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胶合板作为我国家具、室内装饰的主要材料,其产量和需求量都在急剧增长。但易燃性是普通胶合板的致命弱点,在许多领域的应用上受到限制。因此研究性能优异的阻燃胶合板,具有重要的现实意义。文中以思茅松(Pinus kesiya var. langbianensis)单板为胶合板原料,依据木质人造板的阻燃机理,研究开发综合性能优良的阻燃胶合板,满足室内装修材料的防火要求。主要研究结果如下:
(1)合成了五种无机/有机磷-氮-硼复合体系水基木材阻燃剂;其中FR-A为水溶性无机盐混合阻燃剂,FR-B和FR-C为有机磷酸盐与硼化合物的复合阻燃剂,FR-D和FR-E为氨基树脂型阻燃剂;由于合成机理、反应产物不同,各阻燃剂溶液的pH值有明显的差异,FR-A>7,FR-B和FR-C在3~5之间,而FR-D和FR-E<2。
(2)采用常压浸渍工艺,思茅松单板分别经10%和15%浓度的FR-A、FR-B、FR-D、FR-E溶液处理后,载药率基本一致为10%和13.5%,但低于理论最大载药率值(15.6%、22.3%);采用双真空浸注工艺可获得接近理论最大值的载药率为15%和21%,表明双真空处理的浸渍效果好;由于负吸着作用,在相同条件下,FR-C阻燃剂处理获得的载药率低于其它四种阻燃剂。
(3)热压工艺为:温度110℃(PF为135℃)、压力1.0MPa、时间5min,用普通胶合板的生产工艺制造思茅松阻燃胶合板是可行的;单板中阻燃剂载药率为10%时,脲醛胶阻燃胶合板的胶合强度均≥1.15MPa,酚醛胶阻燃胶合板(除FR-E外)的胶合强度均≥0.89MPa,超过Ⅱ类胶合板标准0.8MPa;阻燃剂对胶合板胶合强度的影响主要是对胶粘剂固化的pH值的影响,对PF的影响大于对UF的影响,载药率越高对胶合强度负影响越大;按负影响程度大小排列为:FR-E>FR-D>FR-A>FR-B>FR-C。
(4)用氧指数和45°燃烧法测试思茅松阻燃胶合板的燃烧性能,载药率在15%时FR-A、FR-B和FR-C的OI值为53%~59%,超过建筑材料难燃B1级(OI为50%),均具有优良的阻燃性能,按阻燃效果大小排列为:FR-C>FR-A>FR-E>FR-B>FR-D;载药率与胶合板的阻燃性能之间存在显著的线性正相关关系;同等条件下,UF胶阻燃胶合板比PF胶阻燃板的阻燃效果好。
(5)五种阻燃剂中,无机阻燃剂FR-A会显著增加木材的吸湿性,有机阻燃剂FR-B和FR-C对吸湿性影响不大,树脂型阻燃剂FR-D和FR-E吸湿性相对最小,按吸湿性大小排列为:FR-A>FR-B>FR-C>FR-E>FR-D;用抗浸提值代表思茅松阻燃胶合板的抗流失性能,与阻燃剂的水溶性相对应,载药率对抗流失性具有负影响,按抗流失性大小排列为:FR-D>FR-E>FR-C>FR-B>FR-A;由于脲醛树脂胶的吸湿性和较弱的耐水性,UF阻燃胶合板吸湿性大于PF阻燃胶合板,其抗流失性也低于PF阻燃板。
(6)用TG-DTA热分析技术对思茅松木材、胶合板和阻燃胶合板的热解过程和阻燃机理进行分析;胶合板中脲醛树脂胶的固化产物具有一定的耐燃性,能抑制木材的燃烧强度;磷-氮-硼系阻燃剂FR-A和FR-C使木材热解失重速度降低,热解失重过程延长,同时降低木材的热解起始温度,使热解途径向着有利于生成炭和不燃性物质方向转变,提高了木炭产量;用动力学处理木材的TG曲线获得了木材热解过程的动力学参数和动力学方程,定量地说明思茅松阻燃胶合板在热分解各阶段的活化能,有助于阻燃机理的分析。
综上,五种磷-氮-硼复合体系阻燃剂中,FR-C是一种溶解性好、酸碱性温和的木材阻燃剂,其处理的思茅松阻燃胶合板具有优良的阻燃性能符合B1级(难燃性)建筑材料的要求,胶合强度符合Ⅱ类胶合板的要求,产品的物理力学性能与普通胶合板同等(吸湿性小、抗流失性强)的特点。建议进行小型工业化试验研究。