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阻燃處理木材的應(yīng)用
預(yù)防木材處理是指通過(guò)減壓壓力法注入阻燃劑,具有阻燃性的木材,包括阻燃鋸末和阻燃膠。美國(guó)阻燃處理木材的生產(chǎn)始于二次世界大戰(zhàn)后,目前已經(jīng)形成包括企業(yè)、科研單位、協(xié)會(huì)在內(nèi)的較為成熟的行業(yè)。1試驗(yàn)機(jī)構(gòu)與試驗(yàn)方法在美國(guó),阻燃處理木材主要替代建筑規(guī)范中要求的不燃性材料,用作屋頂桁架、襯板、立柱、地板、龍骨以及其他建筑內(nèi)外用材料。由于美國(guó)特殊的國(guó)情,過(guò)去無(wú)統(tǒng)一的建筑規(guī)范。在南部,南方建筑法規(guī)國(guó)際委員會(huì)(SouthernBuildingCodeCongressInternaional,SBCCI)制定有《標(biāo)準(zhǔn)建筑規(guī)范》(StandardBuildingCode,SBC);在東北部,建筑官員和法規(guī)管理者協(xié)會(huì)(BuildingOfficialsCodeAdministratorsInternational,BOCA)制定有《BOCA國(guó)家建筑規(guī)范》(BOCANationalBuildingCode,BNBC);西北部的國(guó)際建筑官員聯(lián)合會(huì)(InternationalCouncilofBuildingOfficials,ICBO)制定有《統(tǒng)一建筑規(guī)范》(UniformBuildingCode,UBC)。美國(guó)97%以上的城市采用此三種建筑規(guī)范。1994年,SBCCI、BOCA、ICBO三個(gè)組織合并,成立了國(guó)際規(guī)范委員會(huì)(InternationalCodeCouncil,ICC),旨在建立和發(fā)展一套系統(tǒng)、完整、統(tǒng)一的全國(guó)性模式規(guī)范,保證現(xiàn)有建筑規(guī)范體系,向更可靠、更安全的國(guó)際建筑規(guī)范體系I-Code系列平穩(wěn)過(guò)渡。國(guó)際規(guī)范委員會(huì)評(píng)價(jià)服務(wù)中心(InternationalCodeCouncil-EvaluationService,ICC-ES)是ICC的附屬機(jī)構(gòu),執(zhí)行對(duì)建筑產(chǎn)品、構(gòu)件、方法和材料的技術(shù)評(píng)估,頒發(fā)規(guī)范評(píng)估報(bào)告(EvaluationServiceReport,ESR),為美國(guó)阻燃處理木材的市場(chǎng)準(zhǔn)入提供了技術(shù)基礎(chǔ)。ESR報(bào)告對(duì)阻燃處理木材產(chǎn)品的燃燒性能、強(qiáng)度性能、吸潮性、耐久性以及耐金屬腐蝕性進(jìn)行全面評(píng)價(jià),其參考的建筑規(guī)范包括:《國(guó)際建筑規(guī)范》(InternationBuildingCode,IBC)、《國(guó)際住宅規(guī)范》(InternationalResidentialCode,IRC)以及原先的三大規(guī)范BNBC、SBC、UBC;試驗(yàn)方法引自美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)木材保護(hù)協(xié)會(huì)(AWPA)和美國(guó)軍標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn),具體要求列于表1。目前,在美國(guó)市場(chǎng)上銷售的阻燃處理木材產(chǎn)品均持有ESR報(bào)告。在ESR報(bào)告中,還注明阻燃處理的工廠名稱,處理工廠必須建立質(zhì)量保證流程,并接受第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的檢查。美國(guó)建筑材料燃燒性能分級(jí)體系以ASTME84《StandardTestMethodforSurfaceBurningCharacteristicsofBuildingMaterials》為基礎(chǔ),與國(guó)內(nèi)體系完全不同,該試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)用于測(cè)定建筑材料的火焰?zhèn)鞑ニ俾?同時(shí)測(cè)定煙霧濃度)。所用檢測(cè)設(shè)備為一個(gè)長(zhǎng)7.62m、開口端橫截面0.45m×0.30m的鋼槽,內(nèi)襯耐火磚。試件尺寸為(0.51m×7.32m×使用最大厚度)。點(diǎn)火源為2個(gè)煤氣噴燈,能量輸出為5.3MJ/min,置于試件之下,距樣品190mm,距試驗(yàn)臺(tái)點(diǎn)火端305mm。通過(guò)測(cè)定樣品的生煙性及火焰?zhèn)鞑ニ俾实那€,計(jì)算樣品的火焰?zhèn)鞑ブ笖?shù)(FlameSpreadIndex,FSI),如樣品曲線下的總面積為AT≤29.7m·min,則FSI=0.515AT;如AT>29.7m·min,則FSI=4900/(195-AT)。材料的FSI值通常介于0~200之間,FSI值越小的材料,火災(zāi)危險(xiǎn)性越小。根據(jù)FSI值及煙指數(shù)進(jìn)行材料分類:A類材料:FSI值0~25,且煙指數(shù)<450;B類材料:FSI值26~75,且煙指數(shù)<450;C類材料:FSI值76~200,且煙指數(shù)<450。ASTME84等同于美國(guó)保險(xiǎn)商試驗(yàn)所標(biāo)準(zhǔn)UL723《TestforSurfaceBurningCharacteristicsofBuildingMaterials》、美國(guó)消防協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)NFPA255《StandardMethodofTestofSurfaceBurningCharacteristicsofBuildingMaterials》等標(biāo)準(zhǔn)。2主要用于木材制造商及其產(chǎn)品的披露依據(jù)ICC-ES的ESR報(bào)告,美國(guó)主要阻燃處理木材生產(chǎn)商的產(chǎn)品及阻燃劑歸納如下。2.1uard/sacketie美國(guó)主要5大阻燃處理木材產(chǎn)品的生產(chǎn)商及其產(chǎn)品分別是:1)ARCH公司,位于Georgia,阻燃木材產(chǎn)品為DRICON;2)HOOVER公司,位于Georgia,阻燃木材產(chǎn)品為PYRO-GUARD;3)VIANCE公司,位于NorthCarolina,阻燃木材產(chǎn)品為D-BLAZE;4)OSMOSE公司,位于Georgia,阻燃木材產(chǎn)品為FirePro;5)CHEMCO公司,位于Washington,阻燃木材產(chǎn)品為FRX和THERMEX-FR。此5家公司均使用自主研發(fā)的阻燃劑,獨(dú)立或者與木材處理工廠合作生產(chǎn)阻燃處理木材產(chǎn)品。目前,阻燃處理木材均采用在一定的壓力作用下,浸漬阻燃劑、再干燥的方法制得。前4家公司的產(chǎn)品不能在室外或潮濕環(huán)境中使用,僅CHEMCO公司的兩種產(chǎn)品均可在室內(nèi)、外環(huán)境使用。各公司阻燃處理木材的名稱,以其所使用阻燃劑的名稱來(lái)命名。2.2雙氰胺體系阻燃劑的制備該阻燃劑包含磷酸脒基脲[(H2N-C(NH)-NH-C(O)-NH2).H3PO4](GUP)和硼酸,基本合成工藝為:將一定物質(zhì)的量比的雙氰胺、磷酸、硼酸在水中混合、溶解,升溫反應(yīng)。其中:雙氰胺與磷酸的量比為0.8∶1~1.3∶1,硼酸與雙氰胺加磷酸的量比為(0.2~1.5)∶1,體系反應(yīng)溫度為95~98℃,反應(yīng)時(shí)間在5h以內(nèi),最終得到溶質(zhì)含量為40~60%的溶液。將溶液噴霧干燥制成粉狀固體阻燃劑,包裝待售。值得提出的是,該配方已被美國(guó)木材保護(hù)協(xié)會(huì)列為其兩個(gè)阻燃劑配方標(biāo)準(zhǔn)之一。2pyro-guard阻燃劑該阻燃劑的合成原料包括尿素、雙氰胺、磷酸、硼酸、硼砂及氫氧化鈉,pH為4.75~5.25,優(yōu)點(diǎn)是對(duì)金屬的腐蝕性較低。3d-azer阻燃劑該阻燃劑配方包含磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、硼酸,優(yōu)點(diǎn)亦是對(duì)金屬的腐蝕性低。4添加甲醛和甲醛Osmose公司早在1956年取得了一項(xiàng)木材阻燃劑專利,近年來(lái)又改進(jìn)了阻燃劑的合成工藝:首先由一定質(zhì)量比的正磷酸、水、尿素,在加熱條件下反應(yīng);然后,用氨水調(diào)節(jié)體系的pH值至弱堿性;最后加入甲醛,在加熱條件下反應(yīng)。該公司目前使用的無(wú)磷阻燃劑配方,采用了另外兩項(xiàng)專利(US6306317、US6517748)技術(shù),合成原料包括雙氰胺、硼砂、硼酸、尿素,對(duì)木材的強(qiáng)度、持久性、腐蝕性以及吸潮性的影響極小。5樹脂b的原料該阻燃劑包括兩個(gè)組分,樹脂A和樹脂B。樹脂A的合成原料包括多元醇、磷酸二氫銨、尿素、磷酸、乙二醛;樹脂B的原料有羥甲基三聚氰胺甲醛、羥甲基尿素甲醛或羥甲基酚醛。使用前將樹脂A、B混合,得到樹脂C后進(jìn)行木材處理,處理木材須經(jīng)加熱固化。該阻燃劑最大的特點(diǎn)是抗流失性強(qiáng),其處理木材可用于室外,但其合成、處理工藝較復(fù)雜。3阻燃木材的應(yīng)用領(lǐng)域美國(guó)的木結(jié)構(gòu)建筑非常普遍,因此,在建筑結(jié)構(gòu)材方面存在對(duì)阻燃處理木材的巨大需求。同時(shí),美國(guó)已建立起了完善的市場(chǎng)準(zhǔn)入和監(jiān)管體系,覆蓋產(chǎn)品規(guī)格、用途、處理工藝、阻燃劑、分析方法、評(píng)價(jià)等各個(gè)方面,
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