阻燃木材

木材及木塑复合材料的阻燃性能研究进展

木材阻燃机理主要有覆盖理论、热理论、不燃气体冲淡理论、自由基捕集理论、炭量增加和挥发物减少理论；人造板阻燃处理主要是在生产工序中添加阻燃剂和成板处理两种方法，高压处理法是最重要的工业化方法；以FRW阻燃剂、BL-环保阻燃剂为代表的磷-氮-硼系阻燃剂仍旧是木材阻燃剂的主流。对于木塑复合材料的阻燃研究尚处于起步阶段，一般采用对木纤维和基体分别阻燃的手段；研制高效膨胀型木材阻燃剂和将纳米技术应用于木材阻燃剂制造，开发阻燃效率高、低烟、低毒、环境友好等多功能复合阻燃剂将是今后阻燃剂研究领域的发展方向。

公元前4世纪，古罗马人已知用醋液,以后又用明矾溶液浸泡木材，以增强其抗燃性。在古希腊、埃及和中国，也有用海水、明矾和盐水浸渍，以提高木材阻燃性能的。但直到15～16世纪，阻燃处理的方法都比较简单。到17～18世纪才开始有获得专利的阻燃剂和处理方法。但木材阻燃作为工业技术则迟至19世纪末20世纪初才首先在欧美一些工业先进的国家得到发展，并形成了阻燃处理工业。20世纪40年代，战争的需要加速了这一工业的发展；50～60年代的阻燃剂仍以无机盐类为主，但采用了更多的、新的复合型阻燃剂，增强了阻燃效果。60年代以后有机型阻燃剂、特别是树脂型阻燃剂得到发展，为克服无机盐类易流失、易吸湿等缺点提供了可能。

木材燃烧和阻燃机理 当木材遇100℃高温时,木材中的水分开始蒸发；温度达180℃时,可燃气体如一氧化碳、甲烷、甲醇以及高燃点的焦油成分等开始分解产生； 250℃以上时木材热解急剧进行，可燃气体大量放出,就能在空气中氧的作用下着火燃烧；400～500℃时，木材成分完全分解，燃烧更为炽烈。燃烧产生的温度最高可达900～1100℃。

木材燃烧时,表层逐渐炭化形成导热性比木材低(约为木材导热系数的1/3～1/2)的炭化层。 当炭化层达到足够的厚度并保持完整时，即成为绝热层，能有效地限制热量向内部传递的速度，使木材具有良好的耐燃烧性。利用木材这一特性，再采取适当的物理或化学措施，使之与燃烧源或氧气隔绝，就完全可能使木材不燃、难燃或阻滞火焰的传播，从而取得阻燃效果。

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，即阻燃剂处理木材。阻燃剂的作用机理是在木材表面形成保护层，隔绝或稀释氧气供给；或遇高温分解，放出大量不燃性气体或水蒸气，冲淡木材热解时释放出的可燃性气体；或阻延木材温度升高，使其难以达到热解所需的温度；或提高木炭的形成能力，降低传热速度；或切断燃烧链，使火迅速熄灭。良好的阻燃剂安全、有效、持久而又经济。

根据阻燃处理的方法，阻燃剂可分为两类：①阻燃浸注剂。用满细胞法注入木材。又可分为无机盐类和有机两大类。无机盐类阻燃剂(包括单剂和复剂)主要有磷酸氢二铵[(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)、硼酸(HBO)、硼酸铵[(NH)BO·4HO]以及液体聚磷酸铵等。有机阻燃剂(包括聚合物和树脂型)主要有用甲醛、三聚氰胺、双氰胺、磷酸等成分制得的MDP阻燃剂,用尿素、双氰胺、甲醛、磷酸等成分制得的UDFP胺基树脂型阻燃剂等。此外，有机卤化烃一类自熄性阻燃剂也在发展中。②阻燃涂料。喷涂在木材表面。也分为无机和有机两类：无机阻燃涂料主要有硅酸盐类和非硅酸盐类。有机阻燃涂料主要可分为膨胀型和非膨胀型。前者如四氯苯酐醇酸树脂防火漆及丙烯酸乳胶防火涂料等；后者如过氯乙烯及氯苯酐醇酸树脂等。

物理方法 从木材结构上采取措施的一种方法。主要是改进结构设计，或增大构件断面尺寸以提高其耐燃性；或加强隔热措施，使木材不直接暴露于高温或火焰下：如用不燃性材料包复、围护构件,设置防火墙,或在木框结构中加设挡火隔板，利用交叉结构堵截热空气循环和防止火焰通过，以阻止或延缓木材温度的升高等。

工业发达国家的木材防火或阻燃处理以化学方法占主要地位；中国以往则多以结构措施为主，而后来化学方法也有一定的发展。随着高层建筑、地下建筑的增多，航空及远洋运输事业的发展，以及古代建筑和文物古迹的维修保护等的日益受到重视，木材防火和阻燃处理的应用和改进将成为迫切需要。

由北京盛大华源科技有限公司生产的阻燃剂ZRM是一种受专利保护的阻燃剂。主要用途之一是生产符合GB8624-2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》标准规定的等级B和C的阻燃木材。

产品不含其它任何有毒或有害物质。

ZRM阻燃剂不仅具有卓越的阻燃性能，而且可以提高制品的力学性能，降低产品的甲醛释放量、避免游离甲醛对环境的污染。

与现有技术相比的特点

1. 对产品的胶合强度没有影响。

2. 吸湿性能低，高温高湿环境产品平衡含水率与普通板一致。

3. 对饰面和油漆等二次加工性能没有影响。

阻燃机理

ZRF阻燃剂是根据含磷－氮－碳－硼－铝－钛－钠的协同作用开发而成的。

遇火时，该复合物将产生一系列化学反应：

① 将热源对板材的热辐射反射回去，降低板材的温度。

② 阻燃剂分解吸收大量热量，从而降低表面温度。

③ 热分解产生的水蒸气和其它惰性气体降低了制品周围的氧气浓度，中断了燃烧连锁反应。

④ 发泡和熔融产生的玻璃态覆盖层，大幅度降低了氧气和热量向纤维板内部的传递。

⑤ 迅速与木材热解释放出的高能物质H 结合,避免其与氧气产生燃烧反应。

⑥ 磷－氮－硼－铝催化剂，使纤维素和半纤维素脱水炭化，变为非活性炭结构C=C，使木材的燃烧热能降低70%以上。

⑦ 非活性炭结构C=C覆盖在表层，加速内部非活性炭层的形成。

对环境安全

对建筑材料的环保性和毒理学性关注正在日益增加。

含卤系阻燃剂对环境具有极为严重的破坏作用，仅用于合成物及聚合物中。

ZRM阻燃剂是根据含磷－氮－碳－硼－铝－钛－钠的协同作用开发而成的，不含有任何对环境有害的成分。

利用阻燃剂ZRM生产阻燃木材的工艺

阻燃剂ZRM是白色块状化合物：

pH (10克/100毫升H2O): 5.5～7.0

水溶性： 30克/100毫升H2O（25℃）

单位密度： 600～700公斤/立方米

含水量： 小于8%

阻燃木材生产工艺--常压浸渍法：

1. 在容器中放入750公斤水，加入250公斤阻燃剂ZRM，搅拌，使阻燃剂溶解变为透明溶液；

2. 将木材放入阻燃浸渍处理槽中，固定；

3. 在阻燃浸渍处理槽中加入阻燃剂，阻燃剂液面高出木材上表面10厘米以上；

4. 在加热管中通入加热介质，使阻燃剂溶液的温度维持在55～60℃；

5. 根据木材的种类和厚度，浸渍时间为1～120小时；

6. 阻燃剂吸收量：干阻燃剂/干木材=11～13%。事先取3～5块同规格的木材，标号、称重（G0），将试样分散装入浸渍槽；浸渍一段时间后，取出试样，称重（G1）；阻燃剂吸收量=25*（G1-G0）/G0。如果阻燃剂吸收量不足，延长浸渍时间；

7. 取出木材；

8. 干燥至合适的含水率。

阻燃木材生产工艺—真空高压浸渍法：

1. 在容器中放入750公斤水，然后加入250公斤阻燃剂ZRM。搅拌，使阻燃剂溶解变为透明溶液；

2. 将木材装入高压浸渍罐中，盖好盖；

3. 抽真空至600～650毫米汞柱，保持30～60分钟；

4. 打开连接阻燃剂储存罐的阀门，依靠真空将阻燃剂导入高压浸渍罐中，阻燃剂充满浸渍罐时解除真空，关闭真空阀门；

5. 缓慢加压到0.8～1.2MPa，并保持1～4小时。保持时间根据木材树种和厚度确定；

6. 阻燃剂吸收量：干阻燃剂/干木材=11～13%。事先取3～5块同规格的木材，标号、称重（G0）。将试样分散装入浸渍槽，浸渍一段时间后，取出试样，称重(G1)，阻燃剂吸收量=25*(G1-G0)/G0。如果阻燃剂吸收量不足，延长浸渍时间。

7. 解除压力，排出药剂，关闭加压阀和连接阻燃剂储存罐的阀门；

8. 抽真空至600～650毫米汞柱，保持10～15分钟；

9. 解除真空，取出木材；

干燥至合适的含水率。

2018年9月17日，《阻燃木材燃烧性能试验—火传播试验方法》发布。

2019年4月1日，《阻燃木材燃烧性能试验—火传播试验方法》实施。