木材功能化阻燃剂研究进展

木材功能化阻燃剂研究进展

张红宇

哈尔滨市产品质量监督检验院

摘要：为了保证木材使用阶段的安全性，应认识到木材本身的特点以及木材阻燃剂的作用，结合木材加工以及使用环节的操作，对木材功能性阻燃剂本身以及木材阻燃处理工艺进行优化，实现木材阻燃性的全面提升。本文就木材功能性阻燃剂研究发展进行了分析。

关键词：木材；阻燃剂；研究；安全；防火

由于木材有良好的可塑性以及承重性，使得木材在建筑物建造、室内装饰以及工艺品加工等领域的都有广泛的应用。但在实际的木材使用阶段中，又由于木材带有可燃性，所以使得木材的使用受到了限制。这也就需要技术人员能做好木材功能性阻燃剂的研究，使木材使用阶段的安全性得到保证。

1木材功能性阻燃剂研究进展

在木材使用越发广泛的现代，木质材料阻燃剂也在不断的优化，过去功能单一的阻燃剂已经不能满足木材使用以及加工方面需要。而在阻燃剂研究的不断深入下，也出现了多功能类型木材功能性阻燃剂，不仅具有良好的阻燃效果，同时还能让木材的防腐蚀能力、材料稳定性得前强化。

1.1磷氮硼系类型阻燃剂

磷氮系阻燃剂与硼系阻燃剂复配而成的磷氮硼系阻燃剂主要在凝聚相发挥阻燃作用。磷氮系阻燃剂受热分解出不燃气体，可以降低热分解温度，提高成炭率，减少可燃性气体的产生。这类阻燃剂主要包括磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、聚磷酸铵等，其中磷酸二氢铵使用最多。硼系阻燃剂可通过受热熔融形成玻璃体覆盖层阻断氧气供给，还可改变聚合物的分解模式和脱水以促进成炭，包括硼酸锌、硼酸、硼砂等。硼系阻燃剂能明显提高木材耐火性能，而且具有毒性低、对木材物理力学性能影响小、兼有防腐、防虫功能等特点，但抗流失性差，在潮湿条件下易析出木材表面。

1.2金属化合物类型阻燃剂

在众多类型的阻燃剂中，金属类型阻燃剂有着突出的优势，这种金属化合物类型的阻燃剂当中包含了金属氢氧化物、锡元素化合物以及锰化合物等物质，这种金属类型阻燃剂在实际的运用中不仅能发挥良好的阻燃效果，同时还能起到良好的抑烟效果。

金属氢氧化物是较为常见的金属化合物，这种化合物的阻燃功能可以用凝聚相类型阻燃机理进行解释，一旦这种物质处于高温状态下，就能吸收大量的热量，同时释放出水分子。在这样的反应之后就能起到稀释可燃气体实际浓度的效果，使材料的热讲解速度降低、减缓单位时间内木材的热降级程度，最终达到减缓甚至是抑制木材燃烧的目标。

这种金属类型阻燃剂在实际的运用中有着较多的优势，首先，这种阻燃剂在实际运用中，在起到阻燃以及一直烟尘作用的同时还避免了有毒气体的产生，保证了使用环境的健康、环保，实现了环境健康和木材阻燃性强化的均衡发展。但这种金属类型阻燃剂在实际的使用中也存在不足，比如这种阻燃剂的水溶性以及分散性相对较差，在使用的时候会对木材的加工性能以机械性能造成影响，这也使得这种金属类型木材阻燃剂常被用于对木材力学性能要求较低的环境。

1.3树脂型阻燃剂

树脂型阻燃剂是将阻燃剂和低聚合度树脂复配后浸注处理木材，对易流失阻燃成分产生包覆固着作用，改善阻燃剂的抗流失、迁移和吸湿性，价格处于无机和有机阻燃剂之间，耐腐蚀，但阻燃效果不如某些无机阻燃剂，常用于提高软质木材的整体性能。其中，阻燃剂在树脂中的溶解度和兼容性是影响树脂型阻燃剂性能的关键因素。近年来，随着人工林木材提质增效利用的不断扩大，树脂型阻燃剂发展迅速，市场规模逐渐扩大。

1.4纳米阻燃剂

纳米阻燃剂是利用纳米微粒本身所具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应来增强界面作用，改善阻燃剂与聚合物基体的相容性。与传统阻燃剂相比，其最显著的特点是添加极少量（≤5%）即可明显降低材料的燃烧性能，并且还能使材料的机械性能得到提高，而普通阻燃剂的加入会大大影响材料的力学强度。

2木材阻燃处理操作优化进展

木质材料实际的阻燃效果不仅仅决定相应阻燃剂的用量以及种类，还和木材阻燃处理工作有关。在当前对木材阻燃处理的操作环节中，还对木材浸渍处理操作、表面改性处理操作进行了优化，还研发出了众多新型阻燃处理技术，推动了木材阻燃剂应用效果的强化。

2.1浸渍处理法分析

在当前的木材阻燃处理当中，常压条件的浸渍处理法是使用较多的操作方式。在实际的操作中，会在室温条件或者是加热条件下让阻燃剂自然而然的渗透到相应的木质材料当中，这种木材阻燃处理操作有着操作简便、造价成本低廉、实际阻燃效果突出的优势。但也由于这种木材阻燃处理是一种自发进行的过程，缺少有力的外力干预，导致在实际的使用中这种浸渍类型的处理方式适用于厚度较厚或者是吸收能力较好的木材，限制了这种木材的使用效果。

真空加压浸渍法是将木材置于加压罐内，抽真空除去木材细胞腔内的气体，再利用真空吸入阻燃剂药液，然后通过加压将阻燃剂压入木材细胞内，工艺简单，处理时间短，浸渍程度可控，应用广泛。针对渗透性差、难以浸注的木材，郑雅娴等通过对传统浸渍处理工艺进行改进，采用多次交替的空、满细胞法对人工林杉木材进行阻燃处理，提高了阻燃剂对难浸注木材的透入度和保持量。微波处理可在一定程度上破坏木材的微观结构，也可以用来提高处理材的渗透性。

2.2表面改性法

表面改性法是通过有机聚合物涂层（如膨胀型阻燃涂料）、无机/有机复合涂层和无机纳米粒子表面薄膜对木材表面进行阻燃处理。木材表面改性处理不仅提高其阻燃性、表面耐磨性、抗划伤性、韧性和强度，还赋予其抗老化、自清洁、抗菌防霉等功能。Kumar等将硅酸钠与蛭石的共混物涂于木材表面，降低了木材燃烧时的热释放总量和热释放速率，且能抑制其烟雾和毒气。

2.3溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是制备材料的低温湿化学合成法，具有反应温度低、反应达到分子水平上的均匀、工艺简单等优点，被广泛应用于陶瓷、玻璃、薄膜、生物材料等领域。溶胶-凝胶法是金属化合物等前驱体在酸性或碱性催化条件下，发生水解或醇解反应，缩合形成稳定的透明溶胶体系，注入木材后，溶胶进一步缩聚形成具有三维空间网络结构的凝胶，得到木材/无机复合材料。溶胶-凝胶法不仅可以改善木材本身固有的缺陷，还能保持木材的多孔性、生物材料性能及调温调湿性能等。与浸渍法相比，溶胶-凝胶法制得的复合材料两相结合更紧密细致，填充效果和对木材的阻燃保护效果更好。Wang等采用溶胶-凝胶法制备TiO2/木材复合材料，改性材的尺寸稳定性、力学性能和耐热性都明显提高。

3结束语

木材阻燃剂一剂多效多限于实验室研究，对大规格板材处理困难；在实际应用中存在增加成本、新增设备、工艺复杂等问题，木材阻燃技术的研发要与实际生产相结合，新型木材功能化阻燃处理技术的产业化应与目前的设备条件相适应。

参考文献：

[1]王飞，刘君良，吕文华.木材功能化阻燃剂研究进展[J].世界林业研究，2017，30（2）：62-66.

[2]陈玲，尹子康，刘冰，等.一种脲醛树脂型木材阻燃剂的研究[J].林业机械与木工设备，2017，45（2）：40-43.

[3]王彦林，沈敏杰，陈秀丽，等.一种磷氮协同木材阻燃剂的制备方法：，CN105538451A[P].2016.

[4]王令端，沈敏杰，徐元清，等.一种磷氮硼多元素协同木材阻燃剂的制备方法：，CN105643743A[P].2016.