氮磷基阻燃剂处理木材的特性研究

论文摘要

木材是一种可再生的绿色资源,以其独特的材料性能和优异的环境学特性而被广泛应用于人类生活的许多领域。然而,木材的易燃性缺陷限制了其应用范围。同时,由于可利用的大径级优质木材资源的短缺,人们对木材的利用转向速生材资源。速生材存在着材质疏松、尺寸稳定性差等缺点,实现低劣质木材的高性能化、提高速生材附加值已经成为木材科学研究领域的重要内容。本论文以尿素、磷酸为主要原料制备环保型氮磷复合阻燃剂,并将不同的阻燃剂处理速生材（杉木和杨木）,通过热分析、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等技术分析了阻燃剂对改性速生材性能的影响。研究结果表明：（1）不同的氮磷基复合阻燃剂APPUF处理杉木,其重量增加率随着阻燃剂浓度的提高而增大。重量增加率对改性杉木的性能都有较大的影响。随着重量增加率的提高,改性杉木的体积膨胀率、抗吸水性、抗流失性、阻燃性均提高。（2）经不同的APPUF阻燃剂处理的杉木,其热解过程中降解起始温度下降；在快速失重阶段,改性杉木的表观活化能在33.5-42.8kJ／mol之间,与未处理的杉木的表观活化能（63.6kJ／mol）相比要小约50%；APPUF系列阻燃剂通过催化木材炭化脱水,导致可挥发性的易燃产物减少来改变木材热解反应历程。（3）经膨胀型氮磷复合阻燃剂改性处理的杨木,其增重率、氧指数、剩炭率都提高,阻燃处理杨木的氧指数显著提高,其中阻燃剂PPU处理杨木的氧指数达到57.5%。SEM观测经氧指数实验测试后得到的木炭,阻燃杨木在燃烧过程中保留了木材原有的纤维骨架形态。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 木材阻燃的必要性
• 1.2 木材阻燃剂研究进展
• 1.2.1 无机阻燃剂
• 1.2.2 卤系阻燃剂
• 1.2.3 氮系阻燃剂
• 1.2.4 磷系阻燃剂
• 1.2.5 膨胀型阻燃剂
• 1.3 木材阻燃机理研究进展
• 1.4 本文研究的主要内容、目的及意义
• 2 阻燃剂APPUF处理杉木的物理性能分析
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 阻燃剂APPUF样品的制备
• 2.2.3 杉木试样的处理方法
• 2.2.4 杉木试样的性能检测
• 2.3 结果分析与讨论
• 2.3.1 改性杉木的重量增加率与体积膨胀率
• 2.3.2 杉木试样的尺寸稳定性与抗吸水性
• 2.3.3 杉木试样中阻燃剂的流失性
• 2.3.4 杉木试样的阻燃性
• 2.4 本章结论
• 3 阻燃剂APPUF处理杉木的热降解特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料与方法
• 3.2.2 阻燃剂APPUF样品的制备
• 3.2.3 阻燃杉木试样的制备方法
• 3.2.4 热重分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 杉木的热解行为分析
• 3.3.2 杉木的热解动力学分析
• 3.4 本章小结
• 4 阻燃杉木的X-射线衍射分析
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料与方法
• 4.2.1 样品制备
• 4.2.2 X-射线衍射测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 阻燃剂处理杉木的结品构造变化
• 4.4 本章小结
• 5 膨胀型氮磷阻燃剂处理杨木的阻燃特性分析
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验原料
• 5.2.2 阻燃剂的合成
• 5.2.3 样品的制备
• 5.2.4 样品的分析
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 阻燃效果
• 5.3.2 杨木的热解行为分析
• 5.3.3 热解动力学分析
• 5.3.4 木炭的表面形态分析
• 5.3.5 阻燃机理探讨
• 5.4 本章结论
• 6 结论
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表论文目录
• 导师简介
• 作者简介
• 致谢