酚類阻燃木材的熱解特性研究

酚類阻燃木材的熱解特性研究

摘　要：為了研究酚類阻燃劑對(duì)木材的阻燃作用，用苯酚、對(duì)硝基苯酚、對(duì)氨基苯酚、磷酸氫二銨四種阻燃劑配成的6種同種濃度的阻燃劑溶液浸泡紅松木粉，干燥后，利用熱重分析技術(shù)，在升溫速率為15 ℃/min，升溫范圍從30 ℃至800 ℃，天平保護(hù)性氣體為氮?dú)�，流量�?0 ml/min，反應(yīng)性氣體為氮?dú)猓髁繛?0 ml/min的條件下，研究阻燃與未阻燃紅松木粉的熱解特性。用“Coats-Redfern”法研究其熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)。通過對(duì)TG、DTG曲線的分析，深入探討了酚類阻燃劑對(duì)木材熱解過程、熱解失重率、熱解溫度、熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響和對(duì)硝基苯酚、對(duì)氨基苯酚與磷酸氫二銨的協(xié)同效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，酚類阻燃劑使木粉熱解速率變慢，劇烈燃燒開始的時(shí)間推后，熱解劇烈程度減小，熱解產(chǎn)生更少的可燃?xì)怏w，熱解結(jié)束后產(chǎn)生的炭化物增多，促進(jìn)了木材的脫水炭化。從活化能角度來看，酚類阻燃劑阻燃后木材的表觀活化能均低于未阻燃紅松的活化能。綜合各項(xiàng)參數(shù)表明，對(duì)硝基苯酚和對(duì)氨基苯酚分別與磷酸氫二銨組成阻燃配方處理木材時(shí)，阻燃效果比對(duì)硝基苯酚和對(duì)氨基苯酚單獨(dú)使用時(shí)要好，對(duì)硝基苯酚、對(duì)氨基苯酚與磷酸氫二銨具有協(xié)同效應(yīng)。

關(guān)鍵詞　木材;　阻燃;　熱解;　酚類阻燃劑;　TGA

Phenolic Flame-retardant Wood Pyrolysis Charateristics

Abstract: Flame retardant Korean pine wood is prepared by steeping in flame retardant solution which is confected using phenol, p-nitrophenol, p-ami
……（新文秘網(wǎng)http://120pk.cn省略1189字，正式會(huì)員可完整閱讀）……　
e is much better than p-nitrophenol or p-aminophenol. The synergies effect of p-nitrophenol and diammonium phosphate, p-aminophenol and diammonium phosphate is obvious.

Keywords wood; flame-retardent; pyrolysis; phenolic flame-retardent; TGA

目　錄

摘要 I
Abstract II
目錄 III

1　緒論 1
2　實(shí)驗(yàn)部分 4
2.1　實(shí)驗(yàn)原理 4
2.2　實(shí)驗(yàn)儀器及材料 4
2.2.1　儀器設(shè)備 4
2.2.2　實(shí)驗(yàn)材料 4
2.3　實(shí)驗(yàn)條件 4
2.3.1　實(shí)驗(yàn)樣品 4
2.3.2　熱重實(shí)驗(yàn)條件 5
2.4　實(shí)驗(yàn)步驟 5
2.5　數(shù)據(jù)處理方法 5
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 7
3.1　紅松的熱解過程 7
3.2　酚類阻燃劑對(duì)紅松熱解特性的影響 8
3.2.1　酚類阻燃劑對(duì)熱解過程的影響 8
3.2.2　阻燃劑對(duì)紅松失重率和熱解溫度的影響 11
3.3　對(duì)硝基苯酚、對(duì)氨基苯酚與磷酸氫二銨協(xié)同效應(yīng)對(duì)紅松熱解過程的影響 13
3.4　阻燃劑對(duì)熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響 14
4　結(jié)論 19
參考文獻(xiàn) 21
致謝 23


1　緒論

隨著人們生活水平的提高和居住條件的改善，木材逐漸成為重要且最受歡迎的裝飾材料之一，如木地板，木墻裙、木家具、木質(zhì)天花板等逐漸成為人們追求的時(shí)尚。木材具有很多優(yōu)良特性的同時(shí)，其易燃、可燃特性也成為困擾人們的大問題。木材的高發(fā)熱量、較低的起火燃燒溫度、快速的燃燒傳播速度具有極大的火災(zāi)危險(xiǎn)性。我國每年統(tǒng)計(jì)的火災(zāi)總數(shù)中，木材引起的火災(zāi)占很大比重，而美國有資料報(bào)道，建筑物火災(zāi)中21%與木材、織物等有關(guān)[1]。因此，對(duì)木材進(jìn)行阻燃處理，降低其火災(zāi)危險(xiǎn)性，使其更好的為人類生活服務(wù)，成為人們非常關(guān)注的問題。
木材是一種主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種天然有機(jī)高分子構(gòu)成的多孔性復(fù)雜天然有機(jī)物質(zhì)，木材的燃燒過程實(shí)際是木材主成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程。以上物質(zhì)在熱解過程中既可裂解為甲烷、乙烷、醋酸、甲醇、木焦油等易燃產(chǎn)物，也可以裂解為具有隔熱隔氣作用的木炭和不能燃燒的水[2]。很多專家學(xué)者運(yùn)用熱重分析法的研究結(jié)果表明木材主要成分半纖維素、纖維素、木質(zhì)素的熱分解溫度分別為220~260 ℃、240~350 ℃、280~500 ℃。對(duì)木材進(jìn)行加熱，200 ℃左右木材質(zhì)量開始減少，質(zhì)量損失率在260~340 ℃時(shí)達(dá)到最大，之后木材的質(zhì)量損失速率減慢，由于各種外界因素及材質(zhì)的影響，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果各有不同，但總體趨勢(shì)一致 [3~5]。木材的燃燒特點(diǎn)決定了阻燃劑的阻燃原理和發(fā)展方向。根據(jù)木材阻燃的炭量增加理論，阻燃處理可以影響木材的熱解過程，通過阻燃劑的催化作用，有可能使木材在熱解反應(yīng)過程中產(chǎn)生更多的木炭和水分，使木材熱解的溫度有所降低，并減少可燃?xì)怏w的產(chǎn)量，從而降低木材燃燒的劇烈程度，達(dá)到阻燃的目的。
木材阻燃史可以追溯到人類的早期文明，為了防火，古羅馬人曾在醋與石灰的混合物池中浸漬木材制造的戰(zhàn)船和建造的房屋，開創(chuàng)了木材阻燃的歷史。近現(xiàn)代時(shí)期，木材阻燃劑的開發(fā)研究有了飛速的發(fā)展，相繼發(fā)現(xiàn)一系列含有鹵素、磷、氮、硫、硼以及金屬的化合物或混合物具有阻燃作用。其后，經(jīng)過大量學(xué)者的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)了阻燃劑之間的協(xié)同效應(yīng)（即當(dāng)兩種具有阻燃作用的化合物同時(shí)使用時(shí)，其阻燃效果可能是各自單獨(dú)使用阻燃結(jié)果的相加），為木材阻燃劑的發(fā)展開辟了一片新天地�，F(xiàn)代使用的阻燃劑絕大多數(shù)都是充分利用阻燃劑的協(xié)同作用，含有多阻燃元素的復(fù)合型阻燃劑。
木材阻燃劑多種多樣，在大多數(shù)情況下，多數(shù)學(xué)者按阻燃劑的下列特點(diǎn)進(jìn)行分類：（1）基本化學(xué)性質(zhì)（無機(jī)、有機(jī)等）；（2）含有的阻燃元素或阻燃元素的組合（磷、氮、鹵素等）；（3）材料中加入阻燃劑的方法（添加型、反應(yīng)型）；（4）化合物類型（酸、堿、醚、醇、氧化物、氫氧化物、鹽等）；（5）作用機(jī)理（物理作用或具化學(xué)活性的阻燃劑、氣相作用或凝聚相作用阻燃劑）；（6）阻燃作用的耐久性（耐光、熱、化學(xué)品和耐水等）。
隨著時(shí)代的發(fā)展，木材的用途越來越廣，其可燃性所造成的潛在火災(zāi)危險(xiǎn)也越來越大，因此對(duì)木材阻燃劑的發(fā)展提出了新的要求，理想的木材阻燃劑應(yīng)該具有如下特點(diǎn):
（1）阻燃效力高，既能阻止有焰燃燒，又能抑制陰燃(無焰燃燒、紅熱燃燒)；
（2）阻燃劑本身無毒，在生產(chǎn)和使用過程中不污染環(huán)境，阻燃木材的熱解產(chǎn)物少煙、低毒、無刺激性和腐蝕性；
（3）阻燃性能持久，在使用過程中不發(fā)生熱、光分解，不易水解和流失；
（4）吸濕性低，阻燃木材的尺寸穩(wěn)定性好；
（5）木材的物理力學(xué)性能和工藝性能基本不受影響；
（6）具有防腐、防蟲性能；
（7）木材的視覺、觸覺和調(diào)節(jié)等環(huán)境學(xué)特性基本不受影響；
（8）成本低廉，來源豐富，易于使用。
科技隨著時(shí)代發(fā)展，評(píng)價(jià)木材阻燃劑性能的方法也在逐步走向高科技，熱重分析法成為研究木材阻燃性能的最重要最主要的方法之一，熱重法（TG Thermogravimetry），是在程序控制溫度的條件下，測(cè)量物質(zhì)質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)，是研究物質(zhì)受熱過程中質(zhì)量或重量的變化特性的重要方法[6]。熱重分析儀的工作原理主要是熱天平的工作原理，主要靠熱天平的偏離度來測(cè)定試樣的重量變化。它具有試樣用量少、速度快，并能在測(cè)量溫度范圍內(nèi)研究木材受熱發(fā)生反應(yīng)的全過程等優(yōu)點(diǎn)。通過熱重法得到的熱重曲線，能夠清晰表現(xiàn)阻燃劑對(duì)木材熱解溫度，失重率等的影響，并能夠通過熱重曲線得到熱動(dòng)力學(xué)方程，求出熱分解動(dòng)力學(xué)參數(shù)，它們有助于對(duì)木材阻燃機(jī)理的分析。
為減少建筑火災(zāi)的危害和人員的傷亡，對(duì)木材進(jìn)行阻燃處理勢(shì)在必行。對(duì)于木材阻燃的研究，國內(nèi)外較多。國外，Rafael Bilbao等用熱分析法研究了木材顆粒的熱解過程[6]，得到了相關(guān)的結(jié)論。國內(nèi)，高明、王文清、施海云、江淑琴、楊守生等專家學(xué)者分別運(yùn)用熱分析法研究了不同種類原始木材和不同阻燃劑處理過的木材的熱解過程，并運(yùn)用kinssinger法或 ……（未完，全文共14039字，當(dāng)前僅顯示3340字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《酚類阻燃木材的熱解特性研究》）