国内外阻燃刨花板的研究现状

即在刨花板表面喷涂一层不燃涂料, 使刨花板隔离热源, 防止板面接触空气, 降低板 的燃烧性能[11 ]。
(1) 无机防火涂料。 在大多数无机涂料中, 硅酸钠是一种基本原料, 其防火效力大, 且 具有膨胀性。其他还有硼砂、硼酸等。无机涂料配制较简单, 操作方便, 成本比有机涂料低, 但抗流失性差。
(2) 有机防火涂料。分 2 种类型: 一是涂料受热产生沸泡和膨胀, 形成蜂窝状木炭而阻 燃。二是依靠涂料本身不燃性与低的热传导而阻燃。特点是阻燃剂抗流失性好, 喷涂工艺 简单, 但成本高。 4. 1. 3 刨花板表面贴各种耐火材料
H seekam p 对密度为 0. 60 g cm 3, 厚 10 mm 的刨花板的燃烧性能进行了试验。发现 与木材相比, 刨花板具有一定的阻燃性。其原因主要为[4]: (1) 刨花板是木质碎料上施加适 当的胶粘剂, 经铺装、热压而成的板材。由于胶粘剂本身具有一定的阻燃性, 故刨花板阻燃 性能优于木材; (2) 由于刨花板结构的多孔性, 热传导率低, 对碳化作用有较强的抵抗作 用; (3) 由于板表面的多孔性, 燃烧时易形成炭化层, 阻止了热量向板深层的传递及氧化剂 的供给; (4) 片状结构使热膨胀率减少, 受热时板内应力小, 减轻了板的变形, 表层剥离也 少。
将阻燃剂溶液与湿刨花适当混合或将粉状阻燃剂加入湿刨花中, 通过浓度梯度作用, 阻燃剂在短时间内很快渗透到刨花内部。 用该法, 阻燃剂带入的水分在刨花干燥时蒸发, 不会增加板坯含水率, 以便加入足够的阻燃剂, 如果阻燃剂分布均匀, 即能生产出符合要 求的产品。 该法缺点是某些阻燃剂在刨花干燥过程中会产生热分解, 降低阻燃效果, 干燥 机的负荷增加; 阻燃剂必须是中性或碱性, 否则干燥时会降低刨花强度; 需增加一个湿刨
根据木材在燃烧时的失重速度及热能变化 (吸热或放热) , 可将木材的燃烧过程分为 3 个阶段: 吸热阶段、有焰燃烧 (热分解) 阶段、无焰燃烧阶段[3]:
(1) 吸热阶段。 温度界限≤260℃, 木材吸收的热量大于放出的热量, 无明显的燃烧现 象。
Ξ 收稿日期: 2001- 12- 28
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3 刨花板用阻燃剂
关于木材的阻燃剂, 目前已有大量报道, 但并非适于木材的阻燃剂均适于刨花板的阻 燃处理。在选择刨花板用阻燃剂时, 除与木材有相同的要求: (1) 稳定; (2) 无毒; (3) 吸湿性 低; (4) 不腐蚀金属; (5) 不促进腐朽和虫害; (6) 不使材质劣化; (7) 不影响涂饰性; (8) 对加 工性能无恶劣影响; (9) 处理容易; (10) 经济等外, 要求阻燃剂对树脂胶的使用性能和刨花 板的物理力学性能没有大的影响, 也不使刨花板生产工艺有大的变化。刨花板用阻燃剂可 分为 3 类[5, 。 10 ] 3. 1 无机阻燃剂
为了改善无机阻燃剂的流失性, 改善产品的性能, 近些年来, 一些抗流失、不会严重影 响刨花板物理力学性能的有机阻燃剂被研究和开发。主要特点是抗流失, 对刨花板的物理 力学性能影响较小。 缺点是阻燃性能不稳定、成本高、燃烧时产生较多的烟和气体。 3. 3 树脂型阻燃剂
这是最近十几年来研制的新型阻燃剂。其原理是在甲醛、尿素、双氰胺、三聚氰胺树脂 制造过程中加入磷酸或磷- 氮系化合物, 通过树脂的固化形成抗流失的阻燃剂, 如尿素双氰胺- 甲醛- 磷酸 (U D FP ) 树脂, 三聚氰胺- 双氰胺- 甲醛- 磷酸 (M D FP ) 树脂以及
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国内外阻燃刨花板的研究现状
那 斌 周定国
(南京林业大学木材工业学院, 南京 210037) Ξ
主要有磷系、卤系、硼系、氮系阻燃剂以及A l (O H ) 3 和M g (O H ) 2。无机阻燃剂的特点 是来源广泛, 价格低, 阻燃性能好, 在制品燃烧时释放的烟和有毒气体少, 至今仍作为主要 的阻燃剂广泛应用于塑料及木质材料等的阻燃处理, 用量占阻燃剂总量的 60% 以上。 但 无机阻燃剂吸湿性强, 抗流失性差, 不能用于室内高湿度的环境中, 不能用在室外和与水 接触的环境中, 产品表面起霜、变色, 影响产品外观, 油漆较困难; 对金属有腐蚀性, 对刨花 板材质、强度及吸水性都有不利影响。 3. 2 有机阻燃剂
(3) 气体稀释作用。由于热作用, 阻燃剂分解产生不燃性气体, 降低了混合物体中可燃 性气体的浓度, 使其达不到燃烧的临界浓度。 如氮系中的铵盐阻燃剂。
(4) 阻止连锁反应作用。 以阻燃剂热分解产生的气体作为催化剂, 使可燃性气体发生 化学反应变为不燃性气体, 中断了可燃气体燃烧的连锁反应。 卤素原子化学活性高, 吸热
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花储藏箱, 使阻燃剂有足够时间渗入刨花。 用阻燃剂溶液, 刨花吸药量不易控制且造成浪 费, 药液将造成环境污染[5, 10 ]。 4. 2. 2 在铺装过程中加入阻燃剂
此法是在刨花板坯成型前用气流铺装设备, 把一定量的阻燃剂铺装到板坯中的一部 分, 这样不但能避免砂光时阻燃剂的损失, 而且可以使最小量的阻燃剂发挥出最大的阻燃 效果。 此法简单, 但刨花板的物理力学性能有所下降, 而且并不是所有类型的铺装过程都 适合填加阻燃剂[5 ]。 4. 2. 3 阻燃剂与胶、刨花混合搅拌进行阻燃处理
2 阻燃机理[5～ 9 ]
作用
隔热作用 物理作用
热作用 吸热作用
热传导作用
阻燃机理 防焰机理
气体稀释作用
气体作用
阻止连锁反应作用
脱水碳化作用 化学作用
与氢结合作用
防止表面灼热燃烧机理: 物理作用、化学作用
(1) 覆盖作用。在木材热分解产生可燃性气体以前, 阻燃剂熔融覆盖在木材表面, 在抑 制可燃性气体产生的同时, 隔绝了热量及氧气的供给, 以达到阻燃的目的。 如在板中掺入 不燃材料、发泡性阻燃剂以及板表面覆盖防火涂料。
摘要 综合论述了国内外刨花板的燃烧理论、阻燃剂的阻燃机理及刨花板用阻 燃剂、阻燃处理工艺及阻燃效果测试方法等方面的研究成果, 介绍了阻燃刨花板 的发展及国内存在的问题和发展对策。 关键词 刨花板 阻燃处理
自 20 世纪 70 年代以来, 刨花板工业得到了迅速发展, 刨花板在建筑、家具、船舶及车 辆内装修等方面部分代替了木材和胶合板。随着世界刨花板工业的不断发展, 刨花板的应 用范围不断扩大。
(2) 有焰燃烧 (热分解) 阶段。 温度界限为 260～ 450℃, 纤维素、半纤维素和木质素进 行激烈的热分解反应, 产生大量热分解产物, 发生氧化反应, 产生有焰燃烧, 释放大量热 量。
(3) 阴燃- 无焰燃烧阶段。温度界限为 450～ 1 500℃, 气体和液体产物极少 (1. 7% 左 右) , 通常依靠外部供热, 进行木炭的燃烧。 木材的有焰燃烧必须具备以下 4 个条件: 可燃 物、热量、氧气及燃烧连锁反应。 木材的无焰燃烧必须具备以下 3 个条件: 可燃物、热量及 氧气。 只要上述条件缺少一个, 燃烧就难于维持。
(5) 脱水碳化作用。 阻燃剂受热分解产生酸基或盐基, 促使纤维脱水形成碳。 该理论 为:
(C6+ H 10O 5) n H + 6nC + 5nH 2O H 3PO 4·M FA C 是该类阻燃剂的代表之一。 (6) 氢结合作用。阻燃剂与木材组成间产生新的结合, 抑制木材的热分解。如磷酸、硫 酸盐中的O、2O H、2N H 2 等与纤维素及木素的氢结合, 形成不可燃物。 (7) 表面灼热燃烧的化学作用。是在阻燃剂的存在下, 降低发热量, 使表面不能维持燃 烧。 C + 1 2 O 2 →CO + 26. 43 kca l m o l; CO + 1 2 O 2 →CO 2 + 67. 96 kca l m o l; C + O 2 → CO 2+ 96. 39 kca l m o l. 在缺氧的情况下, 二次反应减少, 释放的热量大大降低。
(2) 热作用。 ①隔热作用: 阻止热量向材料表面的供给。 其一是形成玻璃状熔融物及 发泡物。 其二是促进碳化层的形成, 以达到隔热作用。 如硼酸、硼砂等硼系化合物。 ②吸 热作用: 由于阻燃剂的分解及熔融等吸热反应, 防止木材达到热分解温度及着火温度。 ③ 热传导作用: 加速热量的扩散, 降低木材的温度及热积累。
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H 3PO 4·D FA C 胶粘剂、H 3BO 3·M FA C 胶粘剂及 H 3PO 4·M FA C 胶粘剂等。树脂型阻燃 剂既抗流失, 又不影响产品外观颜色, 价格处在无机和有机阻燃剂之间, 对刨花板强度影 响小, 耐腐蚀。 缺点是阻燃效果不很理想, 不如某些无机阻燃剂。
关于刨花板的燃烧理论, 目前尚无报道。 但由于刨花板的化学组成与木材基本相似, 故刨花板的燃烧理论与木材基本上是相似的。
构成木材的基本元素是碳、氢、氧, 其含量分别为 49. 9%、6. 4%、42. 6% 左右。此外还 有 1% 的氮及一些其他微量元素。 由这些元素组成占木材 90% 的纤维素、半纤维素、木质 素以及占木材 10% 的浸提成分 (挥发油、树脂、鞣质和其他酚类化合物)。 纤维素、半纤维 素 和 木 质 素 在 木 材 中 所 占 的 重 量 百 分 比 分 别 为 40%～ 50%、20%～ 35% 和 15%～ 25% [2]。 因此, 木材的燃烧过程与其他高分子化合物燃烧过程相同, 分为吸热、热分解、混 合及燃烧等过程。
单一的阻燃剂阻燃效果差, 故通常使用其混合物, 以发挥协效作用, 达到降低阻燃剂 用量、提高阻燃效能之目的。 这样不仅可降低阻燃剂成本, 而且使阻燃剂的物理机械性能 损失减少到最小程度。
4 刨花板的阻燃处理工艺
4. 1 对成品刨花板的阻燃处理 4. 1. 1 刨花板的加压浸渍处理