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木材的燃烧过程及其阻燃的化学方法

(一)木材燃烧的四个阶段


第一阶段是加热升温阶段。主要通过对木材加热升温使其失水干燥。

第二阶段是起火阶段。主要是木材生成挥发物质而起火燃烧。此时木材产生挥发物含量比重大,像木材高达85%,是可燃性最强的燃料之一,要求起燃的温度很低。木材着火温度为300℃。起燃时木柴释放出挥发物并形成木炭,其中可燃气体与空气中的氧混合,在木材的表面上燃烧,形成火焰,释放出大量的热。

第三阶段是燃烧或爆燃阶段。这一阶段木材迅速而充分地爆燃,放出大量的热量,从而环境和木材提高温度。这一阶段需大量的空气,使木材中的碳起强烈的化学反应,变成二氧化碳。如供氧不足就会产生不完全燃烧,成为一氧化碳(我们通常说的“煤气”中毒,这煤气就是一氧化碳,它是重要的燃料),炭没烧尽,使热量损失。

第四阶段是燃尽阶段。木材燃烧后的剩余物是少量的灰分。灰分因木材种类不同而不等。灰分呈灰白色,表示木材燃尽;灰分呈黑色,表示燃烧不完全。

     (二)木材阻燃剂的阻燃机理:

  1、覆盖层作用:阻燃剂受热后,在木材表面熔融形成玻璃状覆盖层,成为凝聚相和火焰之间的一个屏障,既可隔绝氧气,又可阻挡热传导和热辐射,从而起到阻燃的作用。

  2、气体稀释作用:阻燃剂吸热分解后释放出不燃性气体,如氮气、二氧化碳、氨、二氧化硫等,这些气体稀释了可燃性气体,或使燃烧过程供氧不足。从而起到阻燃的作用。

  3、吸热作用:某些热容量高的阻燃剂在高温下发生相变、脱水或脱卤化氢等吸热分解反应,降低了木材表面和火焰区的温度,如三水合氧化铝分解时可释放出3个分子水,转变为气相需要消耗大量的脱水热。


  4、熔滴作用:阻燃剂使得木材发生解聚,熔融温度降低,增加了熔点和着火点之间的温差,使木材在裂解之前软化、收缩、熔融,成为熔融液滴滴落,大部分热量被带走。

(三)木材阻燃的化学方法 
木材化学阻燃法主要是用化学药剂,即阻燃剂处理木材。阻燃剂的作用机理是在木材表面形成保护层,隔绝或稀释氧气供给;或遇高温分解,放出大量不燃性气体或水蒸气,冲淡木材热解时释放出的可燃性气体;或阻延木材温度升高,使其难以达到热解所需的温度;或提高木炭的形成能力,降低传热速度;或切断燃烧链,使火迅速熄灭。良好的阻燃剂安全、有效、持久而又经济。
根据阻燃处理的方法,阻燃剂可分为两类:
①阻燃浸注剂。用满细胞法注入木材。又可分为无机盐类和有机两大类。无机盐类阻燃剂(包括单剂和复剂)主要有磷酸氢二铵【(NH4)2HPO4)】、磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、氯化铵(NH4Cl)、硫酸铵【(NH4)2SO4】、磷酸(H3PO4)、氯化锌 (ZnCl2)、硼砂(Na2BaO7·10H2O)、硼酸(H3BO3)、硼酸铵【(NH4)2B4O7·4H2O】以及液体聚磷酸铵等。有机阻燃剂(包括聚合物和树脂型)主要有用甲醛、三聚氰胺、双氰胺、磷酸等成分制得的MDP阻燃剂,用尿素、双氰胺、甲醛、磷酸等成分制得的UDFP胺基树脂型阻燃剂等。此外,有机卤代烃一类自熄性阻燃剂也在发展中。
②阻燃涂料。喷涂在木材表面。也分为无机和有机两类:无机阻燃涂料主要有硅酸盐类和非硅酸盐类。有机阻燃涂料主要可分为膨胀型和非膨胀型。前者如四氯苯酐醇酸树脂防火漆及丙烯酸乳胶防火涂料等;后者如过氯乙烯及氯苯酐醇酸树脂等。

(四)作为防火剂的硅酸钠

     硅酸钠作为木材防火剂则充分利用了其不燃不爆的物理性质,本身硅酸钠就不燃烧,而将硅酸钠涂在木材表面就阻隔了木材与空气中氧气的直接接触,这样即使燃烧木材至多也只是变黑,如果是高温那也只是干馏,所以硅酸钠可以用作木材的防火剂。

  水玻璃能使木材阻燃的原理是:水玻璃溶液涂刷或浸渍材料后,能渗入缝隙和孔隙中,固化的硅凝胶能堵塞毛细孔通道,提高材料的密度和强度,从而提高材料的抗风化能力,同时硅酸钠水解能形成多聚硅酸,生成的无机膜在木材表面形成熔融的玻璃状隔层,可阻止木材受热分解出来的可燃性气体外逸和阻止大气中的氧气进入木材,并且有良好的隔热作用。但水玻璃不得用来涂刷或浸渍石膏制品。因为水玻璃与石膏反应生成硫酸钠(Na2SO4),在制品孔隙内结晶膨胀,导致石膏制品开裂破坏。


(五)做为阻燃剂的聚磷酸铵

   聚磷酸铵又称多聚磷酸铵或缩聚磷酸铵(简称APP),其分子通式为(NH3)n+2PnO3n+11965年美国孟山都公司首先开发成功。聚磷酸铵无毒无味,不产生腐蚀气体,吸湿性小,热稳定性高,是一种性能优良的非卤阻燃剂。在20世纪70年代初,日本、前西德、前苏联等开始大量生产,目前应用较为普遍。我国从20世纪80年开始研制该类产品,生产企业有几十家,主要用作阻燃剂。是各种膨胀型防火涂料及阻燃制品必加的防火添加剂。我厂采用国际先进的多层微胶囊包覆工艺,含磷量大、含氮量高,具有热稳定性好、水溶性小、近于中性、阻燃效能高等优点。产品为白色粉未状固体,无吸湿性,不可燃,为结晶II型,且具有高分子量(n>1000)和高稳定性,故也可作为膨胀型阻燃热塑性塑料的主要有效成分。我司产品做了表面处理,抗吸湿性更强,PH值呈碱性,水溶性更低(小于0.1g/100cm3 水 25℃)。

其阻燃原理:APP在高温条件下受热脱水生成聚磷酸或偏磷酸,可以作为强脱水剂与阻燃体系中的成炭物质发生脱水作用而形成单质碳层,通过气源所产生的不燃性气体的作用形成膨胀碳层起到隔绝空气,阻隔火源,达到阻燃的目的。

特点:

1. .聚合度磷氮含量高,阻燃效果好。

2.聚合度高,水溶解度低,吸湿性小。

3. pH值接近中性,热稳定性好,配伍性好。

4.增加粉体的流动性。

5.提高在燃烧时的膨胀性。