分子篩前驅(qū)體對(duì)定向刨花板性能的影響

張少迪，任自忠，王明枝

(北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，木質(zhì)材料與應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

定向刨花板(oriented strand board，OSB)是以小徑級(jí)木材為主要原料，利用刨片機(jī)將原料加工成長(zhǎng)片刨花，再經(jīng)干燥、施膠、定向鋪裝和熱壓等工序而制成的板材。OSB具有原材料利用率高、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，市場(chǎng)前景廣闊。與其他人造板材一樣，OSB具有易燃特性，極大限制了它的推廣和應(yīng)用，也給人民生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)極大威脅，因此，OSB的阻燃處理十分必要。

目前OSB阻燃處理常用的阻燃劑大多數(shù)為含磷、氮、硼等元素的無(wú)機(jī)鹽類(lèi)化合物，此類(lèi)阻燃劑歷史悠久，價(jià)格低廉，但同時(shí)具有吸濕性強(qiáng)、所需添加量較大等問(wèn)題[1-2]。近年來(lái)，有較多研究將含硅類(lèi)無(wú)機(jī)化合物如SiO2、分子篩等作為人造板的阻燃劑或改性添加劑以解決這些問(wèn)題[3-5]。其中，分子篩是一類(lèi)由硅氧四面體和鋁氧四面體為結(jié)構(gòu)單元通過(guò)氧橋連接而成的硅鋁酸鹽晶體，具有均勻的孔結(jié)構(gòu)、較大的比表面積及較高的熱穩(wěn)定性。不同的結(jié)構(gòu)單元堆積方式可形成不同晶體結(jié)構(gòu)的分子篩，根據(jù)晶型可將分子篩命名為L(zhǎng)TA型、FAU型和MFI型等。其中LTA型分子篩的應(yīng)用十分廣泛。根據(jù)孔道尺寸不同，LTA分子篩又有3A、4A、5A幾類(lèi)(孔道尺寸分別為3 ?、4 ?和5?)[6]。有較多研究嘗試將4A分子篩作為阻燃劑或協(xié)效劑處理木質(zhì)材料以提升其阻燃性能。王曉蒙等[7]發(fā)現(xiàn)4A分子篩使阻燃處理木材的吸濕性降低，同時(shí)可降低燃燒過(guò)程中的煙氣釋放。Zhang等[8]利用多級(jí)孔4A分子篩與聚磷酸銨協(xié)效處理木質(zhì)復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)多級(jí)孔分子篩具有優(yōu)異的吸附煙氣性能。分子篩的合成一般是先將鋁源和硅源按照一定比例混合形成前驅(qū)體，再經(jīng)水熱處理使前驅(qū)體內(nèi)的硅鋁單元物質(zhì)晶化，最終生成分子篩。這類(lèi)方法合成條件嚴(yán)格，流程較復(fù)雜，且耗能較大[6,9]。分子篩合成前驅(qū)體含有硅、鋁等阻燃元素，以前驅(qū)體作為阻燃劑可避免分子篩合成所帶來(lái)的耗能大、流程復(fù)雜等問(wèn)題，而此類(lèi)研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

本研究采用LTA型分子篩的合成前驅(qū)體浸漬處理刨花并制備阻燃OSB，對(duì)浸漬處理刨花的熱分解行為、所制備OSB的阻燃性能以及力學(xué)性能進(jìn)行了考察與分析。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

楊木(Populus)刨花：由單板裁剪而成，順紋方向長(zhǎng)度60～80 mm，寬度25～30 mm，厚度為0.5 mm，采集自河北省文安縣。酚醛樹(shù)脂膠黏劑：固含量為55.47%，黏度208 mPa·s，pH 11～12，廣東太爾膠粘劑有限公司。九水合硅酸鈉(Na2SiO3·9H2O，AR)及偏鋁酸鈉(NaAlO2，AR)購(gòu)自上海麥克林生化科技有限公司，氫氧化鈉(NaOH，AR)及液體石蠟均購(gòu)自北京試劑化工廠。去離子水為實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 分子篩前驅(qū)體的制備

本研究中采用的LTA分子篩合成前驅(qū)體的物質(zhì)的量配比為：n(Na2O)∶n(SiO2)∶n(Al2O3)∶n(H2O)=6.0∶2.4∶1.0∶180.0[10]。首先，取500 mL的聚丙烯瓶，將17.60 g NaOH溶于100 g水中，再稱(chēng)取16.39 g鋁酸鈉固體繼續(xù)添加到溶液中，攪拌溶解得到溶液A。再取另一個(gè)500 mL聚丙烯瓶，稱(chēng)取79.58 g硅酸鈉固體溶解到178.64 g水中，攪拌均勻得到溶液B。最后將溶液B置于漏斗中，邊攪拌邊倒入溶液A中，得到白色懸濁液體。室溫下電磁攪拌陳化3 h，制備得到LTA型納米分子篩合成前驅(qū)體。

1.3 阻燃OSB的制備

稱(chēng)取一定質(zhì)量的干燥刨花置于分子篩前驅(qū)體中，刨花與前驅(qū)體質(zhì)量比為1∶10，常壓浸漬1 h。將浸漬好的刨花取出，除去多余分子篩前驅(qū)體，在室內(nèi)條件下氣干24 h。隨后將氣干刨花置于103 ℃鼓風(fēng)干燥箱(881Y-5型，蘇州壹華設(shè)備制造公司)中干燥，直至含水率為3%左右。刨花質(zhì)量增加約為30.2%。將刨花置于滾筒式拌膠機(jī)中施膠，酚醛樹(shù)脂施膠量為8%(施膠固含量占絕干刨花的質(zhì)量比)，液體石蠟添加量為1%。將施膠后的刨花鋪裝，送入熱壓機(jī)(BY202型，蘇州新協(xié)力設(shè)備制造公司)中熱壓成型。熱壓溫度為180 ℃，時(shí)間為10 min，壓力為3.5 MPa。采用未經(jīng)前驅(qū)體浸漬處理的刨花制備OSB作為對(duì)照。制得的阻燃OSB厚度為10 mm，密度為700 kg/m3。

1.4 性能測(cè)試

1.4.1 熱重分析(TGA)

采用熱重分析儀(TGAQ50V20型，美國(guó)TA公司)對(duì)干燥的分子篩前驅(qū)體和前驅(qū)體浸漬處理前后刨花的熱解行為進(jìn)行考察。用粉碎機(jī)將刨花粉碎并過(guò)100目(孔徑0.15 mm)篩，取樣品粉末進(jìn)行測(cè)試。稱(chēng)取10 mg左右的樣品置于坩堝中，在氮?dú)鈿夥障轮饾u升溫，升溫速率為10 ℃/min，溫度范圍為30～600 ℃，記錄樣品質(zhì)量變化。

1.4.2 吸濕性測(cè)試

稱(chēng)取一定質(zhì)量的刨花試樣，先將其置于(103±2)℃烘箱中干燥至質(zhì)量恒定，隨后將其置于20 ℃、65%相對(duì)濕度的恒溫恒濕箱(DHS-225型，北京雅士林公司)中調(diào)濕14 d，稱(chēng)取吸濕后的試樣質(zhì)量，測(cè)定其吸濕率。

1.4.3 極限氧指數(shù)測(cè)試

參照GB/T 2406.2—2009《用氧指數(shù)法測(cè)定燃燒行為 第2部分：室溫試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)，采用極限氧指數(shù)儀(M606B型，青島山紡儀器有限公司)測(cè)試極限氧指數(shù)。將前驅(qū)體浸漬處理前后的單板裁切成150 mm×50 mm×0.5 mm的試樣，每組15個(gè)樣品，測(cè)試前先進(jìn)行調(diào)溫調(diào)濕處理。

1.4.4 錐形量熱測(cè)試

參照ISO 5660—2015“Reaction-to-fire tests-heat release，smoke production and mass loss rate”國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，采用錐形量熱儀(FTT0007型，英國(guó)FTT公司)進(jìn)行測(cè)試。試件尺寸為100 mm×100 mm×10 mm，測(cè)試前先進(jìn)行調(diào)溫調(diào)濕處理，施加熱流強(qiáng)度為50 kW/m2，每組測(cè)試做3個(gè)重復(fù)。

1.4.5 掃描電鏡(SEM)-能譜(EDS)分析

采用掃描電子顯微鏡(SU8010型，日本日立公司)對(duì)刨花及錐形量熱測(cè)試所得的殘?zhí)窟M(jìn)行觀察，并聯(lián)用能譜儀(MC1000型，日本日立公司)對(duì)表面元素進(jìn)行分析。測(cè)試前先在(103±2)℃烘箱中干燥至質(zhì)量恒定，然后用導(dǎo)電膠帶將刨花切片固定在載物臺(tái)上，對(duì)試件進(jìn)行噴金處理。

1.4.6 X射線衍射分析

將錐形量熱測(cè)試之后的殘?zhí)垦心ゲ⑦^(guò)200目(孔徑75 μm)篩，利用X射線衍射儀(Brucker D8 Advance型，德國(guó)布魯克公司)對(duì)試樣進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試射線源為Cu Kα，操作電壓40 kV，電流40 mA，測(cè)定角度為2θ=5°～50°，掃描速度為3(°)/min。

1.4.7 力學(xué)性能測(cè)試

參照國(guó)標(biāo)GB/T 17657—2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》，采用萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)(NWW-50型，濟(jì)南耐爾設(shè)備制造公司)進(jìn)行測(cè)試。試件尺寸250 mm×50 mm×10 mm，用于縱向和橫向的靜曲強(qiáng)度(MOR)和彈性模量(MOE)測(cè)試；尺寸為50 mm×50 mm×10 mm 的試件，用于內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度(IB)和24 h吸水厚度膨脹率(TS24)測(cè)試。每組測(cè)試做6個(gè)重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 刨花形貌及性能

普通刨花以及浸漬處理刨花表面形貌的電鏡照片見(jiàn)圖1a、b，浸漬處理刨花部分區(qū)域的能譜分析見(jiàn)圖1c。如電鏡圖所示，未處理的楊木刨花表面較光滑，而經(jīng)過(guò)浸漬處理后，刨花表面沉積了大量固體顆粒。根據(jù)能譜分析結(jié)果，刨花表面物質(zhì)的主要元素組成為硅、氧、鋁、鈉等，為干燥后的前驅(qū)體物質(zhì)。前驅(qū)體中含大量水溶性物質(zhì)，這些物質(zhì)將吸收空氣中的水分子，使刨花的平衡含水率由10.12%增大到15.43%。同時(shí)，由于含水率的提高以及前驅(qū)體的存在，可吸收熱量并促進(jìn)木材成炭，使刨花的阻燃性能明顯提升。經(jīng)浸漬處理的刨花極限氧指數(shù)(LOI)由19.1%提升到了44.0%，達(dá)到難燃級(jí)別。

a)普通刨花；b)浸漬處理刨花；c)浸漬處理刨花表面元素分析。圖1 刨花的微觀形貌與元素分析Fig.1 Surface morphology of wood flakes and EDS analysis of treated flakes

2.2 熱重分析

普通刨花與浸漬處理刨花的熱重曲線與質(zhì)量損失(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“質(zhì)損”)速率曲線見(jiàn)圖2，熱重分析結(jié)果匯總于表1。分子篩前驅(qū)體的熱分解曲線見(jiàn)圖3。如圖2a所示，刨花在氮?dú)鈿夥障碌臒豳|(zhì)損過(guò)程可分為水分蒸發(fā)階段、半纖維素與纖維素?zé)峤怆A段和木質(zhì)素與殘?zhí)烤徛纸怆A段。第1階段溫度范圍為150～170 ℃以下，此階段質(zhì)損主要為刨花中自由水以及結(jié)合水蒸發(fā)引起的。這一階段中浸漬處理組的質(zhì)損略高于對(duì)照組(表1)，表明浸漬處理刨花的含水率更高，這是由分子篩前驅(qū)體較強(qiáng)的吸濕特性以及其本身所含的結(jié)合水所導(dǎo)致的。由圖3可知，干燥后的分子篩前驅(qū)體在100 ℃以及130 ℃左右有兩個(gè)質(zhì)損速率峰，分別代表自由水和結(jié)合水的蒸發(fā)。在200～600 ℃溫度范圍內(nèi)，分子篩前驅(qū)體質(zhì)量損失較低，僅有4.56%。第2個(gè)熱質(zhì)損階段溫度范圍大致在150～350 ℃，此時(shí)刨花中半纖維素與纖維素組分迅速脫水、重排、分解，質(zhì)量損失迅速。與對(duì)照組相比，分子篩前驅(qū)體浸漬處理刨花在第2階段的質(zhì)損速率明顯更低，質(zhì)量損失也由59.77%減少到31.09%。同時(shí)，浸漬處理刨花在此階段的最大質(zhì)損速率出現(xiàn)的溫度由303 ℃降低到258 ℃，如圖2b所示。這主要是因?yàn)榉肿雍Y前驅(qū)體呈堿性，其中含有硅酸鈉與氫氧化鈉，這些堿性物質(zhì)起到改變木材熱解途徑的作用，使木材向低溫脫水成炭的方向進(jìn)行[11]。350～600 ℃的溫度范圍為第3階段，此時(shí)第2階段生成的殘?zhí)亢湍举|(zhì)素緩慢分解。在此階段，浸漬處理刨花的質(zhì)損速率略有波動(dòng)，但與對(duì)照相比整體較低，表明殘?zhí)康臒岱€(wěn)定性更好。總的來(lái)說(shuō)，浸漬處理刨花在熱解的第2和第3階段總的質(zhì)損率(46.08%)明顯低于普通刨花(72.16%)。結(jié)合分子篩前驅(qū)體在200～600 ℃溫度范圍內(nèi)的質(zhì)損率(4.56%)，可以認(rèn)為分子篩前驅(qū)體浸漬處理使刨花的成炭量顯著增加。最終，浸漬處理刨花在600 ℃時(shí)的殘?zhí)苛枯^普通刨花增加了1倍左右，表明分子篩前驅(qū)體浸漬處理可以提高刨花的熱穩(wěn)定性。這與李萍等[12]利用硅酸鹽處理?xiàng)钅舅玫降慕Y(jié)果一致。

圖2 刨花熱重曲線與熱質(zhì)量損失速率曲線Fig.2 Thermogravimetric (a) and differential thermal gravity (b) curves of wood flakes

表1 刨花熱重分析結(jié)果Table 1 The results of TG analysis of wood flakes

圖3 分子篩前驅(qū)體熱重及質(zhì)量損失曲線Fig.3 Thermogravimetric and differential thermal gravity curves of precursor of zeolite

2.3 OSB燃燒特性分析

2.3.1 熱釋放特性

試樣的熱釋放速率、總熱釋放量如圖4所示，測(cè)試結(jié)果匯總于表2。由圖4a可知，對(duì)照組與浸漬處理組試樣在燃燒時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)熱釋放速率峰。根據(jù)這一特征，可將OSB的燃燒過(guò)程分為兩個(gè)階段：第1階段是表層刨花外加輻射熱量的作用下快速熱解，并被引燃，產(chǎn)生大量熱量及煙氣。與此同時(shí)，未完全熱解的木材在表面形成炭層，對(duì)下層刨花起到一定的保護(hù)作用；隨著熱量傳遞和熱解的進(jìn)行，第1階段形成的炭層爆裂，使下層木材開(kāi)始劇烈分解產(chǎn)生可燃?xì)怏w，形成第2個(gè)熱釋放速率峰，此為第2階段[13-14]。此后，可燃?xì)怏w釋放量逐漸減少，熱釋放速率逐漸降低，進(jìn)入陰燃階段。在第1階段，兩組試樣的熱釋放速率迅速增加，均在40 s左右達(dá)到第1熱釋放速率峰值。與對(duì)照組相比，浸漬處理組的第1熱釋放速率峰值降低了48.1%。這可以歸因于堿性分子篩前驅(qū)體對(duì)木材熱解的影響，使木材向脫水生成更多炭的方向進(jìn)行：堿性物質(zhì)的存在使纖維素分子鏈上葡萄糖單元5號(hào)碳原子得到一個(gè)電子，形成不穩(wěn)定的碳負(fù)離子，使水分子更易脫除[15-17]。隨著表面木材熱解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w量的減少，熱釋放速率峰值也降低。可以觀察到浸漬處理組的第2熱釋放峰與對(duì)照組相比峰值更低，降低了32.2%，這也與堿性前驅(qū)體對(duì)木材熱解行為的影響有關(guān)。同時(shí)峰值出現(xiàn)的時(shí)間更早，約提前了140 s。無(wú)機(jī)分子篩前驅(qū)體的加入可能使殘?zhí)康拇嘈栽黾樱瑥亩蛊湓诟邷叵赂妆选Ｔ谧詈蟮年幦茧A段，浸漬處理組的熱釋放速率與對(duì)照組相比一直處于較低水平。由圖4b和表2可知，浸漬處理組的總熱釋放量較對(duì)照組下降了42.4%，下降明顯。材料的平均有效燃燒熱可表示測(cè)試過(guò)程中氣相產(chǎn)物燃燒程度。浸漬處理組的平均有效燃燒熱較對(duì)照組降低了11.82%，表明浸漬處理刨花板的氣相可燃熱解產(chǎn)物減少。以上結(jié)果說(shuō)明分子篩前驅(qū)體浸漬處理刨花可以提高OSB的阻燃性能，減少有焰燃燒過(guò)程中熱量釋放，從而有效抑制火焰的傳播。

圖4 OSB試樣的熱釋放速率和總熱釋放量曲線Fig.4 Heat release rate and total heat release curves of different OSB samples

表2 錐形量熱測(cè)試結(jié)果Table 2 Results of cone calorimetry test

2.3.2 煙釋放特性

通過(guò)分析煙釋放速率和總煙釋放量，可以考察OSB試樣在燃燒測(cè)試過(guò)程中的煙釋放行為。這兩個(gè)參數(shù)隨時(shí)間的變化曲線見(jiàn)圖5，相關(guān)結(jié)果見(jiàn)表2。煙釋放速率曲線與熱釋放速率曲線類(lèi)似，也表現(xiàn)出兩個(gè)峰值。浸漬處理組的第1個(gè)煙釋放速率峰值幾乎消失，在燃燒前期(0～250 s)的總煙釋放量極低，這十分有利于受災(zāi)人員的逃生[18]。盡管浸漬處理組的第2個(gè)煙釋放速率峰值比對(duì)照組高，由圖5b及表2可知，處理組的總煙釋放量曲線始終位于對(duì)照組的下方。浸漬處理組的總煙釋放量較對(duì)照組降低了47.0%，表明分子篩前驅(qū)體浸漬處理可有效降低OSB燃燒時(shí)的煙釋放，具有優(yōu)異的抑煙性能。

2.3.3 CO及CO2釋放特性

OSB試樣的CO產(chǎn)生速率和CO2產(chǎn)生速率曲線見(jiàn)圖6。由圖6a可知，浸漬處理組的CO產(chǎn)生速率在燃燒前期比對(duì)照組高。這是因?yàn)樵谌紵捌冢n處理組木材的熱解反應(yīng)主要為脫水反應(yīng)，產(chǎn)物中有大量水，這些水的存在使木材不完全燃燒，產(chǎn)生較多CO。同時(shí)，分子篩前驅(qū)體具有較高的吸濕特性，這些被吸附的水分子在加熱時(shí)釋放，對(duì)木材的完全燃燒起到抑制作用[19]。結(jié)合平均有效燃燒熱的數(shù)值，表明分子篩前驅(qū)體具有氣相阻燃作用。而在燃燒后期，浸漬處理組的CO產(chǎn)生速率明顯較低，此時(shí)CO2產(chǎn)生速率同樣較對(duì)照組更低(圖6b)。CO和CO2的產(chǎn)生主要由木材燃燒殘余炭層的陰燃導(dǎo)致，此類(lèi)氣體的減少可使保留在殘?zhí)恐械奶荚卦龆啵瑥亩嵘龤執(zhí)康臒岱€(wěn)定性[20]。同時(shí)，浸漬處理組的CO/CO2體積比值較對(duì)照組有所增加(表2)，試樣不完全燃燒程度增加，在陰燃過(guò)程所產(chǎn)生的總熱量將減小，有利于抑制殘余炭層的氧化分解[11]。

圖5 OSB試樣的煙釋放速率和總煙釋放量曲線Fig.5 Smoke production rate and total smoke production curves of different OSB samples

圖7 OSB試樣的質(zhì)量損失曲線Fig.7 The mass loss curves of OSB samples during the cone calorimetry test

2.3.4 質(zhì)量損失曲線

OSB試樣的質(zhì)量損失曲線如圖7所示。在250 s之前，由于堿性前驅(qū)體對(duì)木材的催化脫水成炭作用，浸漬處理組的損失速率較高，但此階段的質(zhì)量損失量相對(duì)更少。這是因?yàn)樵诘?階段中，表層木材在分子篩前驅(qū)體的催化下迅速發(fā)生成炭反應(yīng)，生成較少的可燃?xì)怏w，質(zhì)量損失量顯著減小。在250 s之后，即在燃燒的第2階段，浸漬處理組的質(zhì)量損失過(guò)程較對(duì)照組出現(xiàn)的更早，質(zhì)量損失量同樣更小。這可能是由于表面炭層發(fā)生爆裂的時(shí)間較早而導(dǎo)致的。然而與對(duì)照組相比，浸漬處理組在第2階段也就是內(nèi)層木材熱解燃燒的過(guò)程中質(zhì)量損失量稍低，這表明表面更多的殘?zhí)繉?duì)下層木材有保護(hù)作用。同時(shí)，由于最終形成的炭層中含有硅、鋁等元素，熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，這與陳旬等[21]的研究結(jié)果一致。最終的浸漬處理組的殘?zhí)苛坑?7.51% 提升到32.44%，較對(duì)照組增加了85.3%(表2)。這表明分子篩前驅(qū)體浸漬處理使OSB在燃燒過(guò)程中成炭量顯著增加，在一定程度上起到凝聚相阻燃作用。

2.4 殘?zhí)糠治?/h3>

錐形量熱測(cè)試所得的試樣殘?zhí)课⒂^形貌見(jiàn)圖8。由圖8a、c可知，浸漬處理組的殘?zhí)勘砻姹Ａ袅舜罅坷w維結(jié)構(gòu)，且纖維完表面光滑。而對(duì)照組OSB燃燒殘?zhí)?圖8b、d)含有大量灰分與少量纖維，纖維表面粗糙多孔，這是由于木材組分迅速熱解產(chǎn)生可燃?xì)怏w而留下的孔洞。與此同時(shí)，對(duì)照組的殘?zhí)恐饕獮榉勰罨曳郑n處理組的殘?zhí)繛閴K狀結(jié)構(gòu)，炭層內(nèi)部保留有完整的木材紋孔(圖8e)。以上結(jié)果表明分子篩前驅(qū)體浸漬處理可以有效抑制刨花的分解，提升成炭性能。在紋孔周?chē)捎^察到有晶體類(lèi)物質(zhì)生成并均勻覆蓋在刨花表面，結(jié)合元素分析結(jié)果可知，晶體的元素組成為碳、氧、鈉及少量的鋁和硅等物質(zhì)。

a、c)前驅(qū)體浸漬處理OSB殘?zhí)勘砻媾c單根纖維形貌；b、d)普通OSB殘?zhí)勘砻媾c單根纖維形貌；e)浸漬處理OSB殘?zhí)績(jī)?nèi)部完整紋孔結(jié)構(gòu)及周?chē)练e物元素分析。圖8 OSB試樣與殘?zhí)康腟EM圖及EDS分析Fig.8 The SEM images and EDS analysis of the char of OSB samples

為進(jìn)一步分析晶體物質(zhì)的類(lèi)型，采用X射線衍射儀測(cè)得殘?zhí)康腦RD圖譜，結(jié)果如圖9所示。圖中可在2θ=27.5°，30.1°，33.0°，34.3°，46.3°，48.1°處觀察到明顯的Na2CO3特征衍射峰(PDF號(hào)：18-1208)，證明Na2CO3的生成，同時(shí)在2θ=25.6°，35.2°，37.8°及43.4°處觀察到α-Al2O3的特征峰[22]。以上兩種晶體物質(zhì)可對(duì)下層刨花起到保護(hù)作用，抑制下層刨花的熱解燃燒，同時(shí)可提升殘?zhí)吭诟邷叵碌臒岱€(wěn)定性。

圖9 浸漬處理組殘?zhí)康腦RD衍射圖譜Fig.9 XRD pattern of char of impregnated group

2.5 OSB力學(xué)性能分析

采用萬(wàn)能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)考察OSB的力學(xué)性能變化，具體力學(xué)性能和膨脹性能測(cè)試結(jié)果匯總于表3。由表3可知：浸漬處理組的平行和垂直于板材長(zhǎng)度方向的MOR較對(duì)照組顯著降低，其中MOR∥降低了49.5%，MOR⊥降低了64.2%。相對(duì)于MOR來(lái)說(shuō)，前驅(qū)體浸漬處理對(duì)OSB的MOE影響相對(duì)較小，兩組間的MOE∥值相差不大，浸漬處理組稍低；在MOE⊥值方面，浸漬處理組則較對(duì)照組降低了50%左右。除此之外，浸漬處理組的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度下降了40.3%，24 h吸水厚度膨脹率提高了61.4%。這是因?yàn)榻n處理使刨花表面沉積大量硅酸鹽無(wú)機(jī)物，這些物理沉積的無(wú)機(jī)物與刨花之間相互作用力較弱，對(duì)刨花之間的膠接性能產(chǎn)生不利影響[23]。當(dāng)OSB受外加荷載時(shí)，刨花間膠層易破壞，從而使力學(xué)性能降低。同時(shí)，由于浸漬前驅(qū)體具有較強(qiáng)的吸濕性，會(huì)使OSB的含水率增加(刨花的平衡含水率由10.12%提高到15.43%)，對(duì)其力學(xué)性能也造成負(fù)面影響。但浸漬處理組的各項(xiàng)力學(xué)性能仍滿足定向刨花板行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1580—2010中OSB/3型刨花板的性能要求(表3)，可在潮濕狀態(tài)下用作承載板材。

表3 OSB試樣的力學(xué)性能和膨脹性能Table 3 Mechanical and swelling properties of different OSB samples

3 結(jié) 論

1)分子篩前驅(qū)體浸漬處理使楊木刨花的熱解向低溫脫水成炭的方向進(jìn)行，提高了刨花的成炭性能和熱穩(wěn)定性。在刨花熱解的第2階段，浸漬處理刨花的質(zhì)量損失率由對(duì)照組的59.77%減少到31.09%，600 ℃時(shí)的殘?zhí)苛坑?2.43%增加到45.21%。

2)分子篩前驅(qū)體浸漬處理刨花可以提高OSB的阻燃性能和抑煙性能，浸漬處理刨花的LOI由19.1%提升到44.0%，達(dá)到難燃級(jí)別，浸漬處理刨花制備的OSB總熱釋放量和總煙釋放量較對(duì)照組分別降低了42.4%和47.0%。分子篩前驅(qū)體可抑制木材熱解，減少可燃?xì)怏w的生成，同時(shí)在木材表面生成Na2CO3和α-Al2O3等物質(zhì)，提升炭層穩(wěn)定性，在氣相與凝聚相方面均起到阻燃作用。

3)分子篩前驅(qū)體在刨花表面的沉積使膠層的膠接性能下降、板材含水率提高，浸漬處理刨花制備的OSB各項(xiàng)力學(xué)性能均有下降，但仍滿足定向刨花板行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1580—2010中OSB/3型刨花板的性能要求。