复合氮磷阻燃剂处理杨木的阻燃性能研究

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为解决氮磷阻燃剂(N-P)处理杨木吸湿率高的问题,降低其抗浸提值,进一步减少其产烟量,在N-P合成过程中添加少量三聚氰胺(MEL)与氢氧化镁(MH),通过正交试验得到三个优化的抗吸湿型阻燃剂与三个高性能阻燃抑烟型配方;N-P与聚硅酸磷酸二氢铝(A1-Si)复配制得新型N-P-Al-Si系水溶型阻燃剂。对杨木阻燃处理试样进行吸湿性、抗流失性、烟密度、锥形量热与热重分析。利用环境扫描电镜-X射线能谱观察锥形量热实验后阻燃剂在试件内表面的分布情况。利用热分析法对阻燃处理前后杨木的燃烧性能进行探讨,运用Ozawa-Flynn-Wall(O-F-W)和Coats-Redfern (C-R)(modified)法计算其活化能。研究结果如下:(1)载药率约为10%时,NP-MEL-2处理试件的吸湿率达到美国建筑规范<28%的要求;载药率为12%左右时,与N-P处理杨木相比,NP-MEL-2处理试件的氧指数值提高14.86%,第一热释放速率峰值降低40%,释热总量降低33.89%,CO产量降低34.38%,残碳率提高了30.58%。且生产成本低廉,可循环使用。(2)MH复合N-P处理材的烟密度等级均低于N-P处理材。其中NP-MH-1的烟密度等级相比最低,在载药率为13%时出现极大值为34.4,比N-P处理材降低约31.81%,远低于国家标准规定的SDR≤75的要求。NP-MH-2的阻燃抑烟效果最好,残炭量比N-P提高了47.65%,CO产量比N-P降低了74.68%,有毒气体产量大大减少。从阻燃碳层的微观结构来看,MH复合N-P阻燃剂在木材内部分散均匀,阻燃处理材表面呈现多孔结构。且MH复合N-P生产成本低廉,可循环使用。(3)N-P与Al-Si具有阻燃协效作用。相对于N-P,N-P-Al-Si处理材的吸湿性和烟密度均显著下降,成碳率及碳层的致密度提高。同时,N-P-Al-Si在杨木内表面分布均匀,甚至浸渍到细胞腔内,形成更光滑致密的保护层。N-P-Al-Si处理杨木的燃烧性能符合GB 8624-1997规定的B1级。且N-P-Al-Si生产成本低廉,可循环使用。(4)N-P-Al-Si处理样的主要热解阶段介于Al-Si与N-P之间,热释放速率缓慢,失重速率和失重量更小。在不同的升温速率下N-P-Al-Si处理材的失重趋势一致,随着升温速率的增大,失重曲线向高温方向移动。N-P-Al-Si处理材的第一、二阶段的活化能均显著大于N-P阻燃处理材,说明Al-Si与N-P复配后阻燃效率提高。
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