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木质材料阻燃剂开发现状及应用研究趋势
development status and trend of woody mate.
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development status and trend of woody materials flame retardants
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A木质防火门是如何做到防火的呢？
我们知道防火门有木质防火门和钢质防火门两种,钢质的门防火还好理解,这木质防火门怎么防火那?一些消费者就不太明白了,下面我们通过工艺对比来了解一下;木质防火门木材的阻燃质量关系到木质防火门的耐火极限，因此许多防火门生产企业都将该工序设立为生产过程中的特殊过程控制点，但是由于阻燃工序缺乏成熟的工艺规程，致使各个厂家的阻燃工艺各不相同，阻燃工艺不甚合理，无法保证阻燃质量，严重时导致防火门耐火极限降低，给人民群众的生命财产安全造成潜在的隐患。
木材的常用的阻燃方法有：喷涂法、浸泡法、蒸煮法、真空法、真空加压法等。喷涂法和浸泡法一般应用于不再进行刨削加工的木材表面，以及厚度低于10mm的薄板阻燃处理，不适用于木质防火门的生产。真空法和真空加压法虽然阻燃效果极佳，但因其设备昂贵，部分防火门生产企业中还未见使用。
目前江苏防火门企业大多采用蒸煮法进行阻燃处理。南京拓吉消防认为，在采用蒸煮法进行阻燃处理时应注意以下几点：待阻燃木材亦干不亦湿待阻燃木材的含水率是影响木材阻燃质量的一个重要因素。因为干燥的木材进入阻燃池后往往更容易吸收阻燃液，而木材吸收阻燃液的量又直接影响木材的阻燃质量，其吸收量与阻燃木材的氧指数和阻燃深度成正比关系。木材吸收阻燃液越多，木材的阻燃性能越好、氧指数越高、阻燃深度越深。然而不少的企业认为，反正木材在阻燃时还要被阻燃液浸湿，所以木材含水率高点低点没有多大关系，待阻燃的木材一般未经烘干处理，个别企业甚至将刚刚锯解的湿方木进行阻燃处理。孰不知木材的含水率恰恰会影响阻燃质量，造成阻燃木材的阻燃质量不稳定。据试验，在相同的阻燃条件下，含水率低于15%的木材较含水率高于40%的木材可提高5个氧指数以上，阻燃深度提高3mm以上。
1、我国阻燃木质材料及制品生产现状
经过近20年的发展，目前我国共有木质防火门生产企业372家，建筑内装修用阻燃木材生产企业28家，阻燃胶合板和细木工板生产企业26家，阻燃装饰板生产企业15家，阻燃刨花板生产企业6家，阻燃纤维板生产企业4家，饰面型防火涂料生产企业111家。
除木质防火门外，阻燃木材及其制品在我国建筑内装修上的应用尚未得到普及，目前绝大多数建筑内装修工程采用涂刷防火涂料对木材及人造进行防火保护，与发达国家相比存在非常大的差距。主要问题是：
①产品品种、档次不能适应市场的需求。
②受木材空隙构造的制约，液体很难渗入到绝大部分木材内部，因此绝大部分木材难于进行阻燃浸渍处理。
③阻燃浸渍处理木材需要进行二次干燥，干燥周期为15~45天，生产周期较长。
④对单板进行阻燃浸渍处理及干燥时，单板破损较大，操作复杂。
⑤阻燃处理后，木材及人造板强度降低15~40%，影响了产品的应用。
⑥阻燃处理木材及制品价格较高。
⑦有关消防法规未得到有效的实施。
使用防火涂料对木材及其制品进行防火保护，存在以下问题：
①使木材及其制品丧失了天然纹理优美的装饰效果，虽然薄型透明防火涂料问世后一定程度保留了天然木材的纹理及花纹，但500g/m2以上的涂刷量，制品的木质感明显降低；
②经过一段时间后涂层产生龟裂，降低了防火和装饰效果；
③3次以上的涂刷或喷涂工作，增加了现场施工的工作量和难度；
④水溶型防火涂料防水和防潮性差，溶剂型防火涂料对环境造成污染，目前还没有使用寿命超过3年的饰面型防火涂料。
2、木材及其制品阻燃浸渍处理新技术
国内外目前常用的木材及其制品阻燃处理方法主要有两种，常压法和加压法。前者有涂刷法、喷淋法、浸渍处理法、冷热槽法、双扩散法等；后者又称真空—加压法，包括满细胞法、半细胞法、频压法、循环法等。
通常需要阻燃剂均匀分布于木质材料内部，为了提高浸透性和浸透深度，国内外研究人员提出了以下浸渍处理新方法。
(1)CO2超临界流体处理木材技术：此方法几乎能处理所有树种的木材而对处理材无明显不良影响[1]。DemessieES等使用二氧化碳或其与甲醛的混合体研究超临界流体处理对花旗松心材气体渗透性的影响，2/3试样的渗透性提高，与温度、压力的变化及助溶剂无关，对抽提物有增溶作用，部分试样渗透性降低可能是因为溶解的抽提物重新析出[2]。
(2)木材激光刻痕法：激光刻痕法不破坏木材组织，且使药剂容易注入[3]。与爪状刀具刻痕法相比，激光刻痕法浸注到木材中的药液提高50%以上[3]。
(3)低压水蒸气爆破法：低压水蒸汽爆破法，可破坏闭锁的纹孔，改进胞间通导性而改良透过性，电子显微照片表明爆碎处理后纹孔部分有选择性的破坏[3]。
(4)压缩前处理技术：先将木材进行横向压缩，纹孔周边和纹孔膜有选择性的破坏，孔圈导管内的侵填体也被破坏,改善了渗透性[3,7]。
(5)热水(汽)处理法：对于针叶树材，热水(汽)处理可除去覆被于纹孔的阿拉伯半乳糖胶等物质，开放闭塞的纹孔对，从而改善了渗透性；蒸煮处理的处理强度越大，改善渗透性的效果越大，电子显微照片表明蒸煮处理后有开裂的纹孔塞[3]。采用微波加热对木材进行预处理,不但能提高加热速度,且能改进药剂的渗透性[12][13]。
(6)震荡加压处理法：在对木材进行加压处理的同时，施以震荡的方法。震荡家业处理后，药剂透入度与吸着量有明显的增加[14，15]。
(7)对于使用酶、微生物、细菌来改善木材的渗透性。
(8)声波和超声波处理法：在对木材进行加压处理的同时，施以声波或超声波的作用，也是改善木材渗透性的一个研究方向。
(9)离心转动处理技术：在离心分离机中浸渍木材，在常压下的离心浸渍使木材对药剂的吸收量增加[22,23]。
3、新型木质材料用阻燃剂和处理工艺
木材阻燃剂主要以无机的P-N系为主。为了提高阻燃效果和抗流失性、降低吸湿率和毒性，主要进行了以下研究：
(1)选择合适的助剂、乳化剂，将非水溶性阻燃剂配成水溶液或乳液用于木质材料的阻燃处理，降低阻燃木质材料的吸湿性、流失率、以及阻燃剂对木质材料强度的影响。
(2)采用双重扩散法，在木质材料内部生成不溶于水的化合物。
(3)树脂型阻燃剂，不仅赋予木质材料阻燃效果，而且可以提高木质材料的物理力学性能。
(4)阻燃、防腐、防虫多功能木质材料处理剂的研究。
(5)协效剂、消烟剂的研究。
4、防火薄板及其应用
防火薄板是指厚度为0.2~5mm、能够提高被保护材料燃烧等级和耐火极限的一种新型板材，由骨架材料、粘结剂和阻燃剂等成分构成。在发达国家，防火薄板已经在建筑结构和构件、可燃材料的防火保护上得到广泛应用，克服了防火涂料和木质材料阻燃浸渍处理中存在的问题。防火门UL认证 – UL 10C－标准名称： UL 10C Standard for positive pressure fire tests of door assembliesUL 10C 针对门配件的正压防火测试邮箱：留言：
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| 文章来源： 杭州消防支队 | 作者： 徐治
随着现代工业的不断发展，塑料、橡胶、合成纤维等高分子材料得到广泛的应用。然而，这些有机高分子化合物绝大多数都是可燃的，且燃烧时可产生大量致命的有毒气体。为解决这一难题、提高合成材料的抗燃性，最有效的方法是加入阻燃剂。对此，以阻燃为目的阻燃剂研究及材料阻燃技术近几年得到长足发展，至今天已成为世界工业体系的重要组成部分之一。本文将阐述阻燃剂的现状应用和发展趋势。
一、阻燃剂发展的总体情况
早在19世纪初，人们已研制出了多种阻燃剂。随着合成工业领域的不断拓宽及阻燃法规的不断完善，从六十年代开始，阻燃剂经历了一个蓬勃发展的阶段。以美国为例，六十年代至今，其阻燃剂消耗量增加了三十倍左右。日本的阻燃剂工业起步较晚，但发展较快，1980年和1982年阻燃剂消费量为6万吨和7.3万吨,到1996年达15.4万吨，15年间增长了两倍多。西欧由于缺乏立法，限制了阻燃技术的发展，1988年以前的阻燃剂市场一直处于停滞不前的状态。目前英、德等国已立法，西欧各国阻燃剂消费量迅速上涨。相比之下，我国阻燃剂开发较晚，起步于五十年代，六、七十年代基本上处于停滞状态，只研制了四溴乙烷三磷酸酯等少量产品。进入八十年代才开始飞速发展，85年产量为5KT，现在阻燃剂的总产量在10万吨左右。到目前为止，我国从事阻燃剂研制的单位已达50余家，研制的阻燃剂品种120余种。但在开发新产品方面有待于进一步提高，而且阻燃剂产品暂时还没形成竞争的商业市场，这在某种程度上束缚了阻燃剂的发展。但这种情况正在得到改善，不仅是公安部而且各类高校和科研所近几年来都投入了很大的力量进行阻燃剂方面的开发。目前我国已能生产无机系、磷系、溴系和氯系四大类阻燃剂。
二、各类阻燃剂的现状研究
（一）卤素阻燃剂。
卤素阻燃剂在受热时分解产生卤化氢HX，HX通过两种机理起阻燃作用，即自由基机理：消耗高分子降解产生的自由基HO,使其浓度降低,从而延缓或中断燃烧的链反应；表面覆盖机理：卤化氢是一种难燃的气体，密度比空气大，可以在高分子材料表面形成屏障，使可燃性气体浓度下降，从而减慢燃烧速度甚至使火焰熄灭。通常卤素阻燃剂主要是溴系和氯系两大类。溴系阻燃剂因其用量少、热稳定性好和阻燃效率高而成为目前世界上产量最大的阻燃剂之一，而氯系虽与溴系同属卤系，但其阻燃效率比溴系差。近20年来氯系阻燃剂已逐渐被溴系阻燃剂所代。尽管卤素阻燃剂仍是最重要的产品之一，相关产品研究仍在进行，但由于它在燃烧时释放出有毒烟雾，造成二次危害，使人们去研究新型阻燃剂——无卤阻燃剂。
(二)无机阻燃剂。
无机阻燃剂主要指一些金属的氢氧化物和氧化物的水合物，这些化合物受热分解吸收大量热，使聚合物表面温度降低，同时分解产生水蒸汽有蓄热和释放高分子表面气体浓度的作用。在非卤素阻燃剂中，无机阻燃剂是重要组成部分，它占阻燃剂市场上的很大份额，日本1998年市场需求量为74850吨，占全部阻燃剂需求量的43%。目前，国内对无机阻燃剂的开发和应用较为广泛，已研制了包括水合氧化铝系、硼系、钼系、无机磷系及锌、镁与过渡金属氧化物等约19个品种，美国Alcan化学品公司开发的BAX1091FM系列和超细硼酸锌HcmetandZ系列在提高阻燃性和消烟性的同时也改善产品的加工性能和机械性能。值得一提的是，我国锑矿资源丰富且科研实力雄厚，这就为我国锑系阻燃剂的开发提供了广阔的前景。
（三）磷系阻燃剂。
含磷化合物存在许多氧化态，它们的受热分解产物具有强烈的脱水作用，使所覆盖的聚合物表面炭化，形成炭膜，起到阻燃作用。磷系阻燃剂还有增塑功能，它可使阻燃剂实现无卤化。一般磷系包括无机磷系和有机磷系。无机磷系阻燃剂包括红磷、磷酸铵盐和聚磷酸铵；有机磷系阻燃剂包括磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯和膦盐等系列。
（四）膨胀型阻燃剂(IFR)。
IFR是一种新型的阻燃体系,以磷和氮为有效阻燃组分不含卤素,也不必采用氧化锑为协效剂.含有这种阻燃剂的高聚物受热时,表面能生成一层均匀的炭质泡沫层，此层能隔热、隔氧、抑烟等，并能防止熔滴，因而具有良好的阻燃性能。IFR体系一般是由酸源、碳源及气源组成。通常有混合型和单体型（三源同存于单一分子内）两种。从总体上来看，IFR体系还处于开发阶段，现有IFR体系普遍存在着添加量大，吸湿严的缺点，还有待于进一步完善。为此人们做了大量的工作，有效地弥补了IFR使高分子材料使用性能下降的不足，所以有很大的发展前景。
三、新型阻燃剂的开发应用
（一）合金型阻燃剂的研究。所谓合金型阻燃剂就是一种以红磷为基础配以多种改性助剂及材料、以分子链及靠界面融接而结合为一个分子集团，再以表面活性剂单分子层外包裹的微胶囊化产品。合金型阻燃剂主要是根据冶金上合金处理思想，经过技术处理，引入极性基团，将各种原料结合力较弱的松散分子键进一步松散化，使各种化合物相互穿插、结合、缠绕，成为一个集团分子。然后进一步粉碎到要求的粒度，最后再将表面活性剂包裹于集团粒子表面微胶囊化，提高与塑料的相容性，这种合金型阻燃剂初步应用于回收聚乙烯、聚丙烯和双拉聚丙烯打包带等阻燃剂制品上获得较好的效果。
（二）纸用阻燃剂的研究。一般的纸张多是易燃品，在现实生活中有相当数量的火灾是由纸和包装材料引起的，为了消除火灾隐患，许多国家制定了各类防火安全法规，对纸和纸张阻燃性能的要求都在与日俱增。阻燃剂一般有两类：一是以石棉、矿棉、玻璃纤维等无机纤维为主要成分生产的纸，另一类就是在纸浆中添加各类阻燃剂或经浸渍涂布制成具有阻燃效果的纸产品，目前后一类纸产品的发展较快。现在用于纸阻燃的主要是磷系阻燃剂、卤系阻燃剂、水合氧化铝阻燃剂、硼砂物阻燃剂。磷系阻燃剂用于纸阻燃的品种比较多，最早用于造纸工业的含磷阻燃剂是磷酸氢二铵，而目前应用普遍的是尽几年来发展起来的一种重要的高效阻燃剂聚磷酸铵（APP）。在许多磷系阻燃剂中同时含氮元素，含氮的化合物受热后会释放出氮、二氧化氮、氨等气体隔断氧的供应，实现阻燃增效和协同效应的目的。
四、新型阻燃剂的发展趋势
（一）发展高效型阻燃剂。现用的常规阻燃剂，阻燃效率低，用量大，从而恶化了高聚物基材愿有的优异性能，增加高聚物燃烧或热解时生成的烟量及有毒气体量，增加材料的价格，并造成阻燃高聚物加工及回收方面的困难，因此寻求高效的阻燃剂系统是人们长期的目标。据专家们预测，具有下述特征之一的阻燃系统有可能成为具有发展前景的未来高效阻燃剂：能抑制凝聚相的氧化反应；具有催化阻燃作用；能发挥高效的气相阻燃作用；能生成有效的含炭层或其它阻燃元素的防护层。下面将简单介绍四类系统。第一类是催化阻燃系统：主要指那些在一定条件下能脱水生成强酸的化合物，它们可促进高聚物成炭从而使物质的燃烧热降低，材料的阻燃性大为改善，而燃烧产物只是无毒的水蒸气。第二类芳香族磺酸盐（酯），这类对聚碳酸酯（PC）极其有效，并且用量极少。第三类凝聚相中添加自由基抑制剂，凝聚相中的表面氧化对于聚合物的高温降解具有十分重要的作用。但大多数抗氧剂和自由基清扫剂在高聚物氧化裂解温度下对阻燃不很有效，必须设计耐高温的抗氧系统。第四类是高效气相阻燃剂。有人认为：有些在气相中释放出HCl和HBr的阻燃系统，可能基本上只是发挥物理作用，但对反应的燃烧肯定存在一些更有效的燃烧抑制剂，如羰基铁、四乙基铝、二氯二氧铬等，它们的阻燃效率至少比目前常用的SbCl3高出一个数量级。实验表明：比现有阻燃系统效率高出一、二个百分点的气相阻燃剂是可以找到的。
（二）发展无卤化趋势。卤素阻燃剂因其用量少、阻燃效率高且适应性广，已发展成为阻燃剂市场的主流产品，但它的发烟量大且释放出来的HX气体具有高腐蚀往往发生二次灾害，可导致单纯由火所不能引起的电路系统开关和其它金属物件的腐蚀及人体呼吸道和其他器官的危害。近几年来美国、英国、挪威、澳大利亚等已制定或颁布法令对其某些制品进行燃烧毒性实验或限制某些制品的使用、对释放的酸性气体进行规定、取代卤素阻燃剂。发展无卤阻燃剂已成为世界阻燃领域的趋势，美国Alcoa公司、Alcan化学公司、Lonza公司和 Salenr公司不断推出新品种，如Zerogen、Halfree、Hydrass、Magnifin系列等，国内山东铝厂、江苏海水研究所、大连理工大学等对此也进行了研究开发，已研究出阻燃性能好、粒经小、补强效果明显的无机阻燃剂。红磷因性能优越、无二次公害在无卤化趋势中得到很快发展，英国、日本开发研制的微胶囊化红磷已商品化，主要产品有英国Albright&Wilson公司的AMGARD CPC、AMGARD CRP系列，日本的RINRA系列。对于膨胀型阻燃剂,美国、意大利等发达国家已商品化，但国内尚未商品化，其开发产品主要处于研制阶段。
（三）抑烟化和无毒气体化趋势。发烟是聚合物燃烧的基本特征，据统计，火灾中发生的死亡事故80%是由于建筑构件、装饰材料等物质热解和燃烧所释放的烟和有毒气体窒息造成的。为此，世界各国都对塑料燃烧时的发烟量和有毒气体浓度制定了严格的法规限制，抑烟化和无毒化已被列为阻燃技术的重点研究之一。目前采用的途径有两个：一是采用本身生烟量较小的聚合物；二是加入抑烟剂使材料的生烟量降低。后着对于前者而言简便易行，经济实用。目前采用的抑烟剂主要以金属氧化物、过渡金属氧化物为主。主要产品有美国Borax公司的Firebrake硼酸锌系列、XP系列、Climax公司的Moly FR钼酸盐系列。我国的一些研究所也对此进行了研究，开发的复合阻燃抑烟剂FZY系列已经上市。但目前对抑烟剂的研究还存在许多未解决的问题，对有些聚合物材料的抑烟缺乏有效实用的抑烟剂。综上所述，美国、日本等发达国家阻燃剂工业发展很快，新的阻燃剂品种层出不穷。在我国，阻燃剂是一个新生的工业，与发达国家相比，还有一定的差距。一方面是因为人们对阻燃的认识和法规欠缺，另一方面是我国在消防，尤其是阻燃方面投入的资金有限，这在一定程度上制约了阻燃技术的发展。
目前，这种状况正在改善，不仅是消防部门而且各类高校和研究所都投入了一定的科研力量进行阻燃剂方面的研究，并取得了一定的成果。随着国民经济的发展，各项阻燃法规的建立和健全，我国阻燃剂市场发展前景将非常宽广。
版权与免责声明木质材料阻燃技术研究现状与趋势--《世界林业研究》2006年01期
木质材料阻燃技术研究现状与趋势
【摘要】：近年来,木质材料阻燃新技术不断涌现。文中在分析了大量文献的基础上,比较详细地综述了木材阻燃剂的作用和主要的阻燃机理,简述了我国学者在应用上所取得的主要成果和国外畅销的阻燃剂种类,并提出了今后的研究方向。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：S782.39【正文快照】：
近年来,随着人民生活的逐步改善,建筑装饰用木材的消耗量呈逐年上升趋势,同时也增加了火灾的隐患。木材虽然是一种易燃性的材料,但利用阻燃技术,却可使其应用领域更加广泛,使得建筑装饰用木材的防火安全性大为提高[2]。国内外的阻燃研究者在木质材料阻燃剂的研制和开发、木质
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