阻燃木材概况

公元前4世纪,古罗马人就知道用醋浸泡木材,然后用明矾溶液增强其耐火性。在古希腊、埃及和中国,还用海水、明矾和盐水浸渍,以提高木材的阻燃性。但直到15 ~ 16世纪,阻燃处理的方法都比较简单。直到17 ~ 18世纪,专利阻燃剂和处理方法才开始出现。但木材阻燃作为一种工业技术,最早是在19年底和20世纪初,在欧美一些工业发达国家发展起来的,并形成了阻燃处理产业。20世纪40年代,战争的需要加速了这个行业的发展。在20世纪50年代和60年代,无机盐仍然是主要的阻燃剂,但更多和新的复合阻燃剂被采用,增强了阻燃效果。20世纪60年代以后,有机阻燃剂,尤其是树脂阻燃剂被开发出来,使得克服无机盐易流失和吸湿的缺点成为可能。

木材燃烧和阻燃的机理当木材暴露在100℃的高温下时,木材中的水分开始蒸发。当温度达到180℃时,高燃点的一氧化碳、甲烷、甲醇、焦油成分等可燃气体开始分解产生;当温度在250℃以上时,木材迅速热解,释放出大量可燃气体,在空气中氧气的作用下可被点燃燃烧;在400 ~ 500℃时,木材成分完全分解,燃烧更加剧烈。燃烧产生的最高温度可达900 ~ 1100℃。

木材燃烧时,表层逐渐炭化,形成导热系数低于木材的炭化层(约为木材导热系数的1/3 ~ 1/2)。当炭化层达到足够的厚度并保持完整时,就成了隔热层,可以有效限制热量向内部传递的速度,使木材具有良好的耐燃性。利用木材的这一特性,采取适当的物理或化学措施将其与燃烧源或氧气隔离,完全可以使木材不燃、难燃或阻断火焰的蔓延,从而达到阻燃的效果。

木材阻燃方法包括化学方法和物理方法。

化学方法主要是用化学药剂,即阻燃剂对木材进行处理。阻燃剂的作用机理是在木材表面形成保护层,隔绝或稀释氧气供应;或在高温下分解,释放出大量不可燃气体或水蒸气,稀释木材热解时释放的可燃气体;或者延缓木材的升温,使其难以达到热解所需的温度;或者提高木炭的成型能力,降低传热速度;或者切断燃烧链,让火快速熄灭。好的阻燃剂是安全、有效、耐用和经济的。

根据阻燃处理的方法,阻燃剂可分为两大类:①阻燃浸渍剂。用全细胞法注射木材。也可以分为无机盐和有机物两大类。无机盐阻燃剂(包括单剂和复合剂)主要有磷酸二铵[(NH) HPO]、磷酸二氢铵(NHHPO)、氯化铵(NHCl)、硫酸铵[(NH)SO]、磷酸(HPO)、氯化锌(ZnCl)、硼砂(NaBaO 10HO)。有机阻燃剂(包括聚合物和树脂)主要有由甲醛、三聚氰胺、双氰胺和磷酸制成的MDP阻燃剂,由尿素、双氰胺、甲醛和磷酸制成的UDFP氨基树脂阻燃剂等。此外,有机卤代烃等一种自熄性阻燃剂也在开发中。②阻燃涂层。喷涂在木材表面。又分为无机和有机:无机阻燃涂料主要包括硅酸盐和非硅酸盐。有机防火涂料主要分为膨胀型和非膨胀型。前者,如四氯苯酐醇酸树脂防火涂料和丙烯酸乳胶防火涂料等。后者如全氯乙烯和氯代邻苯二甲酸酐醇酸树脂。

物理方法是从木结构上采取措施的方法。主要是改进结构设计,或者增加构件的截面尺寸来提高其阻燃性;或者加强隔热措施,防止木材直接暴露在高温或火焰中,如用不燃性材料包裹、封闭构件,设置防火墙,或在木框架结构中加挡火板,用十字结构阻断热空气流通,防止火焰通过,防止或延缓木材温度升高。

在工业化国家,化学方法在木材防火或阻燃处理中发挥主要作用;以前国内以结构措施为主,后来的化学方法也有一定发展。随着高层建筑和地下建筑的增多,航空和海洋运输的发展,古建筑和文物的维修保护,木材防火阻燃处理的应用和提高将成为迫切需要。

北京盛大华源科技有限公司生产的阻燃剂ZRM是受专利保护的阻燃剂。其主要用途之一是生产GB8624-2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》中规定的B、C级阻燃木材。

该产品不含任何其他有毒有害物质。

ZRM阻燃剂不仅具有优异的阻燃性能,还能提高产品的力学性能,降低产品的甲醛释放量,避免游离甲醛对环境的污染。

与现有技术相比,本发明的特点是

1.对产品的粘接强度没有影响。

2.吸湿性能低,产品在高温高湿环境下的平衡含水率与普通板材一致。

3.对单板、油漆等二次加工性能无影响。

阻燃机理

ZRF阻燃剂是根据磷-氮-碳-硼-铝-钛-钠的协同效应开发的。

遇火时,这种化合物会产生一系列化学反应:

(1)将热源的热辐射反射回板材,降低板材温度。

②阻燃剂分解吸收大量热量,从而降低表面温度。

(3)热分解产生的蒸汽和其他惰性气体降低了产品周围的氧气浓度,中断了燃烧链式反应。

(4)发泡熔化产生的玻璃状涂层大大减少了氧气和热量向纤维板内部的传递。

⑤迅速与木热释释放的高能物质H+结合,避免其与氧气发生燃烧反应。

⑥磷氮硼铝催化剂使纤维素和半纤维素脱水碳化,变为非活性炭结构C=C,降低木材燃烧热能70%以上。

⑦非活性炭结构C=C覆盖表层,加速内部非活性炭层的形成。

对环境安全

建筑材料的环境保护和毒理学日益受到关注。

含卤阻燃剂对环境的破坏极其严重,仅用于复合材料和聚合物中。

ZRM阻燃剂是根据磷-氮-碳-硼-铝-钛-钠的协同效应开发的,不含任何对环境有害的成分。

利用阻燃剂ZRM生产阻燃木材的技术

阻燃剂ZRM是一种白色嵌段化合物:

PH值(10g/100ml H2O):5.5 ~ 7.0。

水溶性:30克/100毫升H2O(25℃)。

单位密度:600 ~ 700千克/立方米

含水量:小于8%

阻燃木材生产技术——常压浸渍法:

1.将750公斤水放入容器中,加入250公斤阻燃剂ZRM,搅拌使阻燃剂溶解成透明溶液;

2.将木材放入阻燃浸渍处理槽中固定;

3.向阻燃剂浸渍处理槽中加入阻燃剂,阻燃剂的液面高于木材上表面65438±00cm以上;

4.向加热管内通入加热介质,使阻燃溶液的温度保持在55-60 ℃;

5.根据木材的种类和厚度,浸泡时间为1 ~ 120小时;

6.阻燃吸收:干阻燃剂/干木材= 11 ~ 13%。预先取3 ~ 5块相同规格的木材,贴上标签称重(G0),将样品分散后放入浸渍罐中;浸泡一段时间后,取出样品称重(g 1);阻燃吸收=25*(G1-G0)/G0。如果阻燃剂吸收不足,延长浸渍时间;

7.把木头拿出来;

8.干燥至合适的含水量。

阻燃木材生产技术——真空高压浸渍法:

1.将750千克水放入容器中,然后加入250千克阻燃剂ZRM。搅拌使阻燃剂溶解成透明溶液;

2.将木材放入高压浸渍罐中,盖上盖子;

3.抽真空至600-650毫米汞柱,保持30-60分钟;

4.打开与阻燃剂储罐连接的阀门,通过真空将阻燃剂引入高压浸渍罐,当阻燃剂充满浸渍罐时,释放真空,关闭真空阀;

5.缓慢加压至0.8 ~ 1.2 MPa,保持1 ~ 4小时。保温时间根据木材种类和厚度而定;

6.阻燃吸收:干阻燃剂/干木材= 11 ~ 13%。事先取3 ~ 5块相同规格的木材,贴上标签称重(G0)。将样品分散放入浸渍罐中,浸渍一段时间后取出称重(G1),阻燃吸收为25 * (G1-G0)/G0。如果阻燃剂吸收不足,延长浸渍时间。

7.泄压,排放化学品,关闭增压阀和连接阻燃剂储罐的阀门;

8.抽真空至600 ~ 650毫米汞柱,保持10 ~ 15分钟;

9.去掉真空,取出木头;

干燥至合适的含水量。