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阻燃剂对木材燃烧全过程的影响

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-09-22   浏览次数:2729  分享到: 分享到腾讯微博
 
木材是最主要的几种建筑材料之一,但因为其具有较高的可燃性,所以在使用过程中应充分重视火灾安全性。通过木材燃烧过程机理的细化研究和添加阻燃剂是木材火灾安全研究中的重点。阻燃剂的使用非常多样性,包括矿物质、卤化物、磷基、氮基以及其他新型阻燃剂等。添加剂对阻燃剂阻燃效果的评价也是较为重要的分支。

在汉斯出版社《分析化学进展》期刊中,有论文选取了水曲柳木材,从基本的原料结构和组分表征开始,利用热裂解–色质联用分析仪结合锥形热量仪以及电镜对燃烧残渣的分析充分研究了阻燃剂木材燃烧过程的多位面影响分析,为木材类建筑材料的安全使用提供一些理论依据。

随着火灾安全意识的提高,建筑材料防火安全方面的研究也取得了进步,目前的多数研究都是针对塑料类材料进行的新型阻燃剂开发。由于木材本身结构和成分的复杂性,关于木材类建筑材料的研究则较少,有必要加强对木材类建筑材料火灾安全的深入研究。现有的一些研究中也是直接开展燃烧特性试验,而忽略了木材组分和结构的详细表征。

针对阻燃剂对木材燃烧全过程影响不明确的问题,基于热裂解仪–色质联用分析仪、锥形热量仪和电镜的耦合开展了多聚磷酸铵(APP)、磷酸二氢铵(NH4H2PO4)和硼酸(H3BO3)对水曲柳热裂解阶段、燃烧阶段和熄灭阶段的气体释放规律和残渣的表征可以综合地评价阻燃剂的阻燃效果。

阻燃剂的添加没有明显改变水曲柳热裂解的产物种类,却促进了呋喃类物质的生成,抑制了小分子产物和酚类物质的形成。添加APP、NH4H2PO4和H3BO3后,呋喃类物质总量分别提高了127.6%、166.0%和74.5%,以糠醛为代表;小分子产物总量分别下降了23.1%、43.5%和10.6%,以乙酸为代表;酚类物质的总量分别下降了62.0%、87.2%和59.0%。

添加阻燃剂后,样品的着火时间缩短,APP、NH4H2PO4和H3BO3的存在使得燃烧阶段的最大热释放速率分别下降27.9%、32.3%和36.8%,且在APP的作用下燃烧过程的总热释放量下降了3.6%,而其他两种阻燃剂的添加都使得总热释放量增加了约10%。

磷系阻燃剂APP和NH4H2PO4对热裂解主要产物的影响规律相同,但在燃烧阶段的表现却不同,可测的区别在于APP抑制了芳香烃的生成,而NH4H2PO4则促进了芳香烃的形成,对应的APP处理样品残渣的焦炭化证据更明显,说明二者的作用机理并不相同,多聚磷酸盐吸热释放磷酸形成了更低的温度环境,利于焦炭形成反应。

APP的添加虽然缩短了样品的着火时间,但热释放速率和总热释放量都有所下降,且在可燃物表面易形成焦炭层阻隔剩余物质的燃烧,综合阻燃效果最好。

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