一种基于碳量子点的阻燃无胶纤维板及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于碳量子点的阻燃无胶纤维板及其制备方法，包括以下步骤：将林草生物质碎料经第一次水热反应后进行固液分离，得到液体部分与固体部分；将所述液体部分进行第二次水热反应后得到的液体进行浓缩，得到含碳量子点的浓缩液；将所述固体部分干燥，得到纤维碎料；将所述浓缩液与所述纤维碎料混合，压制得到阻燃无胶纤维板。与现有技术相比，本发明专利技术的纤维板不需要添加胶黏剂，也无甲醛，制备方法简单，具有较好的阻燃功能，综合性能良好，解决了功能助剂在木质单元中的分散性差、容易吸湿析出等问题。吸湿析出等问题。吸湿析出等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳量子点的阻燃无胶纤维板及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种基于碳量子点的阻燃无胶纤维板及其制备方法，更具体地说，涉及一种不使用常规外加胶黏剂制备无醛添加型阻燃无胶纤维板及其制备方法。

技术介绍

[0002]木质纤维板因其木材利用率高、物理性质稳定，材质均匀性好，生产原料来源广泛，易于铣削和雕刻加工等优点，在室内家具、地板、室内装修、包装等领域得到广泛应用，因此发展木质纤维板是综合利用木材资源的有效途径之一。根据中国林产工业协会数据统计，截至2020年底，全国纤维板生产线有454条，总生产能力为5176万立方米/年。而在纤维板制造过程中，通常需要施加脲醛树脂、酚醛树脂或其他合成树脂胶黏剂。其中脲醛树脂胶黏剂由于价格低廉、综合性能较好而广泛使用，但是脲醛树脂胶黏剂在使用过程中会缓慢释放游离甲醛，危害人们的身体健康。近年来，国家对室内人造板在甲醛释放量方面的要求越来越严格，GB 18580
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2017《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》规定室内装饰装修材料人造板及制品中甲醛释放限量值必须低于0.124mg/m3(气候箱法限量标识为E1)。
[0003]随着人们对室内空气环境要求提高，无醛添加型纤维板也越来越受到消费者的青睐。目前的无醛添加型纤维板主要采用异氰酸酯胶黏剂、大豆蛋白胶黏剂等，这些胶黏剂不仅价格高昂，此外一些技术难题还未完全攻克，如异氰酸酯胶黏剂的挥发物毒性、大豆蛋白胶黏剂容易发霉变质等缺陷。因此开发环保型无胶纤维板对于降低胶黏剂使用、提供健康安全的室内空气环境具有重要意义。
[0004]林草生物质来源广泛，不依赖石油资源，是一种绿色环保的天然生物质材料。专利公布号(CN 103317586 B)公布了一种无胶碎料板及其制备方法。采用蔗糖、柠檬酸、醋酸混合添加剂替代胶黏剂压制板材。其主要是利用蔗糖、柠檬酸在高温过程中与纤维表面羟基一定程度上结合，醋酸提高板材抑菌和防霉作用。
[0005]为赋予木材或人造板等木质功能材料一定的阻燃功能，通常需要添加阻燃剂。尤其是以N
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P协效型阻燃体系在塑料和木材等高分子材料领域具有广泛应用，如三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)作为典型的N
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P膨胀型阻燃剂兼具酸源、气源、炭源于一体，是一种阻燃效率较高的绿色阻燃剂，然而在利用MPP制备阻燃木材(原木、方材等木材)和阻燃木质功能复合材料(纤维板、刨花板等人造板)时，存在与木材基体的相容性差、分散性和渗透性差、吸湿性强(表面潮湿黏黏糊糊)、成炭效果差(残炭率低)、降低木材(木纤维或木刨花等)强度和后续与胶黏剂的胶合性能(过多的磷酸基团造成木材酸性较强)等缺陷。
[0006]碳量子点作为近年来新兴的碳纳米材料，其在阻燃领域的应用方面较少，专利公布号(CN 110819097 A)公开了一种碳量子点
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聚合物树脂复合材料及制备方法和应用。该专利公开了碳量子点粉末与尼龙、聚氨酯、聚苯乙烯等塑料聚合物熔融共混挤出，制备碳量子点/塑料高分子阻燃复合材料。然而，该专利申请所用的碳量子点优选按照中国专利申请(CN 201610632481.7)在10～50kW高频磁热反应器中获得。当碳量子点/聚合物树脂的质量
比为1：(2.3～10)时，阻燃高分子复合材料热释放速率峰值和热释放总量显著降低，其主要归因于10～50kW高频磁热反应制备的碳量子点碳化和石墨化程度较高(碳量子点的TEM晶格可知)。而且，根据专利公布阐述，该专利公布的碳量子点主要含碳、氢、氧元素，并未根据阻燃需求对碳点进行功能化设计，而仅仅依靠碳量子点表面羟基、羧基和羰基等官能团对高分子进行阻燃处理，阻燃效果不理想。
[0007]专利申请公布号(CN 111849102 A)公开了一种聚乙烯醇/N,P
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CDs阻燃薄膜及其制备方法，以间苯二胺、邻苯二胺、对苯二胺、壳聚糖、聚乙烯胺、乙二胺等脂肪胺和芳香胺为氮源，磷酸为磷源，利用一锅法(在150～210℃条件下处理24～64h)制备一种同时含有氨基、磷酸基的碳点溶液，并将其稀释后直接与聚乙烯醇溶液进行流延成膜制备阻燃聚乙烯醇薄膜材料。由于磷酸表面活性差，P—O键在水热反应过程中接枝在碳点(C
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C骨架)表面的含磷官能团较少，根据以往文献的报道也可知，利用该方法获得的碳点的磷含量较低，并未充分发挥磷
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氮协效作用，从其实施例获得的阻燃聚乙烯醇薄膜的极限氧指数可以看出，N,P
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CDs在30wt％添加时的薄膜LOI仅为33.2％，阻燃效果较低。其次，该专利申请以磷酸代替水作为介质，且磷酸添加过量。经150～210℃条件下处理24～64h后上清液仍含有大量未反应的磷酸，因此当以此上清液(或稀释液)直接与聚乙烯醇溶液混合流延成膜时，薄膜体系中含有大量的未反应磷酸，过量的磷酸容易析出，导致复合材料存在吸湿性较强(复合材料表面潮湿黏黏糊糊)、耐久性差等缺陷。因此，专利申请公布号(CN 111849102 A)实质上公布了一种N,P
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CDs和过量磷酸协同阻燃聚乙烯醇薄膜的方法。

技术实现思路

[0008]为了克服现有纤维板产品使用含甲醛树脂胶黏剂(存在甲醛污染)或使用异氰酸酯(存在价格昂贵)、大豆蛋白胶黏剂(存在易发霉缺陷)等市场化的无醛胶黏剂的缺陷，本专利技术的目的是提供一种制备方法简单，综合性能良好，且具有一定阻燃功能的无甲醛添加的碎料纤维板的制备方法，解决功能助剂在木质单元中的分散性差、容易吸湿析出导致复合材料表面粘潮、含甲醛胶黏剂添加、阻燃效果不理想等缺点。
[0009]本专利技术为解决上述技术问题，提供一种基于碳量子点的阻燃无胶纤维板的制备方法，包括以下步骤：
[0010]将林草生物质碎料经第一次水热反应后进行固液分离，得到液体部分与固体部分；
[0011]将所述液体部分进行第二次水热反应并将得到的液体进行浓缩，得到含碳量子点的浓缩液；
[0012]将所述固体部分干燥，得到纤维碎料；
[0013]将所述浓缩液与所述纤维碎料混合，压制得到阻燃无胶纤维板。
[0014]优选地，第一次水热反应的条件为：温度为120
‑
165℃，时间为20
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40min，林草生物质碎料与水的固液投料比为1：(8
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12)。第一次水热反应也是浸提的过程，得到的液体部分也称为浸提液。
[0015]优选地，选择过滤的方式进行固液分离。
[0016]优选地，选用滤孔为0.45
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1.2μm的过滤装置进行固液分离；优选地，选择滤孔为0.45
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1.2μm的滤纸。
[0017]优选地，第二次水热反应的条件为：温度为180
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200℃，水热时间6
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12h。
[0018]优选地，在所述液体部分中加入助剂后进行第二次水热反应，所述助剂为含氮有机物和/或含磷有机物。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳量子点的阻燃无胶纤维板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将林草生物质碎料经第一次水热反应后进行固液分离，得到液体部分与固体部分；将所述液体部分进行第二次水热反应并将得到的液体进行浓缩，得到含碳量子点的浓缩液；将所述固体部分干燥，得到纤维碎料；将所述浓缩液与所述纤维碎料混合，压制得到阻燃无胶纤维板。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第一次水热反应的条件为：温度为120
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165℃，时间为20
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40min，林草生物质碎料与水的固液投料比为1：(8
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12)。3.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的制备方法，其特征在于，选用滤孔为0.45
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1.2μm的过滤装置进行固液分离。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的制备方法，其特征在于，第二次水热反应的条件为：温度为180
‑
200℃，时间为6
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12h。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张龙飞，陈志林，彭立民，梁善庆，姜鹏，吕少一，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院木材工业研究所，
类型：发明
国别省市：