聚磷酸銨和改性海泡石處理木材的阻燃抑煙作用

陳 旬 ，袁利萍 ，胡云楚 ,，田梁材 ，王 潔 ，夏燎原 ，朱曉丹

（中南林業(yè)科技大學(xué) a.材料與工程學(xué)院；b.理學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

聚磷酸銨和改性海泡石處理木材的阻燃抑煙作用

陳 旬a(chǎn)，袁利萍a，胡云楚a,b，田梁材b，王 潔b，夏燎原a，朱曉丹a

（中南林業(yè)科技大學(xué) a.材料與工程學(xué)院；b.理學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

采用CONE法、熱重-差示掃描量熱法研究了改性海泡石與聚磷酸銨（APP）在木材燃燒過(guò)程中的阻燃作用和對(duì)煙霧毒氣的調(diào)控作用。結(jié)果表明：改性海泡石和APP單獨(dú)作用于木板時(shí)使木板的THR分別降低了27.55%，43.11%；TSP分別降低了11.95%，54.56%，這說(shuō)明APP和海泡石均具有阻燃和抑煙作用，APP比改性海泡石具有更好的阻燃及抑煙效果，但是APP單獨(dú)作用的樣品CO的平均產(chǎn)率增加了252.94%。改性海泡石和APP共同處理木材時(shí)，使木板的ATHR降低了 44.75%，ATSP降低了84.42%，MeanCOY降低了81.86%。這說(shuō)明APP和改性海泡石產(chǎn)生了協(xié)效阻燃和協(xié)效抑煙的作用，并且改性海泡石可以將APP作用下木材熱解產(chǎn)生以CO為代表的大量有害氣體充分催化氧化轉(zhuǎn)換成了CO2氣體，可以有效降低煙氣毒性。改性海泡石與APP聯(lián)用，在高效阻燃的同時(shí)減少煙霧毒氣釋放，降低火災(zāi)危害。

改性海泡石；APP；木材燃燒; 阻燃抑煙

阻燃劑是用以提高材料抗燃性，即阻止材料被引燃及抑制火焰?zhèn)鞑サ闹鷦ｋS著人類社會(huì)環(huán)保意識(shí)的日益提高，在開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)阻燃劑時(shí)，除應(yīng)滿足高效阻燃的要求外，還應(yīng)具備對(duì)人、動(dòng)物及植物無(wú)害、燃燒時(shí)煙霧和有毒氣體的釋放量低和對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)。無(wú)機(jī)阻燃劑具有熱穩(wěn)定性好，發(fā)煙量小，不易產(chǎn)生腐蝕、有毒氣體等特點(diǎn)，符合當(dāng)今社會(huì)的環(huán)保要求，而被廣泛應(yīng)用于塑料、木材等的阻燃防火[1-2]。

聚磷酸銨（APP）作為無(wú)機(jī)阻燃劑，對(duì)環(huán)境危害小，價(jià)格低廉，阻燃效率高，更是深受人們的青睞，被大量應(yīng)用于木材的阻燃處理。但是，APP在阻燃的同時(shí)，也會(huì)催化產(chǎn)生大量的煙霧和毒氣[3]。這是對(duì)環(huán)境及火災(zāi)中人員安全極其不利的。所以在對(duì)木材使用APP進(jìn)行阻燃處理時(shí)，也有必要加入一些能減少木材熱解時(shí)煙霧毒氣產(chǎn)生的物質(zhì)，以期達(dá)到高效阻燃的同時(shí)，盡量減少或消除對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染和對(duì)人類健康的危害。

海泡石，其理論結(jié)構(gòu)式為為Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4·8H2O[4]，在其結(jié)構(gòu)單元中，硅氧四面體和鎂氧八面體相互交替，具層狀和鏈狀的過(guò)渡型特征。正是由于這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，使得海泡石的比表面積高，孔隙率大；且其熔點(diǎn)為1 500℃～1 700℃[5]，具有良好的熱穩(wěn)定性。海泡石中含有豐富的鎂、硅等元素本身就是極好的非鹵阻燃元素，使其在聚合物阻燃研究中成為一種潛在的環(huán)境友好型阻燃劑或阻燃協(xié)效劑。且其來(lái)源廣泛，無(wú)毒無(wú)害，將其應(yīng)用于木材阻燃中有可能會(huì)達(dá)到很好的阻燃抑煙效果。然而天然海泡石礦品位低，雜質(zhì)含量高，且表面酸性弱、通道小、熱穩(wěn)定性不好，這些弱點(diǎn)限制了海泡石的應(yīng)用[6]。因此必須預(yù)先經(jīng)過(guò)純化、改性等處理，進(jìn)一步改善其優(yōu)良性能，以去除雜質(zhì)和疏通孔道,從而增大它的比表面積與吸附能力[7-8]。本論文首先對(duì)海泡石進(jìn)行純化和酸化處理，后將APP與改性海泡石共同作用于木材，以期達(dá)到對(duì)木材高效阻燃的同時(shí)，減少煙霧毒氣產(chǎn)生的復(fù)合效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

1.1.1 試劑

海泡石，河北易縣海泡石開(kāi)發(fā)有限公司；鹽酸（37%～38%），成都科隆試劑廠；聚磷酸銨(APP)，工業(yè)級(jí)，四川長(zhǎng)豐化工有限公司；木粉（過(guò)20目篩），青島富木林塑木環(huán)保材料有限公司。

1.1.2 儀器

FTT Cone Calorimeter，Stanton Redcroft Inc英國(guó)公司；FSD-100A電動(dòng)粉碎機(jī)，臺(tái)州市新思精密糧儀有限公司；ARA520電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；101-0AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司。

1.2 樣品的準(zhǔn)備

1.2.1 改性海泡石的制備

水處理：去離子水與海泡石以1∶50的比例混合，靜置24 h，抽濾，洗滌，120℃干燥6 h。

酸處理[9]：將水處理的海泡石放入 5%的鹽酸，（海泡石與鹽酸的體積比為1∶150）放入三口瓶，70℃攪拌12 h，洗滌抽濾，120℃干燥6 h。

1.2.2 阻燃松木板的制備

將松木粉，APP與改性海泡石以表一的配方，于研缽中研磨30分鐘，混合均勻后，于特制模具中組模成坯。然后再熱壓溫度160℃，熱壓時(shí)間15 min的情況下壓制成板材。卸壓方式采?。簾徇M(jìn)熱出。板材規(guī)格：100 mm×100 mm×10 mm。

表 1 錐形量熱試樣的組成配方Table 1 Formula of CONE test samples

1.3 性能表征

1.3.1 錐形量熱分析

采用FTT CONE Calorimeter，并按照 ASTME 1354 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。稱每塊已經(jīng)制好的樣品木板的質(zhì)量。將樣品除加熱面外的所有面用鋁箔紙包裹并水平放置在不銹鋼樣品架上，在50 kW·m-2熱輻照功率下對(duì)樣品進(jìn)行系統(tǒng)研究。每個(gè)樣品進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有錐形熱量?jī)x的專用軟件，配合Excel軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

1.3.2 熱重分析實(shí)驗(yàn)

取每塊松木板切割后的殘余料8～15 mg作為實(shí)驗(yàn)樣品。測(cè)試時(shí)，將樣品放于熱重分析儀（TGA-Q500，美國(guó)TA儀器公司）中，爐內(nèi)溫度以10℃/min的速率由40℃升高到800℃，保護(hù)氣為50 mL/min流量的高純氮?dú)?。?jì)算機(jī)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 APP/改性海泡石對(duì)木材阻燃過(guò)程中熱釋放規(guī)律的影響

熱釋放速率HRR是指在預(yù)設(shè)的加熱器熱輻射熱流強(qiáng)度下，樣品點(diǎn)燃后單位面積上釋放熱量的速率，單位為kw/m2。RHRR或者熱釋放速率峰值(pk-HRR)越大，材料在火災(zāi)中的危險(xiǎn)性越大[10-12]。

圖1是不同阻燃體系松木板試樣在50 kW/m2熱輻射作用下的熱釋放速率RHRR曲線，未經(jīng)過(guò)阻燃處理木材的RHRR曲線有兩個(gè)峰，第一峰對(duì)應(yīng)于木材的上層木板有焰燃燒，出現(xiàn)在60 s附近，峰值為201.38 kW/m2；第二峰對(duì)應(yīng)于底層木板的燃燒，出現(xiàn)在300 s附近，峰值為363.56 kw/m2，表明未經(jīng)阻燃處理木材在50 kw/m2熱輻射作用下有兩次劇烈的燃燒放熱過(guò)程。經(jīng)過(guò)阻燃處理的樣品曲線的大體趨勢(shì)沒(méi)有變，均出現(xiàn)了兩個(gè)峰，且第二個(gè)峰的出峰時(shí)間延后，說(shuō)明加入的阻燃劑均促進(jìn)木材的成碳，使樣品碳層穩(wěn)固，碳層破裂的時(shí)間推遲，對(duì)應(yīng)于底層木材燃燒的第二個(gè)熱釋放速率峰推遲。且經(jīng)過(guò)阻燃處理木材W+S、W+A和W+A+S的HRR曲線均低于未阻燃處理木材W的HRR曲線，表明阻燃劑抑制了木材的燃燒放熱作用，明顯降低了HRR和pk-HRR的值。

圖1 不同阻燃體系下樣品的HRRFig.1 RHRR curves of different fl ame retardant systems

總熱釋放量(簡(jiǎn)稱THR)，是指在預(yù)置的熱輻射強(qiáng)度下，材料從點(diǎn)燃到火焰熄滅期間所釋放熱量的總和。圖2是不同阻燃體系松木板試樣在50 kw/m2熱輻射作用下累積熱釋放THR曲線。經(jīng)過(guò)阻燃處理木板W+A、W+S、W+A+S的THR曲線均低于未處理木板W的THR曲線。并且很明顯的看出W+A的曲線較W和W+S的曲線平緩，W+A+S曲線更加平緩，這說(shuō)明同時(shí)加入APP和改性海泡石的樣品燃燒比較緩和，熱釋放速率較小，對(duì)火焰起到很好的控制作用。APP和改性海泡石產(chǎn)生了協(xié)效阻燃的作用，在本實(shí)驗(yàn)中達(dá)到了最好的阻燃效果。

圖2 不同阻燃體系下樣品的THR曲線Fig.2 ATHR curves of different fl ame retardant systems

2.2 APP/改性海泡石對(duì)木材燃燒過(guò)程中煙氣釋放規(guī)律的影響

圖3是不同阻燃體系松木板試樣在50 kw/m2熱輻射作用下煙生成速率SPR曲線。經(jīng)過(guò)阻燃處理的樣品W+S，W+A及W+A+S的SPR曲線均低于未經(jīng)過(guò)阻燃處理的樣品W的SPR曲線。樣品W+S的曲線稍低于W的，其次是W+A，最低的是W+A+S，這說(shuō)明APP改性海泡石聯(lián)用達(dá)到了很好的抑煙效果。

圖3 不同阻燃體系下樣品的SPR曲線Fig.3 SPR curves of different fl ame retardant systems

總的煙釋放量是指樣品在整個(gè)燃燒過(guò)程中單位面積釋放煙的總量。圖4是不同阻燃體系松木板試樣在50 kw/m2熱輻射作用下累積煙釋放量TSP曲線。由圖觀察到未阻燃樣品W總煙釋放量（TSP）曲線在0～330 s范圍內(nèi)迅速增大，330 s以后發(fā)煙總量基本趨于穩(wěn)定，不再隨著時(shí)間的變化而變化。結(jié)合圖3，明顯看出未經(jīng)過(guò)阻燃處理的樣品W在0～330 s內(nèi)有兩個(gè)煙生成速率峰說(shuō)明燃燒過(guò)程產(chǎn)生的煙主要來(lái)源于有焰燃燒階段。阻燃劑處理后樣品W+S，W+A及W+A+S的SPR曲線均低于未經(jīng)過(guò)阻燃處理的樣品W的SPR曲線，這使得總煙釋放量均大幅度降低，TSR曲線趨于平緩，說(shuō)明APP與改性海泡石均具有抑煙作用。圖4可見(jiàn)，APP處理的阻燃樣品W+A的TSR曲線低于W和W+S的TSR曲線；改性海泡石的加入，則使總煙釋放量進(jìn)一步降低，如W+A+S的SPR曲線和TSP曲線所展現(xiàn)的。

圖4 不同阻燃體系下樣品的TSP曲線Fig.4 ATSP curves of different fl ame retardant systems

圖5 不同阻燃體系下樣品的COP曲線Fig.5 COP curves of different fl ame retardant systems

圖5為不同阻燃體系松木板試樣在50 kw/m2熱輻射作用下COP曲線。由圖明顯看出改性海泡石與APP共同處理的阻燃樣品W+A+S的CO生成速率是最小的，改性海泡石處理的的阻燃樣品W+S次之，純木粉處理的阻燃樣品W第三，APP處理的阻燃樣品W+A具有最大的CO釋放量。這說(shuō)明經(jīng)APP阻燃處理后的松木板樣品，阻燃性能提高的同時(shí)，由于炭層造成不完全燃燒，以及由于脫水形成的水蒸氣降低了氧濃度從而加大了不完全燃燒量的緣故，造成了以CO 為代表的有毒氣體的增加，增大了火災(zāi)中人員傷亡的隱患。改性后的海泡石具有規(guī)則的多孔結(jié)構(gòu)，很大的比表面積，可降低以CO為代表的有毒氣體的釋放，但其阻燃效果不如APP，所以將兩者結(jié)合起來(lái)如阻燃樣品W+A+S，既達(dá)到了一個(gè)較好的阻燃效果，又沒(méi)有產(chǎn)生很多的煙霧和毒氣。

圖6為不同阻燃體系松木板試樣的CO2P曲線。其中，W+A樣品的CO2P曲線最低，其CO2的生成速率是最小的，產(chǎn)生的CO2最少。結(jié)合圖5來(lái)看，W+A產(chǎn)生的CO又是最多的，這也說(shuō)明APP使木材不完全燃燒，將木材大部分轉(zhuǎn)化為CO為代表的有毒氣體，小部分轉(zhuǎn)化為CO2。

圖6 不同阻燃體系下樣品的CO2P曲線Fig.6 CO2P curves of different fl ame retardant systems

2.3 APP/5A分子篩阻燃木材錐形量熱參數(shù)分析

由表2可知，未經(jīng)過(guò)阻燃處理的試樣W的熱釋放峰值pkHRR明顯高于其它阻燃試樣。在加入改性海泡石后，W+S的pkHRR值在W的基礎(chǔ)上降低了35.75%；加入APP后，W+A的pkHRR在W的基礎(chǔ)上降低了52.72%；加入APP+改性海泡石以后W+A+S的pkHRR值在W的基礎(chǔ)上降低了57.91%，W+A+S在W+A的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低。說(shuō)明APP和改性海泡石均具有一定的阻燃效果，APP的阻燃效果較改性海泡石的強(qiáng)，APP處理的阻燃樣品已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)很好的阻燃水平，樣品經(jīng)APP處理后，木材熱降解生成可燃性揮發(fā)產(chǎn)物的速度降低，火強(qiáng)度降低，這對(duì)于降低熱量向松木板的反饋非常有利，這一結(jié)果很好地說(shuō)明了APP對(duì)木材具有非常顯著的阻燃作用。但是APP的CO的平均產(chǎn)率Mean COY達(dá)到了0.06 kg/kg，而加海泡石處理樣品的Mean COY僅0.015kg/kg，APP+改性海泡石兩者復(fù)合阻燃處理試樣僅為0.011 kg/kg，在只加APP的基礎(chǔ)上降低了81.86%，所以只有將APP和改性海泡石聯(lián)用，對(duì)木材的阻燃和抑煙效果才能達(dá)到最好。

改性海泡石處理木板W+S在600s時(shí)的累積熱釋放總量THR為62.76 MJ/m2， APP處理的樣品木板W+A在600 s時(shí)的THR為49.28 MJ/m2，APP和改性海泡石共同處理的樣品W+A+S在600 s時(shí)的THR為47.86 MJ/m2，在未處理木板600 s時(shí)的累積熱釋放總量為86.63 MJ/m2的基礎(chǔ)上分別降低了27.55%、43.11%和44.75%，表明APP和改性海泡石均能有效地抑制了木材的燃燒放熱作用。樣品W、W+S、W+A和W+A+S的THR的值是逐個(gè)遞減的，這說(shuō)明改性海泡石與APP均具有阻燃效果，APP的阻燃效果更優(yōu)于改性海泡石，APP是通過(guò)覆蓋等阻燃機(jī)理來(lái)達(dá)到阻燃木材的效果，而海泡石具有良好的熱穩(wěn)定性，在燃燒過(guò)程中能保持骨架穩(wěn)定，起到保護(hù)炭層的作用，而且海泡石中含有豐富的鎂、硅等元素本身就是極好的非鹵阻燃元素，這使得改性海泡石也能具有一個(gè)較好的阻燃效果。兩者結(jié)合起來(lái)處理的阻燃樣品W+A+S具有一個(gè)最低的THR，說(shuō)明APP和改性海泡石在木材燃燒時(shí)起到了一協(xié)效阻燃的作用。

表 2 不同阻燃體系下試樣CONE實(shí)驗(yàn)參數(shù)Table 2 CONE data of different flame retardant systems

阻燃處理的樣品W+S、W+A、W+A+S的600s時(shí)累積煙釋放量TSP分別為9.55 m2/m2，4.93 m2/m2，1.69 m2/m2在未經(jīng)過(guò)阻燃處理的樣品W的累積煙釋放量10.85 m2/m2分別降低了11.95%，54.56%，84.42%。這說(shuō)明改性海泡石和APP在木材燃燒時(shí)均具有抑制煙釋放的作用，APP由于其覆蓋、成碳等阻燃機(jī)理，其受熱熔融時(shí)產(chǎn)生的玻璃狀物質(zhì)覆蓋在木材表面阻止了木材燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱解產(chǎn)物逸出，且其受熱分解產(chǎn)生有脫水功效的酸基，促使纖維素脫水形成可以隔熱絕氣的炭化層，使得木材較少部分分解為顆粒碳的煙，這都是添加APP的樣品具有一個(gè)較低的TSP的原因；而海泡石抑煙作用的原因是其多孔的結(jié)構(gòu)使得其具有很大的比表面積，也就決定了其良好的吸附功能。W+A+S具有極低的TSP值，兩者結(jié)合作用于木材也達(dá)到一個(gè)很好的協(xié)效抑煙作用。

根據(jù)表格中的mean-COY和mean-CO2Y，折算出試樣質(zhì)量損失都為100 g時(shí)不同的樣品CO，CO2產(chǎn)率。通過(guò)折算得到，質(zhì)量損失為100 g時(shí)，未阻燃處理木板的COY為2.19 g，CO2Y為104.42 g，加入APP處理的樣品W+A產(chǎn)生的COY達(dá)到了9.47 g，CO2Y僅85.30 g。在炭化階段，木材的纖維素和半纖維素降解為殘?zhí)俊O2、CO、CH4、CH3OH、CH3COOH 和芳烴等，這說(shuō)明加入APP的木材樣品在50 kw/m2熱輻射作用下，APP的覆蓋等阻燃機(jī)理使木材不充分燃燒，產(chǎn)生CO、芳烴等有害氣體，使得火災(zāi)中人員安全存在很大的威脅，這也是APP用于木材阻燃中的主要不足之處。而在加入APP基礎(chǔ)上再加入改性海泡石的樣品W+A+S，試樣質(zhì)量損失都為100g時(shí)的COY僅為2.03 g，CO2Y為110.93 g。這說(shuō)明改性海泡石可以將APP作用下木材熱解產(chǎn)生以CO為代表的大量有害氣體充分催化氧化轉(zhuǎn)換成了CO2氣體，充分彌補(bǔ)了APP在木材阻燃中產(chǎn)生毒氣的不足，使得兩者在木材阻燃中阻燃抑煙減毒完美協(xié)效，這對(duì)木材阻燃中的抑煙減毒是具有重大意義的。

2.4 APP/5A分子篩阻燃阻木材燃燒殘余物分析

未經(jīng)阻燃處理的樣品W燃燒后的殘貌照片顯示，樣品幾乎完全燃燒只剩下白色的灰燼和少量殘余炭，而且裂紋寬而深；海泡石處理的樣品W+S，灰白色，成碳不明顯，剩下的也是一些灰燼，只是較W樣品來(lái)說(shuō)，形貌較完整，裂紋較細(xì)密，剩余物較多，這說(shuō)明海泡石具有一定的阻燃作用，且由于其特殊的結(jié)構(gòu)及良好的熱穩(wěn)定性，能夠起到保持碳骨架穩(wěn)定的作用；APP處理的樣品W+A，黑色，成碳明顯，剩余物多，樣品整個(gè)向上彎曲，這是正膨脹型阻燃劑的特點(diǎn)；APP和海泡石共同作用的樣品W+A+S的殘貌黑色，表面平整，阻燃劑成炭作用顯著，炭層裂紋較少，炭層致密，致密的炭層能有效隔絕熱和質(zhì)在氣相和凝聚相的傳遞，避免內(nèi)部可燃物與氧氣、熱流的接觸，從而終止燃燒。這是因?yàn)楦男院Ｅ菔尤氲脚蛎涀枞俭w系中能降低生成的無(wú)定形炭的數(shù)量以防止形成大面積的易碎裂炭層，從而保護(hù)了炭層的強(qiáng)度，提高了材料的阻燃性能。碳層的強(qiáng)度也體現(xiàn)在HRR曲線第二個(gè)峰的延遲，加入阻燃劑的樣品W+S，W+A和W+A+S的碳層強(qiáng)度較W的強(qiáng)，使得上層木板燃燒后，碳層較難破裂，下層木板燃燒推后，致使HRR曲線第二個(gè)峰推后。

圖7 不同阻燃體系下試樣的殘余物照片F(xiàn)ig.7 Digital photograph of residual carbon that samples were treated by different fl ame retardant systems after CONE

2.5 APP/5A分子篩阻燃木材熱重分析

圖8為不同阻燃體系松木粉試樣的TG曲線，TG曲線結(jié)合表2的mass lost，改性海泡石處理的樣品W+S的殘?zhí)柯噬愿哂谖唇?jīng)過(guò)阻燃處理的樣品W，經(jīng)APP處理樣品W+A，木粉的殘?zhí)柯蔬h(yuǎn)遠(yuǎn)高于未經(jīng)過(guò)阻燃處理的樣品W，表明APP有效地抑制了木材的受熱分解，促進(jìn)成炭。經(jīng)APP與改性海泡石處理的木粉的殘?zhí)柯蔬M(jìn)一步提高。

圖8 不同阻燃體系下試樣的熱重曲線Fig. 8 TG curves of samples with different fl ame retardant systems

由圖可知，APP處理的阻燃木粉W+A和W+A+S與未阻燃處理木粉W的TG曲線在350℃附近發(fā)生交叉，350℃以前加APP阻燃處理木粉的TG曲線在未處理木粉TG曲線下面，350℃以后APP阻燃處理木粉的TG曲線在未處理木粉TG曲線上面。這表明，APP參與并催化了木材的分解過(guò)程，使木材的分解過(guò)程提前，分解反應(yīng)的起始溫度下降，結(jié)果是350℃以前，APP阻燃處理木粉的失重速度較快；同時(shí)，阻燃劑改變了木材的分解反應(yīng)歷程和方向，使木材的熱解反應(yīng)朝著生成更多的木炭和水的方向變化，結(jié)果是350℃以后，APP阻燃處理木粉的殘余木炭較多，剩余質(zhì)量較大。只被改性海泡石處理的木粉W+S的TG曲線與未被處理的木粉TG曲線未發(fā)生交叉， W+S的曲線一直在W曲線的稍上面，這說(shuō)明改性海泡石不具有上述APP的特征。

3 結(jié) 論

(1) 海泡石和APP對(duì)木材均具有阻燃效果，其作用于木材使木材的pk-HRR、HRR及THR均有所降低，海泡石的加入使木板的THR降低了27.55%，APP的加入使木板的THR降低了43.11%，這說(shuō)明APP較海泡石具有更好的阻燃效果。海泡石和APP共同作用時(shí)使木板的THR降低了 44.75%，表明二者聯(lián)用時(shí)產(chǎn)生協(xié)效阻燃作用，達(dá)到了最好的阻燃效果。

(2) 海泡石和APP對(duì)木材均具有抑煙作用。海泡石使木材的TSP降低了11.95%，APP使木材的TSP降低了54.56%，APP的抑煙效果比改性海泡石的更好。而兩者共同作用于木材時(shí)使松木板的TSP降低了84.42%，表明二者聯(lián)用時(shí)產(chǎn)生了協(xié)效抑煙的作用，達(dá)到最好的抑煙效果。

(3) APP作用于木材時(shí)CO的平均產(chǎn)率較未處理的松木提高了252.94%，這不符合當(dāng)今世界對(duì)阻燃劑的環(huán)保要求。APP與海泡石共同作用的松木樣品在只加APP的樣品基礎(chǔ)上CO平均產(chǎn)率降低了81.66%，表明APP與海泡石共同作用能夠有效降低CO為代表的有毒氣體含量，具有降低煙氣毒性的作用。

(4) 改性海泡石可以將APP作用下木材熱解產(chǎn)生以CO為代表的大量有害氣體充分催化氧化轉(zhuǎn)換成了CO2氣體，可以有效降低煙氣毒性。

(5) 改性海泡石與APP共同作用于松木板，在高效阻燃的同時(shí)減少了煙霧毒氣的釋放，有可能實(shí)現(xiàn)木材的高效阻燃和抑煙，符合環(huán)保要求。

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Effects of treating woods with modif i ed sepiolite and ammonium polyphosphate on theirs flame retardant and smoke suppression properties

CHEN Xuna, YUAN Li-pinga, HU Yun-chua,b, TIAN Liang-caib, WANG Jieb, XIA Liao-yuana, ZHU Xiao-dana
(a. School of Materials Science and Engineering; b. College of Science, Central South University of Forestry & Technology,Changsha 410004, Hunan, China)

Cone calorimeter method (CONE) and thermal gravity-differential scanning calorimeter analyzer (TG-DSC) were used to analyze the effects of modif i ed sepiolite and ammonium polyphosphate (APP) on fl ame-retardation and smoke-suppression in the wood combustion process. The results show that the ATHR and ATSP of wood panels mixed with modif i ed sepiolite decreased by 27.55%and 11.95%, respectively; The ATHR and ATSP of wood panels added APP reduced by 43.11% and 54.56%, respectively; It indicated that both APP and modif i ed sepiolite had effects on fl ame-retardation and smoke-suppression of treated woods, and APP was better than modif i ed sepiolite; However, the CO’s mean yield of wood panels added APP increased by 252.94%; When the wood panels treated by modif i ed sepiolite and APP, ATHRreduced 44.75%, ATSPreduced 84.42%, and mean carbon monoxide yield (YMCO) reduced by 81.86%;It indicated that APP and modif i ed sepiolite had synergistic fl ame-retardation and smoke-suppression effects, and modif i ed sepiolite can be fully converted the CO, which represents a large number of harmful gases produced in pyrolysis of woods, into CO2by catalytic oxidation and thus effectively reduce smoke toxicity; Modif i ed sepiolite combined with APP can lower noxious gas release and reduce fi re hazard as well as effectively retard fl ame.

modified sepiolite; ammonium polyphosphate (APP); combustion of wood; flame retarding and smoke suppressing properties

S782.39

A

1673-923X(2013)10-0147-06

2013-05-09

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（31170521）；湖南省研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目（CX2012B325）；中南林業(yè)科技大學(xué)研究生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目（CX2012B05）

陳 旬（1988-），女，湖南岳陽(yáng)人，碩士研究生，主要從事阻燃劑及阻燃材料方面的研究

胡云楚（1960-），男，湖南湘潭人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事材料化學(xué)和阻燃材料方面的研究；

E-mail：hucsfu@163.com

[本文編校：吳 彬]