俞君宝,呼梦洁,高悦文
(扬州工业职业技术学院,江苏 扬州 225127)
被称为“竹子王国”的我国拥有世界上丰富的竹资源,得天独厚的优势为我国开发竹材产业提供丰厚的储备。竹材具有生产周期短,力学性能优越的特点,一般情况下3~4年便可成材。重组竹是利用加工成竹束丝的竹材,经过干燥、浸胶、再干燥后高温高压固化处理而成的型材,抗拉性能优于抗压性能且抗拉变形稳定,与木材力学性能类似甚至可以超越,一定程度上可以取代木材,弥补我国木材价格高、供不应求的现状。回顾竹材开发利用的近三十年,竹材制品从人造板、胶合板、竹层压板、复合板等一路迅速发展,但在竹材工业化发展的路上亦存在许多问题,这也关乎竹产品在市场中的竞争力。随着人们生活质量的提高,对竹制品追求更多的附加价值,竹材自带的高雅气质、清新脱俗的气味也成为其不同于其他建筑材料的独特之处。需求量的增多就需要竹材加工企业不断提高生产效率,探索新的产品,但竹材在加工过程中出现利用率低,防腐蚀、防霉、耐候等一系列的问题,这就促使竹材加工企业不断开发新的应用范围广的竹制产品,更好地促进竹材工业化发展需求。重组竹作为一种新型绿色环保建材,在生产过程中对竹材资源的利用率为60%~70%,保留竹材原生态性,且具有较高的力学性能,不仅可以应用到家具、地板和户外等装修领域,还可以应用于建筑结构中。所以说,重组竹的研发对我国开发丰富竹材资源缓解木材资源匮乏现状起到一定的缓解作用。同时,重组竹的研究对竹材工业化发展有一定的推动作用,重组竹产业化的形成会对我国新型材料制造业产生一定的影响。
近年来公共场所发生火灾的现象时常出现,带来一定的经济损失,特别是高层建筑中常使用的可燃性装修材料,在突发火灾情况下会造成火势迅速蔓延。《中华人民共和国消防法》自2009年5月修订后开始实施,明确规定建筑材料及装修材料应满足材料的阻燃性能要求。随后对建筑材料和建筑内部装修材料进行燃烧性能分类,根据建筑材料及制品的燃烧等级选择所使用的范围。除此之外,在对建筑物进行设计时严格遵循建筑设计防火规范的相关规定,对室内进行装修设计过程中也应遵循建筑内部装修设计防火规范的标准。重组竹中主要加工原料为竹材,竹材具有可燃性,利用其制作加工而成的重组竹也存在着安全隐患,因此,重组竹在应用到建筑结构构件、家装材料时应注意对其进行阻燃处理,提高其阻燃性能,才不会在社会发展历程中被淘汰。
重组竹用阻燃剂按组成分为磷氮系、磷氮硼复合系及卤系。磷氮系阻燃剂主要是依靠磷类化合物脱水炭化、氮类化合物膨胀成焦炭层,两类化合物共同加入增加彼此的阻燃特性,一起更有效地阻止火焰的传播。靳肖贝[1]对比两种阻燃剂磷酸二氢铵和聚磷酸铵的加入,对重组竹阻燃特性的影响,发现聚磷酸铵能够起到抑制烟雾的作用,磷酸二胺对重组竹力学性能影响较小。杜春贵[2]在制备重组竹构成的竹束中加入30%的磷酸氢二铵,这种在生产重组竹成品过程中加入阻燃剂的方法,在一定程度上影响了重组竹的材料力学性能。磷氮硼复合系阻燃剂是两种熔点低的磷氮化合物和硼化物阻燃剂混合物,在高温过程中形成玻璃状涂膜,达到隔热隔氧的效果。杨守禄[3]研究硼酸、硼砂的加入对毛竹的阻燃处理效果,表明硼酸、硼砂的加入降低毛竹的最大热解速率,且对毛竹燃烧时的烟释放量起到显著的抑制作用。
重组竹燃烧过程中会产生大量的烟雾,烟雾是火灾中造成人员死亡的主要原因,燃烧时大致经过无焰燃烧和有焰燃烧两个阶段。燃烧必备三个条件为可燃物、热量及氧气,图1所示为材料燃烧过程图,若阻止可燃物燃烧,只要采取物理、化学方法让可燃物在燃烧时缺少一个及以上的燃烧必备条件即可。阻燃机理中的热机理方面是通过阻燃剂分散出一些热量,使得可燃物缺少热量这个燃烧必备条件,从而阻止可燃物燃烧。还有一些阻燃剂在受热分解过程中形成玻璃态物质覆盖于可燃材料表面,阻止了氧气与可燃材料的进一步接触,使得可燃物缺少氧气这个燃烧必备条件,从而阻止可燃物燃烧,被称为覆盖机理。氮系阻燃剂在受热分解时分解出不可燃气体,这种不燃气体与可燃材料周围的空气混合形成一种不可燃混合气体,一定程度上减缓了可燃材料燃烧,即不燃气体稀释机理。
图1 材料燃烧过程示意图
竹材阻燃的研究相对于木材的阻燃研究来说起步晚且多数集中在我国,主要是受竹资源分布的影响。常用的处理技术包括表面涂覆法、浸注法、化学改性法及机械添加法。表面涂覆法操作比较简单就是在成型的材料表面上涂覆阻燃涂料,形成阻燃保护膜,这种方法用的阻燃剂量较少且对重组竹材料的物理力学性能影响较小,但是这层阻燃保护膜一旦有损伤,就会影响重组竹材料的阻燃性能。浸注法是将阻燃剂浸注到材料中,可以通过加压或者常压浸入的方式实现,其中常压浸入法是将阻燃剂溶液通过含水率和温度作用,在常压状态下浸入到重组竹材料中,工艺操作简单且能够吸收较大量的阻燃剂。化学改性法主要适用于特定的反应型阻燃剂来处理重组竹材料。机械添加法是在重组竹的胶粘剂中加入阻燃剂,从而达到阻燃性能,这种操作方式还要考虑加入的阻燃剂对胶粘剂的固化影响,需要通过调整配方来适应实际情况。
重组竹阻燃处于起步阶段,应在取得的研究成果基础上对存在的问题逐一进行系统的研究。
1)火灾中导致人出现生命危险的直接原因是烟雾,当前对重组竹阻燃处理技术中使用较多的未具备抑烟效果的阻燃剂[4-5]。
2)重组竹中加入较高浓度的阻燃剂会带来阻燃剂的浪费,因为材料对阻燃剂的吸收量是有限的,高浓度的阻燃剂加入会带来高成本的投入。
3)重组竹阻燃处理后在各种使用环境中的材料力学性能、燃烧性能等变化规律有待进一步探讨,为今后重组竹产业化发展提供一定的技术支撑[6]。
对重组竹阻燃性能的研究不仅有利于重组竹结构建筑的可持续发展,且对绿色建材的发展起到一定的促进作用[6-7]。
1)重组竹燃烧过程中有一定的二氧化碳、一氧化碳等有害气体产生,因此,对未来重组竹阻燃剂的研究重要内容就在于降低烟的毒性和发烟量。
2)开发的阻燃剂若同时兼具防腐蚀、防虫蛀等多效复合的特点,也是未来重组竹阻燃剂发展的重要内容之一。
3)当前国内外研究表明部分纳米材料有阻燃功效,若将其加入到重组竹阻燃制备工艺中,开发纳米阻燃剂也是研究趋势之一。
4)国内外研究显示膨胀型阻燃剂具有低毒高效的优点,因此,在对重组竹阻燃剂研究时,膨胀型阻燃剂也具有很高的研究价值。
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