我国中密度阻燃纤维板处理方法和阻燃剂的研究进展

2015-12-17张高攀韩道勇赵一禅郭明辉东北林业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150040

安徽农业科学 2015年12期

张高攀，韩道勇，赵一禅，郭明辉(东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150040)

20世纪60年代我国引入干法工艺生产中纤板，80年代末以湿法为主体的工艺逐渐被淘汰。与湿法工艺相比，干法工艺不仅减少了对环境的污染，而且生产过程也相对简单。因此干法工艺被大量推广应用，与此同时我国的纤维板产业也迎来了快速发展时期。我国每年都会发生大量火灾，其中房屋火灾占比最大，严重危害着广大人民群众的生产生活。火灾中很大一部分是由于木制品的燃烧造成的，而纤维板属于易燃材料［1］，大量的应用也在无形中增加了发生火灾的可能性，而且其中大部分中密度纤维板并没有经过阻燃处理，在火灾发生时反而会增长火势，造成更大的危害。因此，中密度阻燃纤维板的制备与研究必将越来越受到相关部门和相关研究人员的重视。

1 中密度阻燃纤维板的研究进展

目前我国中密度阻燃纤维板的发展主要在两个方面，一方面是阻燃处理方式的发展，另一方面是阻燃剂的发展。

1.1 中密度阻燃纤维板处理方法在生产过程中使用阻燃剂处理，可使中密度纤维板在发生火灾时，燃烧缓慢甚至是不发生燃烧，从而达到阻燃。按使用方式可分为浸渍法、辐射法、添加法、喷涂法、表面处理法、超声波法等［2］。该研究介绍其中使用较为广泛的3种方法，即浸渍法、表面处理法、添加法。

1.1.1 浸渍法。即阻燃剂溶液在一定条件下进入到材料内部。常压条件下浸渍缓慢，且量极少，所以为了达到理想的效果，通常在真空加压条件下进行。此法需要专门的工艺设备，过程较为复杂，不仅增加了纤维板生产的工序，提高了生产成本，降低了产品竞争力，而且也会影响纤维板的强度。阻燃剂浸渍量有限，且不稳定，从而直接影响了阻燃效果［3］。对于密度较大的中纤板，浸渍处理的时间较长，效率较低，不能达到预期的阻燃效果，所以浸渍法只适用于密度较小，较薄的中纤板。浸渍使用的阻燃剂大多溶于水，如氨水、尿素、磷酸盐类、一些无机阻燃剂等。这类阻燃剂渗入的同时也会携带一定的水分，从而对中纤板的性能、强度等产生一定程度的影响。

1.1.2 表面处理法。即阻燃处理纤维板表面。这种方法早在20世纪90年代就已使用，如选择合适的阻燃剂和胶黏剂，在一定条件下制备含有阻燃剂的胶黏剂溶液;涂敷到中纤板的表面，然后进行贴面等后续处理，这样也可以获得阻燃效果较好的纤维板［4］。为了获得优越的阻燃性能，需要多次涂敷阻燃剂，但是次数过多会影响表面装饰质量，使板的应用受到限制［1］。不管是阻燃剂，还是防火耐火材料都会产生涂敷不均匀的现象，从而造成各个地方的阻燃效果不同。此外也可以制成阻燃的贴面纸粘在板的表面，该法在一定程度上可以降低甲醛的释放量，处理工艺简单，容易操作，使用较为普遍，但是降低了中纤板的加工性能。

1.1.3 添加法。即在成板之前进行的阻燃处理，这种方法使用最为普遍，可分2种。第1种是先在一定条件下用阻燃剂处理原料——纤维，然后再经过铺装、热压等工艺制成成品板材。这种方法会降低产品的内结合强度，进而降低板材的力学性能，限制板材的使用。处理后的纤维应不会对后续施胶产生影响，否则将会降低胶接强度。废液需进行适当处理，否则其中的化学物质会污染环境。第2种是在铺装和热压时把胶黏剂和阻燃剂混合使用或制成阻燃胶黏剂使用，前提是阻燃剂和胶黏剂必须有一定的相容性，否则既会影响胶黏剂的胶接性能，又会影响阻燃剂的性能。同时，阻燃剂需具有一定的稳定性，确保在板材热压时不发生分解和析出［5］。

1.2 中密度阻燃纤维板使用的阻燃剂

1.2.1 磷系阻燃剂。磷系阻燃剂使用的主要是磷酸酯类和膦酸酯类。磷系阻燃剂用量少，阻燃效果好。燃烧时，磷系阻燃剂可使材料表面脱水炭化，而且受热分解的产物会包裹在材料表面，从而阻止进一步燃烧［6］。由于不同阻燃剂之间存在协同作用，一般是将磷系阻燃剂和一种或多种阻燃剂混合使用。中密度阻燃纤维板中，使用的单一阻燃剂较少，通常使用(NH4)2HPO4、NH4H2PO4等复合型磷系阻燃剂［7］。此外，经磷系阻燃剂处理的中密度纤维板燃烧时产生的烟雾较少，放出的气体对环境和人的危害也相对较少。当然磷系阻燃剂也有很多缺点，如较强的挥发性、耐热性有待提高、分解的产物可能会污染环境等。

1.2.2 氮系阻燃剂。氮系阻燃剂具有以下优点:毒性较小，腐蚀性弱;阻燃效率较高;有良好的稳定性，加工时不会有腐蚀性气体放出，应用于中纤板，对其设备的腐蚀性也小;良好的适配性;不会污染环境，后续产物也不会污染环境。氮系阻燃剂阻燃有多重作用机制，氮系阻燃剂在燃烧时放出N2、NH3等，而这些气体又不能与O2发生燃烧反应，因而这些气体与外界空气相遇时便会降低周围O2的浓度，减少周围O2与材料的接触，从而减缓甚至阻碍燃烧［8］。大多数氮系阻燃剂可被应用于中密度阻燃纤维板的制造。

1.2.3 复合阻燃剂。随着我国纤维板产业的高速发展，中密度阻燃纤维板所占的比重也逐年增加，复合阻燃剂的开发应用也发展迅速，取得了一些成果。刘迎涛等［9－12］人自主研发了用于木材阻燃的FRW阻燃剂，阻燃效果显著。虽然这种阻燃剂会对板材产生一些消极影响，但只要合理使用，板材各项指标依然能达到国家有关标准。黄精明等［13］人以脒基脲磷酸盐为主成分合成了氮－磷－硼复合阻燃剂，制板时合理使用该阻燃剂，可获得阻燃性能极佳的中纤板，在使用过程中，阻燃剂会吸收外界的水分，从而在制板过程中需要使用特殊的胶黏剂。杨远才等［14］人率先在阻燃剂中使用大量聚磷酸胺，随后用该阻燃剂处理纤维板。从试验结果来看，该种阻燃剂在燃烧时产生泡沫，泡沫覆盖在板材的表面起到隔火的作用。在高温下，经阻燃处理的纤维板燃烧时放出的难燃性气体，不仅可以起到稀释空气中氧气浓度的作用，还能减缓纤维板的燃烧速度等。郭明辉等［15］人在研究中使用磷酸二氢铵进行阻燃处理原料，再在一定条件下制取中密度纤维板，结果表明与素板相比，磷酸二氢铵的处理不仅改善了纤维板的阻燃性能，而且也提高了板材的各项物理指标。此外，吴玉章等［16］人以改良的氢氧化铝为阻燃剂，采用锥形量热仪探究该阻燃剂对中密度纤维板产生的作用，试验结果表明超细氢氧化铝能有效减少燃烧时烟雾释放量，但是对燃烧时释放热量的抑制效果不好。陈勰等［17］以纳米二氧化硅改性处理磷氮型复合阻燃剂，再用所得阻燃剂处理纤维板，探究阻燃剂用量对成品纤维板的影响，试验表明适量的纳米二氧化硅可以增强板材的内结合强度、弹性模量，但阻燃性能却有所下降。

2 发展前景

2.1 阻燃处理方法 ①需要逐渐完善和缩短阻燃中纤板的生产工艺，提高生产效率。②针对不同阻燃剂，研制不同的处理方法，即一对一处理。③逐步提高和完善对阻燃纤维板各种指标的检验标准，使之更能符合以人为本的经济社会发展要求。④优化已有工艺，采用新型工艺，提高阻燃剂利用率，减少阻燃剂用量，提高产品竞争力。⑤改良已有阻燃方法，研究新型环保的阻燃方法，使其和使用的阻燃剂相配合，从而通过这种方式提高阻燃剂的阻燃效果。

2.2 阻燃剂 ①开发研制既具有环保性能又具有优越阻燃性能的阻燃剂。②研制既具有胶接性能又具有阻燃性能的阻燃剂，甚至是具有更多其他优良性能的阻燃剂。③进一步改进和完善当前使用的氮－磷－硼等复合型阻燃剂。④阻燃剂开发将向着品种齐全、高专用度、高性能的方向发展。

［1］刘迎涛，李坚，杨文斌.阻燃中密度纤维板的研究现状和发展趋势［J］.东北林业大学学报，2002，30(6):73 －77.

［2］崔会旺，杜官本.木材阻燃研究进展［J］.世界林业研究，2008，21(3):43－48.

［3］张建，李光沛，周瑾.浅谈阻燃中密度纤维板［J］.林业机械与木工设备，2003，3(31):4 －8.

［4］黄玉亭.难燃性饰面中密度纤维板的研究［J］.南京林业大学学报，1996，20(3):39 －43.

［5］李延军，顾军，高立英，等.复合阻燃剂在中密度纤维板中的应用研究［J］.中国人造板，2007(5):35 －37.

［6］周逸潇，杨丽，毕成良，等.磷系阻燃剂的现状与展望［J］.天津化工，2009，23(1):1 －4.

［7］杨丰科，任姗，孟彩云.含磷阻燃剂的应用研究进展［J］.应用化工，2010，39(3):424 －426，431.

［8］王海军，陈立新，缪桦.氮系阻燃剂的研究及应用概况［J］.热固性树脂，2005，20(4):36 －41.

［9］刘迎涛，李坚，王清文.FRW阻燃中密度纤维板的性能及其制板工艺［J］.东北林业大学学报，2003，31(2):4 －5.

［10］刘迎涛，李坚，王清文.FRW阻燃中密度纤维板的FTIR分析［J］.东北林业大学学报，2003，31(5):40 －41.

［11］刘迎涛，杨文斌，刘一星.FRW阻燃中密度纤维板与素板性能的比较［J］.福建林学院学报，2003，23(3):210 －213.