根据木材的结构、性能和应用特点,木材阻燃剂主要由含磷、氮、硼和卤素的化合物或混合物组成,含卤素的阻燃剂在燃烧时会产生强腐蚀性和毒性的卤化氢。同时,烟气密度也比较高。因此,近年来含卤阻燃剂的研究和应用逐渐减少,使含磷、氮、硼的阻燃剂成为木材阻燃剂的主体。根据性能、制备和应用特点,结合阻燃剂研究现状,木材阻燃剂分为:①无机阻燃剂; ②有机阻燃剂; ③树脂阻燃剂; ④反应性阻燃剂; ⑤ 其他类型的阻燃剂。
(1)无机木材阻燃剂
尽管最古老的阻燃剂存在吸湿性高、木材易析出等严重缺点,但由于成本低、生产方法简单,且易于木材加工业掌握,仍被一些木材企业使用。 .目前使用的第三代无机木材阻燃剂是在提高第二代木材阻燃剂吸湿析出性能的过程中开发的。主要技术是增加无机离子的体积,如那些相对分子质量较大的水溶性低聚物聚磷酸盐代替磷酸盐,或采用内反应法生成不溶性阻燃剂。例如,可以利用化学反应的温度特性制备单一的阻燃处理液在室温下处理木材,然后处理液在木材中反应形成不溶性阻燃剂,通过窑干或热处理。近年来,具有阻燃、防腐、防霉功能的多效木材阻燃剂,以及适应不同阻燃方式以满足市场需求的新型木材阻燃剂受到了一定的关注。
由于各种阻燃剂的阻燃机理不同,单一的阻燃剂难以达到预期的效果,通常采用复合阻燃剂。这不仅可以降低成本,更重要的是将阻燃材料的物理机械性能损失降到最低。现在主要有硼化合物、金属氢氧化物和后来发展的阻燃协同作用,主要是无机阻燃剂,以磷氮复合、磷卤复合、磷氮硼复合等高效阻燃体系为特征。其中,磷氮复合阻燃剂在木材阻燃剂中更受欢迎。近年来,对无卤、低烟、低毒阻燃剂的需求不断增加。因此,氢氧化铝和氢氧化镁在许多阻燃应用中的应用价值很高,前景广阔。
(2)有机木阻燃剂
虽然添加型有机木材阻燃剂的出现晚于无机阻燃剂,但发展迅速,至今大致经历了三个发展阶段。有机磷阻燃剂主要有磷酸酯类、膦酸酯类、亚磷酸酯类、有机磷盐类、含磷多元醇-氮化合物等。有机木材阻燃剂的主流仍然是含磷、氮、硼的多元素复合体系。阻燃剂能抵抗损失,对木材的物理机械性能影响不大。第三代有机木材阻燃剂是一种高效阻燃剂,释放甲醛、迁移率低、吸湿性低或基本不吸湿(类似于未经处理的木材)。这种阻燃剂往往追求一剂多效,既减少了多次处理对木材性能的不利影响,又降低了处理成本。例如,用分子量较大的含氮有机化合物和磷酸生产的低吸湿性磷酸盐作为阻燃元素磷和氮的载体,再与硼化合物结合形成磷氮硼高效阻燃体系,其代表品种FRW木材阻燃剂具有阻燃、防腐、防白蚁性能。
(3)树脂型木材阻燃剂
树脂型木材阻燃剂是在配方中加入低聚合度合成树脂,浸渍木材后,树脂在干燥过程中固化,对配方中易流失的阻燃成分(通常为无盐)。阻燃剂的抗损失、迁移和吸湿性。这种类型的阻燃剂已在美国、欧洲和日本专利中有所报道。阻燃剂可以具有更高的热稳定性和生物稳定性,并且可以在不改变木材本身手感的情况下提高尺寸稳定性和表面硬度。目前看来,树脂基木材阻燃剂正处于开发研究阶段,还存在加工材料发黑、浸渍困难等问题。
(4)反应型阻燃剂
活性木材阻燃剂利用化学反应,通过形成稳定的化学键,将阻燃元素或含有阻燃元素的基团负载在木材分子上。由此产生的阻燃木材不仅具有抗损耗、耐用等优点,而且由于电阻燃烧元素实际上以单分子状态分布在木材上(远高于添加阻燃剂的分散度),所以单位质量阻燃剂的阻燃效率非常高。适合木材阻燃处理的常见官能团有羟基和苯环,它们可以通过与阻燃元素或含有阻燃元素和活性基团的化合物进行酯化、酯交换、醚化、酰化和卤化等反应来实现。不易燃的。
(5) 其他类型的木材阻燃剂
近年来,材料和化工领域的高新技术也被应用于木材阻燃技术的研究中。例如,日本专利采用粒径不大于0.1μm的五氧化二锑微粉水性分散体或五氧化二锑胶体对木皮进行处理,获得良好的阻燃性;另一种木材表面涂料用阻燃剂 主要成分为3-(二烷基膦酸基)丙酰胺、尿素或三聚氰胺树脂、环氧树脂微胶囊聚磷酸铵。