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植酸−三聚氰胺处理木材阻燃性能研究

吴宇晖 张少迪 任自忠 王明枝

吴宇晖, 张少迪, 任自忠, 王明枝. 植酸−三聚氰胺处理木材阻燃性能研究[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(4): 155-161. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190406
引用本文: 吴宇晖, 张少迪, 任自忠, 王明枝. 植酸−三聚氰胺处理木材阻燃性能研究[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(4): 155-161. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190406
Wu Yuhui, Zhang Shaodi, Ren Zizhong, Wang Mingzhi. Flame retardant properties of phytic acid and melamine treated wood[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(4): 155-161. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190406
Citation: Wu Yuhui, Zhang Shaodi, Ren Zizhong, Wang Mingzhi. Flame retardant properties of phytic acid and melamine treated wood[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(4): 155-161. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190406

植酸−三聚氰胺处理木材阻燃性能研究

doi: 10.12171/j.1000-1522.20190406
基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金(2018ZY04),国家自然科学基金项目(31500473)
详细信息
    作者简介:

    吴宇晖。主要研究方向:木材阻燃。Email:wuyuhui@bjfu.edu.cn  地址:100083 北京市海淀区清华东路35号北京林业大学材料科学与技术学院

    责任作者:

    王明枝,副教授,硕士生导师。主要研究方向:木材保护与改性研究。Email:wmingzhi@bjfu.edu.cn  地址:同上

  • 中图分类号: TQ351

Flame retardant properties of phytic acid and melamine treated wood

  • 摘要: 目的公共场所和住宅起火后易引燃木质材料,迅速燃烧,火势蔓延,并产生大量有毒烟气,导致人员伤亡。为了进一步提高公共场所消防安全水平,以及降低火灾危险性,需对木材进行阻燃处理。本研究用植酸与三聚氰胺处理木材,研究改性材阻燃性能,旨在为木材阻燃提供新思路,丰富木材阻燃体系。方法使用两步浸渍法在青杨内部浸入植酸−三聚氰胺阻燃剂,研究改性木材的增重、增容、热解与燃烧性能;分析改性材燃烧后的残炭形貌,探讨植酸三聚氰胺复配阻燃剂应用于木材的阻燃机理。结果与对照组相比,15%植酸与5%三聚氰胺复合处理组(PM2)的热释放速率峰值和总热释放量分别降低了91.24%和79.05%,热释放抑制效果较好;与对照组相比,PM2组显示出更好的抑烟性能,烟释放速率减少了52.94%。与P15%组相比,PM2组的一氧化碳平均产率减小了51.29%,具有明显的减毒作用。PM2组的残炭量显著提高,较P15%组提升了69.58%,与对照组相比增加了278.4%。结论植酸−三聚氰胺阻燃体系能够进入木材,植酸与三聚氰胺复配处理能减少阻燃木材燃烧的热释放速率、总热释放量、总烟释放量与CO产率。植酸能催化木材脱水和炭化反应,使热解反应在较低温度发生,促使木材产生较多残炭。三聚氰胺能减缓木材热解速率,植酸与三聚氰胺协同作用可促使木材生成更多残炭。

     

  • 图  1  不同阻燃处理组木材的热释放速率(a)和总热释放量(b)曲线

    Figure  1.  Heat release rate (a) and total heat release (b) curves of different fire retardant treated wood

    图  2  不同阻燃处理组木材的总烟雾释放量(a)和烟雾释放速率(b)曲线

    Figure  2.  Total smoke release (a) and smoke release rate (b) curves of different fire retardant treated wood

    图  3  不同阻燃处理组木材的一氧化碳产量(a)和二氧化碳产量(b)曲线

    Figure  3.  CO production (a) and CO2 production (b) curves of different fire-retardant treated wood

    图  4  不同阻燃处理组木材的热重(a)和微分热重(b)曲线

    Figure  4.  TG (a) and DTG (b) curves of different fire retardant treated wood

    图  5  不同阻燃处理组木材锥形量热实验的残炭电镜照片

    Figure  5.  SEM images of carbon residue of wood treated by different fire retardants after combustion

    表  1  不同阻燃处理组木材的增重率和增容率

    Table  1.   Weight percent gain and compatibilization rate values of wood treated by different fire retardants %

    组别
    Group
    植酸质量分数
    Mass fraction of phytic acid
    三聚氰胺质量分数
    Mass fraction of melamine
    增重率
    Weight percent gain
    增容率
    Compatibilization rate
    对照 Control 0 0 0.05 0.03
    P15% 15 0 16.68 5.14
    PM1 15 3 19.40 5.53
    PM2 15 5 20.27 8.16
    PM3 15 9 22.00 5.49
    注:P15%为15%植酸处理组;PM1为15%植酸和3%三聚氰胺处理组;PM2为15%植酸和5%三聚氰胺处理组;PM3为15%植酸和9%三聚氰胺处理组。Notes:P15% refers to wood treated by 15% phytic acid; PM1 refers to wood treated by 15% phytic acid and 3% melamine; PM2 refers to wood treated by 15% phytic acid and 5% melamine; PM3 refers to wood treated by 15% phytic acid and 9% melamine.
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    表  2  不同阻燃处理组木材的锥形量热实验参数结果

    Table  2.   Cone calorimetry test results of different fire retardant treated wood

    组别 Groupp1/(kW·m− 2)p2/(kW·m− 2)TH/(MJ·m− 2)TS/(m2)RS/(m2·s− 1)YCO/(kg·kg− 1)YCO2/(kg·kg− 1)
    对照 Control 196.06 301.33 68.26 3.08 0.034 0.061 1.675
    P15% 34.23 59.70 23.53 3.69 0.014 0.193 1.961
    PM1 25.39 55.48 23.90 1.73 0.011 0.094 0.839
    PM2 17.17 31.58 14.30 3.12 0.016 0.097 0.631
    PM3 136.35 87.09 46.48 0.29 0.003 0.057 1.140
    注:p1为第一热释放速率峰值;p2为第二热释放速率峰值;TH为总热释放量;TS为总烟释放量;RS为烟释放速率;YCO为一氧化碳平均产率;YCO2为二氧化碳平均产率。Notes: p1 is the first heat release rate peak, p2 is the second heat release rate peak, TH is total heat release, TS is the total smoke release, RS is the smoke release rate, YCO is the mean carbon monoxide yield, and YCO2 is the mean carbon dioxide yield.
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-23
  • 修回日期:  2019-11-13
  • 网络出版日期:  2019-11-20
  • 刊出日期:  2020-04-27

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