• 聯豐化工生產高效環保木材阻燃劑

    2014年12月05日

    用物理或化學方法提高木材抗燃能力的方法。目的是阻緩木材燃燒,以預防火災的發生,或爭得時間,快速消滅已發生的火災。木材的碳氫化合物含量高,是易燃材料。迄今尚無使木材在靠近火源時不燃燒的方法。木材阻燃的要求是降低木材燃燒速率。減少或阻滯火焰傳播速度和加速燃燒表面的炭化過程。這對建筑、造船、車輛制造等工業部門至為重要。 概況 公元前4世紀,古羅馬人已知用醋液,以后又用明礬溶液浸泡木材,以增強其抗燃性。在古希臘、埃及和中國,也有用海水、明礬和鹽水浸漬,以提高木材阻燃性能的。但直到15~16世紀,阻燃處理的方法都比較簡單。到17~18世紀才開始有獲得專利的阻燃劑和處理方法。但木材阻燃作為工業技術則遲至19世紀末20世紀初才首先在歐美一些工業先進的國家得到發展,并形成了阻燃處理工業。20世紀40年代,戰爭的需要加速了這一工業的發展;50~60年代的阻燃劑仍以無機鹽類為主,但采用了更多的、新的復合型阻燃劑,增強了阻燃效果。60年代以后有機型阻燃劑、特別是樹脂型阻燃劑得到發展,為克服無機鹽類易流失、易吸濕等缺點提供了可能。 木材燃燒和阻燃機理 當木材遇100℃高溫時,木材中的水分開始蒸發;溫度達180℃時,可燃氣體如一氧化碳、甲烷、甲醇以及高燃點的焦油成分等開始分解產生; 250℃以上時木材熱解急劇進行,可燃氣體大量放出,就能在空氣中氧的作用下著火燃燒;400~500℃時,木材成分完全分解,燃燒更為熾烈。燃燒產生的溫度最高可達900~1100℃。 木材燃燒時,表層逐漸炭化形成導熱性比木材低(約為木材導熱系數的1/3~1/2)的炭化層。 當炭化層達到足夠的厚度并保持完整時,即成為絕熱層,能有效地限制熱量向內部傳遞的速度,使木材具有良好的耐燃燒性。利用木材這一特性,再采取適當的物理或化學措施,使之與燃燒源或氧氣隔絕,就完全可能使木材不燃、難燃或阻滯火焰的傳播,從而取得阻燃效果。 木材阻燃方法 包括化學方法和物理方法。 化學方法 主要是用化學藥劑,即阻燃劑處理木材。阻燃劑的作用機理是在木材表面形成保護層,隔絕或稀釋氧氣供給;或遇高溫分解,放出大量不燃性氣體或水蒸氣,沖淡木材熱解時釋放出的可燃性氣體;或阻延木材溫度升高,使其難以達到熱解所需的溫度;或提高木炭的形成能力,降低傳熱速度;或切斷燃燒鏈,使火迅速熄滅。良好的阻燃劑安全、有效、持久而又經濟。 根據阻燃處理的方法,阻燃劑可分為兩類:①阻燃浸注劑。用滿細胞法注入木材。又可分為無機鹽類和有機兩大類。無機鹽類阻燃劑(包括單劑和復劑)主要有磷酸氫二銨[(NH)HPO)]、磷酸二氫銨(NHHPO)、氯化銨(NHCl)、硫酸銨[(NH)SO]、磷酸(HPO)、氯化鋅 (ZnCl)、硼砂(NaBaO·10HO)、硼酸(HBO)、硼酸銨[(NH)BO·4HO]以及液體聚磷酸銨等。有機阻燃劑(包括聚合物和樹脂型)主要有用甲醛、三聚氰胺、雙氰胺、磷酸等成分制得的MDP阻燃劑,用尿素、雙氰胺、甲醛、磷酸等成分制得的UDFP胺基樹脂型阻燃劑等。此外,有機鹵化烴一類自熄性阻燃劑也在發展中。②阻燃涂料。噴涂在木材表面。也分為無機和有機兩類:無機阻燃涂料主要有硅酸鹽類和非硅酸鹽類。有機阻燃涂料主要可分為膨脹型和非膨脹型。前者如四氯苯酐醇酸樹脂防火漆及丙烯酸乳膠防火涂料等;后者如過氯乙烯及氯苯酐醇酸樹脂等。 物理方法 從木材結構上采取措施的一種方法。主要是改進結構設計,或增大構件斷面尺寸以提高其耐燃性;或加強隔熱措施,使木材不直接暴露于高溫或火焰下:如用不燃性材料包復、圍護構件,設置防火墻,或在木框結構中加設擋火隔板,利用交叉結構堵截熱空氣循環和防止火焰通過,以阻止或延緩木材溫度的升高等。 工業發達國家的木材防火或阻燃處理以化學方法占主要地位;中國以往則多以結構措施為主,而后來化學方法也有一定的發展。隨著高層建筑、地下建筑的增多,航空及遠洋運輸事業的發展,以及古代建筑和文物古跡的維修保護等的日益受到重視,木材防火和阻燃處理的應用和改進將成為迫切需要。 由聊城市聯豐化工有限公司生產的木材阻燃劑LF-1主要用途之一是生產符合GB8624-2006《建筑材料及制品燃燒性能分級》標準規定的等級B和C的阻燃木材。 產品不含其它任何有毒或有害物質。 LF-1阻燃劑不僅具有卓越的阻燃性能,而且可以提高制品的力學性能,降低產品的甲醛釋放量、避免游離甲醛對環境的污染。 與現有技術相比的特點 1. 對產品的膠合強度沒有影響。 2. 吸濕性能低,高溫高濕環境產品平衡含水率與普通板一致。 3. 對飾面和油漆等二次加工性能沒有影響。 阻燃機理 LF—1阻燃劑是根據含磷-氮-硅-硼-鈉的協同作用開發而成的。 遇火時,該復合物將產生一系列化學反應: ① 將熱源對板材的熱輻射反射回去,降低板材的溫度。 ② 阻燃劑分解吸收大量熱量,從而降低表面溫度。 ③ 熱分解產生的水蒸氣和其它惰性氣體降低了制品周圍的氧氣濃度,中斷了燃燒連鎖反應。 ④ 發泡和熔融產生的玻璃態覆蓋層,大幅度降低了氧氣和熱量向纖維板內部的傳遞。 ⑤ 迅速與木材熱解釋放出的高能物質H+結合,避免其與氧氣產生燃燒反應。 對環境安全 對建筑材料的環保性和毒理學性關注正在日益增加。 含鹵系阻燃劑對環境具有極為嚴重的破壞作用,僅用于合成物及聚合物中。 LF-1阻燃劑是根據含磷-氮-硅-硼-鈉的協同作用開發而成的,不含有任何對環境有害的成分。 利用阻燃劑LF-1生產阻燃木材的工藝 阻燃劑LF-1是白色粒狀細粉: pH (10克/100毫升H2O): 5.5~7.0 水溶性: 30克/100毫升H2O(25℃) 單位密度: 600~700公斤/立方米 含水量: 小于3% 阻燃木材生產工藝--常壓浸漬法: 1. 在容器中放入750公斤水,加入250公斤阻燃劑LF-1,攪拌,使阻燃劑溶解變為透明溶液; 2. 將木材放入阻燃浸漬處理槽中,固定; 3. 在阻燃浸漬處理槽中加入阻燃劑,阻燃劑液面高出木材上表面10厘米以上; 4. 在加熱管中通入加熱介質,使阻燃劑溶液的溫度維持在55~60℃; 5. 根據木材的種類和厚度,浸漬時間為1~120小時; 6. 阻燃劑吸收量:干阻燃劑/干木材=11~13%。事先取3~5塊同規格的木材,標號、稱重(G0),將試樣分散裝入浸漬槽;浸漬一段時間后,取出試樣,稱重(G1);阻燃劑吸收量=25*(G1-G0)/G0。如果阻燃劑吸收量不足,延長浸漬時間; 7. 取出木材; 8. 干燥至合適的含水率。 阻燃木材生產工藝—真空高壓浸漬法: 1. 在容器中放入750公斤水,然后加入250公斤阻燃劑LF-1。攪拌,使阻燃劑溶解變為透明溶液; 2. 將木材裝入高壓浸漬罐中,蓋好蓋; 3. 抽真空至600~650毫米汞柱,保持30~60分鐘; 4. 打開連接阻燃劑儲存罐的閥門,依靠真空將阻燃劑導入高壓浸漬罐中,阻燃劑充滿浸漬罐時解除真空,關閉真空閥門; 5. 緩慢加壓到0.8~1.2MPa,并保持1~4小時。保持時間根據木材樹種和厚度確定; 6. 阻燃劑吸收量:干阻燃劑/干木材=11~13%。事先取3~5塊同規格的木材,標號、稱重(G0)。將試樣分散裝入浸漬槽,浸漬一段時間后,取出試樣,稱重(G1),阻燃劑吸收量=25*(G1-G0)/G0。如果阻燃劑吸收量不足,延長浸漬時間。 7. 解除壓力,排出藥劑,關閉加壓閥和連接阻燃劑儲存罐的閥門; 8. 抽真空至600~650毫米汞柱,保持10~15分鐘; 9. 解除真空,取出木材; 干燥至合適的含水率。 檢測結果 木材及木塑復合材料的阻燃性能研究進展 項目 規定 結果 阻燃性能 FIGRA ≤250W/S 98 LFS < 試件邊緣 未達到 THR600 ≤15MJ 8.7 SMOGRA ≤180m2/s2 56 TSP600 ≤200m2 27 燃燒滴落物/顆粒 小于10秒 無 木材阻燃機理主要有覆蓋理論、熱理論、不燃氣體沖淡理論、自由基捕集理論、炭量增加和揮發物減少理論;人造板阻燃處理主要是在生產工序中添加阻燃劑和成板處理兩種方法,高壓處理法是目前最重要的工業化方法;以LF-1阻燃劑、LF-2環保阻燃劑為代表的磷-氮-硼系阻燃劑仍舊是木材阻燃劑的主流。對于木塑復合材料的阻燃研究尚處于起步階段,一般采用對木纖維和基體分別阻燃的手段;研制高效膨脹型木材阻燃劑和將納米技術應用于木材阻燃劑制造,開發阻燃效率高、低煙、低毒、環境友好等多功能復合阻燃劑將是今后阻燃劑研究領域的發展方向。

    來源:聊城市聯豐化工有限公司
    聊城市聯豐化工有限公司
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