用CONE法研究木材阻燃剂FRW的抑烟性能

采用锥形量热仪 (CONE)法系统地测定了新型木材阻燃剂FRW的抑烟性能 ,讨论了FRW对木材燃烧时发烟及烟气毒性的影响 ,并与Dricon阻燃剂进行了对比。结果表明 ,当热辐射功率为 5 0kW·m- 2 时 ,FRW阻燃处理木材的烟化率SR、比消光面积SEA、二氧化碳浓度CO2 及二氧化碳产率YCO2 比未处理木材显著降低 ;FRW阻燃处理对木材燃烧时一氧化碳的生成元显著影响 ;FRW与Dricon均具有很强的抑烟作用 。

用CONE法研究木材阻燃剂FRW的阻燃机理

采用锥形量热仪(CONE)法对复合木材阻燃剂FRW处理紫椴木材(FZ)、FRW的组分磷酸脒基脲(GUP)处理紫椴木材(GZ)、硼酸处理紫椴木材(BZ)和未处理的紫椴木材(UZ)的燃烧性进行了系统的测定,通过对上述试样在燃烧时的热释放、质量变化、烟气产生以及尾气成分等实验数据的综合对比分析,讨论了阻燃剂的作用机理。结果表明:1)FRW阻燃剂显著降低了木材的热释放速率(RHR)、总热释放量(THR)、有效燃烧热(EHC)、质量损失速率(MLR)、烟比率(SR)、比消光面积(SEA)、CO2的浓度及产率(YCO2);2)GUP与硼酸之间存在显著的阻燃协同效应;3)FRW阻燃木材的MLR曲线与RHR曲线相似,失重和热释放主要发生在有焰燃烧阶段;4)FRW阻燃处理能显著提高木材燃烧时的成炭率,说明催化成炭是FRW阻燃机理的主要方面。

用FTIR法研究木材阻燃剂FRW的阻燃机理

采用FTIR显微分析技术,对FRW阻燃处理红松木材限制燃烧固相产物的结构进行分析;采用GC_FTIR联机分析方法,对经FRW阻燃剂及其主要组分处理的紫椴木材试样的热解挥发性产物进行分析和鉴定;讨论FRW阻燃处理木材的热解炭化过程、阻燃剂的作用以及热解产物的结构特点。结果表明:FRW阻燃木材受热时,随着温度的升高,在FRW及其分解产物的催化下,木材逐步发生聚糖脱水、半纤维素脱乙酸、聚糖降解、木质素降解、木材热解产物聚合、脂肪族聚合物脱氧及芳构化等反应,最终炭化;FRW阻燃剂改变了木材的热解途径,并且显著降低了挥发性有机化合物的生成量。

用热分析法研究木材阻燃剂FRW的阻燃机理

采用热重 (TG)、微商热重 (DTG)和差热 (DTA)分析法 ,对木材阻燃剂FRW及其主要组分硼酸和磷酸脒基脲 (GUP)、硼酸处理紫椴木材 (BZ)、GUP处理紫椴木材 (GZ)、FRW处理紫椴木材 (FZ)以及未处理紫椴木材 (UZ)进行了系统的热解行为研究。TG和DTG分析结果表明 ,当FRW受热达到分解温度时 ,其组分的热分解是独立的 :硼酸在 95和 16 0℃依次分解为偏硼酸和三氧化二硼 ,GUP在 180、2 85和 385℃依次分解为聚磷酸胍 (GPP)、聚磷酸铵 (APP)和多聚磷酸 (PPA)。用阻燃剂FRW及其组分处理的木材 ,其热解均不同于传统的木材热解模式 ,其中 ,BZ在较低的温度下 (约 16 5℃ )即发生明显的失重 ,说明硼酸的阻燃机理除了传统理论认为的物理覆盖作用以外尚存在化学催化作用 (催化脱水 ) ;GUP处理使紫椴木材的最大失重速率出现的温度从 375℃ (UZ)降到 314℃ (GZ) ,同时失重率也显著降低 ,而成炭率升高 ;FZ的失重率低于其他处理材。此外 ,与各种药剂TG曲线之间的相互关系不同 ,FZ曲线不等于BZ曲线与GZ曲线的简单加和 ,这 3条曲线相互交叉 ,预示着GUP与硼酸之间存在阻燃协同作用。DTA分析支持了上述结果。此外 ,BZ的DTA曲线在约 4 2 5℃产生一个放热峰 。

木材阻燃剂FRW的阻燃机理

在综合分析热分析法、锥形量热仪法和FTIR法获得的FRW阻燃机理研究结果并吸收木材阻燃机理研究现有成果的基础上,推导进而提出了木材阻燃剂FRW的阻燃机理。其主要内容是:1)FRW阻燃木材受热时,阻燃剂FRW分解产生不燃性气体和不挥发的酸性熔融物质,具有降低体系温度和氧气浓度及屏蔽热辐射的作用,降低了木材的热解速度;2)FRW的组分硼酸和GUP的酸性分解产物催化木材脱水、降解,以及木材热解产物的缩合、聚合、芳构化等反应,能改变木材的热解途径并使其向着有利于炭化的方向变化,FRW显著的催化成炭作用,使阻燃木材的燃烧放热量大大降低,这是FRW阻燃机理的主要方面;3)硼酸与GUP起阻燃作用的温度和方式不同,并且有相互补充的作用,因而表现出阻燃协同效应。