重組竹阻燃研究概況與展望

俞君寶，呼夢潔，高悅文

(揚州工業(yè)職業(yè)技術學院，江蘇 揚州 225127)

1 重組竹阻燃的研究背景

1.1 我國竹材的工業(yè)化發(fā)展優(yōu)勢

被稱為“竹子王國”的我國擁有世界上豐富的竹資源，得天獨厚的優(yōu)勢為我國開發(fā)竹材產(chǎn)業(yè)提供豐厚的儲備。竹材具有生產(chǎn)周期短，力學性能優(yōu)越的特點，一般情況下3～4年便可成材。重組竹是利用加工成竹束絲的竹材，經(jīng)過干燥、浸膠、再干燥后高溫高壓固化處理而成的型材，抗拉性能優(yōu)于抗壓性能且抗拉變形穩(wěn)定，與木材力學性能類似甚至可以超越，一定程度上可以取代木材，彌補我國木材價格高、供不應求的現(xiàn)狀?；仡欀癫拈_發(fā)利用的近三十年，竹材制品從人造板、膠合板、竹層壓板、復合板等一路迅速發(fā)展，但在竹材工業(yè)化發(fā)展的路上亦存在許多問題，這也關乎竹產(chǎn)品在市場中的競爭力。隨著人們生活質(zhì)量的提高，對竹制品追求更多的附加價值，竹材自帶的高雅氣質(zhì)、清新脫俗的氣味也成為其不同于其他建筑材料的獨特之處。需求量的增多就需要竹材加工企業(yè)不斷提高生產(chǎn)效率，探索新的產(chǎn)品，但竹材在加工過程中出現(xiàn)利用率低，防腐蝕、防霉、耐候等一系列的問題，這就促使竹材加工企業(yè)不斷開發(fā)新的應用范圍廣的竹制產(chǎn)品，更好地促進竹材工業(yè)化發(fā)展需求。重組竹作為一種新型綠色環(huán)保建材，在生產(chǎn)過程中對竹材資源的利用率為60%～70%，保留竹材原生態(tài)性，且具有較高的力學性能，不僅可以應用到家具、地板和戶外等裝修領域，還可以應用于建筑結(jié)構中。所以說，重組竹的研發(fā)對我國開發(fā)豐富竹材資源緩解木材資源匱乏現(xiàn)狀起到一定的緩解作用。同時，重組竹的研究對竹材工業(yè)化發(fā)展有一定的推動作用，重組竹產(chǎn)業(yè)化的形成會對我國新型材料制造業(yè)產(chǎn)生一定的影響。

1.2 重組竹阻燃的必要性

近年來公共場所發(fā)生火災的現(xiàn)象時常出現(xiàn)，帶來一定的經(jīng)濟損失，特別是高層建筑中常使用的可燃性裝修材料，在突發(fā)火災情況下會造成火勢迅速蔓延。《中華人民共和國消防法》自2009年5月修訂后開始實施，明確規(guī)定建筑材料及裝修材料應滿足材料的阻燃性能要求。隨后對建筑材料和建筑內(nèi)部裝修材料進行燃燒性能分類，根據(jù)建筑材料及制品的燃燒等級選擇所使用的范圍。除此之外，在對建筑物進行設計時嚴格遵循建筑設計防火規(guī)范的相關規(guī)定，對室內(nèi)進行裝修設計過程中也應遵循建筑內(nèi)部裝修設計防火規(guī)范的標準。重組竹中主要加工原料為竹材，竹材具有可燃性，利用其制作加工而成的重組竹也存在著安全隱患，因此，重組竹在應用到建筑結(jié)構構件、家裝材料時應注意對其進行阻燃處理，提高其阻燃性能，才不會在社會發(fā)展歷程中被淘汰。

2 重組竹阻燃的研究現(xiàn)狀

2.1 重組竹用阻燃劑發(fā)展現(xiàn)狀

重組竹用阻燃劑按組成分為磷氮系、磷氮硼復合系及鹵系。磷氮系阻燃劑主要是依靠磷類化合物脫水炭化、氮類化合物膨脹成焦炭層，兩類化合物共同加入增加彼此的阻燃特性，一起更有效地阻止火焰的傳播。靳肖貝[1]對比兩種阻燃劑磷酸二氫銨和聚磷酸銨的加入，對重組竹阻燃特性的影響，發(fā)現(xiàn)聚磷酸銨能夠起到抑制煙霧的作用，磷酸二胺對重組竹力學性能影響較小。杜春貴[2]在制備重組竹構成的竹束中加入30%的磷酸氫二銨，這種在生產(chǎn)重組竹成品過程中加入阻燃劑的方法，在一定程度上影響了重組竹的材料力學性能。磷氮硼復合系阻燃劑是兩種熔點低的磷氮化合物和硼化物阻燃劑混合物，在高溫過程中形成玻璃狀涂膜，達到隔熱隔氧的效果。楊守祿[3]研究硼酸、硼砂的加入對毛竹的阻燃處理效果，表明硼酸、硼砂的加入降低毛竹的最大熱解速率，且對毛竹燃燒時的煙釋放量起到顯著的抑制作用。

2.2 重組竹阻燃機理

重組竹燃燒過程中會產(chǎn)生大量的煙霧，煙霧是火災中造成人員死亡的主要原因，燃燒時大致經(jīng)過無焰燃燒和有焰燃燒兩個階段。燃燒必備三個條件為可燃物、熱量及氧氣，圖1所示為材料燃燒過程圖，若阻止可燃物燃燒，只要采取物理、化學方法讓可燃物在燃燒時缺少一個及以上的燃燒必備條件即可。阻燃機理中的熱機理方面是通過阻燃劑分散出一些熱量，使得可燃物缺少熱量這個燃燒必備條件，從而阻止可燃物燃燒。還有一些阻燃劑在受熱分解過程中形成玻璃態(tài)物質(zhì)覆蓋于可燃材料表面，阻止了氧氣與可燃材料的進一步接觸，使得可燃物缺少氧氣這個燃燒必備條件，從而阻止可燃物燃燒，被稱為覆蓋機理。氮系阻燃劑在受熱分解時分解出不可燃氣體，這種不燃氣體與可燃材料周圍的空氣混合形成一種不可燃混合氣體，一定程度上減緩了可燃材料燃燒，即不燃氣體稀釋機理。

圖1 材料燃燒過程示意圖

2.3 重組竹阻燃處理技術

竹材阻燃的研究相對于木材的阻燃研究來說起步晚且多數(shù)集中在我國，主要是受竹資源分布的影響。常用的處理技術包括表面涂覆法、浸注法、化學改性法及機械添加法。表面涂覆法操作比較簡單就是在成型的材料表面上涂覆阻燃涂料，形成阻燃保護膜，這種方法用的阻燃劑量較少且對重組竹材料的物理力學性能影響較小，但是這層阻燃保護膜一旦有損傷，就會影響重組竹材料的阻燃性能。浸注法是將阻燃劑浸注到材料中，可以通過加壓或者常壓浸入的方式實現(xiàn)，其中常壓浸入法是將阻燃劑溶液通過含水率和溫度作用，在常壓狀態(tài)下浸入到重組竹材料中，工藝操作簡單且能夠吸收較大量的阻燃劑?；瘜W改性法主要適用于特定的反應型阻燃劑來處理重組竹材料。機械添加法是在重組竹的膠粘劑中加入阻燃劑，從而達到阻燃性能，這種操作方式還要考慮加入的阻燃劑對膠粘劑的固化影響，需要通過調(diào)整配方來適應實際情況。

3 重組竹阻燃存在的問題

重組竹阻燃處于起步階段，應在取得的研究成果基礎上對存在的問題逐一進行系統(tǒng)的研究。

1)火災中導致人出現(xiàn)生命危險的直接原因是煙霧，當前對重組竹阻燃處理技術中使用較多的未具備抑煙效果的阻燃劑[4-5]。

2)重組竹中加入較高濃度的阻燃劑會帶來阻燃劑的浪費，因為材料對阻燃劑的吸收量是有限的，高濃度的阻燃劑加入會帶來高成本的投入。

3)重組竹阻燃處理后在各種使用環(huán)境中的材料力學性能、燃燒性能等變化規(guī)律有待進一步探討，為今后重組竹產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供一定的技術支撐[6]。

4 重組竹阻燃發(fā)展趨勢

對重組竹阻燃性能的研究不僅有利于重組竹結(jié)構建筑的可持續(xù)發(fā)展，且對綠色建材的發(fā)展起到一定的促進作用[6-7]。

1)重組竹燃燒過程中有一定的二氧化碳、一氧化碳等有害氣體產(chǎn)生，因此，對未來重組竹阻燃劑的研究重要內(nèi)容就在于降低煙的毒性和發(fā)煙量。

2)開發(fā)的阻燃劑若同時兼具防腐蝕、防蟲蛀等多效復合的特點，也是未來重組竹阻燃劑發(fā)展的重要內(nèi)容之一。

3)當前國內(nèi)外研究表明部分納米材料有阻燃功效，若將其加入到重組竹阻燃制備工藝中，開發(fā)納米阻燃劑也是研究趨勢之一。

4)國內(nèi)外研究顯示膨脹型阻燃劑具有低毒高效的優(yōu)點，因此，在對重組竹阻燃劑研究時，膨脹型阻燃劑也具有很高的研究價值。

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