阻燃紅松的熱解特性研究

實(shí)驗室科學(xué)第1期200年2月LABORATORY SCIENCENo. 1 Feb 2009阻燃紅松的熱解特性研究高亞萍(中國人民武裝警察部隊學(xué)院消防工程系,河北廊坊065000摘要:利用熱重分析技術(shù),對不同阻燃劑處理過(guò)的紅松的熱解行為進(jìn)行了研究。結果表明,經(jīng)單組分阻燃劑處理的木材試樣中,聚磷酸銨和硼酸鋅處理的木材表現出較好的阻燃性能;氫氧化鋁和三聚氰胺對木材熱解影響不明顯阻燃效果不好。而經(jīng)多組分阻燃劑處理的木材試樣中,混合阻燃劑對木材的熱解影響顯著(zhù),表現出良好的阻燃性阻燃能力要明顯好于單組分的。其中聚磷酸銨三聚氰胺硼酸鋅組合的阻燃效果最好,把木材的失重時(shí)間從3lmin推遲到5smin,最大失重速率從2.76mg/min降到0.75mg/min,失重率從919%減少到76.30%。關(guān)鍵詞:紅松;TGA;阻燃劑中圖分類(lèi)號:S7817文獻標識碼:B文章編號: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隨著(zhù)人們生活水平的提高木材及其制品以其1實(shí)驗部分天然材料所特有的魅力倍受人們的青睞。在倡導環(huán)1.1實(shí)驗儀器及材料保節能以及追求古樸典雅建筑的今天,木材被廣泛采用,成為建筑內部裝修中最受歡迎的材料實(shí)驗儀器:CS101-1E電熱鼓風(fēng)干燥箱(重慶雖然木材及其制品的優(yōu)良特性無(wú)可比擬,但木四達實(shí)驗儀器公司產(chǎn)); TGA/SDTA851e型熱重分析材的易燃可燃特性使其在使用中受到了很大的限儀(瑞士梅特勒公司產(chǎn))。制。我國國家標準CB502-95《建筑內部裝修設實(shí)驗材料:紅松木(100目左右的木粉)。實(shí)驗藥品:硼酸鋅、氫氧化鋁、聚磷酸銨、三聚氰計防火規范》中規定:墻面、地面及其它裝飾材料中胺所用天然木材、膠合板、木地板及其它木制品均被列為B2級可燃材料,未經(jīng)阻燃處理限制使用-211.2試樣制備因此對阻燃木材進(jìn)行熱解研究,有助于了解木材燃紅松木樣品經(jīng)植物粉碎機加工成松木粉末,并燒及其阻燃機理,為研究和開(kāi)發(fā)新型木材阻燃劑提將其中國煤化工作為阻燃劑的藥供理論依據也為木材阻燃材料的配方設計、制備工品分CNMHG八種不同配方的藝的選擇提供指導作用溶液,用8倍質(zhì)量的溶浸漬不粉,然后在75℃恒114實(shí)驗空科學(xué)溫箱中干燥6h。對照樣品用蒸餾水作空白處理,得到9組試樣并編號。如表1所示表1試樣組成及編號試樣編號試樣組成試樣1木材(空白樣)試樣2木材+聚磷酸銨試樣3木材+硼酸鋅試樣4木材+氫氧化鋁試樣5木材+三聚氰胺試樣6木材+氫氧化鋁+硼酸鋅圖1試樣1的TG和DTG曲線(xiàn)圖試樣7木材+聚磷酸銨+三聚氰試樣8木材+聚磷酸銨+三聚氰胺+硼酸鋅試樣9木材+聚磷酸銨+三聚氰胺+硼酸鋅+氫氧化鋁試料11.3實(shí)驗方法在15℃/min的升溫速率下,溫度范圍為50~試樣4900℃,氣氛為靜態(tài)空氣,天平保護性氣體為流量30m/min的氮氣,取樣品10mg左右,用TCA/SDaTA85e型熱重分析儀進(jìn)行熱重分析實(shí)驗,得到熱重圖2試樣123、4、5的TG曲線(xiàn)比較曲線(xiàn)(TG和DTG),對其進(jìn)行分析,得到各阻燃劑對木材熱分解過(guò)程的影響,評價(jià)阻燃性能。熱重法(TG)是在程序溫度控制下測定試樣質(zhì)量隨溫度變化的一種技術(shù)。樣品在熱重分析時(shí),得到TG曲線(xiàn)和DTG曲線(xiàn)。TG曲線(xiàn)是樣品質(zhì)量隨溫度變化的曲線(xiàn),從TG曲線(xiàn)上可以詳細了解到不同溫度下樣品的失重情況。對TG曲線(xiàn)進(jìn)行微分得到試樣6DTG曲線(xiàn),根據DTG曲線(xiàn)上峰的個(gè)數可以確定樣品熱解失重是分幾個(gè)階段進(jìn)行的。圖3試樣1、6、7、8、9的TG曲線(xiàn)比較實(shí)驗結果和討論按照1.2的要求制備試樣,按1.3的實(shí)驗方法衰2各阻燃木材的熱解參數處理,得到各試樣的熱解曲線(xiàn)如圖1~3,其中圖為試樣1的熱解曲線(xiàn)圖2是試樣12345的TG曲線(xiàn)比較,圖3是試樣167、89的TC曲線(xiàn)比較。為便于比較把各阻燃木材的熱解參數列于表22.1未阻燃紅松的熱解分析由圖1中的TG曲線(xiàn)可以看出,未阻燃紅松木注:T為第一階段最大失重峰對應的溫度;T2為第二階粉在100~220℃時(shí)熱分解速度緩慢失重范圍變化段最大失重峰對應的溫度不大,這一階段樣品主要失去的是水分,包括游離水、物理吸附水和分子中的結晶水。從260℃左右溫度分別為323℃和417℃。熱分解加快(失重加快),說(shuō)明木材的主要組成成分2.2不同阻燃配方對紅松熱解的影響纖維素分解并燃燒。在500℃左右熱分解達到1)對牛重襯程的影響最大,之后熱分解開(kāi)始變緩。從DTG曲線(xiàn)可以看中國煤化工曲線(xiàn)的特點(diǎn),將各出,木粉在260-340℃和390-420℃這兩個(gè)溫度試樣CNMHG下降明顯且溫度變區間失重最大,出現兩個(gè)較大的失重峰對應的峰值化相同的三段來(lái)表示木材失重的三個(gè)階段。由表2高亞萍:阻燃紅松的熱解特性研究115可以看出紅松熱分解失重主要發(fā)生在第一階段,此的熱解曲線(xiàn)尖銳的放熱峰均變得較為平緩,表明這階段失重率為最大,占到總失重的5591%。在經(jīng)些阻燃配方能有效地減少可燃性揮發(fā)物的生成量。單組分處理的木材試樣中,聚磷酸銨處理試樣失重這些阻燃劑通過(guò)加熱時(shí)放出二氧化碳氮氣、二氧化主要發(fā)生在第三階段;硼酸鋅處理試樣和三聚氰胺硫、氨氣及水蒸氣等不燃或難燃氣體稀釋木材熱解處理試樣失重主要發(fā)生在第二階段;氫氧化鋁處理產(chǎn)物,使之不易燃燒,從而抑制木材的有焰燃燒,控試樣和空白樣相近,說(shuō)明氫氧化鋁本身不能作為阻制火勢蔓延。燃劑使用,而只能作為阻燃協(xié)效劑。在經(jīng)多組分處理的木材試樣中,除試樣6的失重主要發(fā)生在第結論階段外,其余均使其失重發(fā)生在第三階段。質(zhì)量損作者對單組分阻燃劑聚磷酸銨、三聚氰胺、硼酸鋅失的延后使木材在火災中的抗燒時(shí)間增加,有利于和氫氧化鋁及它們之間不同的復配組合處理過(guò)的紅松火災的撲救和人員的逃生。試樣的熱解特性進(jìn)行了實(shí)驗研究得到如下結論:(2)對失重時(shí)間和失重率的影響(1)聚磷酸銨和硼酸鋅單獨使用時(shí)對木材有較從失重時(shí)間和失重率來(lái)看:經(jīng)單組分處理的紅好的阻燃效果聚磷酸銨使失重時(shí)間從3lmin推遲到松木粉試樣中聚磷酸銨處理試樣推遲木粉失重的53min,失重率從卯.19%降低到94.01%,最大失重速時(shí)間方面效果最好約為53mn。試樣3和5次之,率從2.76 mg/min降低到0.80mg/min;硼酸鋅使失重分別為35mn和34mn,但是試樣3對失重的減少時(shí)間從3lmn推遲到35mn,失重率從919%降低方面效果最好。而試樣4和空白樣相近說(shuō)明作用到84.92%最大失重速率從276mg/min降低到1不明顯。結果表明,加入聚磷酸銨后能明顯延緩木42 mg/min。二者均使木材熱解特性向著(zhù)對阻燃有利材的失重,因為聚磷酸銨對纖維素有成炭作用的方向改變提高了木材的阻燃能力加入硼酸鋅后能減少木材的質(zhì)量損失,由于硼酸鋅2)三聚氰胺和氫氧化鋁對木材失重時(shí)間、失有促進(jìn)交聯(lián)與炭化作用25;而加入氫氧化鋁則對重率的改變不明顯均與純木材試樣接近說(shuō)明三聚木材的這兩個(gè)熱解特性影響不大。經(jīng)復配組分處理氰胺和氫氧化鋁對木材熱解特性的影響不明顯,不的木粉試樣中,試樣7和8的效果最好,分別為56能單獨作為木材阻燃劑使用。min和55min,試樣6和9次之,在失重減少方面最(3)混合阻燃劑處理試樣總失重率和最大失重好的為試樣8。試樣8為聚磷酸銨、三聚氰胺和碉速率明顯降低,其中聚磷酸銨硼酸鋅三聚氰胺復配酸鋅復配處理試樣,從結果能看出復配阻燃劑對木阻燃效果最好,使失重率從空白樣的9.19%降低材的阻燃能力要好于單組分,說(shuō)明它們之間存在著(zhù)到76.30%;最大失重速率從2.76 mg/min降低到定的協(xié)效作用。失重時(shí)間的推遲和失重率的減少0.75mg/min,說(shuō)明阻燃劑復配往往比阻燃劑單獨使對于木材的阻燃是非常有利的。用時(shí)有更有效的阻燃效果。阻燃劑三聚氰胺和硼酸(3)對失重速率的影響鋅對聚磷酸銨有協(xié)效作用,使熱解向更有利于阻燃從最大失重速率來(lái)看:單配中試樣2,35最大的方向進(jìn)行。失重速率均比空白樣小,其中試樣2為聚磷酸銨處參考文獻( References):理試樣,其最大失重速率最小,為0.80 mg/min。復[1]楊守生陸金侯木材阻燃研究[J]新型建筑材料,200(2)配中各試樣最大失重速率均比空白樣小,其中試樣24-257聚磷酸銨、三聚氰胺處理試樣和試樣8聚磷酸銨、[2]王清文木材阻燃劑技術(shù)進(jìn)展[M]哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)出三聚氰胺、硼酸鋅復配處理試樣最大失重速率較小,版社,2003分別為069mg/mm和0.75mg/min。最大失重速率3文麗華,施海云木材熱解特性和動(dòng)力學(xué)研究[,消防科學(xué)與比空白樣小說(shuō)明木材經(jīng)阻燃劑處理后,熱降解生成技術(shù),2004,23(1):1-5可燃性揮發(fā)產(chǎn)物的速度大大降低,這對于降低熱量[4]楊守生段楠木材熱解特性研究[J消防科學(xué)與技術(shù),200向木材的反饋是非常有利的。[5]王清文,李堅用熱分析法研究木材阻燃劑FRW的阻燃機理(4)對殘炭量的影響刀].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),2004,24(3):37-41從曲線(xiàn)上炭化階段放熱峰的坡度來(lái)看:試樣2(加入聚磷酸銨)、試樣7(加入聚磷酸銨和三聚氰收稿EV凵中國煤化工胺)、試樣8(加入聚磷酸銨、三聚氰胺和硼酸鋅)、試作者筒CNMHG,中國人民武裝警樣9(加入聚磷酸銨、三聚氰胺、硼酸鋅和氫氧化鋁)陽(yáng)B⊥匡刀字教研室講師。