阻燃木材概況

公元前4世紀(jì)，古羅馬人已知用醋液,以后又用明礬溶液浸泡木材，以增強(qiáng)其抗燃性。在古希臘、埃及和中國(guó)，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(jì)，阻燃處理的方法都比較簡(jiǎn)單。到17～18世紀(jì)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(yè)技術(shù)則遲至19世紀(jì)末20世紀(jì)初才首先在歐美一些工業(yè)先進(jìn)的國(guó)家得到發(fā)展，并形成了阻燃處理工業(yè)。20世紀(jì)40年代，戰(zhàn)爭(zhēng)的需要加速了這一工業(yè)的發(fā)展；50～60年代的阻燃劑仍以無(wú)機(jī)鹽類為主，但采用了更多的、新的復(fù)合型阻燃劑，增強(qiáng)了阻燃效果。60年代以后有機(jī)型阻燃劑、特別是樹脂型阻燃劑得到發(fā)展，為克服無(wú)機(jī)鹽類易流失、易吸濕等缺點(diǎn)提供了可能。

木材燃燒和阻燃機(jī)理 當(dāng)木材遇100℃高溫時(shí),木材中的水分開始蒸發(fā)；溫度達(dá)180℃時(shí),可燃?xì)怏w如一氧化碳、甲烷、甲醇以及高燃點(diǎn)的焦油成分等開始分解產(chǎn)生； 250℃以上時(shí)木材熱解急劇進(jìn)行，可燃?xì)怏w大量放出,就能在空氣中氧的作用下著火燃燒；400～500℃時(shí)，木材成分完全分解，燃燒更為熾烈。燃燒產(chǎn)生的溫度最高可達(dá)900～1100℃。

木材燃燒時(shí),表層逐漸炭化形成導(dǎo)熱性比木材低(約為木材導(dǎo)熱系數(shù)的1/3～1/2)的炭化層。 當(dāng)炭化層達(dá)到足夠的厚度并保持完整時(shí)，即成為絕熱層，能有效地限制熱量向內(nèi)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，再采取適當(dāng)?shù)奈锢砘蚧瘜W(xué)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。

木材阻燃方法 包括化學(xué)方法和物理方法。

化學(xué)方法 主要是用化學(xué)藥劑，即阻燃劑處理木材。阻燃劑的作用機(jī)理是在木材表面形成保護(hù)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(shí)釋放出的可燃性氣體；或阻延木材溫度升高，使其難以達(dá)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(jīng)濟(jì)。

根據(jù)阻燃處理的方法，阻燃劑可分為兩類：①阻燃浸注劑。用滿細(xì)胞法注入木材。又可分為無(wú)機(jī)鹽類和有機(jī)兩大類。無(wú)機(jī)鹽類阻燃劑(包括單劑和復(fù)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(jī)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、磷酸等成分制得的MDP阻燃劑,用尿素、雙氰胺、甲醛、磷酸等成分制得的UDFP胺基樹脂型阻燃劑等。此外，有機(jī)鹵化烴一類自熄性阻燃劑也在發(fā)展中。②阻燃涂料。噴涂在木材表面。也分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩類：無(wú)機(jī)阻燃涂料主要有硅酸鹽類和非硅酸鹽類。有機(jī)阻燃涂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涂料等；后者如過氯乙烯及氯苯酐醇酸樹脂等。

物理方法 從木材結(jié)構(gòu)上采取措施的一種方法。主要是改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，或增大構(gòu)件斷面尺寸以提高其耐燃性；或加強(qiáng)隔熱措施，使木材不直接暴露于高溫或火焰下：如用不燃性材料包復(fù)、圍護(hù)構(gòu)件,設(shè)置防火墻,或在木框結(jié)構(gòu)中加設(shè)擋火隔板，利用交叉結(jié)構(gòu)堵截?zé)峥諝庋h(huán)和防止火焰通過，以阻止或延緩木材溫度的升高等。

工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的木材防火或阻燃處理以化學(xué)方法占主要地位；中國(guó)以往則多以結(jié)構(gòu)措施為主，而后來化學(xué)方法也有一定的發(fā)展。隨著高層建筑、地下建筑的增多，航空及遠(yuǎn)洋運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，以及古代建筑和文物古跡的維修保護(hù)等的日益受到重視，木材防火和阻燃處理的應(yīng)用和改進(jìn)將成為迫切需要。

由北京盛大華源科技有限公司生產(chǎn)的阻燃劑ZRM是一種受專利保護(hù)的阻燃劑。主要用途之一是生產(chǎn)符合GB8624-2006《建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的等級(jí)B和C的阻燃木材。

產(chǎn)品不含其它任何有毒或有害物質(zhì)。

ZRM阻燃劑不僅具有卓越的阻燃性能，而且可以提高制品的力學(xué)性能，降低產(chǎn)品的甲醛釋放量、避免游離甲醛對(duì)環(huán)境的污染。

與現(xiàn)有技術(shù)相比的特點(diǎn)

1. 對(duì)產(chǎn)品的膠合強(qiáng)度沒有影響。

2. 吸濕性能低，高溫高濕環(huán)境產(chǎn)品平衡含水率與普通板一致。

3. 對(duì)飾面和油漆等二次加工性能沒有影響。

阻燃機(jī)理

ZRF阻燃劑是根據(jù)含磷－氮－碳－硼－鋁－鈦－鈉的協(xié)同作用開發(fā)而成的。

遇火時(shí)，該復(fù)合物將產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)：

① 將熱源對(duì)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(chǎn)生的水蒸氣和其它惰性氣體降低了制品周圍的氧氣濃度，中斷了燃燒連鎖反應(yīng)。

④ 發(fā)泡和熔融產(chǎn)生的玻璃態(tài)覆蓋層，大幅度降低了氧氣和熱量向纖維板內(nèi)部的傳遞。

⑤ 迅速與木材熱解釋放出的高能物質(zhì)H 結(jié)合,避免其與氧氣產(chǎn)生燃燒反應(yīng)。

⑥ 磷－氮－硼－鋁催化劑，使纖維素和半纖維素脫水炭化，變?yōu)榉腔钚蕴拷Y(jié)構(gòu)C=C，使木材的燃燒熱能降低70%以上。

⑦ 非活性炭結(jié)構(gòu)C=C覆蓋在表層，加速內(nèi)部非活性炭層的形成。

對(duì)環(huán)境安全

對(duì)建筑材料的環(huán)保性和毒理學(xué)性關(guān)注正在日益增加。

含鹵系阻燃劑對(duì)環(huán)境具有極為嚴(yán)重的破壞作用，僅用于合成物及聚合物中。

ZRM阻燃劑是根據(jù)含磷－氮－碳－硼－鋁－鈦－鈉的協(xié)同作用開發(fā)而成的，不含有任何對(duì)環(huán)境有害的成分。

利用阻燃劑ZRM生產(chǎn)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： 小于8%

阻燃木材生產(chǎn)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?yōu)橥该魅芤海?

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(zhì)，使阻燃劑溶液的溫度維持在55～60℃；

5. 根據(jù)木材的種類和厚度，浸漬時(shí)間為1～120小時(shí)；

6. 阻燃劑吸收量：干阻燃劑/干木材=11～13%。事先取3～5塊同規(guī)格的木材，標(biāo)號(hào)、稱重（G0），將試樣分散裝入浸漬槽；浸漬一段時(shí)間后，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(zhǎng)浸漬時(shí)間；

7. 取出木材；

8. 干燥至合適的含水率。

阻燃木材生產(chǎn)工藝—真空高壓浸漬法：

1. 在容器中放入750公斤水，然后加入250公斤阻燃劑ZRM。攪拌，使阻燃劑溶解變?yōu)橥该魅芤海?

2. 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. 打開連接阻燃劑儲(chǔ)存罐的閥門，依靠真空將阻燃劑導(dǎo)入高壓浸漬罐中，阻燃劑充滿浸漬罐時(shí)解除真空，關(guān)閉真空閥門；

5. 緩慢加壓到0.8～1.2MPa，并保持1～4小時(shí)。保持時(shí)間根據(jù)木材樹種和厚度確定；

6. 阻燃劑吸收量：干阻燃劑/干木材=11～13%。事先取3～5塊同規(guī)格的木材，標(biāo)號(hào)、稱重（G0）。將試樣分散裝入浸漬槽，浸漬一段時(shí)間后，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(zhǎng)浸漬時(shí)間。

7. 解除壓力，排出藥劑，關(guān)閉加壓閥和連接阻燃劑儲(chǔ)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；

干燥至合適的含水率。

木材及木塑復(fù)合材料的阻燃性能研究進(jìn)展

木材阻燃機(jī)理主要有覆蓋理論、熱理論、不燃?xì)怏w沖淡理論、自由基捕集理論、炭量增加和揮發(fā)物減少理論；人造板阻燃處理主要是在生產(chǎn)工序中添加阻燃劑和成板處理兩種方法，高壓處理法是最重要的工業(yè)化方法；以FRW阻燃劑、BL-環(huán)保阻燃劑為代表的磷-氮-硼系阻燃劑仍舊是木材阻燃劑的主流。對(duì)于木塑復(fù)合材料的阻燃研究尚處于起步階段，一般采用對(duì)木纖維和基體分別阻燃的手段；研制高效膨脹型木材阻燃劑和將納米技術(shù)應(yīng)用于木材阻燃劑制造，開發(fā)阻燃效率高、低煙、低毒、環(huán)境友好等多功能復(fù)合阻燃劑將是今后阻燃劑研究領(lǐng)域的發(fā)展方向。

2018年9月17日，《阻燃木材燃燒性能試驗(yàn)—火傳播試驗(yàn)方法》發(fā)布。

2019年4月1日，《阻燃木材燃燒性能試驗(yàn)—火傳播試驗(yàn)方法》實(shí)施。