木材阻燃研究及发展趋势

收稿日期：2011-03-31*通讯联系人

作者简介：嘠力巴（1987-），女，内蒙古克什克腾旗人，在读研究生，研究方向：木材阻燃性能研究。

前言

木材是四大建材（钢筋、混凝土、塑料、木材）之

一，具有天然的纹理，给人以美的感受，它无毒、无害，是公认的可再生的绿色环保材料。随着经济的发展和人民生活水平的提高，木材及其制品以其天然材料所特有的魅力备受人们的青睐，质地优良造型美观的木家具，木门窗，木地板及各种木材制品进入千家万户，美化了生活，提高了品位，逐渐成为人们追求的时尚，使市场对木材的需求量呈逐年上升趋势。但木材也是一种容易燃烧并具有火灾隐患

的材料。据消防部门及有关专家分析，

火灾起因各异，但火势扩大、人员伤亡、财产损失都与房屋内部

装修中使用塑料、木材、纸张等易燃、可燃材料有直接关系[1~2]。为了使国家财产免受损失，保障人民的生命财产安全，对木材进行阻燃处理是必要的。

1木材的化学组成和燃烧过程

木质材料是由90％的纤维素、半纤维素、木质

素及10％的抽提物和灰分等组成。主要化学成分的分子结构、性质及相互间的关系不仅是木材各种性质的物质基础，也是木材改性和阻燃处理的化学基础。木材的次要化学成分虽然在木材中的含量较低，但对木材的燃烧性能有较大的影响。通常，抽提物含量越小、灰分含量越大木材越难燃烧。由于木材纤维素、半纤维素和木质素都属于高分子化合物，因而木材是一种高分子复合体，既能发生交联

反应又可进行热降解反应，还可以进行酯化、醚化、氧化、卤代反应[3]。

当木材接触火时，首先析出水分。当温度在110℃时，木材蒸发出少量树脂；当温度达到130℃时，木材中的纤维素分解，产生不燃气体和水蒸气；

木材阻燃研究及发展趋势

嘠力巴,

刘

姝*,

王鲁英,张园园

（辽宁石油化工大学化学与材料科学学院,辽宁抚顺113001）

摘要：近年，随着我国阻燃法规的建立健全，阻燃技术的不断发展，新型的木材阻燃剂及阻燃技术不断涌现。阐述了木材的化学组成及燃烧过程、木材阻燃剂类型、阻燃机理、木材阻燃处理方法及各种处理方法的优缺点，同时介绍了国内外木材阻燃研究的发展方向，对我国木材阻燃剂工业进一步发展提出了建议。木材阻燃的发展趋势是开发一剂多效的新型复合阻燃剂，同时深入探索阻燃机理，为组合新的阻燃体系提供有效的途径，使木材阻燃研究与市场实际需求相结合，为生产实践的应用提供了理论基础。

关键词：木材；阻燃；发展方向中图分类号：TQ 314.248

文献标识码：A

文章编号：1001-0017（2012）04-0068-04

Research on Wood Flame-retardant and Development Trend

GA Li-ba,LIU Shu,WANG Lu-ying and ZHANG Yuan-yuan

（College of Chemical and Materials Science,Liaoning University of Petroleum and Chemical Technology,Fushun 113001,China ）Abstract:In recent years,with establishing regulations and improved flame-retardant technology,new wood flame-retardants and flame retardant technology constantly emerges.The chemical composition of wood and the combustion process,retardant type,the mechanism of fire retardant,fire-re －tardant treatment of wood and the advantages and disadvantages of various treatment methods were describes.Also the development of fire-retardant research at home and abroad is introduced,and some suggestions are proposed about the future development of industry of wood fire retardant in our country.The development trend of wood fire retardant is that developing new composite flame-retardant with more than one effect,while further ex －ploring the flame retardant mechanism to provide effective means for combination of new fire-retardant systems.The combination of wood flame-re －tardant with the actual market demand provides a theoretical basis for the production and application.

Key words:Wood;flame retardant;development direction

当温度达到220～250℃时，木材开始变色并炭化，主要产物为H

2

、CO和烃类物质；当温度达到300℃以上，发生剧烈的热分解，析出大量可燃气体，使木材开始燃烧；400～600℃时，木材成分完全分解，燃烧更为炽烈。木材燃烧产生的最高温度可达1150～1200℃。

2木材阻燃剂的种类

木材阻燃剂多种多样，分类方法也很多。按在处理过程中是否与木材反应，可以分为反应型阻燃剂和添加型阻燃剂。按化合物的类型又可分为；有机阻燃剂和无机阻燃剂。若按所含元素组成可分为：磷-氮系阻燃剂、卤素阻燃剂、硼系阻燃剂及金属氢氧化物等[4]。

2.1木材的无机阻燃剂

木材无机阻燃剂发展最早，具有热稳定性好、不挥发、不析出、无毒、不产生腐蚀性气体、价格低廉、安全性能高等特点，近年来发展很快。目前国外工业发达国家无机阻燃剂消费量远远高于有机阻燃剂。美国、西欧和日本等工业发达国家地区无机阻燃剂的消费占总消费量约60%,而我国还不到10 %。因此,我国对无机阻燃剂的需求非常紧迫,而且市场潜力巨大[5]。以下为目前主要的几种木材无机阻燃剂。

2.1.1磷-氮化合物

包括磷酸盐及聚磷酸盐，如磷酸二氢铵（M AP）、聚磷酸铵等，其中磷酸二氢铵是用得最多的磷-氮系阻燃剂。在木材的热分解过程中，磷-氮系阻燃剂具有降低热分解温度，增加炭的生成，减少可燃性气体的产生以及降低热量等作用，是木质材料最好的阻燃剂。

2.1.2卤素及其化合物

包括氟、氯、溴、碘的盐类。卤系阻燃剂对木材燃烧的抑制作用主要在着火及燃烧阶段，化合物受热分解生成卤化氢，它能使火焰熄灭。卤化物不足之处是具有较高的吸湿性和潮解性，这对木材的物理力学性质产生不良影响。在燃烧时，还会产生有害气体，造成环境污染，使其应用受到了限制。近年来，少用或不用含卤阻燃剂的呼声日渐高涨。

2.1.3硼化合物

包括硼酸、硼砂、多硼酸钠、硼酸铵、硼酸锌等。通过热膨胀熔融、覆盖在材料表面，隔断氧气供给，从而阻止了木材的燃烧和火焰传播达到阻燃目的。硼化合物是一种常用的无机阻燃剂,它能明显提高制品的耐火性能[6~9],毒性低、对木材物理力学性能影响小、兼有防腐、防虫功能。不足之处是水溶解性较低,混合物难以水合离子形式向木材中渗入。应适当提高水溶液的温度，并将无机硼化合物与有机化合物或高分子化合物共用。

2.1.4金属氢氧化物

金属氢氧化物中最常见是Al（OH）

3

和M g（OH）

2的阻燃剂。由于它们在高温下能分解释放出水分子，因而可延缓材料的热降解速度，减缓或抑制材料的燃烧，并促进炭化和抑烟。另外，释放出的大量水蒸汽可稀释可燃物的浓度，致使系统放热减少。其优点是燃烧不产生有毒和腐蚀性气体、抑烟、本身无毒、不挥发、不受水的影响、价廉；不足之处是添加量高，影响木材的物理机械性能及加工性能[10]。

2.2木材的有机阻燃剂

有机阻燃剂包括M DF、UPFP、FRW、卤化烃等。其中的磷或卤素在木材分子的聚合或缩聚过程中参加反应，结合到木材分子的主链或侧链中。其优点是品种多，抗流失，对木材的物理力学性能影响较小，不足之处是阻燃性能不稳定，成本高，燃烧时产生大量烟雾和有毒气体。

3木材阻燃机理

当温度达到300℃以上，木材横切面方向出现小裂纹，内层析出的挥发物能容易从木材表面逸出，随着炭化深度的增加，裂缝逐渐加宽，并发生剧烈的热分解，析出大量可燃气体，木材开始燃烧。400～500℃时，木材成分完全分解。

按照F.L.Browne的分类法，木材的阻燃机理包括：

3.1覆盖机理

多数阻燃剂在受热熔融时形成流体或泡沫状物质覆盖在木材表面，使材料与空气隔绝，对火焰具有屏蔽作用，防止热量传入基材，同时阻止燃烧时产生的热解产物逸出，以达到阻燃的目的[11]。

3.2热机理

由于阻燃剂能增加木材导热性，使木材表面的散热速度大于热源的供热速度，使木材表面迅速散热，并且阻燃剂的受热分解和熔融大多是吸热反应，从而延缓木材局部温度的上升，阻燃剂燃烧能形成导热不良的炭化隔热层，有效地抑制了木材燃