阻燃处理米槠热分解的热动力学分析

将硼酸、硼砂混和制成均匀的阻燃剂,并以脲醛预缩液为载体,用于处理试材,并采用TG和DTA方法来分析经处理与未经处理的米槠热解时的热动力学特性,结果表明该阻燃体系能使米槠的热解温度降低,平均热解失重率降低、失重过程变缓,产炭量增加、在炭化阶段的失重变小。     

用热分析法研究木材阻燃剂FRW的阻燃机理

采用热重(TG)、微商热重(DTG)和差热(DTA)分析法，对木材阻燃剂FRW及其主要组分硼酸和磷酸脒基脲(GUP)、硼酸处理紫椴木材(BZ)、GUP处理紫椴木材(GZ)、FRW处理紫椴木材(FZ)以及未处理紫椴木材(UZ)进行了系统的热解行为研究。TG和DTG分析结果表明，当FRW受热达到分解温度时，其组分的热分解是独立的：硼酸在95和160℃依次分解为偏硼酸和三氧化二硼，GUP在180、285和385℃依次分解为聚磷酸胍(GPP)、聚磷酸铵(APP)和多聚磷酸(PPA)。用阻燃剂FRW及其组分处理的木材，其热解均不同于传统的木材热解模式，其中，BZ在较低的温度下(约165℃)即发生明显的失重，说明硼酸的阻燃机理除了传统理论认为的物理覆盖作用以外尚存在化学催化作用(催化脱水)；GUP处理使紫椴木材的最大失重速率出现的温度从375℃(uz)降到314℃(GZ)，同时失重率也显著降低，而成炭率升高；FZ的失重率低于其他处理材。此外，与各种药剂TG曲线之间的相互关系不同，FZ曲线不等于BZ曲线与GZ曲线的简单加和，这3条曲线相互交叉，预示着GUP与硼酸之间存在阻燃协同作用。DTA分析支持了上述结果。此外，BZ的DTA曲线在约425℃产生一个放热峰，说明硼酸的分解产物可能在高温下催化木材热解产物的芳构化。     

氮磷硼复合阻燃桉木胶合板的性能评价

以聚磷酸铵、硼酸和硼砂复配氮磷硼阻燃剂,浸渍处理桉木单板,用以研制阻燃性能优异的桉木胶合板。对胶合板的胶合强度、燃烧性能及单板的热稳定性检测结果表明:在热解过程中,浸渍处理后的单板失重速率减小,质量残余率增大,热稳定性明显改善。适量的氮磷硼阻燃剂可以显著降低胶合板热释放总量和总烟产量,其中总热释放量降低16.53%,总烟产量降低36.33%。聚磷酸铵、硼砂和硼酸表现出良好的协同阻燃抑烟效应。阻燃桉木胶合板的胶合强度略有降低,但均符合国家Ⅱ类胶合板标准。     

木材阻燃剂FRW的阻燃机理

在综合分析热分析法、锥形量热仪法和FTIR法获得的FRW阻燃机理研究结果并吸收木材阻燃机理研究现有成果的基础上,推导进而提出了木材阻燃剂FRW的阻燃机理。其主要内容是:1)FRW阻燃木材受热时,阻燃剂FRW分解产生不燃性气体和不挥发的酸性熔融物质,具有降低体系温度和氧气浓度及屏蔽热辐射的作用,降低了木材的热解速度;2)FRW的组分硼酸和GUP的酸性分解产物催化木材脱水、降解,以及木材热解产物的缩合、聚合、芳构化等反应,能改变木材的热解途径并使其向着有利于炭化的方向变化,FRW显著的催化成炭作用,使阻燃木材的燃烧放热量大大降低,这是FRW阻燃机理的主要方面;3)硼酸与GUP起阻燃作用的温度和方式不同,并且有相互补充的作用,因而表现出阻燃协同效应。     

用FTIR法研究木材阻燃剂FRW的阻燃机理

采用FTIR显微分析技术,对FRW阻燃处理红松木材限制燃烧固相产物的结构进行分析;采用GC_FTIR联机分析方法,对经FRW阻燃剂及其主要组分处理的紫椴木材试样的热解挥发性产物进行分析和鉴定;讨论FRW阻燃处理木材的热解炭化过程、阻燃剂的作用以及热解产物的结构特点。结果表明:FRW阻燃木材受热时,随着温度的升高,在FRW及其分解产物的催化下,木材逐步发生聚糖脱水、半纤维素脱乙酸、聚糖降解、木质素降解、木材热解产物聚合、脂肪族聚合物脱氧及芳构化等反应,最终炭化;FRW阻燃剂改变了木材的热解途径,并且显著降低了挥发性有机化合物的生成量。     

人工林珍贵树种柚木和楸木的热解特性及动力学

木材阻燃体系的选择应考虑其热解特性,选取人工林珍贵树种柚木、楸木和速生材杉木、辐射松为研究对象,通过化学成分和热重（TG）分析试验,研究热解特性、热解动力学模型和参数,为阻燃体系选择提供理论依据。结果表明：四种木材的热解过程均可分为失水、过渡、剧烈降解和成炭等四个阶段;柚木、楸木的最大热解速率温度、活化能和活化因子均低于杉木和辐射松,适用于热解温度相对较低的阻燃体系。     

磷氮硼复配阻燃剂处理竹材的热降解及燃烧性能

采用3种磷酸铵盐(APP、DAP、MAP)分别与硼酸/硼砂复配化合物(SBX)进行复配,对毛竹(Phyllostachys edulis)竹条进行加压浸渍处理,利用热重分析仪、锥形量热仪比较分析了阻燃剂对竹材的热解行为及燃烧性能的影响。结果表明:阻燃处理竹材的热降解过程发生改变,起始降解温度降低,高温热解区间缩短,残余质量分数增加58%~74%。3种复配阻燃剂处理竹材燃烧后都能形成致密炭层,具有良好的阻燃和抑烟性能,其中MAP/SBX复配阻燃剂的阻燃效果最佳,阻燃处理竹材的热释放速率和发烟速率大幅度降低,热释放总量降低48.49%,发烟总量降低84.92%。     

杨木刨花板的热解动力学分析

采用热重分析仪对杨木刨花板进行热解,结合Coats- Redfern法分析热重曲线,探讨了反应机理.结果表明:杨木刨花板的热解过程分为失水干燥、快速热解和慢速热解3个阶段；升温速率的提高使热解最大失重速率增大,热解的各个阶段向高温方向横向偏移.快速热解阶段的反应机理满足D3模型,热解的活化能(E) 107.24 kJ/mol；5、10和20℃/min 3种速率下的指前因子(A)值分别为2.09×105、6.57×105和3.22×105 s-1.     

用CONE法研究木材阻燃剂FRW的阻燃机理

采用锥形量热仪(CONE)法对复合木材阻燃剂FRW处理紫椴木材(FZ)、FRW的组分磷酸脒基脲(GUP)处理紫椴木材(GZ)、硼酸处理紫椴木材(BZ)和未处理的紫椴木材(UZ)的燃烧性进行了系统的测定，通过对上述试样在燃烧时的热释放、质量变化、烟气产生以及尾气成分等实验数据的综合对比分析，讨论了阻燃剂的作用机理。结果表明：1)FRW阻燃剂显著降低了木材的热释放速率(RHR)、总热释放量(1FHR)、有效燃烧热(EHC)、质量损失速率(MLR)、烟比率(SR)、比消光面积(SEA)、CO2的浓度及产率(Yco2)；2)GUP与硼酸之间存在显著的阻燃协同效应；3)FRW阻燃木材的MLR曲线与RHR曲线相似，失重和热释放主要发生在有焰燃烧阶段；4)FRW阻燃处理能显著提高木材燃烧时的成炭率，说明催化成炭是FRW阻燃机理的主要方面。     

椰壳热解炭化热分析研究

椰壳是一种优质活性炭原料,利用同步热重-差热分析仪(TG-DTA)对椰壳的热失重、热效应、热稳定性进行研究,分析了椰壳热解炭化的机理。作者还探讨了椰壳热解温度、升温速度对其炭化得率、分解速率的影响。实验结果表明:在5种升温条件下,椰壳热分析曲线都有两个失重阶段。热解温度区间在200~410℃之间。控制第二失重阶段是椰壳热解炭化的关键,提高升温速率在一定程度上会有利于椰壳热解反应的进行。当升温速率为20℃/m in,此时分解热焓为792.15 J/g,失重为31.925%。热解终温宜选择575℃。为椰壳的炭化工艺优化提供理论依据。     

酚类阻燃剂处理杉木热解过程的热动力学研究

抗流失阻燃剂是当前阻燃剂研究开发的一个重要方向。采用TG DTA热分析技术研究了酚类阻燃剂处理杉木热解过程各阶段的木炭产量和热动力学参数。结果表明 ,酚类阻燃剂阻燃处理杉木的产炭量因苯环上取代基不同而不同 ,其阻燃作用的大小顺序为 :氨基 >溴 >硝基。同时具有氮元素和溴元素的二溴硝基苯酚和二溴氨基苯酚的产炭量都大于相应的单取代苯酚衍生物。浸泡实验后 ,磷酸氢二铵的产炭损失率是二溴硝基苯酚的 5倍。阻燃处理后产炭量的增大总是对应于炭化阶段热解反应峰温降低、反应速率常数增大 ,但产炭量的增大程度与这些热动力学参数的改变是负相关的。因此 ,氮和溴的苯酚衍生物不仅对木材具有很强的阻燃作用 ,而且具有很强的抗浸泡能力 ,氮元素的阻燃作用与其在阻燃剂中的氧化态关系极大 ,氮和溴在木材阻燃中存在协同增效作用 ,阻燃处理对木材的吸湿性也有影响。     

三种木材的渗透性与阻燃处理关系

通过对马尾松、米槠、檫树的渗透性及它们的阻燃剂浸注量的研究发现 ,3种木材的阻燃剂浸注量与它们相应的渗透性呈线性相关 ,相关系数在 0 847～ 0 896之间 ,该结果说明了木材的阻燃处理与木材的渗透性有着密切的关系。     

木材阻燃剂SLB处理木材的阻燃性能研究

选用新型木材阻燃剂SLB对马尾松和南洋楹两种木材进行了阻燃处理,并用氧指数法和木垛法对处理后木材的阻燃性能进行了测试。结果表明：用SLB阻燃剂处理木材,载药量达到40 kg/m^3以上时,阻燃性能达到相关标准的要求,阻燃效果随着载药量的增大而增强。在载药量相近时,南洋楹木材比马尾松木材的阻燃效果显著。     

FR-1阻燃处理材的吸湿性与野外耐腐性

对FR－1阻燃处理材的吸湿性与野外耐腐性进行了初步探讨，试验结果表明：处理材在高温条件下的吸温率未超过28％，达到ASTM技术标准，其效果较目前广泛使用的磷酸二氢铵／硼化物、磷酸氢二钠好。与CCA、ACQ－B处理材相比，FR－1处理材的野外耐腐性效果不佳，不宜在室外与地接触的条件下使用。     

阻燃剂WFRJ1改性木材的体积稳定性和涂饰性能

用阻燃剂ＷＦＲＪ１处理大青杨木材并对处理材的阻燃性能、涂饰性能和体积稳定性进行测定。结果表明：ＷＦＲＪ１可用于木制品的阻燃处理。当ＷＦＲＪ１浓度为１０％时,氧指数可达到５０％以上,与水溶性ＲＦ树脂复配,可大幅度提高处理材的抗胀缩率和阻湿率,增加体积稳定性。经ＷＦＲＪ１处理后杨木单板的涂饰性能未受影响。     

Chemical mechanism of fire retardance of boric acid on wood

It is commonly accepted that the fire retardant mechanism of boric acid is a physical mechanism achieved by the formation of a coating or protective layer on the wood surface at high temperature. Although a char-forming catalytic mechanism has been proposed by some researchers, little direct experimental support has been provided for such a chemical mechanism. In this paper, new experimental results using thermal analysis, cone calorimetry (CONE), and gas chromatography–Fourier transform infrared spectroscopy (GC–FTIR) analysis are presented and the fire retardant mechanism of boric acid on wood is discussed. Basswood was treated with boric acid, guanylurea phosphate (GUP), and GUP–boric acid. Treated wood was then analyzed by thermogravimetry (TG/DTG), differential thermal analysis (DTA), CONE, and GC–FTIR analysis. Thermogravimetry showed that the weight loss of basswood treated with boric acid was about three times that of untreated or GUP-treated wood at 165°C, a temperature at which GUP is stable. The DTA curve showed that boric acid treated basswood has an exothermal peak at 420°C, indicating the exothermal polymerization reaction of charring. CONE results showed that boric acid and GUP had a considerable synergistic fire retardant effect on wood. The GC–FTIR spectra indicated that compounds generated by boric acid treated wood are different than those generated by untreated wood. We conclude that boric acid catalyzes the dehydration and other oxygen-eliminating reactions of wood at a relatively low temperature (approximately 100–300°C) and may catalyze the isomerization of the newly formed polymeric materials by forming aromatic structures. This contributes partly to the effects of boric acid on promoting the charring and fire retardation of wood. The mechanism of the strong fire retardant synergism between boric acid and GUP is due to the different fire retardant mechanisms of boric acid and GUP and the different activation temperatures of these two chemicals.The Forest Products Laboratory is maintained in cooperation with the University of Wisconsin. This article was written and prepared by U.S. Government employees on official time, and it is therefore in the public domain and not subject to copyright. The use of trade or firm names in this publication is for reader information and does not imply endorsement by the U.S. Department of Agriculture of any product or service.     

阻燃木材应具备的产品性能

本文概述了使用阻燃木材的必要性,论述了传统型和第二代木材阻燃剂的主要差别,讨论了阻燃木材应具备的产品性能,特别是难燃性,吸湿性,强度,使用寿命。     

木材防腐的现状及研究开发方向

对国内外木材防腐、阻燃的研究与产业状况进行了概述,并对我国木材防腐、防蓝变、阻燃技术的研究开发提出了建议,如在低毒对环境无害的防腐剂、防蓝变药剂、抗渗出/抗吸湿阻燃技术的研究开发与推广应用方面.并对国内木材防腐产业的前景进行了分析,如用于建材等领域.