根據(jù)木材的結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用特點,木材阻燃劑主要由含磷、氮、硼和鹵素的化合物或混合物組成,含鹵素的阻燃劑在燃燒時會產(chǎn)生強腐蝕性和毒性的鹵化氫。同時,煙氣密度也比較高。因此,近年來含鹵阻燃劑的研究和應(yīng)用逐漸減少,使含磷、氮、硼的阻燃劑成為木材阻燃劑的主體。根據(jù)性能、制備和應(yīng)用特點,結(jié)合阻燃劑研究現(xiàn)狀,木材阻燃劑分為:①無機阻燃劑; ②有機阻燃劑; ③樹脂阻燃劑; ④反應(yīng)性阻燃劑; ⑤ 其他類型的阻燃劑。
(1)無機木材阻燃劑
盡管最古老的阻燃劑存在吸濕性高、木材易析出等嚴(yán)重缺點,但由于成本低、生產(chǎn)方法簡單,且易于木材加工業(yè)掌握,仍被一些木材企業(yè)使用。 .目前使用的第三代無機木材阻燃劑是在提高第二代木材阻燃劑吸濕析出性能的過程中開發(fā)的。主要技術(shù)是增加無機離子的體積,如那些相對分子質(zhì)量較大的水溶性低聚物聚磷酸鹽代替磷酸鹽,或采用內(nèi)反應(yīng)法生成不溶性阻燃劑。例如,可以利用化學(xué)反應(yīng)的溫度特性制備單一的阻燃處理液在室溫下處理木材,然后處理液在木材中反應(yīng)形成不溶性阻燃劑,通過窯干或熱處理。近年來,具有阻燃、防腐、防霉功能的多效木材阻燃劑,以及適應(yīng)不同阻燃方式以滿足市場需求的新型木材阻燃劑受到了一定的關(guān)注。
由于各種阻燃劑的阻燃機理不同,單一的阻燃劑難以達(dá)到預(yù)期的效果,通常采用復(fù)合阻燃劑。這不僅可以降低成本,更重要的是將阻燃材料的物理機械性能損失降到最低?,F(xiàn)在主要有硼化合物、金屬氫氧化物和后來發(fā)展的阻燃協(xié)同作用,主要是無機阻燃劑,以磷氮復(fù)合、磷鹵復(fù)合、磷氮硼復(fù)合等高效阻燃體系為特征。其中,磷氮復(fù)合阻燃劑在木材阻燃劑中更受歡迎。近年來,對無鹵、低煙、低毒阻燃劑的需求不斷增加。因此,氫氧化鋁和氫氧化鎂在許多阻燃應(yīng)用中的應(yīng)用價值很高,前景廣闊。
(2)有機木阻燃劑
雖然添加型有機木材阻燃劑的出現(xiàn)晚于無機阻燃劑,但發(fā)展迅速,至今大致經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。有機磷阻燃劑主要有磷酸酯類、膦酸酯類、亞磷酸酯類、有機磷鹽類、含磷多元醇-氮化合物等。有機木材阻燃劑的主流仍然是含磷、氮、硼的多元素復(fù)合體系。阻燃劑能抵抗損失,對木材的物理機械性能影響不大。第三代有機木材阻燃劑是一種高效阻燃劑,釋放甲醛、遷移率低、吸濕性低或基本不吸濕(類似于未經(jīng)處理的木材)。這種阻燃劑往往追求一劑多效,既減少了多次處理對木材性能的不利影響,又降低了處理成本。例如,用分子量較大的含氮有機化合物和磷酸生產(chǎn)的低吸濕性磷酸鹽作為阻燃元素磷和氮的載體,再與硼化合物結(jié)合形成磷氮硼高效阻燃體系,其代表品種FRW木材阻燃劑具有阻燃、防腐、防白蟻性能。
(3)樹脂型木材阻燃劑
樹脂型木材阻燃劑是在配方中加入低聚合度合成樹脂,浸漬木材后,樹脂在干燥過程中固化,對配方中易流失的阻燃成分(通常為無鹽)。阻燃劑的抗損失、遷移和吸濕性。這種類型的阻燃劑已在美國、歐洲和日本專利中有所報道。阻燃劑可以具有更高的熱穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性,并且可以在不改變木材本身手感的情況下提高尺寸穩(wěn)定性和表面硬度。目前看來,樹脂基木材阻燃劑正處于開發(fā)研究階段,還存在加工材料發(fā)黑、浸漬困難等問題。
(4)反應(yīng)型阻燃劑
活性木材阻燃劑利用化學(xué)反應(yīng),通過形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵,將阻燃元素或含有阻燃元素的基團負(fù)載在木材分子上。由此產(chǎn)生的阻燃木材不僅具有抗損耗、耐用等優(yōu)點,而且由于電阻燃燒元素實際上以單分子狀態(tài)分布在木材上(遠(yuǎn)高于添加阻燃劑的分散度),所以單位質(zhì)量阻燃劑的阻燃效率非常高。適合木材阻燃處理的常見官能團有羥基和苯環(huán),它們可以通過與阻燃元素或含有阻燃元素和活性基團的化合物進(jìn)行酯化、酯交換、醚化、酰化和鹵化等反應(yīng)來實現(xiàn)。不易燃的。
(5) 其他類型的木材阻燃劑
近年來,材料和化工領(lǐng)域的高新技術(shù)也被應(yīng)用于木材阻燃技術(shù)的研究中。例如,日本專利采用粒徑不大于0.1μm的五氧化二銻微粉水性分散體或五氧化二銻膠體對木皮進(jìn)行處理,獲得良好的阻燃性;另一種木材表面涂料用阻燃劑 主要成分為3-(二烷基膦酸基)丙酰胺、尿素或三聚氰胺樹脂、環(huán)氧樹脂微膠囊聚磷酸銨。