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根據(jù)木材的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用特點(diǎn),木材阻燃劑主要由含磷、氮、硼和鹵素的化合物或混合物組成,由于鹵素阻燃劑在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生強(qiáng)腐蝕性、有毒的鹵化氫等氣體,煙霧密度往往較高。因此,近年來(lái)鹵素阻燃劑的研究和應(yīng)用逐漸減少,使含磷、氮、硼的阻燃劑成為木材阻燃劑的主體。根據(jù)阻燃劑研究的性質(zhì)、制備和應(yīng)用特點(diǎn),木材阻燃劑分為:①無(wú)機(jī)阻燃劑;②有機(jī)阻燃劑;③樹脂阻燃劑;④反應(yīng)阻燃劑;⑤其它類型的阻燃劑。
(1)無(wú)機(jī)木材阻燃劑 歷史較悠久的阻燃劑,雖然具有吸濕性大、易從木材中沉淀等嚴(yán)重缺點(diǎn),但由于成本低、生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單,仍被部分木材企業(yè)采用。目前,第三代無(wú)機(jī)木材阻燃劑是在改善第二代木材阻燃劑吸濕沉淀性能的過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的。其主要技術(shù)是增加無(wú)機(jī)離子的體積,如用相對(duì)分子質(zhì)量高的水溶性低聚物聚磷酸鹽代替磷酸鹽,或用內(nèi)部反應(yīng)法生成不溶性阻燃劑。例如,可以利用化學(xué)反應(yīng)的溫度特性,在室溫下制備單一的阻燃處理液,然后通過(guò)窯干或加熱處理液在木材內(nèi)部反應(yīng)生成不溶性阻燃劑。近年來(lái),具有阻燃、防腐、防霉等功能的多效木材阻燃劑,以及適應(yīng)不同阻燃方法滿足市場(chǎng)需求的新型木材阻燃劑受到一定程度的重視。
由于各種阻燃劑的阻燃機(jī)制不同,單一阻燃劑很難達(dá)到理想的效果,通常使用復(fù)合阻燃劑。這不僅可以降低成本,而且可以較大限度地減少阻燃材料的物理和機(jī)械性能損失。目前主要包括硼化合物、金屬氫氧化物和阻燃協(xié)同作用,主要是磷-氮復(fù)合,磷-鹵復(fù)合、磷-氮-以硼復(fù)合等高效阻燃系統(tǒng)為特征的無(wú)機(jī)阻燃劑,包括磷-氮復(fù)合阻燃劑在木材阻燃劑中很受歡迎。近年來(lái),阻燃劑無(wú)鹵、低煙、低毒的呼聲越來(lái)越高,氫氧化鋁和氫氧化鎂在許多阻燃應(yīng)用中受到高度重視,發(fā)展前景廣闊。
(2)雖然添加有機(jī)木阻燃劑的出現(xiàn)晚于無(wú)機(jī)阻燃劑,但發(fā)展迅速,一般經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。有機(jī)磷阻燃劑主要包括磷酸酯、膦酸酯、亞磷酸酯、有機(jī)磷鹽和含磷多元醇-氮化合物等。有機(jī)木材阻燃劑的主流仍然是含磷、氮和硼元素的多元復(fù)合體系。該阻燃劑能抗流失、對(duì)木材物理力學(xué)性能影響不大。第三代有機(jī)木材阻燃劑食物甲醛釋放、低遷移、低吸濕或基本不吸濕(與未處理材類似)的高效阻燃劑。這種阻燃劑往往追求一劑多效,不僅減弱了多次處理給木材材性帶來(lái)的不利影響,而且降低了處理成本。例如,采用相對(duì)分子質(zhì)量較大的含氮有機(jī)化合物與磷酸生成的低吸濕性磷酸鹽作為阻燃元素磷和氮的載體,再與硼化合物組成磷-氮-硼高效阻燃系統(tǒng)代表阻燃、防腐、防白蟻的品種FRW木阻燃劑。
(3)樹脂型木材阻燃劑 樹脂型木材阻燃劑在配方中添加低聚合度合成樹脂。浸漬木材后,樹脂在干燥過(guò)程中固化,對(duì)配方中易損失的阻燃成分(通常無(wú)鹽)產(chǎn)生覆蓋和固化,提高阻燃劑的抗損失、遷移和吸濕性。美國(guó)、歐洲和日本的專利都報(bào)道了這種阻燃劑。阻燃劑可能具有較高的熱穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性,可以在不改變木材本身感覺(jué)的情況下提高尺寸穩(wěn)定性和表面硬度。目前,樹脂型木材阻燃劑似乎正處于發(fā)展研究階段,仍存在加工材料顏色較深、浸泡困難等問(wèn)題。
(4)反應(yīng)阻燃劑 反應(yīng)木阻燃劑利用化學(xué)反應(yīng),通過(guò)形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵,將阻燃元素或含阻燃元素的基團(tuán)載入木分子上。獲得的阻燃木材不僅具有抗損失、耐久性的優(yōu)點(diǎn),而且由于阻燃元素實(shí)際上是單分子分布在木材上(遠(yuǎn)高于添加阻燃劑的分散度),單位質(zhì)量阻燃劑的阻燃效率非常高。常用的阻燃官能團(tuán)有羥基和苯環(huán),可通過(guò)酯化、酯交換、醚化、?;粨Q、醚化、?;Ⅺu代等反應(yīng)與阻燃元素或含有阻燃元素活性基團(tuán)的化合物反應(yīng)阻燃。
(5)近年來(lái),材料、化工等領(lǐng)域的高科技技術(shù)也在木材阻燃技術(shù)研究中得到了應(yīng)用。例如,日本專利使用的粒子直徑不大于0.1μm五氧化二銻微粉水基分散液或五氧化二銻膠處理木單板,具有良好的阻燃性;另一種用于木材表面涂層的阻燃劑主要由3-丙酰胺、脲或三聚氰胺樹脂、環(huán)氧樹脂微膠囊化聚磷酸銨(二烷基膦酸基)。
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