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木材阻燃防腐改性的研究

作　者: 王坚
导　师: 王正平
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 应用化学
关键词: 木材改性阻燃防腐性能表征
分类号: TS651
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

木材是一种天然资源，具有可自然降解、可再生和环境协调性好等特性。随着社会的不断发展，人民生活水平和环保意识的提高，人们把目光重新投向天然、无危害木材产品。虽然木材是一种优良的建筑材料，但也有其天然的缺陷，即易燃性和易腐朽性。每年由于火灾和由于木材强度下降造成的事故都给人民的生命和财产安全带来了极大的危害。随着建筑装饰业的发展，木材用量的不断提高，木质材料的改性处理显得十分必要和紧迫，木材改性技术也越来越受到国内外有关科研人员的重视。本文介绍了木材的燃烧过程；综述了木材阻燃处理的重要性、木材阻燃剂及其分类、阻燃剂的阻燃机理和木材改性的处理方法；同时本文还指出了今后木材改性的研究方向和发展趋势。通过实验，本文筛选得到了由双氰铵、尿素、磷酸盐、硼酸盐等试剂按一定比例配成的UDP和DPB改性剂，配方组成中不含有砷、铬、卤素和甲醛等对环境有害的元素或化学试剂，避免了对环境造成污染；确定了木材改性处理的浸渍温度、浸渍时间、改性剂浓度和操作压力等工艺参数；提出了改性剂作用于木材的阻燃机理；并从实际应用角度对改性处理的白松和杨木试件进行了阻燃、防腐、尺寸稳定、抗浸提、力学、吸湿、对金属腐蚀和装饰等性能表征。实验确定了使用浸渍法对白松和杨木进行改性的最佳工艺为：将木材试件103℃下烘干至恒重，放入密封浸渍罐中，抽真空30min，负压下吸入改性剂溶液，保持真空30min。常压下，对于配方UNDP采用60℃浸渍24h，对于配方UDP和DPB则采用70℃浸渍24h。取出后室温放置24h，50℃烘干24h，在103℃下烘至恒重。如果采用高压浸渍，最佳压力为0.7MPa，浸渍时间为8h。哈尔滨工程大学硕士学位论文失性和尺寸稳定性能优良，常压下DPB处理的白松试件抗浸提值可以达到70.2%;UDP处理的杨木试件抗浸提值可以达到61.2%。增加浸渍压力可以进一步提高改性剂的抗浸提性能;DPB常压处理的白松和杨木试件它们的氧指数分别可以达到74.6和67.3;经过2S周土壤天然腐蚀实验，经检测其耐腐等级都可以满足实际应用的要求;UDP常压改性处理的木材性能比DPB稍差，但是仍可以满足实际应用要求;而加压处理杨木试件时，这两种改性剂的处理效果相近，增加浸渍压力可以进一步提高改性材的阻燃、防腐性能，但是会造成木材力学性能的下降。实验结果还表明:改性剂UDP和DPB浸溃处理木材基本不影响木材的力学性能，两种改性材具有一定的吸湿性，在高湿环境下使用时，还应注意采取防护措施;两种改性剂对铁钉基本无腐蚀作用。试件放大实验进一步验证了改性剂UDP和DPB具有良好的渗透性能，提高浸渍压力有利于改性剂深入木材的内部，提高木材的阻燃性能;吸湿性实验表明两种改性剂具有一定的吸湿性，两者相比较DPB的吸湿性小于UDP。在高湿环境下使用时，还应注意采取防护措施;两种改性剂对金属基本无腐蚀作用;两种改性剂改性后的木材试件的表面装饰性能不受影响。与空白试件相比较，经过改性的木材试件表观色泽无明显的变化，纹理更加清晰;改性剂组成成分价格低廉，从而降低了浸渍后木材的成本，使改性材具有广阔的市场前景。文中的改性剂组成成分选择用了对环境无害的化学试剂和浸渍工艺的选择等这些工作都是我们富有创新性的研究工作，得到了一些有实际应用的结果。虽然论文中讨论的工艺参数还有待进一步的调整和完善，但本文在木材改性技术的发展方面提供了一些有价值的方法，对于改性木材的产业化应用具有一定实际指导意义。

全文目录

第1章绪论  14-20
  1.1 概述  14
  1.2 阻燃木质材料的发展历史  14-16
  1.3 国内外研究进展  16-19
    1.3.1 国内研究现状  16-18
    1.3.2 国外研究现状  18-19
  1.4 发展木材改性剂的重要意义  19
  1.5 本论文的主要工作  19-20
第2章木材阻燃机理及阻燃技术  20-26
  2.1 燃烧过程  20-21
  2.2 木材燃烧反应过程  21-22
  2.3 一般阻燃机理  22
  2.4 木质材料阻燃机理  22-24
    2.4.1 木质材料阻燃特性  22
    2.4.2 气相阻燃机理  22-23
    2.4.3 凝聚相阻燃机理  23
    2.4.4 中断热交换阻燃机理  23-24
  2.5 木材阻燃技术  24-25
    2.5.1 接枝和交联改性技术  24
    2.5.2 气相阻燃技术  24
    2.5.3 凝聚相中的自由基抑制剂  24
    2.5.4 催化成炭技术  24-25
    2.5.5 耐燃涂层技术  25
    2.5.6 冷却阻燃技术  25
  2.6 本章小结  25-26
第3章木质材料阻燃剂  26-36
  3.1 木质材料阻燃剂的分类  26-27
  3.2 常用的木材阻燃剂  27-30
    3.2.1 无机阻燃剂  27-29
    3.2.2 有机阻燃剂  29-30
    3.2.3 树脂型阻燃剂  30
  3.3 优秀阻燃木材应具备的性能  30-33
    3.3.1 难燃性好和发烟少  30-31
    3.3.2 含水率  31
    3.3.3 吸湿性  31-32
    3.3.4 强度降低值小  32
    3.3.5 胶合性、涂饰性  32
    3.3.6 腐蚀性小  32-33
    3.3.7 毒性小  33
    3.3.8 使用寿命长  33
  3.4 木质材料改性剂的发展趋势和研究方向  33-35
    3.4.1 开展基本机理研究  34
    3.4.2 开发复合型改性剂  34
    3.4.3 开发多功能改性剂  34
    3.4.4 低毒、低污染、降低烟雾量  34-35
    3.4.5 完善改性剂注入技术  35
    3.4.6 研究木材的干燥方法  35
  3.5 本章小结  35-36
第4章木材改性处理工艺  36-40
  4.1 木材物理改性  36
  4.2 木材化学改性法  36-39
    4.2.1 表面涂敷法  36-37
    4.2.2 浸渍处理法  37-39
  4.3 本章小结  39-40
第5章实验部分  40-70
  5.1 实验材料  40
  5.2 实验药品和仪器  40-41
    5.2.1 实验药品  40
    5.2.2 实验仪器  40-41
  5.3 木材的改性处理  41-42
    5.3.1 木材改性剂的配制  41
    5.3.2 木材的浸渍处理  41-42
  5.4 改性剂的阻燃机理  42-43
  5.5 试件改性处理后的性能测试项目  43-47
    5.5.1 阻燃性能的测定  43-45
    5.5.2 改性剂抗浸提值的测试  45
    5.5.3 尺寸稳定性能的测试  45-46
    5.5.4 天然防腐性能的测试  46
    5.5.5 力学性能的测试  46
    5.5.6 吸湿性的测试  46
    5.5.7 对铁钉锈蚀性能测试  46
    5.5.8 表面装饰性能测试  46-47
  5.6 结果与讨论  47-62
    5.6.1 试件的预处理  47-48
    5.6.2 浸渍配方的筛选  48-53
    5.6.3 阻燃性能及比较  53-54
    5.6.4 改性剂抗浸提性能测试  54-55
    5.6.5 改性剂处理对木材尺寸稳定性的影响  55-57
    5.6.6 样品防腐性能的测试  57-58
    5.6.7 木材力学性能  58-59
    5.6.8 吸湿性能检测  59-61
    5.6.9 对铁钉锈蚀性测定  61-62
    5.6.10 装饰性能测试  62
  5.7 白松样品放大实验  62-64
  5.8 杨木的改性实验  64-69
    5.8.1 杨木试件阻燃性能的测试  64-65
    5.8.2 杨木试件抗浸提值的测定  65
    5.8.3 杨木试件尺寸稳定性的测定  65-66
    5.8.4 杨木试件天然防腐性能的测定  66-67
    5.8.5 杨木试件力学性能的测定  67-68
    5.8.6 杨木试件放大实验  68-69
  5.9 本章小结  69-70
结论  70-72
参考文献  72-77
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  77-78
致谢  78

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