八硼酸钠与硅溶胶复合对建筑木材燃烧成炭率影响研究.docVIP

八硼酸钠与硅溶胶复合对建筑木材燃烧成炭率影响研究 　　摘 要：为研究八硼酸钠与硅溶胶复合处理对建筑木材燃烧成炭率的影响，该文采用八硼酸钠（DOT）与二氧化硅溶胶（SiO2）对杉木试件进行二次加压浸注处理，制得DOT/SiO2/木材这一无机质复合木材。采用锥形量热仪法（CONE）测定了其成炭率。结果表明：杉木试件经DOT/SiO2复合处理之后，成炭率达到了50.16%，是素材的5.4倍。说明八硼酸钠与硅溶胶复合处理能大幅提高木材燃烧的成炭率，且两者表现出较好的协同作用。 　　关键词：成炭率 八硼酸钠 硅溶胶 　　中图分类号：S781 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）01（a）-0049-02 　　木材具有良好的视觉特性、触觉特性、调温调湿机能和较高的强重比等特点，且是一种可再生环保型建筑材料，因此被广泛应用于建筑结构、建筑装饰等领域。但是木材固有的易燃性不仅限制了其应用范围，同时也给人们的生产生活带来了巨大的损失[1]。据统计，2012年我国共发生火灾11万起，直接财产损失12.5亿元。由此可见，木材阻燃剂的研究与开发，对于预防和减少建筑火灾的损失具有重要的意义。木材阻燃剂是一类能赋予木材难燃性质的化学物质[2]。不同类型的阻燃剂因其成分的差异，表现出不同的阻燃效果，诸如延长点燃时间、降低热释放速率、减少总放热量等。燃烧成炭率，即燃烧剩余物质量占燃烧前总质量的百分率，是衡量阻燃效果的有效指标之一。因为木材燃烧的过程，即木材中的可燃成分受热分解并释放出烟和气体的过程。成炭率越高，表明可燃物残余量就越大，燃烧就越不充分，阻燃效果越好。 　　八硼酸钠（DOT）是一种环保型阻燃剂，为粉状非晶态微粒，速溶于水。由硼酸钠的水合物及其他原料改性而成，是硼酸盐的聚合物。无色、无味，对人畜和环境无危害；pH值接近于中性，因此对木材的酸碱性质无影响；处理后不改变材色，不改变木材的力学强度，便于着色、油漆与胶合[3]。但因其作为无机阻燃剂水溶性较大，容易流失从而限制了其在木材阻燃领域的使用范围；二氧化硅溶胶（SiO2）具有良好的抗流失性能，但其阻燃性能仍有较大的改进空间。但采用八硼酸钠与二氧化硅溶胶这两种环保型阻燃剂，对杉木试件进行二次加压浸注处理，制得DOT/SiO2/木材表现出较好的抗流失性能。即二氧化硅溶胶提高了八硼酸钠在木材中的固着度，扩大了其适用范围。但DOT/SiO2/木材这一无机质复合木材的阻燃性能如何，仍需进一步确定。该文利用锥形量热仪法（CONE）研究了八硼酸钠与二氧化硅溶胶复合处理对木材燃烧成炭率的影响，从而并为判定DOT/SiO2/木材这一无机质复合木材的阻燃性能提供依据。 　　1 材料与方法 　　1.1 材料 　　（1）杉木试件 　　实验中所用的杉木取自浙江省杭州市临安县林场，树龄12年。取各树干距地面0.5～4 m部分进行去皮、切割、刨光等处理，将其加工成为100 mm× 100 mm×10 mm规格，用于成炭率测定。 　　（2）八硼酸钠 　　采用常州市化学用料厂生产的八硼酸钠，白色粉末或颗粒，易溶于水。配制成质量分数为5%的处理剂。 　　（3）硅溶胶 　　采用杭州卡瑞特化工有限公司生产的二氧化硅溶胶，为乳白色或淡青色透明溶液，基本成分为无定型的二氧化硅，分子式为mSiO2、nH2O，其中SiO2以胶团形态分散在水或有机溶剂中；具体参数：SiO2含量为25%，溶胶中稳定剂Na2O含量小于0.5%，呈微弱碱性[4]。 　　1.2 处理方法 　　（1）将试件置于烘箱中，103 ℃下烘12 h，测定初始质量W1。 　　（2）将试件置于真空加压釜中，用真空泵抽真空30 min，真空度保持0.094 MPa。 　　（3）在真空状态下向真空加压釜中吸入DOT溶液，然后解除真空。 　　（4）打开氮气加压装置，对真空加压釜加压至1.0 MPa，保持1 h，使阻燃剂进入木材。 　　（5）解除压力，取出试件，冲洗并擦干表面。 　　（6）将试件置于烘箱中，103 ℃下烘12 h，测定处理后质量W2。计算载药率WPG=（W2-W1）/W1。 　　（7）重复上述步骤，对试件进行硅溶胶浸注处理，得到初始载药率。 　　1.3 成炭率测定 　　锥形量热仪可模拟多种火焰强度，同时提供热、烟、质量变化及烟气成分等的相关参数和重要信息。试验结果与大型燃烧试验相关性良好，是一种小比例火灾模拟试验仪，被公认为具有科学性、合理性与先进性。CONE参数设置：辐射功率：50 kW/m2，相应温度为780 ℃；每隔1s自动测一组数据。采用锥形量热仪法（CONE）测定处理前后杉木试件燃烧过程的残余质量随时间变化的曲线，最终根据残余质量计算成炭率。 　　2 结果与分析 　　2.1 残余质量 　　由图1