低煙毒阻燃中纖板發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

李碧英 顏明強(qiáng) 朱劍

摘要：本文主要對(duì)低煙毒阻燃中纖板的阻燃劑配方、阻燃中纖板的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，分析了阻燃中纖板在煙氣毒性、膠黏劑的環(huán)保性研究、著色染料對(duì)中纖板環(huán)保性的影響、以及中纖板在抗菌防霉及阻燃劑易吸潮、易流失等方面存在的問(wèn)題，指出了阻燃中纖板的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：低煙毒;阻燃中纖板;發(fā)展現(xiàn)狀

中纖板由于具有良好的物理力學(xué)性能及綠色環(huán)保性能，且制品具有重量輕、強(qiáng)度高、絕緣性好、加工容易且外觀宜人等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛用于家具制造、隔斷、假墻、車船制造、家用電器等領(lǐng)域，是我國(guó)家具、室內(nèi)裝飾、裝修業(yè)需求量最大的原材料之一。然而由于普通人造板均由可燃材料組成，裝飾裝修時(shí)一旦使用明火或超負(fù)荷用電，極易引發(fā)火災(zāi)，且在火災(zāi)發(fā)生時(shí)會(huì)加速火勢(shì)的蔓延或擴(kuò)散。其中2017年“2?25”江西南昌海航白金匯酒店“唱天下”KTV裝修火災(zāi)，2017年“2·5 ”浙江臺(tái)州“足馨堂”足浴中心內(nèi)裝飾火災(zāi)，2017年12月1日天津“城市大廈”裝修改造重大火災(zāi)等更是給了我們慘痛的教訓(xùn)。因?yàn)樗粌H危及了人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，而且影響了社會(huì)穩(wěn)定，引起了政府和主管部門的高度重視。鑒于此，低煙毒中纖板的阻燃技術(shù)及阻燃劑的研究便引起了消防科研人員和相關(guān)企業(yè)的廣泛關(guān)注。本文主要就低煙毒阻燃中纖板國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行綜述。

一、低煙毒阻燃中纖板國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

對(duì)于阻燃中纖板的研究，美國(guó)林產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室早在20世紀(jì)60年代便開始對(duì)中纖板的阻燃處理進(jìn)行研究，日本在1965年也開始對(duì)阻燃纖維板進(jìn)行了研究。前蘇聯(lián)則分別采用濕法、濕干法、干法對(duì)中密度纖維板開展了阻燃處理研究，取得了較好的試驗(yàn)效果，部分阻燃中纖板產(chǎn)品也已進(jìn)入了市場(chǎng)。從阻燃技術(shù)來(lái)看，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，歐美、日本等國(guó)使用的阻燃中纖板用阻燃劑均采用磷-氮型或磷-氮-硼型水溶性或難溶性阻燃劑。從產(chǎn)煙毒性來(lái)看，國(guó)外對(duì)中纖板煙毒沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)要求，目前煙毒仍然為危險(xiǎn)（WX）級(jí)。從中纖板的顏色來(lái)看，歐美生產(chǎn)的阻燃中纖板一般做成粉紅色，日本的則一般要求原色（不染色）。

相對(duì)來(lái)說(shuō)，我國(guó)對(duì)阻燃中纖板的研究起步較晚，近些年才開始不斷加強(qiáng)。GB20286-2006《公共場(chǎng)所阻燃制品及組件燃燒性能要求和標(biāo)識(shí)》對(duì)公共場(chǎng)所阻燃家具、裝飾裝修材料等的燃燒性能及煙氣毒性做了強(qiáng)制規(guī)定，要求我國(guó)自2008年7月1日起新建或改建的公共場(chǎng)所必須采用滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的阻燃材料。鑒于此，國(guó)內(nèi)一些科研院所已開始對(duì)高性能阻燃中纖板進(jìn)行研究，并取得了一定的研究成果。應(yīng)急管理部四川消防研究所、廣州北林林產(chǎn)工業(yè)有限公司、浙江滬千森工科技股份有限公司和安徽阜陽(yáng)大可新材料股份有限公司、中國(guó)林科院木材研究所等先后研發(fā)出了中纖板專用阻燃劑及阻燃中密度纖維板專用膠粘劑，并在廣東、江西、湖北和福州進(jìn)行了投產(chǎn)。從目前的生產(chǎn)應(yīng)用情況來(lái)看，我國(guó)的阻燃中纖板全部為有機(jī)紅色燃料染色脲醛板，一般均做成粉紅色（少量出口日本的產(chǎn)品為原色）。因此國(guó)內(nèi)市場(chǎng)普遍認(rèn)為紅色才是阻燃板，造成阻燃中纖板的生產(chǎn)環(huán)保問(wèn)題一直無(wú)法解決，急需要研究替代有機(jī)紅色染料的環(huán)保型著色劑。

崔飛，顏龍[1]將磷酸二氫銨和硼酸以質(zhì)量比4∶1復(fù)配使用時(shí)阻燃效率最高，并且具有優(yōu)異的降低云南松在燃燒過(guò)程中的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)生煙特性，有效抑制松木裂解，殘?zhí)苛扛?，達(dá)到更好的阻燃和抑煙效果。復(fù)配阻燃劑對(duì)云南松木的熱釋放速率（HRR）、總釋放熱（THR）有著顯著的降低。胡來(lái)勇，俞馬宏通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)[2]磷酸氫二銨溶液浸漬后的楊木單板的載藥率、氧指數(shù)及水平垂直燃燒測(cè)試等級(jí)均高于硼酸銨。阻燃性能測(cè)試表明磷酸氫二銨的阻燃效果比硼酸銨更強(qiáng)，且把磷酸氫二銨和硼酸銨復(fù)配使用時(shí)，有明顯的協(xié)同阻燃效果。

張曉滕，母軍，儲(chǔ)淼，趙陽(yáng)四人[3]研究出當(dāng)三聚氰胺復(fù)合氮磷阻燃劑，當(dāng)組分尿素、磷酸、三聚氰胺配方摩爾比為2.53∶3.2∶0.025時(shí)，阻燃處理了的楊木的抗吸濕性與阻燃性較好，吸濕率顯著低于氮磷阻燃劑處理木材，達(dá)到美國(guó)建筑規(guī)范<28%的要求，同時(shí)氧指數(shù)值顯著提高。與氮磷阻燃劑相比，三聚氰胺復(fù)合氮磷阻燃劑處理?xiàng)钅镜某商柯视兴岣?，第一熱釋放速率峰值、總熱釋放量與CO產(chǎn)量均有不同程度的降低。雷文婷，廖添，宋亭，曾和平四人[4]采用垂直燃燒法測(cè)試了通過(guò)六氯環(huán)三磷腈（ HCCP） 與季戊四醇（ PER） 發(fā)生親核取代反應(yīng)合成的阻燃劑季戊四醇功能化的環(huán)三磷腈衍生物阻燃劑的阻燃性能。結(jié)果顯示，阻燃劑濃度達(dá)到30%以上可實(shí)現(xiàn)續(xù)燃時(shí)間及陰燃時(shí)間都為0s、殘?zhí)柯?40%的良好阻燃效果。吳趙旭，張曉滕，母軍[5]經(jīng)過(guò)研究確定了氮-磷阻燃劑處理的輕質(zhì)木絲板氧指數(shù)均達(dá)40%以上，表現(xiàn)出較好的阻燃性能。除成板噴涂阻燃處理的試件外，阻燃輕質(zhì)木絲板熱釋放速率明顯低于對(duì)照組，燃燒時(shí)間比對(duì)照組減少了約67%，點(diǎn)火時(shí)間延長(zhǎng)，平均有效燃燒熱和質(zhì)量損失速率大大降低，燃燒釋放總熱最高降低約90%。三人[6]又發(fā)現(xiàn)氮磷阻燃劑的添加明顯提高了輕質(zhì)木絲板的氧指數(shù)，降低了最大煙密度值，但也影響了阻燃輕質(zhì)木絲板的力學(xué)性能。阻燃劑添加量對(duì)彈性模量、靜曲強(qiáng)度、阻燃性影響較大，對(duì)內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度影響較小;DSC圖顯示阻燃劑添加會(huì)降低脲醛樹脂膠黏劑的固化反應(yīng)速率，進(jìn)而影響板材膠合強(qiáng)度;噴涂阻燃處理方式比浸漬阻燃處理方式更優(yōu)。馬林榕，張世鋒等人[7]利用酸/硼砂、磷酸和尿素為主要原料，制成氮-磷-硼系阻燃劑，并制備阻燃膠合板，檢測(cè)其膠合強(qiáng)度和阻燃性能。結(jié)果表明阻燃處理的膠合板氧指數(shù)有大幅度的提升，并且化學(xué)復(fù)配阻燃效果明顯優(yōu)于物理復(fù)配的效果，熱釋放速率與總熱釋放量均下降同時(shí)點(diǎn)燃時(shí)間明顯縮短。

陳?ài)腫8]選用改性劑改性阻燃中密度板，結(jié)果表明納米二氧化硅作為改性劑與BL阻燃劑共混，當(dāng)脲醛膠施加量為10%，阻燃劑施加量13%，熱壓溫度160士5℃時(shí)，用4%納米二氧化硅改性BL阻燃劑不會(huì)影響中密度纖維板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度;靜曲強(qiáng)度提高，彈性模量提高，氧指數(shù)降低，納米二氧化硅的增加阻燃性能降低，但影響較小。周永信[9]將雙氰胺∶磷酸為1∶1（摩爾比）進(jìn)行反應(yīng)得到合成產(chǎn)物，經(jīng)過(guò)一系列處理除去固體雜質(zhì)后，得到澄清的磷酸（GP）阻燃液。將合成的磷酸（GP）阻燃液與協(xié)效劑硼砂（BA）、硼砂（Borax）進(jìn)行復(fù)配，結(jié)果表明GP與BA具有較好的協(xié)效作用，GP+BA+Borax（質(zhì)量比為10∶2∶2簡(jiǎn)稱GBB）復(fù)配體系具有較好的阻燃效果。

張建[10]首次利用磷酸和尿素為主要原料生產(chǎn)出一種物質(zhì)來(lái)解決人造板甲醛釋放量問(wèn)題，脲膠中BL-甲醛消納劑的添加量越大，PH值變化越小，游離甲醛含量越低，固化時(shí)間越長(zhǎng)。BL-甲醛消納劑還有阻燃作用，隨著BL-甲醛消納劑施加量的增加、熱壓溫度的升高、熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)，甲醛釋放量越低。

近年來(lái)，國(guó)外對(duì)木質(zhì)材料阻燃劑的研究主要集中于阻燃劑的復(fù)配應(yīng)用、資源的循環(huán)利用以及阻燃劑的環(huán)保性等方面[11]。RamazanKurt[12]分別利用硼酸、硼砂、硼酸鋅、硼酸/硼砂混合物作為協(xié)效劑，與聚磷酸（APP）按照一定配比制備阻燃木塑復(fù)合材料。結(jié)果表明，當(dāng)硼酸∶硼砂∶聚磷酸按1.59∶1.41∶22的質(zhì)量配比時(shí)，材料的物理力學(xué)性能和阻燃性能都明顯優(yōu)于APP。Hashim，R[13]等人利用氧氧化鋁作為阻燃劑，與橡膠木纖維和舊瓦榜紙箱回收廢料纖維濕法壓制中密度纖維板。結(jié)果顯示：隨著阻燃劑添加量的增加，中纖板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度隨之提高，吸水厚度膨脹率下降，極限氧指數(shù)不斷提高。T.Laufenberg，N.Ayrilmis&R.White[14]三人評(píng)估了各種阻燃劑處理夾在經(jīng)過(guò)處理的貼面之間的冷杉條塊板（貼面是由硼酸（BA）、八溴二苯醚四水合物（DOT）、氧化鋁三水合物（ATH）或者BA/DO混合物）根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN310進(jìn)行斷裂與彈性模量測(cè)試，同時(shí)也對(duì)板塊進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)處理后的塊板柔韌性無(wú)負(fù)面影響，彎曲強(qiáng)度明顯降低，使得火焰?zhèn)鞑ヂ拭黠@降低。AyrilmisNadir，Canda Zeki，WhiteRobert[15]三人研究經(jīng)過(guò)阻燃處理的定向絞線版（OSB）的物理、機(jī)械和燃燒性能，阻燃處理主要是由磷酸一銨，磷或者硼砂∶硼酸（1∶1重量）的混合物。根據(jù)EN和DIN標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行式樣的物理和機(jī)械性能，同時(shí)利用錐形量熱儀測(cè)量其燃燒性能，結(jié)果顯示樣品的物理和機(jī)械性能受到阻燃處理的不利影響。用石灰水處理的這一組具有最佳的物理性能和阻燃性能，同時(shí)對(duì)有效熱量和質(zhì)量損失率都有明顯的降低，還推遲了點(diǎn)燃時(shí)間，而用硼砂/硼酸處理的樣品具有較好的力學(xué)性能。

二、目前所存在的問(wèn)題

從目前的研究情況來(lái)看，現(xiàn)有阻燃中纖板無(wú)論國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，均存在品種少、產(chǎn)量低、成本高、阻燃劑抗流失性差、煙氣毒性大、產(chǎn)品易霉變、生產(chǎn)不環(huán)保等問(wèn)題，具體主要表現(xiàn)在以下方面。

1.在煙氣毒性方面，我國(guó)火災(zāi)致死70～80%系煙氣毒性致死。采用氨基樹脂（以脲醛膠為主）作為粘合劑的中纖板，燃燒時(shí)產(chǎn)煙毒性大，很難達(dá)到ZA3級(jí)。世界90%以上的木質(zhì)中纖板都是以脲醛膠為粘合劑，而目前我國(guó)市售木質(zhì)阻燃中纖板幾乎100%采用脲醛膠生產(chǎn)。因此導(dǎo)致產(chǎn)品的燃燒產(chǎn)煙毒性絕大部分為GB 20285- 2006的危險(xiǎn)級(jí)。

2.膠黏劑研究方面，由于成本、粘合性能及設(shè)備工藝等因素的影響，以非氨基樹脂粘合劑（無(wú)醛膠）生產(chǎn)中纖板并沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用，要全部或大部分取代脲醛膠生產(chǎn)中纖板，最少在未來(lái)的一、二十年內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)。包括美國(guó)、日本、西歐等發(fā)達(dá)國(guó)家在內(nèi)，目前木質(zhì)中纖板（包括阻燃板）粘合劑仍然以脲醛樹脂為主。

3.在生產(chǎn)環(huán)保方面，目前市售阻燃中纖板約定俗成地做成紅色外觀，給人以“阻燃劑是紅色的”“紅色的才是阻燃的”之錯(cuò)覺(jué)。由于所用的紅色染料酸性大紅3R、酸性大紅GR、酸性紅A、酸性紅B、玫瑰精等均為偶氮染料，而偶氮染料一般被認(rèn)為毒性大甚至是致癌物，因此早在2002年和2003年就被歐洲議會(huì)和歐盟委員會(huì)限制使用。我國(guó)環(huán)保部門也已開始關(guān)注中纖板使用染料問(wèn)題，有的地方環(huán)保局甚至已經(jīng)下達(dá)了中纖板染料禁用命令。

4.中纖板抗菌防霉研究方面：目前中纖板抗菌處理多選用抗菌劑或防霉劑，抗菌效果尚可，但對(duì)板材的膠合強(qiáng)度影響較大，且存在二次污染;市面上銷售的抗菌板材絕大部分都是在表層裝飾抗菌涂料或在表層耐磨紙中添加抗菌材料，本身并不具備抗菌防霉效果。

5.低煙毒中纖板防霉阻燃劑研究方面：傳統(tǒng)無(wú)機(jī)阻燃劑存在吸濕性大、易流失等問(wèn)題;有機(jī)阻燃劑、樹脂性阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑存在阻燃劑合成工序復(fù)雜、成本高、需要改變中纖板生產(chǎn)工藝、pH值與膠黏劑pH值不相容，以及燃燒后產(chǎn)生有毒煙霧等問(wèn)題。

三、發(fā)展方向

針對(duì)阻燃中纖板目前存在的煙氣毒性很難達(dá)到ZA3級(jí)，生產(chǎn)過(guò)程中紅色染料污染環(huán)境、傳統(tǒng)中纖板阻燃劑易吸潮、易流失，以及易霉變等問(wèn)題，今后需要開展低煙毒、抑菌性環(huán)保型中纖板用阻燃劑配方及阻燃劑抗吸潮表面處理研究，同時(shí)還需要開展低甲醛中纖板用環(huán)保型膠黏劑的研究、以及環(huán)保型著色染料的研究。

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