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木質(zhì)材料阻燃技術(shù)研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)
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作者：劉其梅，張明龍，李年存，彭萬(wàn)喜
近年來(lái)，隨著人民生活的逐步改善，建筑裝飾用木材的消耗量呈逐年上升趨勢(shì)，同時(shí)也增加了火災(zāi)的隱患。木材雖然是一種易燃性的材料，但利用阻燃技術(shù)，卻可使其應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，使得建筑裝飾用木材的防火安全性大為提高[2]。
國(guó)內(nèi)外的阻燃研究者在木質(zhì)材料阻燃劑的研制和開(kāi)發(fā)、木質(zhì)材料阻燃處理技術(shù)、阻燃性能測(cè)試及木質(zhì)材料阻燃機(jī)理等方面進(jìn)行了大量細(xì)致的工作，并取得了一系列令人滿意的成果[3]。
1 研究現(xiàn)狀
1.1 阻燃機(jī)理
阻燃，其實(shí)質(zhì)是延緩、抑制燃燒的傳播和減少熱引燃出現(xiàn)的概率，是一種從根本上抑制、消除失控燃燒的技術(shù)[4]。阻燃劑是能夠保護(hù)材料不著火或使火焰難以蔓延的化學(xué)物質(zhì)。在建筑、電氣及日常生活中使用的木質(zhì)材料，大多數(shù)是易燃材料，而木質(zhì)材料，的阻燃機(jī)理有其獨(dú)特之處[3]。目前，木質(zhì)材料阻燃機(jī)理主要有[5，6]：(1)氣體稀釋機(jī)理：熱作用使阻燃劑分解產(chǎn)生出難燃燒或不燃燒氣體，稀釋了混合氣體中可燃性氣體的濃度，也降低了木質(zhì)材料表面氧氣的濃度，從而達(dá)到阻燃目的I(2)成炭機(jī)理：阻燃劑受熱分解產(chǎn)生有吸水或脫水功效的酸基或鹽基，促使纖維素脫水形成可以隔熱絕氣的炭化層；(3)連鎖反應(yīng)阻止機(jī)理(熱機(jī)理)：以阻燃劑熱分解產(chǎn)生的氣體作為催化劑，燃性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)變?yōu)椴蝗蓟螂y燃性氣體，從而中斷可燃性氣體的連鎖反應(yīng)；(4)覆蓋機(jī)理：多種阻燃劑在受熱熔融時(shí)形成流體或泡沫狀物覆蓋在木材表面，阻礙了木材熱分解產(chǎn)生的CO，CH3等可燃性氣體的逸出，同時(shí)也隔絕了熱量及氧氣的供給，從而達(dá)到阻燃的目的；(5)自由基捕集理論：在熱解溫度下，阻燃劑釋放自由基抑制劑，能捕集木材燃燒放出的自由基，并與之作用生成不燃物，從而破壞燃燒過(guò)程中的鏈增長(zhǎng)機(jī)理；(6)氫結(jié)合機(jī)理：阻燃劑受熱分解產(chǎn)生的磷酸、硫酸鹽中的-OH、-NH等與木材中的纖維素及木素的氫結(jié)合，形成不可燃物，抑制木材的熱分解，從而達(dá)到阻燃的目的；(7)其他機(jī)理：上述各種阻燃機(jī)理不是孤立存在的，一種阻燃劑往往具有多種阻燃機(jī)理，有時(shí)若干個(gè)同時(shí)起作用，但又有自己的側(cè)重；另外，2種元素之間存在相互補(bǔ)充、加強(qiáng)、相輔相成的協(xié)效作用，故阻燃劑的配方中一般都選用2種以上的復(fù)合成分。
1.2 木質(zhì)材料阻燃處理技術(shù)
1994年，李大綱等[6]發(fā)現(xiàn)，阻燃處理不僅可增加木材的阻燃能力，而且提高了木材在高溫下的抗壓強(qiáng)度，有助于延續(xù)木構(gòu)件在高溫中被燒毀的時(shí)間。同年，羅文圣等[9]指出，選用阻燃劑時(shí)應(yīng)充分考慮阻燃劑的PH值、熱解溫度、阻燃劑的粒度及高溫下阻燃劑與膠粘劑的化學(xué)反應(yīng)。1995年，劉燕吉等[10]研究了WFR木質(zhì)材及阻燃型木材、膠合板、創(chuàng)花板和中纖板的生產(chǎn)工藝。徐永吉認(rèn)為燃燒有4種形式：自燃、有焰燃燒、發(fā)煙燃燒和紅熱燃燒。1997年，遲長(zhǎng)義[11]利用阻燃劑VDFP和浸漬法處理纖維板，阻燃效果較好。自1999年，王清文、劉迎濤等[12～16]系統(tǒng)研究了新型阻燃劑FRW在各類人造板中的阻燃工藝，并認(rèn)為新型木材阻燃劑FRW是一種具有阻燃、抑煙、防腐等多種效能的磷-氮-硼復(fù)合高效阻燃劑，適用于木材及其他纖維素類材料的阻燃處理，對(duì)木材的顏色、吸濕性、物理力學(xué)和加工性能基本無(wú)影響，在生產(chǎn)和使用過(guò)程中無(wú)環(huán)境污染。朱家琪等[17]進(jìn)一步探討了WFR作為橡膠木膠合板阻燃劑的處理效果。殷寧等[18]在水溶性木材防腐劑CCA中加入阻燃劑，使處理材在防腐的同時(shí)，提高了阻燃性。侯倫燈等[19]分析了阻燃劑用量、浸漬單板干燥后含水率、施膠量、熱壓溫度等因素對(duì)板材膠合性能和阻燃性能的影響。肖忠平等[20]提出了可用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的阻燃浸注處理工藝。2003年，張和平等[21]介紹了ISO-ROOM火災(zāi)實(shí)驗(yàn)方法及其對(duì)建筑裝飾板材的熱釋放速率測(cè)試與研究，同時(shí)還研究了熱釋放速率與室內(nèi)燃燒過(guò)程中其他動(dòng)力學(xué)相關(guān)參數(shù)的關(guān)系；同年，李志洲等[22]。研究了溫度、時(shí)間、pH值及阻燃液濃度對(duì)櫸木薄板的阻燃性能的影響；羅文圣等[23]研究了阻燃處理木材的燃燒及傳熱過(guò)程。2004年，陳雪梅等[24]研究了雙氰胺、磷酸、硼酸3種物質(zhì)組成的阻燃體系，并獲得了一級(jí)阻燃的配方；同年，鄭崇微等[25]以脲醛樹(shù)脂為基料，三聚氰胺為發(fā)泡劑，氫氧化鋁為填料，輔以其他助劑，制備出阻燃性能較好的膨脹型木材阻燃涂料；顧波等[26]分析了熱壓溫度、時(shí)間和單板浸漬時(shí)間對(duì)膠合板阻燃環(huán)保性能的影響，并檢測(cè)了甲醛釋放量和浸漬剝離性能。
1.3 木質(zhì)材料阻燃劑的研究和開(kāi)發(fā)
高效的阻燃效果必須借助幾種能協(xié)同作用的藥劑甚至元素間的配合[3,4]阻燃劑主要是元素周期表中第三、五、七主族中的元素，或是它們的單質(zhì)，或是化合物。UDFP與Al(OH)3能協(xié)同地延緩木材內(nèi)溫度的上升,有效抑制木材的熱解，并且
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