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浅谈木材阻燃剂的阻燃机理

来源:盛大华源

木材阻燃机理的研究不仅远远落后于木材阻燃应用实践,而且落后于合成高分子材料及纤维素等天然高分子材料,致使在有关纤维素类材料阻燃机理研究文献中,能够检索到的木材阻燃机理研究文章很少。人们关于木材阻燃机理的认识多从纤维素阻燃机理类推而形成。概括起来,到目前为止产生了四种阻燃理论,即覆盖理论、气体理论、热理论和化学理论。


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(1)覆盖理论

覆盖理论假定,阻燃木材与火焰接触时阻燃剂分解,在木材表面形成了熔融的盐类或氧化物薄膜,这种薄膜起着基质与氧气之间屏障的作用,因而终止了火的传播。由于硼化合物在高温下能转化为熔融的氧化硼,因此常用覆盖理论解释硼化合物的阻燃机理。


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(2)气体理论

气体理论认为,阻燃作用是源于阻燃剂盐类分解产生的不燃性气体、对可燃性气体的稀释作用或者对木材基质的屏蔽作用。含氮阻燃剂、某些无机阻燃剂受热时释放氨气、氮气和结晶水,其阻燃机理可用气体理论解释。

(3)热理论

热理论用于解释那些本身能够大量吸收、消耗热量或将热能导出火焰前沿的阻燃剂的阻燃机理。例如,氢氧化铝、氢氧化镁、水合硼酸锌等无机阻燃剂,受热时吸收热能分解产生大量的水气,并将热能排出燃烧体系,降低木材基质的温度,抑制热解,从而实现阻燃。


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(4)化学理论

化学理论是目前最广为接受的阻燃理论。该理论认为,最有效的阻燃剂是Lewis酸或Lewis碱或者它们的前体,这类阻燃剂通过在低于着火温度下催化木材的高分子链脱水而促进木炭的形成。由于木材的分解途径被改变,可燃性焦油的生成量降低,难燃的木炭产量增加,因此燃烧的热释放量降低,热解趋缓。目前,实用的木材阻燃剂基本属于此类。
阻燃木材的阻燃机理主要都是从纤维素研究成果类推得到的,而木材的另两种组分木质素和半纤维素的存在,使得木材在燃烧过程中各组分之间可能发生相互作用,比如很难从理论上排除聚糖热解产物中的不饱和化合物在酸催化下与木质素芳环发生烷基化或酰基化反应,而这样的相互作用可能与木材的微观结构有关。因此,在推导木材阻燃机理的时候,也应该找出相应的分析方法,将木质素和半纤维素所产生的影响进行相应的分析,从而得出更加有说服力的理论。

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