我國中密度阻燃纖維板處理方法和阻燃劑的研究進展

張高攀，韓道勇，趙一禪，郭明輝(東北林業大學材料科學與工程學院，黑龍江哈爾濱150040)

20世紀60年代我國引入干法工藝生產中纖板，80年代末以濕法為主體的工藝逐漸被淘汰。與濕法工藝相比，干法工藝不僅減少了對環境的污染，而且生產過程也相對簡單。因此干法工藝被大量推廣應用，與此同時我國的纖維板產業也迎來了快速發展時期。我國每年都會發生大量火災，其中房屋火災占比最大，嚴重危害著廣大人民群眾的生產生活。火災中很大一部分是由于木制品的燃燒造成的，而纖維板屬于易燃材料［1］，大量的應用也在無形中增加了發生火災的可能性，而且其中大部分中密度纖維板并沒有經過阻燃處理，在火災發生時反而會增長火勢，造成更大的危害。因此，中密度阻燃纖維板的制備與研究必將越來越受到相關部門和相關研究人員的重視。

1 中密度阻燃纖維板的研究進展

目前我國中密度阻燃纖維板的發展主要在兩個方面，一方面是阻燃處理方式的發展，另一方面是阻燃劑的發展。

1.1 中密度阻燃纖維板處理方法 在生產過程中使用阻燃劑處理，可使中密度纖維板在發生火災時，燃燒緩慢甚至是不發生燃燒，從而達到阻燃。按使用方式可分為浸漬法、輻射法、添加法、噴涂法、表面處理法、超聲波法等［2］。該研究介紹其中使用較為廣泛的3種方法，即浸漬法、表面處理法、添加法。

1.1.1 浸漬法。即阻燃劑溶液在一定條件下進入到材料內部。常壓條件下浸漬緩慢，且量極少，所以為了達到理想的效果，通常在真空加壓條件下進行。此法需要專門的工藝設備，過程較為復雜，不僅增加了纖維板生產的工序，提高了生產成本，降低了產品競爭力，而且也會影響纖維板的強度。阻燃劑浸漬量有限，且不穩定，從而直接影響了阻燃效果［3］。對于密度較大的中纖板，浸漬處理的時間較長，效率較低，不能達到預期的阻燃效果，所以浸漬法只適用于密度較小，較薄的中纖板。浸漬使用的阻燃劑大多溶于水，如氨水、尿素、磷酸鹽類、一些無機阻燃劑等。這類阻燃劑滲入的同時也會攜帶一定的水分，從而對中纖板的性能、強度等產生一定程度的影響。

1.1.2 表面處理法。即阻燃處理纖維板表面。這種方法早在20世紀90年代就已使用，如選擇合適的阻燃劑和膠黏劑，在一定條件下制備含有阻燃劑的膠黏劑溶液;涂敷到中纖板的表面，然后進行貼面等后續處理，這樣也可以獲得阻燃效果較好的纖維板［4］。為了獲得優越的阻燃性能，需要多次涂敷阻燃劑，但是次數過多會影響表面裝飾質量，使板的應用受到限制［1］。不管是阻燃劑，還是防火耐火材料都會產生涂敷不均勻的現象，從而造成各個地方的阻燃效果不同。此外也可以制成阻燃的貼面紙粘在板的表面，該法在一定程度上可以降低甲醛的釋放量，處理工藝簡單，容易操作，使用較為普遍，但是降低了中纖板的加工性能。

1.1.3 添加法。即在成板之前進行的阻燃處理，這種方法使用最為普遍，可分2種。第1種是先在一定條件下用阻燃劑處理原料——纖維，然后再經過鋪裝、熱壓等工藝制成成品板材。這種方法會降低產品的內結合強度，進而降低板材的力學性能，限制板材的使用。處理后的纖維應不會對后續施膠產生影響，否則將會降低膠接強度。廢液需進行適當處理，否則其中的化學物質會污染環境。第2種是在鋪裝和熱壓時把膠黏劑和阻燃劑混合使用或制成阻燃膠黏劑使用，前提是阻燃劑和膠黏劑必須有一定的相容性，否則既會影響膠黏劑的膠接性能，又會影響阻燃劑的性能。同時，阻燃劑需具有一定的穩定性，確保在板材熱壓時不發生分解和析出［5］。

1.2 中密度阻燃纖維板使用的阻燃劑

1.2.1 磷系阻燃劑。磷系阻燃劑使用的主要是磷酸酯類和膦酸酯類。磷系阻燃劑用量少，阻燃效果好。燃燒時，磷系阻燃劑可使材料表面脫水炭化，而且受熱分解的產物會包裹在材料表面，從而阻止進一步燃燒［6］。由于不同阻燃劑之間存在協同作用，一般是將磷系阻燃劑和一種或多種阻燃劑混合使用。中密度阻燃纖維板中，使用的單一阻燃劑較少，通常使用(NH4)2HPO4、NH4H2PO4等復合型磷系阻燃劑［7］。此外，經磷系阻燃劑處理的中密度纖維板燃燒時產生的煙霧較少，放出的氣體對環境和人的危害也相對較少。當然磷系阻燃劑也有很多缺點，如較強的揮發性、耐熱性有待提高、分解的產物可能會污染環境等。

1.2.2 氮系阻燃劑。氮系阻燃劑具有以下優點:毒性較小，腐蝕性弱;阻燃效率較高;有良好的穩定性，加工時不會有腐蝕性氣體放出，應用于中纖板，對其設備的腐蝕性也小;良好的適配性;不會污染環境，后續產物也不會污染環境。氮系阻燃劑阻燃有多重作用機制，氮系阻燃劑在燃燒時放出N2、NH3等，而這些氣體又不能與O2發生燃燒反應，因而這些氣體與外界空氣相遇時便會降低周圍O2的濃度，減少周圍O2與材料的接觸，從而減緩甚至阻礙燃燒［8］。大多數氮系阻燃劑可被應用于中密度阻燃纖維板的制造。

1.2.3 復合阻燃劑。隨著我國纖維板產業的高速發展，中密度阻燃纖維板所占的比重也逐年增加，復合阻燃劑的開發應用也發展迅速，取得了一些成果。劉迎濤等［9－12］人自主研發了用于木材阻燃的FRW阻燃劑，阻燃效果顯著。雖然這種阻燃劑會對板材產生一些消極影響，但只要合理使用，板材各項指標依然能達到國家有關標準。黃精明等［13］人以脒基脲磷酸鹽為主成分合成了氮－磷－硼復合阻燃劑，制板時合理使用該阻燃劑，可獲得阻燃性能極佳的中纖板，在使用過程中，阻燃劑會吸收外界的水分，從而在制板過程中需要使用特殊的膠黏劑。楊遠才等［14］人率先在阻燃劑中使用大量聚磷酸胺，隨后用該阻燃劑處理纖維板。從試驗結果來看，該種阻燃劑在燃燒時產生泡沫，泡沫覆蓋在板材的表面起到隔火的作用。在高溫下，經阻燃處理的纖維板燃燒時放出的難燃性氣體，不僅可以起到稀釋空氣中氧氣濃度的作用，還能減緩纖維板的燃燒速度等。郭明輝等［15］人在研究中使用磷酸二氫銨進行阻燃處理原料，再在一定條件下制取中密度纖維板，結果表明與素板相比，磷酸二氫銨的處理不僅改善了纖維板的阻燃性能，而且也提高了板材的各項物理指標。此外，吳玉章等［16］人以改良的氫氧化鋁為阻燃劑，采用錐形量熱儀探究該阻燃劑對中密度纖維板產生的作用，試驗結果表明超細氫氧化鋁能有效減少燃燒時煙霧釋放量，但是對燃燒時釋放熱量的抑制效果不好。陳勰等［17］以納米二氧化硅改性處理磷氮型復合阻燃劑，再用所得阻燃劑處理纖維板，探究阻燃劑用量對成品纖維板的影響，試驗表明適量的納米二氧化硅可以增強板材的內結合強度、彈性模量，但阻燃性能卻有所下降。

2 發展前景

2.1 阻燃處理方法 ①需要逐漸完善和縮短阻燃中纖板的生產工藝，提高生產效率。②針對不同阻燃劑，研制不同的處理方法，即一對一處理。③逐步提高和完善對阻燃纖維板各種指標的檢驗標準，使之更能符合以人為本的經濟社會發展要求。④優化已有工藝，采用新型工藝，提高阻燃劑利用率，減少阻燃劑用量，提高產品競爭力。⑤改良已有阻燃方法，研究新型環保的阻燃方法，使其和使用的阻燃劑相配合，從而通過這種方式提高阻燃劑的阻燃效果。

2.2 阻燃劑 ①開發研制既具有環保性能又具有優越阻燃性能的阻燃劑。②研制既具有膠接性能又具有阻燃性能的阻燃劑，甚至是具有更多其他優良性能的阻燃劑。③進一步改進和完善當前使用的氮－磷－硼等復合型阻燃劑。④阻燃劑開發將向著品種齊全、高專用度、高性能的方向發展。

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