發展
木材的碳氫化合物含量高,是易燃材料。迄今尚無使木材在靠近火源時不燃燒的方法。木材難燃的要求是降低木材燃燒速率。減少或阻滯火焰傳播速度和加速燃燒表面的炭化過程。這對建築、造船、車輛製造等工業部門至為重要。
公元前4世紀,古羅馬人已知用醋液,以後又用明礬溶液浸泡木材,以增強其抗燃性。在古希臘、埃及和中國,也有用海水、明礬和鹽水浸漬,以提高木材阻燃性能的。但直到15~16世紀,阻燃處理的方法都比較簡單。到17~18世紀才開始有獲得專利的阻燃劑和處理方法。但木材阻燃作為工業技術則遲至19世紀末20世紀初才首先在歐美一些工業先進的國家得到發展,並形成了阻燃處理工業。20世紀40年代,戰爭的需要加速了這一工業的發展;50~60年代的阻燃劑仍以無機鹽類為主,但採用了更多的、新的複合型阻燃劑,增強了阻燃效果。60年代以後有機型阻燃劑、特別是樹脂型阻燃劑得到發展,為克服無機鹽類易流失、易吸濕等缺點提供了可能。
木材燃燒和阻燃機理 當木材遇100℃高溫時,木材中的水分開始蒸發;溫度達180℃時,可燃氣體如一氧化碳、甲烷、甲醇以及高燃點的焦油成分等開始分解產生; 250℃以上時木材熱解急劇進行,可燃氣體大量放出,就能在空氣中氧的作用下著火燃燒;400~500℃時,木材成分完全分解,燃燒更為熾烈。燃燒產生的溫度最高可達900~1100℃。
木材燃燒時,表層逐漸炭化形成導熱性比木材低(約為木材導熱係數的1/3~1/2)的炭化層。 當炭化層達到足夠的厚度並保持完整時,即成為絕熱層,能有效地限制熱量向內部傳遞的速度,使木材具有良好的耐燃燒性。利用木材這一特性,再採取適當的物理或化學措施,使之與燃燒源或氧氣隔絕,就完全可能使木材不燃、難燃或阻滯火焰的傳播,從而取得阻燃效果。
阻燃方法
包括化學方法和物理方法。
化學方法
主要是用化學藥劑,即阻燃劑處理木材。阻燃劑的作用機理是在木材表面形成保護層,隔絕或稀釋氧氣供給;或遇高溫分解,放出大量不燃性氣體或水蒸氣,沖淡木材熱解時釋放出的可燃性氣體;或阻延木材溫度升高,使其難以達到熱解所需的溫度;或提高木炭的形成能力,降低傳熱速度;或切斷燃燒鏈,使火迅速熄滅。良好的阻燃劑安全、有效、持久而又經濟。
根據阻燃處理的方法,阻燃劑可分為兩類:①阻燃浸注劑。用滿細胞法注入木材。又可分為無機鹽類和有機兩大類。無機鹽類阻燃劑(包括單劑和復劑)主要有磷酸氫二銨[(NH)HPO)]、磷酸二氫銨(NHHPO)、氯化銨(NHCl)、硫酸銨[(NH)SO]、磷酸(HPO)、氯化鋅 (ZnCl)、硼砂(NaBaO·10HO)、硼酸(HBO)、硼酸銨[(NH)BO·4HO]以及液體聚磷酸銨等。有機阻燃劑(包括聚合物和樹脂型)主要有用甲醛、三聚氰胺、雙氰胺、磷酸等成分製得的MDP阻燃劑,用尿素、雙氰胺、甲醛、磷酸等成分製得的UDFP胺基樹脂型阻燃劑等。此外,有機鹵化烴一類自熄性阻燃劑也在發展中。②阻燃塗料。噴塗在木材表面。也分為無機和有機兩類:無機阻燃塗料主要有矽酸鹽類和非矽酸鹽類。有機阻燃塗料主要可分為膨脹型和非膨脹型。前者如四氯苯酐醇酸樹脂防火漆及丙烯酸乳膠防火塗料等;後者如過氯乙烯及氯苯酐醇酸樹脂等。
物理方法
從木材結構上採取措施的一種方法。主要是改進結構設計,或增大構件斷面尺寸以提高其耐燃性;或加強隔熱措施,使木材不直接暴露於高溫或火焰下:如用不燃性材料包復、圍護構件,設定防火牆,或在木框結構中加設擋火隔板,利用交叉結構堵截熱空氣循環和防止火焰通過,以阻止或延緩木材溫度的升高等。 工業已開發國家的木材防火或阻燃處理以化學方法占主要地位;而中國以往則多以結構措施為主,化學方法也有一定的發展。隨著高層建築、地下建築的增多,航空及遠洋運輸事業的發展,以及古代建築和文物古蹟的維修保護等的日益受到重視,木材防火和阻燃處理的套用和改進將成為迫切需要。
由北京盛大華源科技有限公司生產的 阻燃劑ZRM是一種受專利保護的 阻燃劑。主要用途之一是生產符合GB8624-2006《建築材料及製品燃燒性能分級》標準規定的等級B和C的 阻燃木材。
產品不含其它任何有毒或有害物質。
ZRM阻燃劑是根據含磷-氮-碳-硼-鋁-鈦-鈉的協同作用開發而成的,並對其功能基團進行封閉處理。ZRM阻燃劑不僅具有卓越的阻燃性能,而且可以提高製品的力學性能,降低產品的甲醛釋放量、避免游離甲醛對環境的污染。
特徵
與現有技術相比的特點
1. 對產品的膠合強度沒有影響。
2. 吸濕性能低,高溫高濕環境產品平衡含水率與普通板一致。
3. 對飾面和油漆等二次加工性能沒有影響。
阻燃機理
ZRF阻燃劑是根據含磷-氮-碳-硼-鋁-鈦-鈉的協同作用開發而成的。
遇火時,該複合物將產生一系列化學反應:
① 將熱源對板材的熱輻射反射回去,降低板材的溫度。
② 阻燃劑分解吸收大量熱量,從而降低表面溫度。
③ 熱分解產生的水蒸氣和其它惰性氣體降低了製品周圍的氧氣濃度,中斷了燃燒連鎖反應。
④ 發泡和熔融產生的玻璃態覆蓋層,大幅度降低了氧氣和熱量向纖維板內部的傳遞。
⑤ 迅速與木材熱解釋放出的高能物質H+結合,避免其與氧氣產生燃燒反應。
⑥ 磷-氮-硼-鋁催化劑,使纖維素和半纖維素脫水炭化,變為非活性炭結構C=C,使木材的燃燒熱能降低70%以上。
⑦ 非活性炭結構C=C覆蓋在表層,加速內部非活性炭層的形成。
對環境安全
對建築材料的環保性和毒理學性關注正在日益增加。
含鹵系阻燃劑對環境具有極為嚴重的破壞作用,僅用於合成物及聚合物中。
不含有任何對環境有害的成分。
利用阻燃劑ZRM生產阻燃木材的工藝
阻燃劑ZRM是白色塊狀化合物:pH (10克/100毫升H2O): 5.5~7.0
水溶性: 30克/100毫升H2O(25℃)
單位密度: 600~700公斤/立方米
含水量: 小於8%
阻燃木材生產工藝--常壓浸漬法
1. 在容器中放入750公斤水,加入250公斤阻燃劑ZRM,攪拌,使阻燃劑溶解變為透明溶液;
2. 將木材放入阻燃浸漬處理槽中,固定;
3. 在阻燃浸漬處理槽中加入阻燃劑,阻燃劑液面高出木材上表面10厘米以上;
4. 在加熱管中通入加熱介質,使阻燃劑溶液的溫度維持在55~60℃;
5. 根據木材的種類和厚度,浸漬時間為1~120小時;
7. 取出木材;
8. 乾燥至合適的含水率。
阻燃木材生產工藝—真空高壓浸漬法
1. . 將木材裝入高壓浸漬罐中,蓋好蓋;
3. 抽真空至600~650毫米汞柱,保持30~60分鐘;
4. 打開連線阻燃劑儲存罐的閥門,依靠真空將阻燃劑導入高壓浸漬罐中,阻燃劑充滿浸漬罐時解除真空,關閉真空閥門;
5. 緩慢加壓到0.8~1.2MPa,並保持1~4小時。保持時間根據木材樹種和厚度確定;
6. 阻燃劑吸收量:乾阻燃劑/乾木材=11~13%。事先取3~5塊同規格的木材,標號、稱重(G0),將試樣分散裝入浸漬槽;浸漬一段時間後,取出試樣,稱重(G1);阻燃劑吸收量=25*(G1-G0)/G0。如果阻燃劑吸收量不足,延長浸漬時間。
7. 解除壓力,排出藥劑,關閉加壓閥和連線阻燃劑儲存罐的閥門;
8. 抽真空至600~650毫米汞柱,保持10~15分鐘;
9. 解除真空,取出木材; 乾燥至合適的含水率。
檢測結果
項目 | 規定 | 結果 | |
阻燃性能 | FIGRA | ≤250W/S | 98 |
LFS | < 試件邊緣 | 未達到 | |
THR600 | ≤15MJ | 8.7 | |
SMOGRA | ≤180m2/s2 | 56 | |
TSP600 | ≤200m2 | 27 | |
燃燒滴落物/顆粒 | 小於10秒 | 無 |