全 文 ：第 33 卷 第 1 期 浙 江 林 业 科 技 Vol. 33 No.1
2 0 1 3 年 1 月 JOUR. OF ZHEJIANG FOR. SCI. & TECH. Jan., 2 0 1 3
文章编号：1001-3776（2013）01-0059-03

阻燃刨切薄竹的热重分析

李延军1，徐世克1，杜兰星1，余肖红1，魏 涛1，刘红征2*
（1. 浙江农林大学工程学院，浙江 临安 311300；2. 浙江大庄实业集团有限公司，浙江 杭州 311200）

摘要：利用磷酸氢二铵[(NH4)2HPO3]和硼砂（Na2BB4O7·10H2O）（质量比 4：1）复配的阻燃剂对刨切薄竹进行阻
燃处理，采用热重（TG）、微商热重（DTG）法对阻燃和未阻燃刨切薄竹的热解性能进行研究。结果表明：阻燃
刨切薄竹与未阻燃处理的刨切薄竹相比，在其热解过程中质量损失率明显降低，未阻燃薄竹的残余质量百分比为
17.96%，载药量 3%、4%、7%的阻燃刨切薄竹的残余质量百分比分别为 23.75%、25.54%、27.4%，其残余质量百
分比分别比未阻燃簿竹增加了 32.2%、41.98%、52.56%，而成炭率显著提高；热分解的起始温度也有所提前，说
明阻燃刨切薄竹获得了较好的阻燃效果，随着刨切薄竹载药量的增加，阻燃效果也越明显。
关键词：刨切薄竹；阻燃性能；热重分析
中图分类号：S782.39 文献标识码：B

Thermogravimetric Analysis on
Sliced Bamboo Veneer Treated by Fire Retardant

LI Yan-jun1，XU Shi-ke1，DU Lan-xing1，YU Xiao-hong1，WEI Tao1，LIU Hong-zheng2*
（1. College of Engineering, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China; 2. DASSO Industrial Group CO.,LTD , Hangzhou 311200, China）

Abstract: Sliced bamboo veneer was treated by a fire retardant (diammonium hydrogen phosphate: borax=4:1) for comparison experiment on its
thermal decomposition. Thermogravimetric (TG) and derivative thermogravimetry (DTG) showed that the residue rate of untreated veneer was
17.96%, and that of treated with drug loading of 3%, 4% and 7% was 23.75%, 25.54% and 27.4%. The experiment demonstrated that treated veneer
had less mass loss but higher carbon ratio, and earlier initial temperature of thermo-decomposition, indicating better fire-retard. The effect of
fire-retard of treated veneer increased with the drug loading.
Key words: sliced bamboo veneer; fire-retardant; thermogravimetric analysis

随着经济的发展和人民生活水平的提高，将珍贵树种木材制成的薄木贴在人造板表面作为装饰已成为时尚。
然而，随着珍贵树种木材产量逐渐减少，薄木的价格越来越高，开发新的类似木材性能的微薄竹贴面装饰材料
就具有重要的现实意义[1]。刨切薄竹具有特殊的纹理和清新自然、真实淡雅的质感，深受用户青睐，在欧、美
等国家尤其受到欢迎，可部分代替珍贵木材单板，用作家具、地板等的装饰装修材料[2]。目前刨切薄竹产品不
仅在欧美广受青睐，而且在国内也有较大的发展市场。
木材阻燃理论主要有 4 种，即覆盖理论、气体理论、热理论和化学理论[3]。热分析法为评价木材及木质人
造板的阻燃性能和研究阻燃机理提供了有效的手段[4]。热分析技术包括热重分析（TG）、差热分析（DTA）、
差示扫描量热法（DSC）以及热机械分析法等方法[5~7]。本文利用磷酸氢二铵[(NH4)2HPO3]和硼砂（Na2B4O7
收稿日期：2012-10-11；修回日期：2012-12-05
基金项目：浙江省科技厅项目（2012R10023-01，2012R10023-05）；浙江农林大学基金项目（3122013240150，2112010011）
作者简介：：李延军（1970－），男，浙江开化人，副教授，博士，从事木材科学与技术研究；*通讯作者。


60 浙 江 林 业 科 技 33 卷
·10H2O）处理刨切薄竹，并且采用热重分析仪研究阻燃刨切薄竹的热解性能，探究阻燃刨切薄竹的阻燃机理，
为阻燃刨切薄竹的实际生产提供理论依据，拓展刨切薄竹的应用范围。
1 材料与方法
1.1 实验材料
刨切薄竹：取自浙江森瑞竹木业有限公司，单面贴无纺布，厚 0.6 mm，裁剪成 10 cm×10 cm（长×宽）的
试样。
阻燃剂：南京奥佳化工有限公司生产的磷酸氢二铵（分析纯）和硼砂（分析纯），按 4：1（质量）组成。
1.2 实验方法
1.2.1 阻燃处理 将刨切薄竹浸渍不同浓度阻燃剂，沥干后计算载药量 Q，载药量计算公式：
Q = %100
1
12 ××− n
m
mm
式中，m1为试样浸渍前的质量，m2为试样浸渍后的质量，n为浸渍液浓度。
选取载药量为 3%，4%，7%的阻燃刨切薄竹用于热重实验。
1.2.2 热重实验 德国耐驰公司 STA409PC 热分析仪，主要技术指标：温度范围室温至 1 550℃；灵敏度 4.0 ~ 4.5
μV/mW；样品最大质量 18 g；同步热分析方法（DTA/DSC-TG）：将热重分析 TG 与差热分析 DTA 或差示量热
扫描 DSC 结合为一体，在同一次测量中利用同一样品可同步得到热重于差热信息。
将阻燃刨切薄竹在 50℃下烘至恒重，利用手工钢锯制成粉末，研磨，通过 60 ~ 80 目筛，用于热重实验。
热重实验条件为：试验在程序控制的持续线性升温的氮气气氛中进行，氮气流量 20 mL/min，升温速率 20℃/min，
热解温度范围 23 ~ 800℃，样品用量 10 mg，参比物为α-Al2O3。
2 结果与分析
在热分析仪上测定未阻燃处理刨切薄竹和阻燃处理不同载药量薄竹的 TG 和 DTG 曲线，如图 1 所示。阻燃
薄竹的 DTG 曲线特征值见表 1。
从图 1 可以看出，无论是未处理刨切薄竹还是阻燃刨切薄竹的TG和DTG曲线都具有相似的变化规律。与木
材的热解过程相似，薄竹的热解过程大致可分为 4 个阶段[3]：①失水干燥。在约 50℃时开始发生失重，失重量
6% ~ 7%，与薄竹中的含水率相当。该过程主要是竹材组织吸着水分受热蒸发过程，为吸热过程；②预炭化阶
段。该阶段的热解失重很小，此时薄竹受热分解的速度变缓，竹材中的半纤维素和纤维素等组分逐渐分解放出
CO2、CO、CH4、CH3OH、CH3COOH等；③炭化阶段。在约 200℃开始发生明显的失重，235 ~ 380℃有一个失
-20
-15
-10
-5
0
0 200 400 600 800
0
20
40
60
80
100
0 200 400 600 800
3%未处理
4% 7%
未处理
质
量
百
分
比
/%

3%
dw
/d
t
4%
7%
温度 t/℃ 温度 t/℃
图 1 不同载药率刨切薄竹的 TG曲线和 DTG曲线
Figure 1 Curve of TG and DTG of sliced bamboo veneer with different drug loading


1 期 李延军，等：阻燃刨切薄竹的热重分析 61
重速率和失重百分比均很大的失重过程。该区间曲线长而陡，是热分解产生重量损失的主要阶段。由预炭化阶
段生成的可燃性气体着火，出现有焰燃烧。TG曲线减量在 47% ~ 60%；④煅烧阶段。该区间曲线变缓，木材的
失重率逐渐减少，热解失重达到最大并保持不再失重，在DTG曲线上更加清楚地表现出来。这时的可燃气体已
经很少，因而由有焰燃烧转变为无焰燃烧。
由图 1 可见，不同阻燃剂载药量对刨切薄竹的热解过程会产生影响，热重曲线也有很大不同。从 TG 曲线
比较可以看出，在失水干燥阶段，未处理刨切薄竹和阻燃刨切薄竹曲线基本相同。阻燃处理的刨切薄竹分解起
始温度和最大质量损失速率时所对应的温度均比未处理薄竹低。
表 1 阻燃刨切薄竹的 DTG 曲线特征值
Table 1 Characteristics of DTG curves
载药量/% 初始温度/℃ 终止温度/℃ ΔT 转化温度/℃ 残留质量分数/% 质量变化/%
0 307.6 387.1 79.5 357.9 17.96 76.43
3 301.8 381.7 79.9 355.6 23.75 68.93
4 306.0 381.7 75.7 353.1 25.54 66.90
7 302.0 373.0 71.0 343.3 27.40 64.54
由表 1 可知，未阻燃处理薄竹的分解起始温度为 232℃，最大质量损失时对应的温度为 357.9℃；阻燃处理
薄竹分解起始温度为 210℃左右，载药量 3%，4%，7%的阻燃刨切薄竹的最大质量损失时对应的温度分别为 349.6、
353.1、343.3℃。且阻燃刨切薄竹在 23 ~ 130℃温度区间还有部分热解，失重率约为 5%。由于纤维素的热分解
途径为：大于 250℃时，发生剧烈的吸热反应，生成焦油，进一步发生放热和吸热反应，产生可燃气体；小于
250℃时反应缓慢，发生少量的吸热反应，生成脱水纤维素，进一步发生放热反应，生成炭、CO2、H2O、CO。
因此，热分解起始温度降低，可减少可燃性气体的生成，同时促进竹材的脱水炭化。
从失重达到平衡状态后的成炭率来看，未处理的刨切薄竹成炭率约为 17.9%，由表 1 可以看出，未阻燃薄竹
的残余质量分数为 17.96%，载药量 3%、4%、7%的残余质量分数分别为 23.75%、25.54%、27.4%，其残余质量分
数分别比未阻燃薄竹增加了 32.2%、41.98%、52.56%，说明利用本阻燃剂处理的薄竹阻燃效果明显，并且随着载
药率的增加阻燃性能也相对增加。成炭率提高，成炭量的增加说明挥发物减少，炭化程度提高。因为通常有焰燃
烧对火势蔓延起着决定性作用，通过增加炭产量，从而减少可燃性挥发物的生成，有可能抑制有焰燃烧。所以，
阻燃的产炭量增加理论认为：产炭量可以作为阻燃效果的评价标准。产炭量越高，阻燃剂的有效性越好。
3 结论
（1）与未阻燃刨切薄竹相比，经磷酸氢二铵和硼砂复配的阻燃剂处理后的刨切薄竹具有较好的热稳定性。
未阻燃薄竹的残余质量分数 17.96%，载药量 3%、4%、7%的残余质量分数分别为 23.75%、25.54%、27.4%，残
余质量分数分别增加了 32.2%、41.98%、52.56%。阻燃刨切薄竹的质量损失率明显减小，成炭率也有了较大的
提高。随着刨切薄竹载药量的增加，阻燃效果也越明显。
（2）阻燃刨切薄竹的热解起始温度相对未阻燃处理刨切薄竹提前，说明阻燃处理促使薄竹提前热解，释放
出难燃气体，同时可减少可燃性挥发产物的生成，能有效延缓火势蔓延，促进薄竹向成炭的方向燃烧。

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