我國(guó)中密度阻燃纖維板處理方法和阻燃劑的研究進(jìn)展

張高攀，韓道勇，趙一禪，郭明輝(東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150040)

20世紀(jì)60年代我國(guó)引入干法工藝生產(chǎn)中纖板，80年代末以濕法為主體的工藝逐漸被淘汰。與濕法工藝相比，干法工藝不僅減少了對(duì)環(huán)境的污染，而且生產(chǎn)過(guò)程也相對(duì)簡(jiǎn)單。因此干法工藝被大量推廣應(yīng)用，與此同時(shí)我國(guó)的纖維板產(chǎn)業(yè)也迎來(lái)了快速發(fā)展時(shí)期。我國(guó)每年都會(huì)發(fā)生大量火災(zāi)，其中房屋火災(zāi)占比最大，嚴(yán)重危害著廣大人民群眾的生產(chǎn)生活。火災(zāi)中很大一部分是由于木制品的燃燒造成的，而纖維板屬于易燃材料［1］，大量的應(yīng)用也在無(wú)形中增加了發(fā)生火災(zāi)的可能性，而且其中大部分中密度纖維板并沒(méi)有經(jīng)過(guò)阻燃處理，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)反而會(huì)增長(zhǎng)火勢(shì)，造成更大的危害。因此，中密度阻燃纖維板的制備與研究必將越來(lái)越受到相關(guān)部門(mén)和相關(guān)研究人員的重視。

1 中密度阻燃纖維板的研究進(jìn)展

目前我國(guó)中密度阻燃纖維板的發(fā)展主要在兩個(gè)方面，一方面是阻燃處理方式的發(fā)展，另一方面是阻燃劑的發(fā)展。

1.1 中密度阻燃纖維板處理方法 在生產(chǎn)過(guò)程中使用阻燃劑處理，可使中密度纖維板在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，燃燒緩慢甚至是不發(fā)生燃燒，從而達(dá)到阻燃。按使用方式可分為浸漬法、輻射法、添加法、噴涂法、表面處理法、超聲波法等［2］。該研究介紹其中使用較為廣泛的3種方法，即浸漬法、表面處理法、添加法。

1.1.1 浸漬法。即阻燃劑溶液在一定條件下進(jìn)入到材料內(nèi)部。常壓條件下浸漬緩慢，且量極少，所以為了達(dá)到理想的效果，通常在真空加壓條件下進(jìn)行。此法需要專(zhuān)門(mén)的工藝設(shè)備，過(guò)程較為復(fù)雜，不僅增加了纖維板生產(chǎn)的工序，提高了生產(chǎn)成本，降低了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，而且也會(huì)影響纖維板的強(qiáng)度。阻燃劑浸漬量有限，且不穩(wěn)定，從而直接影響了阻燃效果［3］。對(duì)于密度較大的中纖板，浸漬處理的時(shí)間較長(zhǎng)，效率較低，不能達(dá)到預(yù)期的阻燃效果，所以浸漬法只適用于密度較小，較薄的中纖板。浸漬使用的阻燃劑大多溶于水，如氨水、尿素、磷酸鹽類(lèi)、一些無(wú)機(jī)阻燃劑等。這類(lèi)阻燃劑滲入的同時(shí)也會(huì)攜帶一定的水分，從而對(duì)中纖板的性能、強(qiáng)度等產(chǎn)生一定程度的影響。

1.1.2 表面處理法。即阻燃處理纖維板表面。這種方法早在20世紀(jì)90年代就已使用，如選擇合適的阻燃劑和膠黏劑，在一定條件下制備含有阻燃劑的膠黏劑溶液;涂敷到中纖板的表面，然后進(jìn)行貼面等后續(xù)處理，這樣也可以獲得阻燃效果較好的纖維板［4］。為了獲得優(yōu)越的阻燃性能，需要多次涂敷阻燃劑，但是次數(shù)過(guò)多會(huì)影響表面裝飾質(zhì)量，使板的應(yīng)用受到限制［1］。不管是阻燃劑，還是防火耐火材料都會(huì)產(chǎn)生涂敷不均勻的現(xiàn)象，從而造成各個(gè)地方的阻燃效果不同。此外也可以制成阻燃的貼面紙粘在板的表面，該法在一定程度上可以降低甲醛的釋放量，處理工藝簡(jiǎn)單，容易操作，使用較為普遍，但是降低了中纖板的加工性能。

1.1.3 添加法。即在成板之前進(jìn)行的阻燃處理，這種方法使用最為普遍，可分2種。第1種是先在一定條件下用阻燃劑處理原料——纖維，然后再經(jīng)過(guò)鋪裝、熱壓等工藝制成成品板材。這種方法會(huì)降低產(chǎn)品的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度，進(jìn)而降低板材的力學(xué)性能，限制板材的使用。處理后的纖維應(yīng)不會(huì)對(duì)后續(xù)施膠產(chǎn)生影響，否則將會(huì)降低膠接強(qiáng)度。廢液需進(jìn)行適當(dāng)處理，否則其中的化學(xué)物質(zhì)會(huì)污染環(huán)境。第2種是在鋪裝和熱壓時(shí)把膠黏劑和阻燃劑混合使用或制成阻燃膠黏劑使用，前提是阻燃劑和膠黏劑必須有一定的相容性，否則既會(huì)影響膠黏劑的膠接性能，又會(huì)影響阻燃劑的性能。同時(shí)，阻燃劑需具有一定的穩(wěn)定性，確保在板材熱壓時(shí)不發(fā)生分解和析出［5］。

1.2 中密度阻燃纖維板使用的阻燃劑

1.2.1 磷系阻燃劑。磷系阻燃劑使用的主要是磷酸酯類(lèi)和膦酸酯類(lèi)。磷系阻燃劑用量少，阻燃效果好。燃燒時(shí)，磷系阻燃劑可使材料表面脫水炭化，而且受熱分解的產(chǎn)物會(huì)包裹在材料表面，從而阻止進(jìn)一步燃燒［6］。由于不同阻燃劑之間存在協(xié)同作用，一般是將磷系阻燃劑和一種或多種阻燃劑混合使用。中密度阻燃纖維板中，使用的單一阻燃劑較少，通常使用(NH4)2HPO4、NH4H2PO4等復(fù)合型磷系阻燃劑［7］。此外，經(jīng)磷系阻燃劑處理的中密度纖維板燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙霧較少，放出的氣體對(duì)環(huán)境和人的危害也相對(duì)較少。當(dāng)然磷系阻燃劑也有很多缺點(diǎn)，如較強(qiáng)的揮發(fā)性、耐熱性有待提高、分解的產(chǎn)物可能會(huì)污染環(huán)境等。

1.2.2 氮系阻燃劑。氮系阻燃劑具有以下優(yōu)點(diǎn):毒性較小，腐蝕性弱;阻燃效率較高;有良好的穩(wěn)定性，加工時(shí)不會(huì)有腐蝕性氣體放出，應(yīng)用于中纖板，對(duì)其設(shè)備的腐蝕性也小;良好的適配性;不會(huì)污染環(huán)境，后續(xù)產(chǎn)物也不會(huì)污染環(huán)境。氮系阻燃劑阻燃有多重作用機(jī)制，氮系阻燃劑在燃燒時(shí)放出N2、NH3等，而這些氣體又不能與O2發(fā)生燃燒反應(yīng)，因而這些氣體與外界空氣相遇時(shí)便會(huì)降低周?chē)鶲2的濃度，減少周?chē)鶲2與材料的接觸，從而減緩甚至阻礙燃燒［8］。大多數(shù)氮系阻燃劑可被應(yīng)用于中密度阻燃纖維板的制造。

1.2.3 復(fù)合阻燃劑。隨著我國(guó)纖維板產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，中密度阻燃纖維板所占的比重也逐年增加，復(fù)合阻燃劑的開(kāi)發(fā)應(yīng)用也發(fā)展迅速，取得了一些成果。劉迎濤等［9－12］人自主研發(fā)了用于木材阻燃的FRW阻燃劑，阻燃效果顯著。雖然這種阻燃劑會(huì)對(duì)板材產(chǎn)生一些消極影響，但只要合理使用，板材各項(xiàng)指標(biāo)依然能達(dá)到國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。黃精明等［13］人以脒基脲磷酸鹽為主成分合成了氮－磷－硼復(fù)合阻燃劑，制板時(shí)合理使用該阻燃劑，可獲得阻燃性能極佳的中纖板，在使用過(guò)程中，阻燃劑會(huì)吸收外界的水分，從而在制板過(guò)程中需要使用特殊的膠黏劑。楊遠(yuǎn)才等［14］人率先在阻燃劑中使用大量聚磷酸胺，隨后用該阻燃劑處理纖維板。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，該種阻燃劑在燃燒時(shí)產(chǎn)生泡沫，泡沫覆蓋在板材的表面起到隔火的作用。在高溫下，經(jīng)阻燃處理的纖維板燃燒時(shí)放出的難燃性氣體，不僅可以起到稀釋空氣中氧氣濃度的作用，還能減緩纖維板的燃燒速度等。郭明輝等［15］人在研究中使用磷酸二氫銨進(jìn)行阻燃處理原料，再在一定條件下制取中密度纖維板，結(jié)果表明與素板相比，磷酸二氫銨的處理不僅改善了纖維板的阻燃性能，而且也提高了板材的各項(xiàng)物理指標(biāo)。此外，吳玉章等［16］人以改良的氫氧化鋁為阻燃劑，采用錐形量熱儀探究該阻燃劑對(duì)中密度纖維板產(chǎn)生的作用，試驗(yàn)結(jié)果表明超細(xì)氫氧化鋁能有效減少燃燒時(shí)煙霧釋放量，但是對(duì)燃燒時(shí)釋放熱量的抑制效果不好。陳?ài)牡龋?7］以納米二氧化硅改性處理磷氮型復(fù)合阻燃劑，再用所得阻燃劑處理纖維板，探究阻燃劑用量對(duì)成品纖維板的影響，試驗(yàn)表明適量的納米二氧化硅可以增強(qiáng)板材的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、彈性模量，但阻燃性能卻有所下降。

2 發(fā)展前景

2.1 阻燃處理方法 ①需要逐漸完善和縮短阻燃中纖板的生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率。②針對(duì)不同阻燃劑，研制不同的處理方法，即一對(duì)一處理。③逐步提高和完善對(duì)阻燃纖維板各種指標(biāo)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，使之更能符合以人為本的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展要求。④優(yōu)化已有工藝，采用新型工藝，提高阻燃劑利用率，減少阻燃劑用量，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。⑤改良已有阻燃方法，研究新型環(huán)保的阻燃方法，使其和使用的阻燃劑相配合，從而通過(guò)這種方式提高阻燃劑的阻燃效果。

2.2 阻燃劑 ①開(kāi)發(fā)研制既具有環(huán)保性能又具有優(yōu)越阻燃性能的阻燃劑。②研制既具有膠接性能又具有阻燃性能的阻燃劑，甚至是具有更多其他優(yōu)良性能的阻燃劑。③進(jìn)一步改進(jìn)和完善當(dāng)前使用的氮－磷－硼等復(fù)合型阻燃劑。④阻燃劑開(kāi)發(fā)將向著品種齊全、高專(zhuān)用度、高性能的方向發(fā)展。

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