木材保护第四五章

二 木材阻燃剂
（一）木材阻燃剂的基本条件
1 在火焰温度下能阻止有烟燃烧，降低木材的热降解 和炭化速度；
2 阻止木材着火； 3 阻止除去热源后的有烟燃烧及表面燃烧； 4 价格低廉，无毒无污染，使用方便； 5 处理后对木材和金属联接件无腐蚀作用，对木材加
工不产生障碍； 6 具有耐溶剂性能和耐久性； 7 不在木材表面产生结晶或其它沉积物； 8 不降低木材的物理、力学性能。
物理覆盖作用：这类阻燃剂受热分解，放 出卤化氢，它是难燃性气体，不仅稀释空气中 的氧，更重要的是它们比空气重，在木材燃烧 区域形成覆盖保护层，使木材的燃烧速度减缓 或熄灭。
卤素系列阻燃剂能中断木材燃烧中发生的 游离基连锁反应。
（2）磷—氮系列阻燃剂： 包括各种磷酸盐、铵盐
等，其中 P、N起阻燃作用。其阻燃机理为：
在火焰中发生热分解，放出大量不燃性气体如 氨气和水蒸汽，从而冲淡木材热分解时所产生的可 燃性气体，起到延缓燃烧的作用。
HO ? + H ?
卤化物消除自由基的原理（其中 X代表F、Cl、Br）
对于H ? H ? + HX
H 2 + X ?(将氢自由基变成了分子态
对于O ? O ? + X2
XO ? + X ?
O ? + XO ?
X ? + O2 (将氧自由基变成了分子态
来自百度文库
此外，消除 HO ?也有利于抑制燃烧过程：
HO ? + XO ? HO ? + XO ?
木炭
次级气体
裂解 裂解
低分子量液体
聚合 聚合
次级焦油和木炭
木材热分解反应图例
2 木材各成分的热分解
? 木质素：主要生成木炭 ? 纤维素、半纤维素： 主要生成挥发性热解产物 ? 纤维素、半纤维素和木质素 都生成少量焦油
? 针叶材比阔叶材木质素含量高，热解时木炭得率高。
1 木材燃烧的四种状态：
（1）自然燃烧： 木材在没有外部火花、火焰等火源的 作用下，因受热或靠自身发热反应并蓄积热量而引起 的燃烧。
第二节 木材的阻燃处理
一 木材阻燃机理
1 覆盖作用（障碍作用）理论： 2 稀释气体作用理论： 3 热作用理论： 4 抑制火焰内的连锁反应理论（自由基捕集理论）： 5 脱水炭化作用理论 6 催化木材热分解过程的理论
二 木材阻燃剂 三 木材的阻燃处理方法
1 覆盖作用（障碍作用）理论： 阻燃剂在木材热 解温度以下熔融，覆盖在木材表面上形成隔热 涂层或泡沫层，阻止可燃气体外逸和氧气进入 木材表面。
木材改性与保护
林学院：张晓燕
第四章 木材的阻燃处理
第一节 木材的燃烧
一 木材的可燃性
（一）木材的热分解 1 木材热分解过程 2 木材各成分的热分解 （二） 木材燃烧及其专业术语 1 木材燃烧的四种状态： 2 木材燃烧专业术语
二 燃烧过程中木材的性状变化
1 木材热分解过程
木材在隔绝空气的条件下升温，加热到： 150~200 ℃时产生不燃性气体 CO2、水蒸汽、微
11.8 18.9
14.7 15.4
云杉（200—400℃，长时间） 云杉（400—600℃，快升温）
37.8 34.2
8.1 15.6
14.9 15.2
山毛榉（200—400℃，长时间） 山毛榉（400—600℃，快升温）
35.0 32.5
8.1 14.0
15.8 16.0
木材
初级气体
初级焦油
聚合
（2）有焰燃烧： 木材进行发光的气相燃烧，放出大量 的热，占木材总发热量的 2/3。
（3）发烟燃烧： 木材处于一种无可见光而有烟雾的燃 烧过程。
（4）红热燃烧： 木材处于固相状态而没有火焰的燃烧。
2 木材燃烧专业术语 （1）火焰—发光的气相燃烧区域； （2）着火—用或者不用外来热源使木材起火； （3）点火—使燃烧作用开始，又称引燃或点燃； （4）引燃温度 —在规定的试验条件下，使木材开始持
2 稀释气体作用理论： 阻燃剂分解时放出不燃性 气体（N2、NH3、CO2、卤化氢等）可降低木 材热分解生成的可燃气体含量。
3 热作用理论：包括
吸热—阻燃剂的分解和熔融是吸热反应，抑制 木材的温度上升，抑制木材释放结晶水，和 木材中水分的汽化；
热传导—阻燃剂增加木材的导热性，使其迅速 散热，抑制木材温度上升；
（二）木材阻燃剂成分
1 阻燃主剂
（1）卤素系列阻燃剂 （2）磷—氮系列阻燃剂： （3） 硼系阻燃剂 （4）氨基树脂阻燃剂
2 阻燃协效剂（增效剂）
3 增稠剂 4 润湿剂 5 基料
（1）卤素系列 （2）多元醇 （3）氢氧化铝 （4）尿素 （5）硅酸钠和二氧化硅 （6）硫酸铵
（1）卤素系列阻燃剂
阻燃机理有两个方面：
隔热—阻挡热量向木材内传递。
4 抑制火焰内的连锁反应理论
（自由基捕集理论）：
卤化物阻燃剂在热分解温度下生成的活性很高 的游离基能捕集木材燃烧放出的自由基并与之作用， 生成不燃物（卤化氢），从而阻止木材火焰中的连 锁反应。反应过程为：
主要的自由基连锁反应：
H ?+ O ?
2HO ? + O ?
O ? + H2
续燃烧的最低温度。 （5）极限氧指数 —在规定的试验条件下，木材在氧、
氮混合气流中刚好保持燃烧状态所需的最低氧浓度。
二 燃烧过程中木材的性状变化
木材燃烧过程的五个阶段： ? 升温：外部热源作用 ? 热分解： 达到热分解温度时产生可燃气体 ? 着火：可燃性气体（ CO,CH4，C2H6，C2H4等）被点燃 ? 燃烧：可燃气体燃烧引起木材固相表面的燃烧 ? 蔓延：燃烧产生的热量传递给相邻部位
HX + O2 X ? + H2O
5 脱水炭化作用理论
阻燃剂加热时生成的酸或碱能使纤维素脱水形 成炭和水，而且阻燃剂大多是在木材的着火温度以 下促进木材脱水炭化。木炭的热传导率和热扩散率 低，比热高，可抑制木材燃烧，另外，炭化物具有 多孔结构，还有良好的隔热作用。
6 催化木材热分解过程的理论
经阻燃剂处理的木材能在较低的温度下发生分 解，从而改变木材热分解反应的途径，提高木材热 解时的炭产量，降低可燃气体的产量。
量甲酸、乙酸； 高于200 ℃时，碳水化合物分解产生焦油和可燃性
挥发物； 高于450 ℃时产生大量可燃性产物，剩余物为木炭。
木材热分解的主要产物见下表：
木材热分解的主要产物：
木材树种
木炭（%）焦油（ %）气体（%）
松木（200—400℃，长时间） 松木（400—600℃，快升温）
37.8 32.8