多孔材料的抑煙減毒作用及其在木材中的原位生成.pdf

1、火災(zāi)是全世界范圍影響最大的自然災(zāi)害之一，給人類社會造成了巨大的生命、財(cái)產(chǎn)損失。許多火災(zāi)的發(fā)生和擴(kuò)大都與木材缺乏耐火性密切相關(guān)，對木材進(jìn)行阻燃處理對于保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。但是木材經(jīng)阻燃處理后，由于阻燃劑抑制了木材的充分燃燒，以CO為代表的不完全氧化毒性組分的煙氣釋放量往往會成倍增加，造成嚴(yán)重的“二次危害”。因此，對木材進(jìn)行阻燃處理的同時(shí)還需進(jìn)行抑煙、減毒處理，主要目的是降低煙霧和以CO為代表的有毒氣體的釋放量。分子篩和氣凝

2、膠兩種多孔材料都具有很大的比表面積，具有一定的吸附、催化和負(fù)載能力;過渡金屬元素對CO、NOx等不完全氧化組分有很強(qiáng)的催化氧化能力，常用于汽車尾氣的凈化處理?；诙嗫撞牧虾瓦^渡金屬元素的這些優(yōu)點(diǎn)，本文以多孔材料為載體，將對CO具有催化氧化能力的過渡金屬元素負(fù)載在多孔材料上，然后和阻燃劑——聚磷酸銨(APP)復(fù)合用于碎料板阻燃，探索了這兩種多孔材料在阻燃碎料板中的抑煙減毒作用，研究了在實(shí)木中原位生成APP/氣凝膠復(fù)合阻燃體系的工藝和抑煙減

3、毒效果。
　　(1) APP對木材碎料板具有高效的阻燃作用，但以CO為代表的有毒氣體釋放量大幅增加。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:純APP阻燃木材的總熱釋放量(THR)相對空白樣降低了46.9％，總煙釋放量(TSP)降低55.7％，但CO平均產(chǎn)量(COY)是空白樣的2.09倍，造成嚴(yán)重的“二次危害”。
　　(2)金屬改性分子篩-APP復(fù)合處理的木材碎料板不僅阻燃效果好，而且煙和毒氣釋放量均大幅降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:鐵、銅改性分子篩-APP的T

4、HR相對空白樣分別降低36.8％、39.8％，TSP降低69.3％、72.8％，CO平均產(chǎn)量(COY)降低40.2％、44.5％。分子篩與聚磷酸銨的協(xié)同作用可減少無定形炭的生成，使炭層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有效防止炭層爆裂，延緩里層木材的燃燒，使得第二放熱峰峰值大幅降低并延遲出峰時(shí)間，降低木材在火災(zāi)中的危險(xiǎn)性。
　　(3)氣凝膠的阻燃和抑煙減毒效果均比分子篩好，金屬改性氣凝膠具有優(yōu)異的抑煙減毒功效，金屬元素增加了氣凝膠的催化活性，催化效率得到

5、提高。研究結(jié)果表明:氣凝膠-APP處理碎料板的平均熱釋放速率（a-HRR）比分子篩低11.1％，THR比分子篩低7.2％;鐵、銅改性氣凝膠-APP的THR相對空白樣分別降低40.3％、42.1％，TSP降低73.1％、75.9％，COY降低49.3％、53.3％。氣凝膠的低密度和高孔隙率特性對阻燃、抑煙和減毒方面有積極影響，氣凝膠與APP復(fù)合阻燃可保證高效阻燃的同時(shí)實(shí)現(xiàn)少煙低毒。氣凝膠優(yōu)異的隔熱性能導(dǎo)致木粉的特征分解溫度滯后失重率降低;

6、對殘余炭表面的微觀結(jié)構(gòu)致密程度分析表明，氣凝膠形成的炭層比分子篩更加致密，炭層結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，能有效隔絕里層木材和外界的熱質(zhì)傳遞，對里層木材起到了很好的保護(hù)作用。
　　(4)真空-加壓浸注處理實(shí)木的工藝條件為:常溫條件下，利用HCl-HF復(fù)合催化劑催化聚磷酸銨/正硅酸乙酯（APP/TEOS）溶液，n(HCl)∶n(HF)=1.2∶1，復(fù)合催化劑用量為3％，0.5 MPa壓力下保壓7h，載藥率可達(dá)到20％。研究表明:經(jīng)過催化、浸注和冷

7、凍干燥等步驟，完成了APP/氣凝膠復(fù)合物在木材內(nèi)部的原位生成。原位生成了APP/鐵、銅改性氣凝膠阻燃實(shí)木樣品在50 kW/m2的輻射強(qiáng)度下不燃燒，相對空白樣的THR分別降低86.8％、90.5％，TSP分別降低了68.8％、71.6％，COY分別降低了72.4％、73.1％，在木材內(nèi)部原位生成的APP/氣凝膠阻燃體系具有優(yōu)異的阻燃和抑煙減毒效果。存在于氣凝膠多孔結(jié)構(gòu)體系中的APP作為客體物質(zhì)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)釋放出來起阻燃作用，金屬改性氣凝