木材阻燃技术调研报告(2)

3.3.1.2 微波加热处理法

2000年在国际林联主办的专题为“按树木制品的未来”研讨会上，澳大利亚墨尔本大学林学院的两位教授介绍了微波改性技术，微波可使木材细胞内的蒸汽压增高，内部蒸汽压的增高可在径切面形成空隙，其数量、尺寸及分布情况可通过微波功率的大小控制。这些变化可是木材径向和轴向的渗透性上千倍地提高。

王喜明等以加拿大杨和水曲柳为试样进行研究，木材经微波处理后渗透性得到不同程度的改善，特别是硬阔叶树材改性效果明显。微波处理使木材采细胞上纹孔膜等薄弱环节破坏，浸提物析出或重新分配，密度降低，吸水量增加，干燥速度加快，弦径向干缩率之比增加。 4 木材阻燃剂

这里讨论的木材阻燃剂，主要针对浸渍型木材阻燃剂。木材阻燃剂的配方数以千计，早期的配方大致分为如下几类：

第一类是含磷化合物。如磷酸、偏磷酸、焦磷酸的盐类及其烷基酯或芳基脂； 第二类是磷氮化合物。如磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、三聚氰胺磷盐酸、聚磷酸铵等； 第三类是磷卤化合物。如各种卤代磷酸酯或三氯化氧磷等；

第四类是硼化物。如硼酸、硼砂及其各种配比的混合物、五硼酸铵等。

第五类是其他无机化合物。如硫酸铵、氯化铵、氯化锌、氯化钡、氧化钙等。

一般木材阻燃剂很少单独使用，而大多是各类阻燃剂的复合体，若配比适当可以达到协同作用效果。同时能够降低阻燃剂的用量。无机化合物阻燃剂的阻燃效果好，来源广泛，价格低廉，目前占木材阻燃剂总量的60%以上。但缺点是吸潮性大，易流失，装饰性能较差，对木材强度损失较大。有机化合物阻燃剂一般来说可以克服无机化合物阻燃剂的缺点，但价格较贵，发烟量大些。

我国于80年代开始研究了四种胍盐阻燃剂：磷酸二氢胍、磷酸氢二胍、缩合磷酸胍和磷酸双胍。前两种已获得专利，并进行了中试生产，商品名为FRDL—111和FRDL—112.它们既可以用作浸渍型木材阻燃剂，又可用作喷涂型防火涂料。

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5 阻燃木材的生产工艺

5.1木材阻燃处理工艺

木材阻燃的关键在于选择合适的阻燃配方和合理的处理工艺 ,这样才能收到较好的阻燃效果。常用的磷氮系阻燃剂被认为是较好的木材阻燃剂。经常温、常压两次浸渍工艺 ,依次将两种阻燃液分别注入木材中 ,使药剂之间 ,以及阻燃剂各组分与木材纤维素、半纤维素之间反应 ,在木材内部生成不溶于水的成分 ,沉积在木材的细胞壁或细胞腔中[1 ]。本实验采用二次浸渍工艺 ,即首先将双氰胺、甲醛、尿素按一定配比浸渍木材 ,经高温烘干 ,三者在木材内部反应 ,生成线型聚合物 ;二次浸渍磷酸二氢铵使磷氮发挥协同作用 ,并降低了使用量 ,所得的阻燃木材经行业标准火管法[2 ]测定可达阻燃一级。该工艺简单 ,所得阻燃木具有良好的抗流失性 ,所选择的阻燃处理条件可作为工业生产的参考。

1 实验

1.1 主要化学试剂和仪器

双氰胺 (上海化学试剂站中心化工厂 ) ,甲醛 (北京化工三厂 ) ,尿素 (北京化工厂 ) ,磷酸二氢铵 (北京红星化工厂 )均为化学纯 ；苯扎溴铵溶液 (5%新洁尔灭 ) ,北京双桥制药二厂 ,医用 ;氢氧化钠 (北京化工厂 ) ,分析纯 ;电热鼓风干燥箱 (北京精通仪器厂 )；火管 (自制 )。

1.2 正交实验

1.2.1 浸渍前木材处理

木材选用长40ｃｍ、宽30ｃｍ、厚15ｃｍ ,质量120ｇ的松木块 ,在110℃烘干至质量恒定 ,记作木材质量。

1.2.2 一次浸渍

准确称取各配方中双氰胺、尿素的质量及甲醛(质量分数为36%)的体积 ,加入到500ｍＬ烧杯中 ,加水至所需体积 ,搅拌使其溶解混匀 ,用NaOH调节ｐＨ ,加入适量的新洁尔灭搅匀 ,然后将已质量恒定的木块浸入此阻燃液中 ,按预定时间取出 ,在一定温度下烘干至质量恒定 ,记录吸药后木块质量。

1.2.3 二次浸渍

称取一定量的磷酸二氢铵放入500ｍＬ烧杯中 ,加水至指定体积 ,搅拌溶解后 ,再加入适量新洁尔灭搅匀 ,再次放入经一次浸渍处理并烘干至质量恒定的木块 ,按指定时间取出 ,在一定温度下烘干至质量恒定 ,记录数据。

1.2.4 正交实验

对阻燃处理工艺的影响因素进行了正交实验 ,选取 7因子 3水平研究了一次浸渍液的

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质量分数、ｐＨ值、浸渍时间、烘干温度及烤干时间；二次浸渍液的质量分数、浸渍时间等影响因素。正交实验采用2 2 聚合反应原理木材的磷氮系阻燃剂阻燃机理十分复杂 ,国内研究较少[3 ]。双氰胺、甲醛和尿素在碱催化下 ,80～1 2 0℃进行聚合反应。

2.2.1 甲醛与尿素发生加成反应生成二羟甲基脲

Ｈ2ＮＣＯＮＨ2 +2ＨＣＨＯＨＯＨ2 Ｃ—ＨＮＣＯ—ＮＨＣＨ2 ＯＨ

甲醛与尿素的物质的量比最好不超过 2∶1。

2.2.2 双氰胺与甲醛反应得到Ｎ 氰基 Ｎ 羟甲基胍

2.2.3 三者发生聚合反应

以上3种物质常温混合时 ,聚合反应速度很慢 ,混合溶液浸渍木材后经高温烘干 ,加速反应进行 ,并与木材的纤维素等相互作用 ,各物质的用量之间要求一定的比例 ,因此在选择用量时 ,甲醛的用量必须大于双氰胺和尿素的用量之和。此聚合反应生成线型聚合物 ,二次浸渍木材的磷酸二氢铵是利用磷的多元性把线型聚合物各分子之间交联起来 ,形成体型聚合物 ,遇火时 ,磷酸盐首先失水 ,在高温下 ,形成膨胀性焦炭层 ,隔热阻氧 ,聚合物形成许多Ｐ—Ｎ键 ,有利于进行脱水炭化反应 ,赋予木材永久性的阻燃性 ,它可以防止阻燃剂的流失 ,而且可以增强木材的力学性能。

2.3 阻燃木材性能测试———火管法

按照公安部行业标准《阻燃木材燃烧性能实验方法·火管法》[2 ]的要求进行实验 ,按标准要求自制火管装置。

实验条件 :火源为普通液化气罐 ,调节燃气流量使燃烧器产生280ｍｍ高的火焰 ,并使火管顶端温度达到180℃。

试件规格:1016ｍｍ× 19ｍｍ× 10ｍｍ ,表面平整光滑；须在温度(23±2)℃、湿度(50±5)%的条件下 ,使试件质量恒定。

标准判定条件见表 3 ,采用最佳配方和最佳工艺条件处理木材 ,所得阻燃木实验结果见表 4。

表 3 火管法判定条件

从结果看 ,有焰燃烧时间<4ｍｉｎ ,失重率<30% ,基本可达阻燃一级。

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3 结论

3.1 最佳工艺条件

将选取的木块在110℃烘干至质量恒定 ,浸入质量分数为15%的最佳配方的一次浸渍液中 ,调ｐＨ≈11 , 加入新洁尔灭搅匀 ,24ｈ后取出,在100℃烘干6ｈ,然后110℃烘干至质量恒定。此后将木块二次浸入质量分数为20%的磷酸二氢铵溶液(加新洁尔灭少许)中,14ｈ后取出,最后于110℃烘干至质量恒定。

3.2 阻燃测试结果

根据我国公安行业标准ＧＡ/Ｔ42.2—92阻燃木材燃烧性能实验方法——火管法测试 ,以上最佳配方及最佳工艺条件处理的木材达阻燃一级。此方法若能实现工业化 ,可以把火灾隐患降到最低。

3.3 复合型阻燃剂

用甲醛、双氰胺、尿素和磷酸铵盐作为木材的阻燃剂 ,各组分物质浸入木材后 ,在110℃反应 ,又都与纤维素、半纤维素的羟基有不同程度的反应 ,使阻燃剂各组分牢固地键合在木材中 ,阻燃效果可达阻燃一级 ,所以该种复合型阻燃剂除具有良好的阻燃效果外 ,兼具抗流失性 ,是值得推广的配方及处理工艺。

5.2 利用阻燃剂ZRM生产阻燃木材的工艺

阻燃剂ZRM是白色块状化合物：

pH (10克/100毫升H2O): 5.5～7.0

水溶性： 30克/100毫升H2O（25℃）

单位密度： 600 …… 此处隐藏：3499字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……