木材及其制品的阻燃技術(shù)與應(yīng)用

木材及其制品的阻燃技術(shù)與應(yīng)用

1內(nèi)部裝修使用可選用木材、家具材料,也有利于火災(zāi)時(shí)沖突近年來(lái)，木材及其產(chǎn)品以其獨(dú)特的天然材料而聞名。地板、木椅、木質(zhì)地板、木具和木質(zhì)家具逐漸成為人們追求的時(shí)尚。雖然木材及其制品的優(yōu)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。建筑中大量采用木質(zhì)裝修,直接加大了火災(zāi)荷載和火災(zāi)時(shí)火勢(shì)蔓延速度;木材燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的有害煙氣也給人員疏散帶來(lái)了潛在壓力,增大了建筑物的火災(zāi)危險(xiǎn)性。據(jù)消防部門及有關(guān)專家分析,火災(zāi)起因各異,但火勢(shì)擴(kuò)大、人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失都與建筑內(nèi)部裝修中使用塑料、木材、紙張等易燃、可燃材料裝修有直接關(guān)系。為此,GB50222-95《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中規(guī)定:墻面、地面及其它裝飾材料中所用天然木材、膠合板、木地板及其它木制品均被列為B2級(jí)可燃材料,未經(jīng)阻燃處理限制使用。隨著我國(guó)消防法規(guī)的健全,立法、執(zhí)法日趨嚴(yán)格,特別是《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施,木質(zhì)材料阻燃技術(shù)的研究,阻燃木制品的開(kāi)發(fā)方興未艾。進(jìn)行木質(zhì)材料阻燃研究、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品,對(duì)減小建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性,減少人員傷亡具有重大的實(shí)際意義。2阻燃作用及機(jī)理木材阻燃是通過(guò)用化學(xué)藥劑對(duì)木材進(jìn)行處理,從而抑制木材被引燃的過(guò)程,達(dá)到阻止燃燒的目的。木材的阻燃機(jī)理包括:(1)在木材的表面涂刷阻燃劑形成保護(hù)層,起阻燃隔熱作用,這種效應(yīng)被稱為覆蓋效應(yīng)。在粘結(jié)劑中添加防火材料及發(fā)泡劑制成涂料,均勻刷在木材表面形成保護(hù)層,火災(zāi)時(shí)該涂層形成玻璃狀或穩(wěn)定的泡沫碳化層,使木材和空氣隔絕,對(duì)火焰具有屏蔽作用,防止熱量傳入基材,同時(shí)阻止燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱解產(chǎn)物逸出,以達(dá)到阻燃目的。(2)利用木材的化學(xué)作用和不燃性氣體產(chǎn)生的稀釋及吸收活性自由基作用,即氣體稀釋效應(yīng)和抑制效應(yīng)。木材開(kāi)始受熱時(shí)分解生成一些不燃?xì)怏w,水和阻燃劑受熱時(shí)會(huì)放出二氧化碳、氮?dú)?、二氧化硫、氨氣、鹵素氣體及水蒸氣等,這些不燃?xì)怏w稀釋了木材熱解產(chǎn)物,使之不易燃燒。其次,阻燃劑在木材燃燒過(guò)程中使游離基反應(yīng)中止,從而達(dá)到阻燃。(3)加速炭化層形成和促進(jìn)脫水反應(yīng)。阻燃劑是促進(jìn)炭化反應(yīng)的催化劑,在木材被引燃的初期,即在材面形成致密的炭化層,特別是磷的化合物,由于它與炭形成交聯(lián)結(jié)構(gòu),減少了熱分解過(guò)程中可燃?xì)怏w的生成,起到阻燃作用。根據(jù)阻燃機(jī)理,以磷—氮(N-P)系阻燃劑為主,對(duì)木材進(jìn)行阻燃處理實(shí)驗(yàn)研究。3實(shí)驗(yàn)部分3.1試驗(yàn)設(shè)備WMK04型恒溫水浴鍋,766型遠(yuǎn)紅外線恒溫干燥箱,HC-2型氧指數(shù)儀等。3.2酶處理對(duì)于采集點(diǎn)木材:白楊,水曲柳,試樣規(guī)格130mm×13mm×8mm。藥品:氯化鉻、硼砂、雙氰銨、尿素、磷酸氫二銨、硼酸、聚磷酸銨、甲醛。3.3炭化高度及有不能燃燒管夾(1)垂直燃燒法:配方篩選實(shí)驗(yàn)中用此法。將已處理好的試樣用鐵架臺(tái)的試管夾夾住,在其下端面中央用酒精燈焰灼燒2min,測(cè)試件的炭化高度及有焰燃燒開(kāi)始時(shí)刻。(2)氧指數(shù)法:正交試驗(yàn)中采用此法。用氧指數(shù)儀測(cè)定,參照GB/T2406-93《塑料燃燒性能試驗(yàn)方法—氧指數(shù)法》。3.4浸漬液制備試樣(1)將按規(guī)格要求初步加工后的木材試樣用砂皮紙打磨,使其表面平整光滑,經(jīng)干燥至絕干后置于干燥皿中待用。(2)按比例配制浸漬液,裝入容器。若需加溫浸漬則放入水浴鍋,加熱恒溫到指定浸漬溫度。(3)用千分尺測(cè)定試樣尺寸,稱重(W1)后,放入浸漬容器內(nèi)并開(kāi)始記錄時(shí)間。(4)浸漬達(dá)到預(yù)定時(shí)間后,取出試樣用清水沖凈,瀝干后干燥到絕干。(5)將干燥后的木材再次稱重(W2),進(jìn)行性能測(cè)試并記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。4結(jié)果與討論4.1試驗(yàn)結(jié)果及配方組成針對(duì)N-P系無(wú)機(jī)阻燃浸漬劑經(jīng)濟(jì)、毒性小等特點(diǎn),且具有較好的協(xié)同作用,本試驗(yàn)主要對(duì)N-P系無(wú)機(jī)阻燃浸漬劑進(jìn)行研究。鑒于氯化鉻與硼砂反應(yīng)生成沉淀,符合新型的二次處理配方趨勢(shì),故也把它納入試驗(yàn)對(duì)象。試驗(yàn)選擇了8種常用試劑,組成4個(gè)配方。為具可比性,所選配方中藥劑的濃度均為23%,且用量比都為1∶1∶1或1∶1,各配方都處理?xiàng)钅?浸漬條件一律為常溫常壓,浸漬時(shí)間為3h。配方組成與試驗(yàn)結(jié)果如表1。由表1可知,經(jīng)處理后的木材其質(zhì)量均有不同程度的增加,證明有阻燃藥劑侵入木材試樣內(nèi)部。配方Ⅱ經(jīng)浸漬后質(zhì)量增加率雖然并不是最大,但炭化高度卻明顯小于其它配方,說(shuō)明該配方相對(duì)于其它配方具有較強(qiáng)的優(yōu)越性。故選取此配方作進(jìn)一步優(yōu)化研究。4.2各因素間的交互作用由于初步確定的配方是一個(gè)多組份的混合物,在不同的配比及不同的實(shí)驗(yàn)條件下,對(duì)木材進(jìn)行浸漬阻燃處理,所取得的阻燃效果必定是有區(qū)別的。因此,用正交法對(duì)配方組成及試驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)選。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)及初步試驗(yàn),確定阻燃液濃度為23%,在忽略因素間交互作用的情況下,選擇L9(33)安排試驗(yàn)(見(jiàn)表2),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。圖1表明,因子A(浸漬液溫度)的3個(gè)點(diǎn)高低相差最大,即在常壓條件下浸漬木材時(shí),浸漬液溫度對(duì)阻燃效果影響最大;而因子B(浸漬時(shí)間)、C(用量比)的點(diǎn)高低相差較小,說(shuō)明這2個(gè)因子在選取范圍內(nèi)影響是次要的。由圖1見(jiàn):因子A取A3水平最好,即浸漬溫度取80℃能夠較好地提高浸漬后木材的阻燃效果;因子B取B3最好,即浸漬時(shí)間取24h;因子C取C1最好,既配方中各藥劑用量比取1∶1∶1,即最佳配比為:雙氰銨∶尿素∶磷酸氫二銨=1∶1∶1。以上討論均基于各因子在選取水平范圍內(nèi)試驗(yàn)得出的,沒(méi)有考慮各水平下是否會(huì)對(duì)木材的其它性能產(chǎn)生影響,如力學(xué)性能、發(fā)煙性能等。這些方面還有待進(jìn)一步研究。5雙氰銨磷酸氫二銨最佳配比的確定(1)用雙氰銨、尿素、磷酸氫二銨的配方處理木材,在常壓下