八硼酸鈉與硅溶膠復(fù)合對(duì)建筑木材燃燒成炭率的影響研究

葉箐箐　朱兆平

摘 要：為研究八硼酸鈉與硅溶膠復(fù)合處理對(duì)建筑木材燃燒成炭率的影響，該文采用八硼酸鈉（DOT）與二氧化硅溶膠（SiO2）對(duì)杉木試件進(jìn)行二次加壓浸注處理，制得DOT/SiO2/木材這一無(wú)機(jī)質(zhì)復(fù)合木材。采用錐形量熱儀法（CONE）測(cè)定了其成炭率。結(jié)果表明：杉木試件經(jīng)DOT/SiO2復(fù)合處理之后，成炭率達(dá)到了50.16%，是素材的5.4倍。說(shuō)明八硼酸鈉與硅溶膠復(fù)合處理能大幅提高木材燃燒的成炭率，且兩者表現(xiàn)出較好的協(xié)同作用。

關(guān)鍵詞：成炭率 八硼酸鈉 硅溶膠

中圖分類(lèi)號(hào)：S781 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）01（a）-0049-02

木材具有良好的視覺(jué)特性、觸覺(jué)特性、調(diào)溫調(diào)濕機(jī)能和較高的強(qiáng)重比等特點(diǎn)，且是一種可再生環(huán)保型建筑材料，因此被廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)、建筑裝飾等領(lǐng)域。但是木材固有的易燃性不僅限制了其應(yīng)用范圍，同時(shí)也給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了巨大的損失[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年我國(guó)共發(fā)生火災(zāi)11萬(wàn)起，直接財(cái)產(chǎn)損失12.5億元。由此可見(jiàn)，木材阻燃劑的研究與開(kāi)發(fā)，對(duì)于預(yù)防和減少建筑火災(zāi)的損失具有重要的意義。木材阻燃劑是一類(lèi)能賦予木材難燃性質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)[2]。不同類(lèi)型的阻燃劑因其成分的差異，表現(xiàn)出不同的阻燃效果，諸如延長(zhǎng)點(diǎn)燃時(shí)間、降低熱釋放速率、減少總放熱量等。燃燒成炭率，即燃燒剩余物質(zhì)量占燃燒前總質(zhì)量的百分率，是衡量阻燃效果的有效指標(biāo)之一。因?yàn)槟静娜紵倪^(guò)程，即木材中的可燃成分受熱分解并釋放出煙和氣體的過(guò)程。成炭率越高，表明可燃物殘余量就越大，燃燒就越不充分，阻燃效果越好。

八硼酸鈉（DOT）是一種環(huán)保型阻燃劑，為粉狀非晶態(tài)微粒，速溶于水。由硼酸鈉的水合物及其他原料改性而成，是硼酸鹽的聚合物。無(wú)色、無(wú)味，對(duì)人畜和環(huán)境無(wú)危害；pH值接近于中性，因此對(duì)木材的酸堿性質(zhì)無(wú)影響；處理后不改變材色，不改變木材的力學(xué)強(qiáng)度，便于著色、油漆與膠合[3]。但因其作為無(wú)機(jī)阻燃劑水溶性較大，容易流失從而限制了其在木材阻燃領(lǐng)域的使用范圍；二氧化硅溶膠（SiO2）具有良好的抗流失性能，但其阻燃性能仍有較大的改進(jìn)空間。但采用八硼酸鈉與二氧化硅溶膠這兩種環(huán)保型阻燃劑，對(duì)杉木試件進(jìn)行二次加壓浸注處理，制得DOT/SiO2/木材表現(xiàn)出較好的抗流失性能。即二氧化硅溶膠提高了八硼酸鈉在木材中的固著度，擴(kuò)大了其適用范圍。但DOT/SiO2/木材這一無(wú)機(jī)質(zhì)復(fù)合木材的阻燃性能如何，仍需進(jìn)一步確定。該文利用錐形量熱儀法（CONE）研究了八硼酸鈉與二氧化硅溶膠復(fù)合處理對(duì)木材燃燒成炭率的影響，從而并為判定DOT/SiO2/木材這一無(wú)機(jī)質(zhì)復(fù)合木材的阻燃性能提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

（1）杉木試件

實(shí)驗(yàn)中所用的杉木取自浙江省杭州市臨安縣林場(chǎng)，樹(shù)齡12年。取各樹(shù)干距地面0.5～4 m部分進(jìn)行去皮、切割、刨光等處理，將其加工成為100 mm× 100 mm×10 mm規(guī)格，用于成炭率測(cè)定。

（2）八硼酸鈉

采用常州市化學(xué)用料廠生產(chǎn)的八硼酸鈉，白色粉末或顆粒，易溶于水。配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的處理劑。

（3）硅溶膠

采用杭州卡瑞特化工有限公司生產(chǎn)的二氧化硅溶膠，為乳白色或淡青色透明溶液，基本成分為無(wú)定型的二氧化硅，分子式為mSiO2、nH2O，其中SiO2以膠團(tuán)形態(tài)分散在水或有機(jī)溶劑中；具體參數(shù)：SiO2含量為25%，溶膠中穩(wěn)定劑Na2O含量小于0.5%，呈微弱堿性[4]。

1.2 處理方法

（1）將試件置于烘箱中，103 ℃下烘12 h，測(cè)定初始質(zhì)量W1。

（2）將試件置于真空加壓釜中，用真空泵抽真空30 min，真空度保持0.094 MPa。

（3）在真空狀態(tài)下向真空加壓釜中吸入DOT溶液，然后解除真空。

（4）打開(kāi)氮?dú)饧訅貉b置，對(duì)真空加壓釜加壓至1.0 MPa，保持1 h，使阻燃劑進(jìn)入木材。

（5）解除壓力，取出試件，沖洗并擦干表面。

（6）將試件置于烘箱中，103 ℃下烘12 h，測(cè)定處理后質(zhì)量W2。計(jì)算載藥率WPG=（W2-W1）/W1。

（7）重復(fù)上述步驟，對(duì)試件進(jìn)行硅溶膠浸注處理，得到初始載藥率。

1.3 成炭率測(cè)定

錐形量熱儀可模擬多種火焰強(qiáng)度，同時(shí)提供熱、煙、質(zhì)量變化及煙氣成分等的相關(guān)參數(shù)和重要信息。試驗(yàn)結(jié)果與大型燃燒試驗(yàn)相關(guān)性良好，是一種小比例火災(zāi)模擬試驗(yàn)儀，被公認(rèn)為具有科學(xué)性、合理性與先進(jìn)性。CONE參數(shù)設(shè)置：輻射功率：50 kW/m2，相應(yīng)溫度為780 ℃；每隔1s自動(dòng)測(cè)一組數(shù)據(jù)。采用錐形量熱儀法（CONE）測(cè)定處理前后杉木試件燃燒過(guò)程的殘余質(zhì)量隨時(shí)間變化的曲線，最終根據(jù)殘余質(zhì)量計(jì)算成炭率。

2 結(jié)果與分析

2.1 殘余質(zhì)量

由圖1可見(jiàn)，素材的Mass曲線很陡，在有焰燃燒階段（從燃燒開(kāi)始至第250 s左右）質(zhì)量急劇下降，表明可燃成分的分解與煙的釋放主要集中在這一階段。硅溶膠處理材的Mass曲線與素材比較相似；八硼酸鈉處理材和八硼酸鈉/硅溶膠復(fù)合處理材的Mass曲線比素材平緩，說(shuō)明在燃燒過(guò)程中可燃物分解比較緩慢均勻，也即燃燒過(guò)程熱量釋放較均勻，這有利于避免溫峰的急速上升而導(dǎo)致火勢(shì)迅速蔓延，對(duì)于降低熱量向木材的反饋是非常有利的[5]。

2.2 成炭率

木材試樣在燃燒前后的質(zhì)量如表1所示，計(jì)算得出各改性劑處理后的成炭率如圖2所示。素材成炭率為9.21%，表明燃燒非常充分，僅殘余一些灰燼。硅溶膠處理材的成炭率為38.6%，八硼酸鈉處理材的成炭率為42.26%，較素材大幅提高，分別為素材成炭率的4.2倍和4.6倍。說(shuō)明硅溶膠與八硼酸鈉均能抑制木材的燃燒，減少可燃成分分解，提高殘余炭的質(zhì)量。八硼酸鈉/硅溶膠復(fù)合處理材的成炭率為50.16%，為素材的5.4倍。說(shuō)明八硼酸鈉/硅溶膠復(fù)合處理能大幅提高成炭率，抑制了木材的燃燒，阻燃效果明顯。同時(shí)八硼酸鈉/硅溶膠復(fù)合處理材較硅溶膠單一處理材成炭率提高了30%；較八硼酸鈉單一處理材成炭率提高了19%。說(shuō)明硅溶膠與八硼酸鈉表現(xiàn)出較好的協(xié)同作用（圖2）。

3 結(jié)語(yǔ)

綜合以上結(jié)果與分析，可以得出要如下結(jié)論：木材試件經(jīng)過(guò)八硼酸鈉與硅溶膠二次加壓浸注處理后所得到的DOT/SiO2/木材這一無(wú)機(jī)質(zhì)復(fù)合木材，具有較好的阻燃性能，表現(xiàn)為成炭率達(dá)到了50.16%，是素材的5.4倍。八硼酸鈉與硅溶膠復(fù)合處理能大幅提高木材的成炭率，使可燃物分解比較緩慢均勻，表現(xiàn)出較好的協(xié)同作用。[6]

參考文獻(xiàn)

[1] 葉箐箐.碳酸鉀與硅溶膠復(fù)合對(duì)木材阻燃改性研究[J].新型建筑材料，2011（9）：24-28.

[2] 呂文華，趙廣杰.木材/木質(zhì)復(fù)合材料阻燃技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].木材工業(yè)，2002（11）：31-34.

[3] 肖景波.四水八硼酸鈉的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].河南化工，2008（25）：10-11.

[4] 葉箐箐.八硼酸鈉/硅溶膠對(duì)木材的改性研究[D].浙江大學(xué)，2012.

[5] 李堅(jiān)，王清文.用CONE法研究木材阻燃劑FRW的阻燃性能[J].林業(yè)科學(xué)，2002（9）：108-115.

[6] 趙殊，趙英壁.抗流失性木材阻燃劑的研究[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1994（6）：57-63.endprint

摘 要：為研究八硼酸鈉與硅溶膠復(fù)合處理對(duì)建筑木材燃燒成炭率的影響，該文采用八硼酸鈉（DOT）與二氧化硅溶膠（SiO2）對(duì)杉木試件進(jìn)行二次加壓浸注處理，制得DOT/SiO2/木材這一無(wú)機(jī)質(zhì)復(fù)合木材。采用錐形量熱儀法（CONE）測(cè)定了其成炭率。結(jié)果表明：杉木試件經(jīng)DOT/SiO2復(fù)合處理之后，成炭率達(dá)到了50.16%，是素材的5.4倍。說(shuō)明八硼酸鈉與硅溶膠復(fù)合處理能大幅提高木材燃燒的成炭率，且兩者表現(xiàn)出較好的協(xié)同作用。

關(guān)鍵詞：成炭率 八硼酸鈉 硅溶膠

中圖分類(lèi)號(hào)：S781 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）01（a）-0049-02

木材具有良好的視覺(jué)特性、觸覺(jué)特性、調(diào)溫調(diào)濕機(jī)能和較高的強(qiáng)重比等特點(diǎn)，且是一種可再生環(huán)保型建筑材料，因此被廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)、建筑裝飾等領(lǐng)域。但是木材固有的易燃性不僅限制了其應(yīng)用范圍，同時(shí)也給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了巨大的損失[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年我國(guó)共發(fā)生火災(zāi)11萬(wàn)起，直接財(cái)產(chǎn)損失12.5億元。由此可見(jiàn)，木材阻燃劑的研究與開(kāi)發(fā)，對(duì)于預(yù)防和減少建筑火災(zāi)的損失具有重要的意義。木材阻燃劑是一類(lèi)能賦予木材難燃性質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)[2]。不同類(lèi)型的阻燃劑因其成分的差異，表現(xiàn)出不同的阻燃效果，諸如延長(zhǎng)點(diǎn)燃時(shí)間、降低熱釋放速率、減少總放熱量等。燃燒成炭率，即燃燒剩余物質(zhì)量占燃燒前總質(zhì)量的百分率，是衡量阻燃效果的有效指標(biāo)之一。因?yàn)槟静娜紵倪^(guò)程，即木材中的可燃成分受熱分解并釋放出煙和氣體的過(guò)程。成炭率越高，表明可燃物殘余量就越大，燃燒就越不充分，阻燃效果越好。

八硼酸鈉（DOT）是一種環(huán)保型阻燃劑，為粉狀非晶態(tài)微粒，速溶于水。由硼酸鈉的水合物及其他原料改性而成，是硼酸鹽的聚合物。無(wú)色、無(wú)味，對(duì)人畜和環(huán)境無(wú)危害；pH值接近于中性，因此對(duì)木材的酸堿性質(zhì)無(wú)影響；處理后不改變材色，不改變木材的力學(xué)強(qiáng)度，便于著色、油漆與膠合[3]。但因其作為無(wú)機(jī)阻燃劑水溶性較大，容易流失從而限制了其在木材阻燃領(lǐng)域的使用范圍；二氧化硅溶膠（SiO2）具有良好的抗流失性能，但其阻燃性能仍有較大的改進(jìn)空間。但采用八硼酸鈉與二氧化硅溶膠這兩種環(huán)保型阻燃劑，對(duì)杉木試件進(jìn)行二次加壓浸注處理，制得DOT/SiO2/木材表現(xiàn)出較好的抗流失性能。即二氧化硅溶膠提高了八硼酸鈉在木材中的固著度，擴(kuò)大了其適用范圍。但DOT/SiO2/木材這一無(wú)機(jī)質(zhì)復(fù)合木材的阻燃性能如何，仍需進(jìn)一步確定。該文利用錐形量熱儀法（CONE）研究了八硼酸鈉與二氧化硅溶膠復(fù)合處理對(duì)木材燃燒成炭率的影響，從而并為判定DOT/SiO2/木材這一無(wú)機(jī)質(zhì)復(fù)合木材的阻燃性能提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

（1）杉木試件

實(shí)驗(yàn)中所用的杉木取自浙江省杭州市臨安縣林場(chǎng)，樹(shù)齡12年。取各樹(shù)干距地面0.5～4 m部分進(jìn)行去皮、切割、刨光等處理，將其加工成為100 mm× 100 mm×10 mm規(guī)格，用于成炭率測(cè)定。

（2）八硼酸鈉

采用常州市化學(xué)用料廠生產(chǎn)的八硼酸鈉，白色粉末或顆粒，易溶于水。配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的處理劑。

（3）硅溶膠

采用杭州卡瑞特化工有限公司生產(chǎn)的二氧化硅溶膠，為乳白色或淡青色透明溶液，基本成分為無(wú)定型的二氧化硅，分子式為mSiO2、nH2O，其中SiO2以膠團(tuán)形態(tài)分散在水或有機(jī)溶劑中；具體參數(shù)：SiO2含量為25%，溶膠中穩(wěn)定劑Na2O含量小于0.5%，呈微弱堿性[4]。

1.2 處理方法

（1）將試件置于烘箱中，103 ℃下烘12 h，測(cè)定初始質(zhì)量W1。

（2）將試件置于真空加壓釜中，用真空泵抽真空30 min，真空度保持0.094 MPa。

（3）在真空狀態(tài)下向真空加壓釜中吸入DOT溶液，然后解除真空。

（4）打開(kāi)氮?dú)饧訅貉b置，對(duì)真空加壓釜加壓至1.0 MPa，保持1 h，使阻燃劑進(jìn)入木材。

（5）解除壓力，取出試件，沖洗并擦干表面。

（6）將試件置于烘箱中，103 ℃下烘12 h，測(cè)定處理后質(zhì)量W2。計(jì)算載藥率WPG=（W2-W1）/W1。

（7）重復(fù)上述步驟，對(duì)試件進(jìn)行硅溶膠浸注處理，得到初始載藥率。

1.3 成炭率測(cè)定

錐形量熱儀可模擬多種火焰強(qiáng)度，同時(shí)提供熱、煙、質(zhì)量變化及煙氣成分等的相關(guān)參數(shù)和重要信息。試驗(yàn)結(jié)果與大型燃燒試驗(yàn)相關(guān)性良好，是一種小比例火災(zāi)模擬試驗(yàn)儀，被公認(rèn)為具有科學(xué)性、合理性與先進(jìn)性。CONE參數(shù)設(shè)置：輻射功率：50 kW/m2，相應(yīng)溫度為780 ℃；每隔1s自動(dòng)測(cè)一組數(shù)據(jù)。采用錐形量熱儀法（CONE）測(cè)定處理前后杉木試件燃燒過(guò)程的殘余質(zhì)量隨時(shí)間變化的曲線，最終根據(jù)殘余質(zhì)量計(jì)算成炭率。

2 結(jié)果與分析

2.1 殘余質(zhì)量

由圖1可見(jiàn)，素材的Mass曲線很陡，在有焰燃燒階段（從燃燒開(kāi)始至第250 s左右）質(zhì)量急劇下降，表明可燃成分的分解與煙的釋放主要集中在這一階段。硅溶膠處理材的Mass曲線與素材比較相似；八硼酸鈉處理材和八硼酸鈉/硅溶膠復(fù)合處理材的Mass曲線比素材平緩，說(shuō)明在燃燒過(guò)程中可燃物分解比較緩慢均勻，也即燃燒過(guò)程熱量釋放較均勻，這有利于避免溫峰的急速上升而導(dǎo)致火勢(shì)迅速蔓延，對(duì)于降低熱量向木材的反饋是非常有利的[5]。

2.2 成炭率

木材試樣在燃燒前后的質(zhì)量如表1所示，計(jì)算得出各改性劑處理后的成炭率如圖2所示。素材成炭率為9.21%，表明燃燒非常充分，僅殘余一些灰燼。硅溶膠處理材的成炭率為38.6%，八硼酸鈉處理材的成炭率為42.26%，較素材大幅提高，分別為素材成炭率的4.2倍和4.6倍。說(shuō)明硅溶膠與八硼酸鈉均能抑制木材的燃燒，減少可燃成分分解，提高殘余炭的質(zhì)量。八硼酸鈉/硅溶膠復(fù)合處理材的成炭率為50.16%，為素材的5.4倍。說(shuō)明八硼酸鈉/硅溶膠復(fù)合處理能大幅提高成炭率，抑制了木材的燃燒，阻燃效果明顯。同時(shí)八硼酸鈉/硅溶膠復(fù)合處理材較硅溶膠單一處理材成炭率提高了30%；較八硼酸鈉單一處理材成炭率提高了19%。說(shuō)明硅溶膠與八硼酸鈉表現(xiàn)出較好的協(xié)同作用（圖2）。

3 結(jié)語(yǔ)

綜合以上結(jié)果與分析，可以得出要如下結(jié)論：木材試件經(jīng)過(guò)八硼酸鈉與硅溶膠二次加壓浸注處理后所得到的DOT/SiO2/木材這一無(wú)機(jī)質(zhì)復(fù)合木材，具有較好的阻燃性能，表現(xiàn)為成炭率達(dá)到了50.16%，是素材的5.4倍。八硼酸鈉與硅溶膠復(fù)合處理能大幅提高木材的成炭率，使可燃物分解比較緩慢均勻，表現(xiàn)出較好的協(xié)同作用。[6]

參考文獻(xiàn)

[1] 葉箐箐.碳酸鉀與硅溶膠復(fù)合對(duì)木材阻燃改性研究[J].新型建筑材料，2011（9）：24-28.

[2] 呂文華，趙廣杰.木材/木質(zhì)復(fù)合材料阻燃技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].木材工業(yè)，2002（11）：31-34.

[3] 肖景波.四水八硼酸鈉的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].河南化工，2008（25）：10-11.

[4] 葉箐箐.八硼酸鈉/硅溶膠對(duì)木材的改性研究[D].浙江大學(xué)，2012.

[5] 李堅(jiān)，王清文.用CONE法研究木材阻燃劑FRW的阻燃性能[J].林業(yè)科學(xué)，2002（9）：108-115.

[6] 趙殊，趙英壁.抗流失性木材阻燃劑的研究[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1994（6）：57-63.endprint

摘 要：為研究八硼酸鈉與硅溶膠復(fù)合處理對(duì)建筑木材燃燒成炭率的影響，該文采用八硼酸鈉（DOT）與二氧化硅溶膠（SiO2）對(duì)杉木試件進(jìn)行二次加壓浸注處理，制得DOT/SiO2/木材這一無(wú)機(jī)質(zhì)復(fù)合木材。采用錐形量熱儀法（CONE）測(cè)定了其成炭率。結(jié)果表明：杉木試件經(jīng)DOT/SiO2復(fù)合處理之后，成炭率達(dá)到了50.16%，是素材的5.4倍。說(shuō)明八硼酸鈉與硅溶膠復(fù)合處理能大幅提高木材燃燒的成炭率，且兩者表現(xiàn)出較好的協(xié)同作用。

關(guān)鍵詞：成炭率 八硼酸鈉 硅溶膠

中圖分類(lèi)號(hào)：S781 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）01（a）-0049-02

木材具有良好的視覺(jué)特性、觸覺(jué)特性、調(diào)溫調(diào)濕機(jī)能和較高的強(qiáng)重比等特點(diǎn)，且是一種可再生環(huán)保型建筑材料，因此被廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)、建筑裝飾等領(lǐng)域。但是木材固有的易燃性不僅限制了其應(yīng)用范圍，同時(shí)也給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了巨大的損失[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年我國(guó)共發(fā)生火災(zāi)11萬(wàn)起，直接財(cái)產(chǎn)損失12.5億元。由此可見(jiàn)，木材阻燃劑的研究與開(kāi)發(fā)，對(duì)于預(yù)防和減少建筑火災(zāi)的損失具有重要的意義。木材阻燃劑是一類(lèi)能賦予木材難燃性質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)[2]。不同類(lèi)型的阻燃劑因其成分的差異，表現(xiàn)出不同的阻燃效果，諸如延長(zhǎng)點(diǎn)燃時(shí)間、降低熱釋放速率、減少總放熱量等。燃燒成炭率，即燃燒剩余物質(zhì)量占燃燒前總質(zhì)量的百分率，是衡量阻燃效果的有效指標(biāo)之一。因?yàn)槟静娜紵倪^(guò)程，即木材中的可燃成分受熱分解并釋放出煙和氣體的過(guò)程。成炭率越高，表明可燃物殘余量就越大，燃燒就越不充分，阻燃效果越好。

八硼酸鈉（DOT）是一種環(huán)保型阻燃劑，為粉狀非晶態(tài)微粒，速溶于水。由硼酸鈉的水合物及其他原料改性而成，是硼酸鹽的聚合物。無(wú)色、無(wú)味，對(duì)人畜和環(huán)境無(wú)危害；pH值接近于中性，因此對(duì)木材的酸堿性質(zhì)無(wú)影響；處理后不改變材色，不改變木材的力學(xué)強(qiáng)度，便于著色、油漆與膠合[3]。但因其作為無(wú)機(jī)阻燃劑水溶性較大，容易流失從而限制了其在木材阻燃領(lǐng)域的使用范圍；二氧化硅溶膠（SiO2）具有良好的抗流失性能，但其阻燃性能仍有較大的改進(jìn)空間。但采用八硼酸鈉與二氧化硅溶膠這兩種環(huán)保型阻燃劑，對(duì)杉木試件進(jìn)行二次加壓浸注處理，制得DOT/SiO2/木材表現(xiàn)出較好的抗流失性能。即二氧化硅溶膠提高了八硼酸鈉在木材中的固著度，擴(kuò)大了其適用范圍。但DOT/SiO2/木材這一無(wú)機(jī)質(zhì)復(fù)合木材的阻燃性能如何，仍需進(jìn)一步確定。該文利用錐形量熱儀法（CONE）研究了八硼酸鈉與二氧化硅溶膠復(fù)合處理對(duì)木材燃燒成炭率的影響，從而并為判定DOT/SiO2/木材這一無(wú)機(jī)質(zhì)復(fù)合木材的阻燃性能提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

（1）杉木試件

實(shí)驗(yàn)中所用的杉木取自浙江省杭州市臨安縣林場(chǎng)，樹(shù)齡12年。取各樹(shù)干距地面0.5～4 m部分進(jìn)行去皮、切割、刨光等處理，將其加工成為100 mm× 100 mm×10 mm規(guī)格，用于成炭率測(cè)定。

（2）八硼酸鈉

采用常州市化學(xué)用料廠生產(chǎn)的八硼酸鈉，白色粉末或顆粒，易溶于水。配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的處理劑。

（3）硅溶膠

采用杭州卡瑞特化工有限公司生產(chǎn)的二氧化硅溶膠，為乳白色或淡青色透明溶液，基本成分為無(wú)定型的二氧化硅，分子式為mSiO2、nH2O，其中SiO2以膠團(tuán)形態(tài)分散在水或有機(jī)溶劑中；具體參數(shù)：SiO2含量為25%，溶膠中穩(wěn)定劑Na2O含量小于0.5%，呈微弱堿性[4]。

1.2 處理方法

（1）將試件置于烘箱中，103 ℃下烘12 h，測(cè)定初始質(zhì)量W1。

（2）將試件置于真空加壓釜中，用真空泵抽真空30 min，真空度保持0.094 MPa。

（3）在真空狀態(tài)下向真空加壓釜中吸入DOT溶液，然后解除真空。

（4）打開(kāi)氮?dú)饧訅貉b置，對(duì)真空加壓釜加壓至1.0 MPa，保持1 h，使阻燃劑進(jìn)入木材。

（5）解除壓力，取出試件，沖洗并擦干表面。

（6）將試件置于烘箱中，103 ℃下烘12 h，測(cè)定處理后質(zhì)量W2。計(jì)算載藥率WPG=（W2-W1）/W1。

（7）重復(fù)上述步驟，對(duì)試件進(jìn)行硅溶膠浸注處理，得到初始載藥率。

1.3 成炭率測(cè)定

錐形量熱儀可模擬多種火焰強(qiáng)度，同時(shí)提供熱、煙、質(zhì)量變化及煙氣成分等的相關(guān)參數(shù)和重要信息。試驗(yàn)結(jié)果與大型燃燒試驗(yàn)相關(guān)性良好，是一種小比例火災(zāi)模擬試驗(yàn)儀，被公認(rèn)為具有科學(xué)性、合理性與先進(jìn)性。CONE參數(shù)設(shè)置：輻射功率：50 kW/m2，相應(yīng)溫度為780 ℃；每隔1s自動(dòng)測(cè)一組數(shù)據(jù)。采用錐形量熱儀法（CONE）測(cè)定處理前后杉木試件燃燒過(guò)程的殘余質(zhì)量隨時(shí)間變化的曲線，最終根據(jù)殘余質(zhì)量計(jì)算成炭率。

2 結(jié)果與分析

2.1 殘余質(zhì)量

由圖1可見(jiàn)，素材的Mass曲線很陡，在有焰燃燒階段（從燃燒開(kāi)始至第250 s左右）質(zhì)量急劇下降，表明可燃成分的分解與煙的釋放主要集中在這一階段。硅溶膠處理材的Mass曲線與素材比較相似；八硼酸鈉處理材和八硼酸鈉/硅溶膠復(fù)合處理材的Mass曲線比素材平緩，說(shuō)明在燃燒過(guò)程中可燃物分解比較緩慢均勻，也即燃燒過(guò)程熱量釋放較均勻，這有利于避免溫峰的急速上升而導(dǎo)致火勢(shì)迅速蔓延，對(duì)于降低熱量向木材的反饋是非常有利的[5]。

2.2 成炭率

木材試樣在燃燒前后的質(zhì)量如表1所示，計(jì)算得出各改性劑處理后的成炭率如圖2所示。素材成炭率為9.21%，表明燃燒非常充分，僅殘余一些灰燼。硅溶膠處理材的成炭率為38.6%，八硼酸鈉處理材的成炭率為42.26%，較素材大幅提高，分別為素材成炭率的4.2倍和4.6倍。說(shuō)明硅溶膠與八硼酸鈉均能抑制木材的燃燒，減少可燃成分分解，提高殘余炭的質(zhì)量。八硼酸鈉/硅溶膠復(fù)合處理材的成炭率為50.16%，為素材的5.4倍。說(shuō)明八硼酸鈉/硅溶膠復(fù)合處理能大幅提高成炭率，抑制了木材的燃燒，阻燃效果明顯。同時(shí)八硼酸鈉/硅溶膠復(fù)合處理材較硅溶膠單一處理材成炭率提高了30%；較八硼酸鈉單一處理材成炭率提高了19%。說(shuō)明硅溶膠與八硼酸鈉表現(xiàn)出較好的協(xié)同作用（圖2）。

3 結(jié)語(yǔ)

綜合以上結(jié)果與分析，可以得出要如下結(jié)論：木材試件經(jīng)過(guò)八硼酸鈉與硅溶膠二次加壓浸注處理后所得到的DOT/SiO2/木材這一無(wú)機(jī)質(zhì)復(fù)合木材，具有較好的阻燃性能，表現(xiàn)為成炭率達(dá)到了50.16%，是素材的5.4倍。八硼酸鈉與硅溶膠復(fù)合處理能大幅提高木材的成炭率，使可燃物分解比較緩慢均勻，表現(xiàn)出較好的協(xié)同作用。[6]

參考文獻(xiàn)

[1] 葉箐箐.碳酸鉀與硅溶膠復(fù)合對(duì)木材阻燃改性研究[J].新型建筑材料，2011（9）：24-28.

[2] 呂文華，趙廣杰.木材/木質(zhì)復(fù)合材料阻燃技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].木材工業(yè)，2002（11）：31-34.

[3] 肖景波.四水八硼酸鈉的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].河南化工，2008（25）：10-11.

[4] 葉箐箐.八硼酸鈉/硅溶膠對(duì)木材的改性研究[D].浙江大學(xué)，2012.

[5] 李堅(jiān)，王清文.用CONE法研究木材阻燃劑FRW的阻燃性能[J].林業(yè)科學(xué)，2002（9）：108-115.

[6] 趙殊，趙英壁.抗流失性木材阻燃劑的研究[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1994（6）：57-63.endprint