木材及其制品的阻燃技术与应用

木材及其制品的阻燃技术与应用

1内部装修使用可选用木材、家具材料,也有利于火灾时冲突近年来，木材及其产品以其独特的天然材料而闻名。地板、木椅、木质地板、木具和木质家具逐渐成为人们追求的时尚。虽然木材及其制品的优良特性很多,但木材的易、可燃特性使其使用受到了很大的限制。建筑中大量采用木质装修,直接加大了火灾荷载和火灾时火势蔓延速度;木材燃烧过程中产生的有害烟气也给人员疏散带来了潜在压力,增大了建筑物的火灾危险性。据消防部门及有关专家分析,火灾起因各异,但火势扩大、人员伤亡、财产损失都与建筑内部装修中使用塑料、木材、纸张等易燃、可燃材料装修有直接关系。为此,GB50222-95《建筑内部装修设计防火规范》中规定:墙面、地面及其它装饰材料中所用天然木材、胶合板、木地板及其它木制品均被列为B2级可燃材料,未经阻燃处理限制使用。随着我国消防法规的健全,立法、执法日趋严格,特别是《建筑内部装修设计防火规范》强制性标准的实施,木质材料阻燃技术的研究,阻燃木制品的开发方兴未艾。进行木质材料阻燃研究、开发新产品,对减小建筑火灾危险性,减少人员伤亡具有重大的实际意义。2阻燃作用及机理木材阻燃是通过用化学药剂对木材进行处理,从而抑制木材被引燃的过程,达到阻止燃烧的目的。木材的阻燃机理包括:(1)在木材的表面涂刷阻燃剂形成保护层,起阻燃隔热作用,这种效应被称为覆盖效应。在粘结剂中添加防火材料及发泡剂制成涂料,均匀刷在木材表面形成保护层,火灾时该涂层形成玻璃状或稳定的泡沫碳化层,使木材和空气隔绝,对火焰具有屏蔽作用,防止热量传入基材,同时阻止燃烧时产生的热解产物逸出,以达到阻燃目的。(2)利用木材的化学作用和不燃性气体产生的稀释及吸收活性自由基作用,即气体稀释效应和抑制效应。木材开始受热时分解生成一些不燃气体,水和阻燃剂受热时会放出二氧化碳、氮气、二氧化硫、氨气、卤素气体及水蒸气等,这些不燃气体稀释了木材热解产物,使之不易燃烧。其次,阻燃剂在木材燃烧过程中使游离基反应中止,从而达到阻燃。(3)加速炭化层形成和促进脱水反应。阻燃剂是促进炭化反应的催化剂,在木材被引燃的初期,即在材面形成致密的炭化层,特别是磷的化合物,由于它与炭形成交联结构,减少了热分解过程中可燃气体的生成,起到阻燃作用。根据阻燃机理,以磷—氮(N-P)系阻燃剂为主,对木材进行阻燃处理实验研究。3实验部分3.1试验设备WMK04型恒温水浴锅,766型远红外线恒温干燥箱,HC-2型氧指数仪等。3.2酶处理对于采集点木材:白杨,水曲柳,试样规格130mm×13mm×8mm。药品:氯化铬、硼砂、双氰铵、尿素、磷酸氢二铵、硼酸、聚磷酸铵、甲醛。3.3炭化高度及有不能燃烧管夹(1)垂直燃烧法:配方筛选实验中用此法。将已处理好的试样用铁架台的试管夹夹住,在其下端面中央用酒精灯焰灼烧2min,测试件的炭化高度及有焰燃烧开始时刻。(2)氧指数法:正交试验中采用此法。用氧指数仪测定,参照GB/T2406-93《塑料燃烧性能试验方法—氧指数法》。3.4浸渍液制备试样(1)将按规格要求初步加工后的木材试样用砂皮纸打磨,使其表面平整光滑,经干燥至绝干后置于干燥皿中待用。(2)按比例配制浸渍液,装入容器。若需加温浸渍则放入水浴锅,加热恒温到指定浸渍温度。(3)用千分尺测定试样尺寸,称重(W1)后,放入浸渍容器内并开始记录时间。(4)浸渍达到预定时间后,取出试样用清水冲净,沥干后干燥到绝干。(5)将干燥后的木材再次称重(W2),进行性能测试并记录有关数据。4结果与讨论4.1试验结果及配方组成针对N-P系无机阻燃浸渍剂经济、毒性小等特点,且具有较好的协同作用,本试验主要对N-P系无机阻燃浸渍剂进行研究。鉴于氯化铬与硼砂反应生成沉淀,符合新型的二次处理配方趋势,故也把它纳入试验对象。试验选择了8种常用试剂,组成4个配方。为具可比性,所选配方中药剂的浓度均为23%,且用量比都为1∶1∶1或1∶1,各配方都处理杨木,浸渍条件一律为常温常压,浸渍时间为3h。配方组成与试验结果如表1。由表1可知,经处理后的木材其质量均有不同程度的增加,证明有阻燃药剂侵入木材试样内部。配方Ⅱ经浸渍后质量增加率虽然并不是最大,但炭化高度却明显小于其它配方,说明该配方相对于其它配方具有较强的优越性。故选取此配方作进一步优化研究。4.2各因素间的交互作用由于初步确定的配方是一个多组份的混合物,在不同的配比及不同的实验条件下,对木材进行浸渍阻燃处理,所取得的阻燃效果必定是有区别的。因此,用正交法对配方组成及试验条件进行优选。根据有关文献及初步试验,确定阻燃液浓度为23%,在忽略因素间交互作用的情况下,选择L9(33)安排试验(见表2),试验结果见图1。图1表明,因子A(浸渍液温度)的3个点高低相差最大,即在常压条件下浸渍木材时,浸渍液温度对阻燃效果影响最大;而因子B(浸渍时间)、C(用量比)的点高低相差较小,说明这2个因子在选取范围内影响是次要的。由图1见:因子A取A3水平最好,即浸渍温度取80℃能够较好地提高浸渍后木材的阻燃效果;因子B取B3最好,即浸渍时间取24h;因子C取C1最好,既配方中各药剂用量比取1∶1∶1,即最佳配比为:双氰铵∶尿素∶磷酸氢二铵=1∶1∶1。以上讨论均基于各因子在选取水平范围内试验得出的,没有考虑各水平下是否会对木材的其它性能产生影响,如力学性能、发烟性能等。这些方面还有待进一步研究。5双氰铵磷酸氢二铵最佳配比的确定(1)用双氰铵、尿素、磷酸氢二铵的配方处理木材,在常压下