步骤得到的：将20～30g聚醚多元醇、10～15g多元胺和200～300mL分散剂在30～40℃高速搅拌混合后，再滴加10～15mL2,4-二甲苯二异氰酸酯，保温搅拌反应2～3h，得到产物，将产物浓缩，得到浓缩液，即聚脲多元醇；
所述的复合阻燃剂是由以下步骤得到的：将10～15g纳米炭黑、3～5g硅烷偶联剂和100～120mL水在70～80℃下混合，再加入0.1～0.3g引发剂、10～15mL巯基乙酸和6～8mL醋酸钴，搅拌反应40～50min后过滤，干燥，得到干燥物，将干燥物与6～8g海藻酸钙混合后，得到复合阻燃剂。
2.根据权利要求1中所述的一种仿木材料，其特征在于，所述的催化剂为三甲基羟乙基双氨乙基醚。
3.根据权利要求1中所述的一种仿木材料，其特征在于，所述的发泡剂为水，泡沫稳定剂为十二烷基苯磺酸钠。
4.根据权利要求1中所述的一种仿木材料，其特征在于，所述的交联剂为二亚乙基三胺。
5.根据权利要求1中所述的一种仿木材料，其特征在于，所述的聚醚多元醇为聚醚多元醇HSH310、聚醚多元醇DV125、聚醚多元醇MN500中的一种或几种。
6.根据权利要求1中所述的一种仿木材料，其特征在于，所述的多元胺为乙二胺、乙醇胺中的一种或两种。
7.根据权利要求1中所述的一种仿木材料，其特征在于，所述的分散剂为三乙二醇。
8.根据权利要求1中所述的一种仿木材料，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-570中的一种或两种。
9.根据权利要求1中所述的一种仿木材料，其特征在于，所述的引发剂为过硫酸钾、过氧化月桂酰中的一种或两种。
10.权利要求1～9中所述的一种仿木材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：
（1）按重量份数配比，进行取原料；
（2）将聚脲多元醇、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂、交联剂和复合阻燃剂搅拌混合后，得到A组分，再将多苯基多亚甲基多异氰酸酯作为B组分，将B组分加入到A组分中，搅拌混合5～8s后，注入模具中，在30～35℃熟化10～15min后脱模，即得仿木材料。
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