阻燃红松的热解特性研究

实验室科学第1期200年2月LABORATORY SCIENCENo. 1 Feb 2009阻燃红松的热解特性研究高亚萍(中国人民武装警察部队学院消防工程系,河北廊坊065000摘要:利用热重分析技术,对不同阻燃剂处理过的红松的热解行为进行了研究。结果表明,经单组分阻燃剂处理的木材试样中,聚磷酸铵和硼酸锌处理的木材表现出较好的阻燃性能;氢氧化铝和三聚氰胺对木材热解影响不明显阻燃效果不好。而经多组分阻燃剂处理的木材试样中,混合阻燃剂对木材的热解影响显著,表现出良好的阻燃性阻燃能力要明显好于单组分的。其中聚磷酸铵三聚氰胺硼酸锌组合的阻燃效果最好,把木材的失重时间从3lmin推迟到5smin,最大失重速率从2.76mg/min降到0.75mg/min,失重率从919%减少到76.30%。关键词:红松;TGA;阻燃剂中图分类号:S7817文献标识码:B文章编号:1672-4305(2009)01-0113-03Pyrolysis charateristics of flame -retardant Korean pine woodGAo Ya-pingDepartment of Fire Protection Engineering, Chinese Peoples Armed Police Fcorce Acfang 065000, China)Abstract: The pyrolysis action of pine powder that is treated with different fire retardants is studied bythe thermogravimetric analysis technique in this article. The results show that in the single group, theretardant effect of the wood which treaded with apP and boric acid zinc are better. The influence ofAl(OH), and melamine on the pyrolysis of wood is not obviously. Compound fire retardant has obviousinfluence on the pyrolysis of the wood and its retardant effect is better than the single retardant. Themixture which include APP, melamine and boric acid zinc has the best retardant effect, it delays thewood mass lose time from 31 to 55 minutes, depresses the biggest mass lose velocity from 2. 76 mg/minto 0. 75 mg/min, reduces the mass lose rate from 97. 19% to 76Key words Korean pine wood; thermogravimetric analysis; fire retardant随着人们生活水平的提高木材及其制品以其1实验部分天然材料所特有的魅力倍受人们的青睐。在倡导环1.1实验仪器及材料保节能以及追求古朴典雅建筑的今天,木材被广泛采用,成为建筑内部装修中最受欢迎的材料实验仪器:CS101-1E电热鼓风干燥箱(重庆虽然木材及其制品的优良特性无可比拟,但木四达实验仪器公司产); TGA/SDTA851e型热重分析材的易燃可燃特性使其在使用中受到了很大的限仪(瑞士梅特勒公司产)。制。我国国家标准CB502-95《建筑内部装修设实验材料:红松木(100目左右的木粉)。实验药品:硼酸锌、氢氧化铝、聚磷酸铵、三聚氰计防火规范》中规定:墙面、地面及其它装饰材料中胺所用天然木材、胶合板、木地板及其它木制品均被列为B2级可燃材料,未经阻燃处理限制使用-211.2试样制备因此对阻燃木材进行热解研究,有助于了解木材燃红松木样品经植物粉碎机加工成松木粉末,并烧及其阻燃机理,为研究和开发新型木材阻燃剂提将其中国煤化工作为阻燃剂的药供理论依据也为木材阻燃材料的配方设计、制备工品分CNMHG八种不同配方的艺的选择提供指导作用溶液,用8倍质量的溶浸渍不粉,然后在75℃恒114实验空科学温箱中干燥6h。对照样品用蒸馏水作空白处理,得到9组试样并编号。如表1所示表1试样组成及编号试样编号试样组成试样1木材(空白样)试样2木材+聚磷酸铵试样3木材+硼酸锌试样4木材+氢氧化铝试样5木材+三聚氰胺试样6木材+氢氧化铝+硼酸锌图1试样1的TG和DTG曲线图试样7木材+聚磷酸铵+三聚氰试样8木材+聚磷酸铵+三聚氰胺+硼酸锌试样9木材+聚磷酸铵+三聚氰胺+硼酸锌+氢氧化铝试料11.3实验方法在15℃/min的升温速率下,温度范围为50~试样4900℃,气氛为静态空气,天平保护性气体为流量30m/min的氮气,取样品10mg左右,用TCA/SDaTA85e型热重分析仪进行热重分析实验,得到热重图2试样123、4、5的TG曲线比较曲线(TG和DTG),对其进行分析,得到各阻燃剂对木材热分解过程的影响,评价阻燃性能。热重法(TG)是在程序温度控制下测定试样质量随温度变化的一种技术。样品在热重分析时,得到TG曲线和DTG曲线。TG曲线是样品质量随温度变化的曲线,从TG曲线上可以详细了解到不同温度下样品的失重情况。对TG曲线进行微分得到试样6DTG曲线,根据DTG曲线上峰的个数可以确定样品热解失重是分几个阶段进行的。图3试样1、6、7、8、9的TG曲线比较实验结果和讨论按照1.2的要求制备试样,按1.3的实验方法衰2各阻燃木材的热解参数处理,得到各试样的热解曲线如图1~3,其中图为试样1的热解曲线图2是试样12345的TG曲线比较,图3是试样167、89的TC曲线比较。为便于比较把各阻燃木材的热解参数列于表22.1未阻燃红松的热解分析由图1中的TG曲线可以看出,未阻燃红松木注:T为第一阶段最大失重峰对应的温度;T2为第二阶粉在100~220℃时热分解速度缓慢失重范围变化段最大失重峰对应的温度不大,这一阶段样品主要失去的是水分,包括游离水、物理吸附水和分子中的结晶水。从260℃左右温度分别为323℃和417℃。热分解加快(失重加快),说明木材的主要组成成分2.2不同阻燃配方对红松热解的影响纤维素分解并燃烧。在500℃左右热分解达到1)对牛重衬程的影响最大,之后热分解开始变缓。从DTG曲线可以看中国煤化工曲线的特点,将各出,木粉在260-340℃和390-420℃这两个温度试样CNMHG下降明显且温度变区间失重最大,出现两个较大的失重峰对应的峰值化相同的三段来表示木材失重的三个阶段。由表2高亚萍:阻燃红松的热解特性研究115可以看出红松热分解失重主要发生在第一阶段,此的热解曲线尖锐的放热峰均变得较为平缓,表明这阶段失重率为最大,占到总失重的5591%。在经些阻燃配方能有效地减少可燃性挥发物的生成量。单组分处理的木材试样中,聚磷酸铵处理试样失重这些阻燃剂通过加热时放出二氧化碳氮气、二氧化主要发生在第三阶段;硼酸锌处理试样和三聚氰胺硫、氨气及水蒸气等不燃或难燃气体稀释木材热解处理试样失重主要发生在第二阶段;氢氧化铝处理产物,使之不易燃烧,从而抑制木材的有焰燃烧,控试样和空白样相近,说明氢氧化铝本身不能作为阻制火势蔓延。燃剂使用,而只能作为阻燃协效剂。在经多组分处理的木材试样中,除试样6的失重主要发生在第结论阶段外,其余均使其失重发生在第三阶段。质量损作者对单组分阻燃剂聚磷酸铵、三聚氰胺、硼酸锌失的延后使木材在火灾中的抗烧时间增加,有利于和氢氧化铝及它们之间不同的复配组合处理过的红松火灾的扑救和人员的逃生。试样的热解特性进行了实验研究得到如下结论:(2)对失重时间和失重率的影响(1)聚磷酸铵和硼酸锌单独使用时对木材有较从失重时间和失重率来看:经单组分处理的红好的阻燃效果聚磷酸铵使失重时间从3lmin推迟到松木粉试样中聚磷酸铵处理试样推迟木粉失重的53min,失重率从卯.19%降低到94.01%,最大失重速时间方面效果最好约为53mn。试样3和5次之,率从2.76 mg/min降低到0.80mg/min;硼酸锌使失重分别为35mn和34mn,但是试样3对失重的减少时间从3lmn推迟到35mn,失重率从919%降低方面效果最好。而试样4和空白样相近说明作用到84.92%最大失重速率从276mg/min降低到1不明显。结果表明,加入聚磷酸铵后能明显延缓木42 mg/min。二者均使木材热解特性向着对阻燃有利材的失重,因为聚磷酸铵对纤维素有成炭作用的方向改变提高了木材的阻燃能力加入硼酸锌后能减少木材的质量损失,由于硼酸锌2)三聚氰胺和氢氧化铝对木材失重时间、失有促进交联与炭化作用25;而加入氢氧化铝则对重率的改变不明显均与纯木材试样接近说明三聚木材的这两个热解特性影响不大。经复配组分处理氰胺和氢氧化铝对木材热解特性的影响不明显,不的木粉试样中,试样7和8的效果最好,分别为56能单独作为木材阻燃剂使用。min和55min,试样6和9次之,在失重减少方面最(3)混合阻燃剂处理试样总失重率和最大失重好的为试样8。试样8为聚磷酸铵、三聚氰胺和碉速率明显降低,其中聚磷酸铵硼酸锌三聚氰胺复配酸锌复配处理试样,从结果能看出复配阻燃剂对木阻燃效果最好,使失重率从空白样的9.19%降低材的阻燃能力要好于单组分,说明它们之间存在着到76.30%;最大失重速率从2.76 mg/min降低到定的协效作用。失重时间的推迟和失重率的减少0.75mg/min,说明阻燃剂复配往往比阻燃剂单独使对于木材的阻燃是非常有利的。用时有更有效的阻燃效果。阻燃剂三聚氰胺和硼酸(3)对失重速率的影响锌对聚磷酸铵有协效作用,使热解向更有利于阻燃从最大失重速率来看:单配中试样2,35最大的方向进行。失重速率均比空白样小,其中试样2为聚磷酸铵处参考文献( References):理试样,其最大失重速率最小,为0.80 mg/min。复[1]杨守生陆金侯木材阻燃研究[J]新型建筑材料,200(2)配中各试样最大失重速率均比空白样小,其中试样24-257聚磷酸铵、三聚氰胺处理试样和试样8聚磷酸铵、[2]王清文木材阻燃剂技术进展[M]哈尔滨:东北林业大学出三聚氰胺、硼酸锌复配处理试样最大失重速率较小,版社,2003分别为069mg/mm和0.75mg/min。最大失重速率3文丽华,施海云木材热解特性和动力学研究[,消防科学与比空白样小说明木材经阻燃剂处理后,热降解生成技术,2004,23(1):1-5可燃性挥发产物的速度大大降低,这对于降低热量[4]杨守生段楠木材热解特性研究[J消防科学与技术,200向木材的反馈是非常有利的。[5]王清文,李坚用热分析法研究木材阻燃剂FRW的阻燃机理(4)对残炭量的影响刀].林产化学与工业,2004,24(3):37-41从曲线上炭化阶段放热峰的坡度来看:试样2(加入聚磷酸铵)、试样7(加入聚磷酸铵和三聚氰收稿EV凵中国煤化工胺)、试样8(加入聚磷酸铵、三聚氰胺和硼酸锌)、试作者筒CNMHG,中国人民武装警样9(加入聚磷酸铵、三聚氰胺、硼酸锌和氢氧化铝)阳B⊥匡刀字教研室讲师。