木材阻燃剂的发展现状与趋势

木材阻燃剂的发展现状与趋势

摘要：随着经济的快速发展，人们的生活水平得到了不断地提高，木材也越来越多的被人们用于建筑和室内装饰。木材是传统的工业材料，同时也是重要的建筑工程及生活用品材料。然而，由于木材是一种可燃性的材料，其广泛使用增加了火灾发生的可能性，这对建筑物以及所有木材制品的使用都带来了一定的安全隐患。但通过阻燃技术的使用，使得木材的应用领域更加广阔，同时又使得建筑装饰用木材的防火安全性得到了很大的提高。主要介绍了木材的阻燃理论，研究了木质材料的阻燃技术，并对其发展趋势进行了简单的分析。

关键词：木质材料；阻燃技术；现状；趋势

1 引言

近年来，随着人们生活水平的提高，木质材料作为重要的工业工程材料得到了广泛地使用。然而，木质材料的可燃性增加了其使用时发生火灾的可能性。为了减少火灾的发生，木材阻燃技术得到了快速的发展。木材阻燃技术的使用，有效地保障了木质材料使用的安全性，对促进木材的广泛使用有着积极的作用。下面将谈谈木材阻燃技术研究的现状及发展趋势。

2 木材阻燃机理的研究

2.1 木材的燃烧理论

木质材料是固体可燃物，其燃烧过程与气体和液体不同。气体和液体的燃烧是均相燃烧，而木质材料的燃烧需要通过热分解生成可燃气体而形成气相燃烧；热分解剩余的残渣（炭）的燃烧是固相燃烧，此过程被称为非均相燃烧。

木材燃烧过程包括一系列复杂的物理和化学反应。加热温度在100~200 ℃，木材开始分解，产生二氧化碳气体、水蒸气和少量可燃性气体，如一氧化碳等。在这个过程中木材吸收的热量大于放出的热量，无明显的燃烧现象。当温度达280 ℃时，木材开始真正热分解，分解出一氧化碳、甲烷、乙烯和乙炔等可燃性气体。伴随着烟的产生，燃烧由吸热反应转入放热反应。到320 ℃时，木材化学组分发生巨大变化，但仍保持木材细胞及组织的结构，烟生成中止，进入了炭化阶段。当温度高于450 ℃时，热分解的残余物质表面与氧反应形成固相燃烧。在实际火灾中木质材料的燃烧温度可高达800~1300 ℃。

2.2 木材的阻燃机理

目前已有不少关于木材阻燃机理的论述，归纳如下：

1）障碍理论：依靠阻燃剂的表面覆盖作用阻止木材表面与周围环境进行物质和能量交换，既切断了氧气的供给，又抑制了可燃性气体的产生，有效地减缓了木材的热解。

2）热理论：由于阻燃剂在木材中起散热、吸热和隔热作用，有效地抑制木材达到热分解温度和着火点。

3）不燃气体稀释理论：阻燃剂受热时分解出不燃气体而降低燃烧面周围的热量。同时，不燃性气体稀释了可燃性气体的浓度，干扰了燃烧连锁反应。

4）自由基捕获理论：卤素系列等阻燃剂在热分解温度下能生成活性很高的游离基。这些游离基能捕获木材燃烧时释放出的活性极强的OH-和H＋，干扰燃烧连锁反应。

5）增炭理论（或挥发物降低理论）：阻燃剂催

3 木材阻燃剂

3.1 无机型阻燃剂

无机类木材阻燃剂是历史最悠久的阻燃剂。其发展至今已经历了三代。第一代无机木材阻燃剂主要是各种水溶性无机盐或其混合物，如各种铵盐、硫酸盐、卤化物及硫酸铝钾等盐类或复盐的混合物等；第二代木材阻燃剂是在阻燃协同作用的基础上，以磷-氮、磷-卤、磷-氮-硼等不同复合方式制备的无机阻燃剂品种；第三代无机木材阻燃剂是以分子量大的水溶性低聚物聚磷酸铵代替磷酸铵，或采用木材内部反应法生成不溶性阻燃剂。

3.2 有机型阻燃剂

有机类阻燃剂的主要成分是含磷、氮、硼元素的多元复合体系，其机理是通过聚合或缩聚反应将磷、氮或卤素结合到高聚物的主链上和侧链中。理想的有机木材阻燃剂应当无甲醛释放、低迁移、低吸湿、一剂多效、价格适当。其发展也经历了三个阶段。第一个阶段主要是以尿素、双氰铵或三聚氰铵代替铵而制备的磷酸盐与硼酸等含硼化合物复合得到的有机氮-磷-硼阻燃体系；第二阶段主要是以尿素、双氰铵和三聚氰铵等氨基化合物的羟甲基化为特征的有机氮一磷或有机氮-磷-硼复合阻燃体系；第三个阶段主要是无甲醛释放、低迁移、低吸湿或基本不吸湿的一剂多效型的阻燃剂。木质材料经这类阻燃剂处理后，可一次性获得阻燃、防腐、防虫以及尺寸稳定性等众多特性。

3.3 树脂型阻燃剂

树脂型阻燃剂主要是氨基树脂。原理是在甲醛、尿素、双氰

胺、三聚氰胺树脂制造过程中加入磷氮系化合物，通过树脂的固化形成抗流失性的阻燃剂。浸渍木材后，在干燥的过程中树脂固化，对阻燃剂中易流失的阻燃成分产生包覆固着作用，从而起到改善阻燃剂的抗流失、迁移和吸湿等缺点的作用。

3.4 反应型阻燃剂

利用木材分子上的羟基、羰基、苯基，通过酯化、酯交换、醚化、酰化、缩聚等反应，通过形成稳定的化学键将阻燃元素或含阻燃元素的基团结合到木材分子上，所得到的阻燃木材不仅具有抗流失强、耐久性好的特点，而且分布在木材上阻燃元素都是以单分子状态存在，因此单位物质量阻燃剂的阻燃效率较高。用含有磷酸和脲胺类或酰类的磷酸酯化试剂浸渍木材，然后在高于100℃但低于木材热降解温度的条件下加热，生成稳定的酸性磷酸酯盐，所得材料具有很高的阻燃性能。

4 木材阻燃剂研究现状

近年来，具有阻燃和防腐、防霉等能力的多效木材阻燃剂，以及适应不同阻燃处理方法以满足市场需求的新型木材阻燃剂受到一定重视。谭永良由氧化锌、溴化锌、氯化锌、硫酸锌、硫酸铵、磷酸氢铵、磷酸钠、硼酸、硼砂等无机盐或氧化物复配制得木材阻燃防腐剂，采用满细胞法处理木材或胶合板（中国专利94100309，1994）。王广仪等由磷酸、氨水、碳酰胺、铵盐、硼酸盐、苯甲酸盐和纤维素醚或复合纤维素醚、饱和脂肪酸盐复配制得新型阻燃防火液，其阻燃、防霉、杀菌效果俱佳，适于用喷、涂和浸渍等方法处理木材、纸张、化纤及纺织品（中国专利95111015，1995）。

采用吸湿性低的无机物质作为木材阻燃剂显然能解决无机阻燃剂吸湿性大的问题，但是吸湿性低的无机物通常是不溶于水的，难以用于木材处理。日本专利（JP62116102，1987）报导，用粒子直径小于0.1微米的磷灰石悬浮液浸渍木材，可赋予木材以阻燃和杀虫性质，这是化学工业中超细粉体技术在木材处理领域应用的有益尝试。