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淺談木材阻燃劑的分類
基于木材的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用特點(diǎn),木材阻燃劑主要由含有磷、氮、硼和鹵素的化合物或混合物組成,而由于含鹵素的阻燃劑在燃燒時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)腐蝕性有毒的鹵化氫等氣體,同時(shí)往往煙密度較大,故而近年來(lái)含鹵素的阻燃劑研究和應(yīng)用逐漸減少,使含有磷、氮、硼元素的阻燃劑成為木材阻燃劑的主體。按性質(zhì)、制備和應(yīng)用特點(diǎn)并考慮到阻燃劑研究的現(xiàn)狀,將木材阻燃劑分為:①無(wú)機(jī)阻燃劑;②有機(jī)阻燃劑;③樹(shù)脂型阻燃劑;④反應(yīng)型阻燃劑;⑤其他類型阻燃劑。
(1)無(wú)機(jī)木材阻燃劑
歷史*悠久的阻燃劑,雖然有吸濕性大和易從木材中析出等嚴(yán)重缺點(diǎn),但由于這類阻燃劑成本低廉、生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單而易于被木材處理行業(yè)掌握,至今仍被部分木材企業(yè)采用。目前使用的第三代無(wú)機(jī)木材阻燃劑是在改進(jìn)第二代木材阻燃劑的吸濕、析出性質(zhì)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的,其主要技術(shù)是增大無(wú)機(jī)離子的體積,如以相對(duì)分子質(zhì)量大的水溶性低聚物聚磷酸鹽代替磷酸鹽,或采用內(nèi)部反應(yīng)法生成不溶性阻燃劑。例如可以利用化學(xué)反應(yīng)的溫度特性,配制單一的阻燃處理液在常溫下處理木材,然后通過(guò)窯干或加熱處理使處理液在木材內(nèi)部反應(yīng)生成不溶性阻燃劑。近年來(lái),具有阻燃和防腐、防霉等功能的多效木材阻燃劑,以及適應(yīng)不同阻燃方法以滿足市場(chǎng)需求的新型木材阻燃劑受到一定重視。
由于各種阻燃劑的阻燃機(jī)理不同,采用單一的阻燃劑很難達(dá)到理想的效果,通常采用復(fù)合型阻燃劑。這樣不僅可以降低成本,更主要的是使阻燃材料的物理力學(xué)性能損失減少到*低限度?,F(xiàn)在主要包括硼化合物,金屬氫氧化物以及后來(lái)發(fā)展起來(lái)阻燃協(xié)同作用,主要以磷-氮復(fù)合,磷-鹵復(fù)合、磷-氮-硼復(fù)合等高效阻燃體系為特征的無(wú)機(jī)阻燃劑,其中磷-氮復(fù)合阻燃劑是木材阻燃劑中比較受青睞的,由于近年來(lái)要求阻燃劑無(wú)鹵、低煙、低毒的呼聲日益高漲,所以氫氧化鋁和氫氧化鎂,在很多阻燃應(yīng)用中倍受重視,很具發(fā)展前途。
(2)有機(jī)木材阻燃劑
添加型有機(jī)木材阻燃劑的出現(xiàn)雖然晚于無(wú)機(jī)阻燃劑,但發(fā)展較快,迄今也大體上經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段。有機(jī)磷系阻燃劑主要包括磷酸酯、膦酸酯、亞磷酸酯、有機(jī)磷鹽、含磷多元醇-氮化合物等。有機(jī)木材阻燃劑的主流仍然是含磷、氮和硼元素的多元復(fù)合體系。該阻燃劑能抗流失、對(duì)木材物理力學(xué)性能影響不大。第三代有機(jī)木材阻燃劑食物甲醛釋放、低遷移、低吸濕或基本不吸濕(與未處理材類似)的高效阻燃劑。這種阻燃劑往往追求一劑多效,不僅減弱了多次處理給木材材性帶來(lái)的不利影響,而且降低了處理成本。例如,采用相對(duì)分子質(zhì)量較大的含氮有機(jī)化合物與磷酸生成的低吸濕性磷酸鹽作為阻燃元素磷和氮的載體,再與硼化合物組成磷-氮-硼高效阻燃體系,其代表品種具有阻燃、防腐、防白蟻性能的FRW木材阻燃劑。
(3)樹(shù)脂型木材阻燃劑
樹(shù)脂型木材阻燃劑在配方中加入低聚合度合成樹(shù)脂,浸漬木材后,在干燥的過(guò)程中樹(shù)脂固化,對(duì)配方中的易流失阻燃成分(常為無(wú)鹽)產(chǎn)生包覆固著作用、改善阻燃劑的抗流失、遷移和吸濕性。美國(guó)、歐洲、日本專利均報(bào)道過(guò)該類型的阻燃劑。該阻燃劑或者有較高的熱穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性,可以在不改變木材本身手感的前提下改善尺寸穩(wěn)定性和表面硬度。目前看來(lái)樹(shù)脂型木材阻燃劑處于發(fā)展研究階段,目前尚存在處理材顏色變深以及浸注較困難等問(wèn)題。
(4)反應(yīng)型阻燃劑
反應(yīng)型木材阻燃劑利用化學(xué)反應(yīng),將阻燃元素或含阻燃元素的基團(tuán)通過(guò)形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵載到木材分子上,所得的阻燃木材不僅具有抗流失、耐久的優(yōu)點(diǎn),而且由于阻燃元素實(shí)際上是以單分子狀態(tài)分布在木材上(遠(yuǎn)較添加型阻燃劑分散程度高),因而單位物質(zhì)量阻燃劑的阻燃效率很高。木材適合于阻燃處理的常用官能團(tuán)有羥基和苯環(huán),可通過(guò)酯化、酯交換、醚化、?;望u代等反應(yīng)與阻燃元素或含阻燃元素有活性基團(tuán)的化合物反應(yīng)實(shí)現(xiàn)阻燃。
(5)其他類型的木材阻燃劑
近年來(lái),材料、化工等領(lǐng)域的高新技術(shù)在木材阻燃技術(shù)研究中也得到了一定應(yīng)用。例如,日本專利采用粒子直徑不大于0.1μm的五氧化二銻微粉水基分散液或五氧化二銻膠體處理木材單板,獲得良好阻燃性;另一種用于木材表面涂飾的阻燃劑,主要成分有3-(二烷基膦酸基)丙酰胺、脲或三聚氰胺樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂微膠囊化的聚磷酸銨。
本文部分內(nèi)容摘自東北林業(yè)大學(xué)王清文的文章
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