近年來(lái)，隨著人民生活的逐步改善，建筑裝飾用木材的消耗量呈逐年上升趨勢(shì)，同時(shí)也增加了火災(zāi)的隱患。木材雖然是一種易燃性的材料，但利用阻燃技術(shù)，卻可使其應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，使得建筑裝飾用木材的防火安全性大為提高[2]。
國(guó)內(nèi)外的阻燃研究者在木質(zhì)材料
阻燃劑的研制和開發(fā)、木質(zhì)材料阻燃處理技術(shù)、阻燃性能測(cè)試及木質(zhì)材料阻燃機(jī)理等方面進(jìn)行了大量細(xì)致的工作，并取得了一系列令人滿意的成果[3]。
1 研究現(xiàn)狀
1.1 阻燃機(jī)理
阻燃，其實(shí)質(zhì)是延緩、抑制燃燒的傳播和減少熱引燃出現(xiàn)的概率，是一種從根本上抑制、消除失控燃燒的技術(shù)[4]。阻燃劑是能夠保護(hù)材料不著火或使火焰難以蔓延的化學(xué)物質(zhì)。在建筑、電氣及日常生活中使用的木質(zhì)材料，大多數(shù)是易燃材料，而木質(zhì)材料，的阻燃機(jī)理有其獨(dú)特之處[3]。目前，木質(zhì)材料阻燃機(jī)理主要有[5，6]：(1)氣體稀釋機(jī)理：熱作用使阻燃劑分解產(chǎn)生出難燃燒或不燃燒氣體，稀釋了混合氣體中可燃性氣體的濃度，也降低了木質(zhì)材料表面氧氣的濃度，從而達(dá)到阻燃目的I(2)成炭機(jī)理：阻燃劑受熱分解產(chǎn)生有吸水或脫水功效的酸基或鹽基，促使纖維素脫水形成可以隔熱絕氣的炭化層；(3)連鎖反應(yīng)阻止機(jī)理(熱機(jī)理)：以阻燃劑熱分解產(chǎn)生的氣體作為催化劑，燃性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)變?yōu)椴蝗蓟螂y燃性氣體，從而中斷可燃性氣體的連鎖反應(yīng)；(4)覆蓋機(jī)理：多種阻燃劑在受熱熔融時(shí)形成流體或泡沫狀物覆蓋在木材表面，阻礙了木材熱分解產(chǎn)生的CO，CH3等可燃性氣體的逸出，同時(shí)也隔絕了熱量及氧氣的供給，從而達(dá)到阻燃的目的；(5)自由基捕集理論：在熱解溫度下，阻燃劑釋放自由基抑制劑，能捕集木材燃燒放出的自由基，并與之作用生成不燃物，從而破壞燃燒過(guò)程中的鏈增長(zhǎng)機(jī)理；(6)氫結(jié)合機(jī)理：阻燃劑受熱分解產(chǎn)生的磷酸、硫酸鹽中的-OH、-NH等與木材中的纖維素及木素的氫結(jié)合，形成不可燃物，抑制木材的熱分解，從而達(dá)到阻燃的目的；(7)其他機(jī)理：上述各種阻燃機(jī)理不是孤立存在的，一種阻燃劑往往具有多種阻燃機(jī)理，有時(shí)若干個(gè)同時(shí)起作用，但又有自己的側(cè)重；另外，2種元素之間存在相互補(bǔ)充、加強(qiáng)、相輔相成的協(xié)效作用，故阻燃劑的配方中一般都選用2種以上的復(fù)合成分。
1.2 木質(zhì)材料阻燃處理技術(shù)
1994年，李大綱等[6]發(fā)現(xiàn)，阻燃處理不僅可增加木材的阻燃能力，而且提高了木材在高溫下的抗壓強(qiáng)度，有助于延續(xù)木構(gòu)件在高溫中被燒毀的時(shí)間。同年，羅文圣等[9]指出，選用阻燃劑時(shí)應(yīng)充分考慮阻燃劑的PH值、熱解溫度、阻燃劑的粒度及高溫下阻燃劑與
膠粘劑的化學(xué)反應(yīng)。1995年，劉燕吉等[10]研究了WFR木質(zhì)材及阻燃型木材、
膠合板、創(chuàng)花板和中纖板的生產(chǎn)工藝。徐永吉認(rèn)為燃燒有4種形式：自燃、有焰燃燒、發(fā)煙燃燒和紅熱燃燒。1997年，遲長(zhǎng)義[11]利用阻燃劑VDFP和浸漬法處理
纖維板，阻燃效果較好。自1999年，王清文、劉迎濤等[12～16]系統(tǒng)研究了新型阻燃劑FRW在各類人造板中的阻燃工藝，并認(rèn)為新型木材阻燃劑FRW是一種具有阻燃、抑煙、防腐等多種效能的磷-氮-硼復(fù)合高效阻燃劑，適用于木材及其他纖維素類材料的阻燃處理，對(duì)木材的顏色、吸濕性、物理力學(xué)和加工性能基本無(wú)影響，在生產(chǎn)和使用過(guò)程中無(wú)環(huán)境污染。朱家琪等[17]進(jìn)一步探討了WFR作為
橡膠木膠合板阻燃劑的處理效果。殷寧等[18]在水溶性木材防腐劑CCA中加入阻燃劑，使處理材在防腐的同時(shí)，提高了阻燃性。侯倫燈等[19]分析了阻燃劑用量、浸漬單板干燥后含水率、施膠量、熱壓溫度等因素對(duì)板材膠合性能和阻燃性能的影響。肖忠平等[20]提出了可用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的阻燃浸注處理工藝。2003年，張和平等[21]介紹了ISO-ROOM火災(zāi)實(shí)驗(yàn)方法及其對(duì)建筑裝飾板材的熱釋放速率測(cè)試與研究，同時(shí)還研究了熱釋放速率與室內(nèi)燃燒過(guò)程中其他動(dòng)力學(xué)相關(guān)參數(shù)的關(guān)系；同年，李志洲等[22]。研究了溫度、時(shí)間、pH值及阻燃液濃度對(duì)櫸木薄板的阻燃性能的影響；羅文圣等[23]研究了阻燃處理木材的燃燒及傳熱過(guò)程。2004年，陳雪梅等[24]研究了雙氰胺、磷酸、硼酸3種物質(zhì)組成的阻燃體系，并獲得了一級(jí)阻燃的配方；同年，鄭崇微等[25]以脲醛樹脂為基料，三聚氰胺為發(fā)泡劑，氫氧化鋁為填料，輔以其他助劑，制備出阻燃性能較好的膨脹型木材阻燃涂料；顧波等[26]分析了熱壓溫度、時(shí)間和單板浸漬時(shí)間對(duì)膠合板阻燃環(huán)保性能的影響，并檢測(cè)了甲醛釋放量和浸漬剝離性能。
1.3 木質(zhì)材料阻燃劑的研究和開發(fā)
高效的阻燃效果必須借助幾種能協(xié)同作用的藥劑甚至元素間的配合[3,4]阻燃劑主要是元素周期表中第三、五、七主族中的元素，或是它們的單質(zhì)，或是化合物。UDFP與Al(OH)3能協(xié)同地延緩木材內(nèi)溫度的上升,有效抑制木材的熱解，并且釋放出不燃性氣體，從而有效地延緩了木材的燃燒[3]。生瑜等[27]探討了阻燃封堵材料的阻燃膨脹性能與炭化劑種類、用量以及材料制作方法的關(guān)系。近年來(lái)，我國(guó)研究者還在無(wú)機(jī)金屬化合物阻燃劑[28]、磷系阻燃劑[29]、鉬酸鹽類阻燃劑[30]、硅系阻燃劑及氮系阻燃劑[31]等幾類新型的無(wú)鹵阻燃劑領(lǐng)域獲得了較大的進(jìn)展,為我國(guó)新型木質(zhì)材料阻燃劑的產(chǎn)品開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。由火災(zāi)引發(fā)的死亡事故中，80％是由于建筑構(gòu)件、裝飾材料等物品熱解和燃燒所釋放的煙和有毒氣體使人窒息造成的，而被燒死的人當(dāng)中，多數(shù)是先中毒窒息后被燒死的[1]。此外，煙能降低可見度，使人迷失方向，毒氣則刺激人的呼吸系統(tǒng)，使人中毒并失去知覺，最終影響人們脫離火區(qū)。因此，研究如何合理地選擇阻燃劑和阻燃體系，并降低材料燃燒時(shí)的煙量及有毒氣體量，是阻燃研究領(lǐng)域中的重點(diǎn)課題之一。由于含鹵的聚合物在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧和有毒、腐蝕性的鹵化氫氣體[35]，因而,我國(guó)研究者對(duì)新型的無(wú)鹵阻燃劑，如無(wú)機(jī)金屬化合物阻燃劑、磷系阻燃劑、鉬酸鹽類阻燃劑、硅系阻燃劑及氮系阻燃劑等，進(jìn)行了深入的研究[31]，開發(fā)出了一系列的無(wú)鹵阻燃試劑。同時(shí)，在阻燃劑中加入適量的抑煙劑可使材料的生煙量大為降低，抑煙劑以金屬氧化物和過(guò)渡金屬氧化物為主[36]。
日本、歐美等國(guó)家對(duì)木材阻燃機(jī)理的研究也正逐步深入，而將高分子聚合物研制成阻燃劑則是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[37]。進(jìn)行聚合物阻燃設(shè)計(jì)的3個(gè)主要立足點(diǎn)是：阻隔降溫、終止燃燒的化學(xué)反應(yīng)和切斷熱源。鹵系阻燃劑的阻燃機(jī)理正好滿足了這三者的要求，少量使用就能賦予木質(zhì)材料很好的阻燃效果，是目前應(yīng)用最廣泛、最有效的阻燃劑之一[29]。Wascott LD等研究發(fā)現(xiàn)，在PVC熱分解初期，鉬化合物能促進(jìn)分子間的交聯(lián)反應(yīng)生成碳化物，該碳化物覆蓋在聚合物的表面從而起到阻燃和消煙的作用[30]。在美國(guó)已經(jīng)有阻燃性和抑煙性優(yōu)異的有機(jī)硅系阻燃劑銷售，如美國(guó)GE公司生產(chǎn)的SFR-100，以及聚酯、聚酰亞胺與PDMS組成的嵌段共聚物，都有明顯的阻燃效基[12]。
由于含鹵的聚合物在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧和有毒、腐蝕性的鹵化氫氣體，因而必須開發(fā)無(wú)鹵阻燃劑。俄羅斯的Andvey Moryganov教授首先介紹了一種不含鹵素的新型阻燃劑Tezagran，其主要化學(xué)組分為烷基磷酸的一種氮衍生物，在氣態(tài)和固態(tài)都能有效地阻燃，而且在生態(tài)方面是安全的已經(jīng)廣泛應(yīng)用于棉、麻等和木材材料阻燃劑的工業(yè)化生產(chǎn)。日本的NEC公司則開發(fā)出不使用鹵素和磷的高阻燃性植物，并用紅磷和聚磷酸銨來(lái)制造燃燒時(shí)不散發(fā)鹵氣的阻燃劑。Kyowa Kabushikikaisha公司在它的美國(guó)專利6248160中揭示，它的阻燃性化合物中紅磷的重量為1.5～15份，聚磷酸銨的重量占lO～70份[38]。為了更好地抑制燃燒時(shí)煙霧的產(chǎn)生，可向阻燃劑中加入適量的抑煙劑，如美國(guó)的Firebrake硼酸鋅系列、XP系列，MolyFR鉬酸鹽系列、錫及其他元素的阻燃劑等[39]。近來(lái)西方發(fā)達(dá)國(guó)家的許多公司，如日本的Asahi公司、Daihachi公司，以及美國(guó)的Akzo、Nobel公司和德國(guó)的Bayer公司，都申請(qǐng)了很多聚磷酸酯阻燃劑方面的專利[1]。從上述國(guó)外銷售的產(chǎn)品可以看出，我國(guó)在阻燃劑開發(fā)方面比較緩慢，并且在阻燃理論創(chuàng)新方面也較為遲緩。
1.4 阻燃性能測(cè)試
熱分析法因其簡(jiǎn)便、快捷、有效，常用于木材阻燃方面的研究，此法還可提供測(cè)試藥劑間的協(xié)同效果。因此，可將熱分析法(TG，DTG，DSC)應(yīng)用于UDFP中添加Al(OH)前后對(duì)木材阻燃作用的探討，從重量變化和熱量變化來(lái)分析木材熱解和燃燒過(guò)程，以闡明Al(OH)3的阻燃增效作用[3]。如胡云楚等用TG-DTA熱分析聯(lián)用技術(shù)測(cè)定了未處理和經(jīng)過(guò)阻燃處理的杉木的TGDTA-T曲線[32]。以及酚類阻燃劑處理杉木熱解過(guò)程各階段的木炭產(chǎn)量和熱動(dòng)力學(xué)參數(shù)[33]。采用TG、DTG和DSC研究不同升溫速率對(duì)熱解過(guò)程的影響，并建立試樣的熱解模型，求出其動(dòng)力學(xué)參數(shù)，有助于加深對(duì)著火機(jī)理、火蔓延機(jī)理及阻燃機(jī)理的研究[34]。其他一些現(xiàn)代儀器也被用于木質(zhì)材料阻燃機(jī)理的研究。如采用傅里葉變換紅外光(FITR)可有效地研究新型阻燃劑FRW的阻燃特性[11～16]；利用錐形量熱儀(CONE)、裂解氣相色譜儀(PYGC)、示差掃描量熱儀(DSC)等現(xiàn)代分析測(cè)試手段，研究了二氧化硅對(duì)膨脹型阻燃聚乙烯阻燃性能的影響、各阻燃跡之間的協(xié)同性以及阻燃機(jī)理，以及硼化物及含磷化合物處理木材的阻燃機(jī)理[6]。
2 研究趨勢(shì)
目前，各發(fā)達(dá)國(guó)家都對(duì)木質(zhì)材料的阻燃處理給予極大的重視，并且日益認(rèn)識(shí)到，采用阻燃處理的木質(zhì)材料是防止和減少火災(zāi)的戰(zhàn)略性措施之一，是關(guān)系到“環(huán)境和人類”的重大舉措。因此，新型阻燃劑的開發(fā)有待加強(qiáng)，突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
2.1 抑煙化和無(wú)毒氣體化是研發(fā)新型阻燃劑的趨勢(shì)
一般含鹵阻燃材料發(fā)生火災(zāi)時(shí)會(huì)釋放出大量煙霧和氯化氫、氰化氫、苯乙烯等有毒、有害腐蝕性氣體，對(duì)人員和精密儀器帶來(lái)極大損害。隨著現(xiàn)代家居環(huán)境的逐步發(fā)展，火災(zāi)煙氣中氰化氫的來(lái)源增多，使得火災(zāi)煙氣對(duì)人的危害大大增加[1]。這樣，建筑火災(zāi)對(duì)于人的傷害也由過(guò)去的物理傷害和單純碳氧化物的毒害向氰化物及其他一些劇毒氣體的毒害轉(zhuǎn)化。因此，研究和開發(fā)無(wú)鹵、低煙、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性的阻燃聚合物材料具有十分重要的意義。為此，世界各國(guó)都把抑煙化和無(wú)毒氣體化列入阻燃技術(shù)的主要地位。我國(guó)抑煙劑的開發(fā)起步較晚，需加大對(duì)抑煙劑的研究和開發(fā)力度。目前國(guó)外主要是向微細(xì)化、表面改性、微膠囊化、協(xié)同增效復(fù)合化方面發(fā)展，而燃燒時(shí)生成大量的煙和有毒且具腐蝕性氣體的鹵素阻燃劑則逐漸被淘汰。
2.2 新型阻燃劑必須采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)
完善有關(guān)阻燃技術(shù)及制品的法規(guī)體系，制定統(tǒng)一的阻燃技術(shù)及制品的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這符合新型阻燃劑發(fā)展的要求[27]。目前，歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家都擁有較完善的阻燃產(chǎn)品的檢測(cè)方法，而我國(guó)卻缺乏統(tǒng)_的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，制約了阻燃技術(shù)的發(fā)展。國(guó)內(nèi)由于檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)尚不完善，檢測(cè)條件和手段也不同，造成消防監(jiān)督部門和廠家難以進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)和選擇，并制約了我國(guó)阻燃領(lǐng)域的科研及生產(chǎn)的發(fā)展。國(guó)內(nèi)至今尚無(wú)評(píng)價(jià)木質(zhì)材料燃燒性能的儀器及標(biāo)準(zhǔn)方法，無(wú)法開展木質(zhì)材料燃燒理論和阻燃機(jī)理方面的研究。現(xiàn)在進(jìn)行的研究，大多數(shù)采用了日本、美國(guó)、英國(guó)及國(guó)內(nèi)評(píng)價(jià)塑料燃燒性能的標(biāo)準(zhǔn)等，但由于檢測(cè)條件不同，其結(jié)果難于作為設(shè)計(jì)部門及消防監(jiān)督部門的選材及評(píng)價(jià)依據(jù)[40]。因此，我國(guó)應(yīng)該盡快完善阻燃的評(píng)價(jià)和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，使之更加有利于我國(guó)阻燃領(lǐng)域的科研及提高相關(guān)企業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
2.3 功能復(fù)合和疊加是對(duì)新型阻燃劑的要求
在現(xiàn)代阻燃技術(shù)中，阻燃劑的復(fù)合技術(shù)是極其重要的一個(gè)方面。最近幾年提出對(duì)木質(zhì)材料的阻燃處理應(yīng)達(dá)到五性，即阻燃性、抑煙性、防腐性、防蟲(防朽)性和結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定性。除此之外，還要求價(jià)格低廉，無(wú)毒，不污染環(huán)境，這使得對(duì)阻燃劑的研究難度大大增加[41]。一種阻燃劑成分一般具有多種阻燃機(jī)理，但大多有某一方面的側(cè)重；而2種以上成分之間則存在相互補(bǔ)充、加強(qiáng)、相輔相成的協(xié)同作用，故阻燃劑的配方中一般都選用2種以上的復(fù)合成分[5]。
2.4 新型阻燃劑必須接受市場(chǎng)的檢驗(yàn)
新型阻燃劑不僅要達(dá)到高效的阻燃要求，并且價(jià)格也能夠被廣大消費(fèi)者所接受。如經(jīng)高效阻燃劑處理的阻燃人造板，因生產(chǎn)成本太高，其研究還處于起步階段，只有幾個(gè)企業(yè)在進(jìn)行試驗(yàn)，并且在建筑業(yè)的實(shí)際應(yīng)用非常少。另外，硅系阻燃劑是一種低毒高效型的阻燃材料，一出現(xiàn)就受到人們廣泛的關(guān)注。但現(xiàn)階段，含硅本質(zhì)的高聚物阻燃劑因價(jià)格昂貴、制造工藝復(fù)雜等因素其應(yīng)用受到限制，大部分處于實(shí)驗(yàn)室階段，但有機(jī)硅類阻燃劑以其高效、低毒、無(wú)污染、煙霧少、毒性低和成本低等優(yōu)點(diǎn)在眾多的非鹵阻燃體系中正異軍突起，開創(chuàng)了阻燃高分子材料的個(gè)新方向，應(yīng)用前景廣闊[42]。而對(duì)**提出的納米阻燃劑而言，由于其顆粒半徑小，顆粒之間的團(tuán)聚作用加強(qiáng)，給其制備和使用帶來(lái)難度，這是目前尚未解決的難題。
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