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Study on the Fire Retardant Mechanism of Fire-Retardant FRW by FTIR

用FTIR法研究木材阻燃剂FRW的阻燃机理


采用FTIR显微分析技术,对FRW阻燃处理红松木材限制燃烧固相产物的结构进行分析;采用GC-FTIR联机分析方法,对经FRW阻燃剂及其主要组分处理的紫椴木材试样的热解挥发性产物进行分析和鉴定;讨论FRW阻燃处理木材的热解炭化过程、阻燃剂的作用以及热解产物的结构特点。结果表明:FRW阻燃木材受热时,随着温度的升高,在FRW及其分解产物的催化下,木材逐步发生聚糖脱水、半纤维素脱乙酸、聚糖降解、木质素降解、木材热解产物聚合、脂肪族聚合物脱氧及芳构化等反应,最终炭化;FRW阻燃剂改变了木材的热解途径,并且显著降低了挥发性有机化合物的生成量。

The structures of the solid state products formed by the limited combustion of Korean Pine(Pinus koraiensis) wood treated with fire-retardant FRW were analyzed by microscopic FTIR. The volatile pyrolytic products of basswood(Tilia amurensis) specimens treated with FRW (FZ) and its components GUP (GZ)and boric acid (BZ) respectively were analyzed by GC-FTIR. The pyrolytic and charing process, the effects of fire-retardant and the structural characteristics of the pyrolytic products were discussed. It was concluded that upon heating and by the catalysis of FRW and its decomposition products reactions of wood took place successively, namely the dehydration of polysaccharide, the elimination of acetic acid from hemicellulose, the degradation of polysaccharide, the degradation of lignin, the polymerization of the pyrolytic products of wood, reactions of oxygen-element-elimination of aliphatic polymers and the structural change of the later to form aromatic structure, and charing. The pyrolysis process of wood was altered and the yield of volatile pyrolytic products was decreased by FRW treatment.


全 文 :第 wt卷 第 w期
u s s x年 z 月
林 业 科 学
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用 ƒ×Œ• 法研究木材阻燃剂 ƒ• • 的阻燃机理
王清文 李 坚 李淑君
k东北林业大学木材科学与技术研究所 哈尔滨 txsswsl
摘 要 } 采用 ƒ×Œ• 显微分析技术 o对 ƒ• • 阻燃处理红松木材限制燃烧固相产物的结构进行分析 ~采用 Š≤pƒ×Œ•
联机分析方法 o对经 ƒ• • 阻燃剂及其主要组分处理的紫椴木材试样的热解挥发性产物进行分析和鉴定 ~讨论 ƒ• •
阻燃处理木材的热解炭化过程 !阻燃剂的作用以及热解产物的结构特点 ∀结果表明 }ƒ• • 阻燃木材受热时 o随着温
度的升高 o在 ƒ• • 及其分解产物的催化下 o木材逐步发生聚糖脱水 !半纤维素脱乙酸 !聚糖降解 !木质素降解 !木材
热解产物聚合 !脂肪族聚合物脱氧及芳构化等反应 o最终炭化 ~ƒ• • 阻燃剂改变了木材的热解途径 o并且显著降低
了挥发性有机化合物的生成量 ∀
关键词 } 木材 ~阻燃剂 ƒ• • ~阻燃机理 ~傅里叶变换红外光谱 ~Š≤pƒ×Œ•
中图分类号 }≥z{t1z 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussxlsw p stw| p sy
收稿日期 }ussw p sv p tt ∀
基金项目 }国家自然科学基金资助项目kvsvzttuzl ∀
Στυδψ ον τηε Φιρε Ρεταρδαντ Μεχηανισµ οφ Φιρε2Ρεταρδαντ ΦΡ Ω βψ ΦΤΙΡ
• ¤±ª±¬±ªº¨ ± ¬¬¤± ¬≥«∏­∏±
k Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Ωοοδ Σχιενχε ανδ Τεχηνολογψo Νορτηεαστ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Ηαρβινtxsswsl
Αβστραχτ} ׫¨ ¶·µ∏¦·∏µ¨¶²©·«¨ ¶²¯¬§¶·¤·¨ ³µ²§∏¦·¶©²µ°¨ §¥¼·«¨ ¬¯°¬·¨§¦²°¥∏¶·¬²± ²©Ž²µ¨¤± °¬±¨ k Πινυσ κοραιενσισl º²²§
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¶³¨¦¬°¨ ±¶·µ¨¤·¨§º¬·«ƒ• • kƒl ¤±§¬·¶¦²°³²±¨ ±·¶Š˜° kŠl¤±§¥²µ¬¦¤¦¬§k…l µ¨¶³¨¦·¬√¨ ¼¯ º¨ µ¨ ¤±¤¯¼½¨ §¥¼ Š≤2ƒ×Œ• q
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Κεψ ωορδσ} º²²§~©¬µ¨2µ¨·¤µ§¤±·ƒ• • ~©¬µ¨2µ¨·¤µ§¤±·°¨ ¦«¤±¬¶°~ƒ×Œ• ~Š≤2ƒ×Œ•
黑色炭质样品的分析是红外光谱法的难题 o近年来分析仪器的技术进步使得类似问题获得解决 o例如
Š¤¥²µkt||{l和 Ž¤½¤¼¤º²®²等kt||zl采用傅里叶变化红外光谱kƒ×Œ• l漫反射技术分析了粉末状木炭 ∀本文采
用 ƒ×Œ• 显微技术k吴瑾光 ot||w¤~王清文等 ousssl o测定 ƒ• • 阻燃红松k Πινυσ κοραιενσισl木材限制燃烧固相
产物的微区 ƒ×Œ• 光谱 o探究木材热解及炭质产物的形成过程 ∀
为了推导阻燃剂的阻燃机理 o需要研究阻燃剂对材料热解过程的影响以及材料热解产物的组成与热解
温度的关系 o通常采用热解产物的气相色谱kŠ≤l与其他结构分析仪器k如质谱仪l联机分析的方法进行分离
分析 ∀然而 o对于组成和结构极为复杂的木材而言 o利用现有的分析手段 o例如混合物分析的强有力分析方
法 ) ) ) Š≤p≥ o尚无法对木材热解中所有含量较大的组分作出可靠的鉴定结论 ∀但是 o利用气相色谱 p傅里
叶变换红外光谱kŠ≤pƒ×Œ• l技术k吴瑾光 ot||w¥l o可以鉴定部分已知化合物的结构 ~同时 o能够确定存在的主
要官能团 o因而能够判断未知化合物或者不能确定精细结构的已知化合物的类型 o这无疑是极有价值的信
息 ∀本文通过紫椴k Τιλια αµυρενσισl素材在几个典型温度下热解产物的 Š≤ 分析 o选择信息量最大 !最能反应
木材热解产物组成的热解温度进行代表性试验 o以有效地减少试验和谱图解析的工作量 ∀为便于谱图解析 o
采用滤纸作为聚糖k主要是纤维素l试样 o与紫椴素材及其 ƒ• • !ƒ• • 的组分 Š˜°和硼酸处理材在相同的条
件下进行等温热解 o制备挥发性产物试样 o然后采用 Š≤pƒ×Œ• 进行对比分析 ∀
t 材料与方法
111 ƒ×Œ• 微区光谱
t1t1t 试样的制备 将载药率 ts h的 ƒ• • 阻燃红松板材k王清文 ousssl o加工成尺寸 tss °°kl ≅ tss °°
k×l ≅ ts °°k• l的试件 ∀在锥形量热仪上以 xs ®• 的辐射功率k试件表面温度为 z{s ε l辐照木材试件的
tss °° ≅ tss °°表面k弦切面lu °¬±后停止 o使其燃烧炭化 o炭化深度约为试样厚度的一半 ∀冷却后将试件
顺纹沿径切面剖开 o露出炭化与未炭化木材的新鲜表面 o用专用刀具在该面上削出光滑的表面 o并将接受辐
射的炭化面削去约 s1x °°厚以便去掉氧化层 o所得试样供测定 ƒ×Œ• 微区光谱 ∀
t1t1u ƒ×Œ• 微区光谱的测定 红外光谱测定采用的仪器为尼高力公司产 ¤ª±¤xys ∞q≥ q°型 ƒ×Œ• 光谱仪
和 Œ¶³¨¦·Œ• 型傅里叶变换红外显微镜 ∀
ƒ×Œ• 微区光谱的测定仪器系统由 ƒ×Œ• 光谱仪及红外显微镜k如 Œ±¶³¨¦·Œ• l组成 ∀Œ±¶³¨¦·Œ• 红外显微
镜 o实际上是 ƒ×Œ• 光谱仪的一种微区k微量l采集数据及高灵敏度检测器系统 o它配有光学显微镜 !液氮制冷
的高灵敏度 ≤×检测器 !≤≤⁄摄像机 !高亮度可见光源和可见光 ) ) ) 红外光k来自光谱仪主光学台l切换开
关 ∀Œ±¶³¨¦·Œ• 具有普通光学显微镜的功能 o当光路切换到可见光时 o利用 Λp∂¬¨º软件可在计算机屏幕上直
接观察到显微图像 o用于样品测定点的定位 ~而当光路切换到红外光时 o系统可进行红外光谱数据的采集 ∀
Œ±¶³¨¦·Œ• 检测由试样表面反射回来的红外光 o因此试样应具有平滑的表面以降低散射作用 o提高红外
光的反射率 ∀Œ±¶³¨¦·Œ• 测定斑点的直径为 tss Λ°∀在切削出来的光滑的试样表面上 o自炭化一侧ks °°l
起 o每隔 s1x °°选定一个测试点测定出 ƒ×Œ• 光谱图 ∀
112 Š≤−ƒ×Œ• 分析
t1u1t 试验材料及主要仪器 试验材料为取自同一块木板上的紫椴素材k˜l !硼酸处理紫椴木材k… o载
药率为 v1w| h l !Š˜°处理紫椴木材kŠ o载药率为 ts h l !ƒ• • 处理紫椴木材kƒ o载药率 ts h l和滤纸k°„l ∀
主要仪器有 }¤ª±¤xys ∞q≥ q°型 ƒ×Œ• 谱仪 o Š≤pƒ×Œ• 接口 ~‹°y{|s型 Š≤ 仪 ~‹°px石英毛细管色谱柱
k非极性l o规格 vs ° ≅ s1vu °° ~热解炉 o温度控制范围是 {s ∗ yss ε o控温精度为 ? t h o加热室尺寸为
xs °°k深度l ≅ us °°k直径l ∀
t1u1u Š≤pƒ×Œ• 分析试样的制备方法 将内径 v °°的薄壁硬质 ˜形玻璃管k高 tv °°l的弯曲底部中间处
用酒精喷灯加热收缩至内径 t °° o在距底部 z °°处将两端分别弯曲成 zxβ和 tvxβ角 ~木材和滤纸分别粉碎
并筛取粒度 us ∗ ws目粉末 o从 tvxβ角端装入玻璃管一侧至 us °°高 o此端与高纯氮气源相连 o以 ys °#
°¬±pt的流量通入高纯氮 ~vs °¬±后 o将玻璃管在热解炉加热室上方用热空气预热至约 tts ε 并维持 ts °¬±o
以使空气被充分置换 ~将玻璃管放入已按预定温度恒温的加热室内热解 o出气端kzxβ角l插入盛有 t1x °乙
醚 p丙酮混合液ktΒtl的带塞锥形试管内底部 o木材热解释放的挥发性物质被吸收 ots °¬±后停止收集 o此溶
液浓缩后用作 Š≤pƒ×Œ• 分析试样 ∀
t1u1v Š≤pƒ×Œ• 分析条件 Š≤分析采用二阶程序升温 }初温为 zs ε o恒温 z °¬±~升温速度为 us ε #°¬±pt o
txs ε 下恒温 u °¬±~升温速度 us ε #°¬±pt outs ε 下 恒温 tx °¬±∀进样口温度 u{s ε oƒŒ⁄检测器k串联接于
红外接口后面l温度为 u{s ε o载气 ‹¨流量k恒流模式l为 t1y °#°¬±pt ∀
ƒ×Œ• 分析条件 }光管及传输线温度为 uus ε ~分辨率设置为 { ¦°pt ~扫描次数为 {次 ~本底扫描 txs次 ∀
u 结果与讨论
211 ƒ×Œ• 微区光谱
u1t1t ƒ• • 阻燃红松木材热解固相产物的 ƒ×Œ• 微区光谱图及其吸收峰归属 ƒ• • 阻燃红松木材燃烧炭
化时残余的固相产物的部分 ƒ×Œ• 光谱图见图 t ∀红松素材的 ƒ×Œ• 谱图 o除不存在 t zss ¦°pt的 Š˜°特征吸
收峰外 o与图 t中 ƒ• • 阻燃红松的谱图完全相同k王清文 ousssl o因此图中反映了木材及其热解后固相产物
的基本信息 o而阻燃剂热解产物的红外信号基本被吸收很强的木材组分及其热解产物的红外信号掩盖了 ∀
图 t中各条吸收曲线依次为距离试样炭化表面 s1x !u !v !w !x °°测定点和 ƒ• • 阻燃红松木材ky °°l的
微区 ƒ×Œ• 光谱图 o其主要吸收峰归属为k王清文等 ousssl }
v yxs ∗ v uss ¦°pt o’ p ‹伸缩振动 ~v s{s ∗ v sus ¦°pt o≤ p ‹伸缩振动k苯环上l ~u |{s ∗ u {us ¦°pt o≤ p
sxt 林 业 科 学 wt卷
图 t ƒ• • 阻燃红松木材热解固相产物的 ƒ×Œ• 微区光谱
ƒ¬ªqt ¬¦µ²¶¦²³¬¦ƒ×Œ• ¶³¨¦·µ¤²©·«¨ ¶²¯¬§³«¤¶¨ ³¼µ²¯¼·¬¦³µ²§∏¦·¶²©Ž²µ¨¤± °¬±¨ º²²§·µ¨¤·¨§º¬·«ƒ• • ©¬µ¨ µ¨·¤µ§¤±·
‹伸缩振动k脂肪族l ~∗ t zws ¦°pt o≤ € ’ 伸缩振动k乙酰基等 o半纤维素的特征l ~∗ t zss ¦°pt oƒ• • 阻燃
剂中 Š˜°的特征吸收峰 o而木材及其组分不具有此吸收 ~∗ t yxs ¦°pt o≤ € ’ 伸缩k芳香族醛 !酮结构 o木质
素的特征l ~∗ t yss ¦°pt o苯环骨架的伸缩振动 ~∗ t uzx ¦°pt o≤ p ’ p ≤伸缩振动k芳香族醚键 o木质素的特
征l ~∗ t tzx ¦°pt o∗ t tvu ¦°pt o≤ p ’伸缩k脂肪族醚键 o缩醛结构 o羟基等l ∀
u1t1u ƒ• • 阻燃红松木材的热解过程 ƒ• • 阻燃红松木材受热时 o其热解并进一步炭化的过程是从试样
表面逐步向内部推进的 o因此 o沿着从试样的内部到炭化表面的顺序 o逐次分析样品微区的 ƒ×Œ• 光谱图 o可
以跟踪分析试样的热解过程 ∀
根据热重分析k׊„l及差热分析k⁄ׄl结果k王清文等 oussw¤l o木材阻燃剂 ƒ• • 的主要组分 Š˜°的分
解温度为 t{w ε oƒ• • 阻燃红松木材较明显的热分解脱水温度约为 t|s ε o热降解温度约为 uxs ε ∀若假
设 }tl木材燃烧时从表面到木材内部的温度变化是线性的 ~ulƒ• • 阻燃木材燃烧时表面温度为 z{s ε k锥形
量热仪的辐照温度 o忽略燃烧释热及散热的影响l ovl鉴于在图 t中 x °°处 Š˜°的特征吸收峰消失 o以及从
试样外观和其 ƒ×Œ• 谱图判断该处试样已经开始脱水但尚未发生明显降解 o该处温度应介于 t|s ∗ uxs ε 之
间 o根据假设 tl估算并假设该处的温度为 uus ε ∀则各个测试点的热解温度估算值分别为 }s1x °° ozus ε ~
u °° oxxs ε ~v °° owws ε ~w °° ovus ε ~x °° ouus ε ~y°° otss ε ∀
热解温度 tss ε 以下k距炭化表面 y °°以上l时 o观察到试样的颜色与未经热辐照试样的颜色相同 o并
且它们的 ƒ×Œ• 光谱图无区别 o说明试样未发生明显的化学变化 ~uus ε 以下 o木材颜色变为棕色 o乙酰基消
失 !’ p ‹及 ≤ p ’k≤ p ’‹ !饱和 ≤ p ’ p ≤l等键型吸收减弱 o说明此时已发生脱乙酰基 !脱水作用和热分解反
应 o可能产生轻微的热降解作用 ~vus ε 以下 o试样颜色接近黑色 o’‹及饱和 ≤ p ’ p ≤k糖苷键l吸收大大减
弱 !饱和 ≤ p ‹键明显减弱 o说明此时脱水作用基本结束 o糖类的热降解早已发生 ~wws ε 以下 o试样颜色变为
黑色 o饱和 ≤ p ‹吸收进一步降低 o芳香族 ≤ € ’及芳香族醚键大大减弱 o说明糖类的热降解趋于完成 !木质
素的热解已经发生 ~xxs ε 以下 o在饱和 ≤ p ‹吸收和芳香族 ≤ € ’吸收进一步降低的同时 o产生芳香族 ≤ p ‹
吸收 o说明芳构化作用已经开始 o同时体系进一步脱氧 ~zus ε 以下 o是典型的木炭的 Œ• 谱图 ∀图中仍可见芳
香族 ≤ p ‹吸收 o但脂肪族 ≤ p ‹吸收已经消失 ∀
根据上述结果及理论分析 o可将 ƒ• • 阻燃红松木材的热解过程概括如下 }
tl在热辐射作用下 o半纤维素脱乙酰基 o糖类发生脱水作用 ∀酸对以上 u类反应k尤其是后者l具有催化
作用 o因此推测 ƒ• • 阻燃剂及其酸性热解产物对上述过程有催化作用 o这一点已被相关的研究工作所证实
txt 第 w期 王清文等 }用 ƒ×Œ• 法研究木材阻燃剂 ƒ• • 的阻燃机理
( • ¤±ª ετ αλqousswl ∀ul随着温度的升高和时间的延长 o在 ƒ• • 的分解产物的催化下 o糖类发生降解 o部分
基团或片段以水和低分子含氧有机物的方式进一步脱除挥发掉 o不饱和产物聚合成大分子残留下来 ~在糖类
降解的后期 o木质素开始分解 o脱除小分子含氧有机物 ∀与未处理的木材相比 oƒ• • 阻燃木材的热降解反
应 o在阻燃剂分解产物的催化下生成的产物热值较低 o这一点由 ≤’‘∞法阻燃机理研究中 ƒ• • 阻燃木材的
≤’u 产率降低佐证k王清文等 oussu ~ussw¥l ∀vl糖类的热解产物发生芳构化 ~木质素热分解 !热降解和聚合 o
脱除含氧基团 ∀wl热解产物进一步芳构化形成木炭结构 ∀
木材的热解是极其复杂的化学反应 o不仅上述各个典型阶段包含着众多化学反应 o这些反应受温度 !其
他共存物质及体系传质 !传热状态的影响 o而且各个典型阶段及其反应在时间和空间上相互交叉而不是截然
分开的 ∀问题的复杂性还在于 o目前多数学者认为热降解反应主要遵循统计规律 o即大分子链的断裂是/无
规则0的 ∀尽管如此 o上述试验结果无疑表明木材燃烧时炭化过程是有层次的 ∀而 ƒ• • 阻燃木材的成炭率
大大高于素材的事实说明 o可以通过化学处理改变木材的热分解 !热降解过程 o形成更多的炭质产物 o从而有
效降低燃烧过程的热释放 o实现阻燃 ∀
212 ƒ• • 阻燃木材等温热解产物的 Š≤−ƒ×Œ• 分析
u1u1t 适宜热解温度的确定 图 u为紫椴素材分别在 vss !wss和 xss ε 温度下热解挥发性产物的 Š≤谱图 ∀
图中显示 o热解温度为 xss ε 时产物组成最复杂 o所含信息最多 ∀由于再升高热解温度将给温度控制造成困
难 o因此选用 xss ε 进行热解试验是适宜的 ∀
图 u 紫椴素材在不同温度下热解挥发性产物的 Š≤谱图
ƒ¬ªqu Š≤ ¶³¨¦·µ¤²©·«¨ √²¯¤·¬¯¨ ³µ²§∏¦·¶©²µ° §¨¬±·«¨ ³¼µ²¯¼¶¬¶²©¥¤¶¶º²²§¤·§¬©©¨µ¨±··¨°³¨µ¤·∏µ¨¶
u1u1u Š≤分析结果与讨论 图 v为 xss ε 温度下 ˜ !… !Š !ƒ和 °„热解挥发性产物的 Š≤谱图 ∀在图 v
中 o保留时间为 tz1zz °¬±的色谱峰为紫椴木材中的脂肪酸抽提物峰 o在图中用作参比峰 ∀由于图 v中各个
色谱图的坐标相同 o并且参比峰高度相同 o加之各个组分的组成比较接近 o因此同一色谱图中保留时间不同
的各个色谱峰的相对高度可以作为其相对质量分数的半定量结果 ~而对于不同谱图之间同一物质k相应于保
留时间相同的色谱峰l或同类物质完全可以用峰高进行定量比较 ∀由于热解产物中乙酸的含量很高并且与
溶剂尚未完全分离 o因此在图中未能显示乙酸峰 ∀
对比分析图 v中各个 Š≤谱图可得出如下规律 }tlƒ• • 处理紫椴木材kƒl热解时 o挥发性产物的产率明
显低于素材或其他处理材 o产物组成与其他试样有明显差别 o这表明 ƒ的热解过程与其他试样有不同之处 ∀
ul硼酸处理紫椴k…l热解挥发性产物的产率和组成与素材k˜l较接近 o表明硼酸对木材的热解反应的类型
uxt 林 业 科 学 wt卷
有影响 o但影响程度不大 ∀vl对比 °„谱图及 ˜谱图可以看出 o木材热解的挥发性产物 o尤其是低沸点挥发
性产物 o主要是由聚糖的热化学降解产生的 ∀wlŠ˜°处理材kŠl的热解产物与素材有较大差别 o低沸点物
质k保留时间 v ∗ z °¬±l生成较少 o表明木材中聚糖热解生成低相对分子质量物质的反应受到抑制 ∀
此外 o图 v表明 o木材在较低的温度下kvss ε l热解时仍产生较多的 u p呋喃甲醛 o并且试验数据也表
明 o在所选的温度范围内kvss ∗ xss ε l o乙酸的产率k采用较低柱温的色谱条件测定l基本不受温度影响 o从
而说明半纤维素优先发生热降解 o这与 ƒ×Œ• 微区光谱的研究结果是一致的 ∀
图 v 紫椴素材 !阻燃处理材及滤纸在 xss ε 下热解挥发性产物的 Š≤谱图
ƒ¬ªqv Š≤ ¶³¨¦·µ¤²©·«¨ √²¯¤·¬¯¨ ³µ²§∏¦·¶©²µ°¨ §¬±·«¨ ³¼µ²¯¼¶¬¶²© ˜ o… oŠ oƒ ¤±§°„ ¤·xss ε
u1u1v Š≤pƒ×Œ• 分析结果及讨论 图 u !v中各个 Š≤ 谱图均采用 ƒ×Œ• 检测器 ∀采用更高灵敏度检测器
kƒŒ⁄l的试验结果表明 o图 v中 ƒxss试样所含组分在 tws个以上 o不过 o由于大部分组分的含量太低 o无法
获得足够强的 ƒ×Œ• 谱图 ∀
ƒ• • 阻燃紫椴热解挥发性产物的鉴定 ƒ• • 处理紫椴热解部分产物k图 v中 ƒxss试样l的 ƒ×Œ• 谱图
如图 w所示 ∀用 Š≤pƒ×Œ• 技术鉴定了 ƒxss中 ts种简单化合物的结构 o对其他精细结构未知的热解产物的
化学类型作出了较可靠的判断 }tlƒxss热解产物中含有二氧化碳 !乙醛 !乙酸 !u p呋喃甲醛 !u p乙酰基呋
喃 !丙酸 !甲酰胺 !乙酰胺 !u p甲氧基苯酚和 u ox p二甲氧基苯酚等 ts种简单化合物 ∀其中 o酰胺类化合物是
通过 Š˜°分解产生的氨与木材热解产生的羧酸反应而生成的 o在未处理木材的热解产物中未检测到这类化
合物 ∀ulƒxss热解产物中未知组分的结构类型 ∀所有含量较高的未知组分均为羰基含氧化合物 o其中多
数含有羟基 o或者含有醚键 ~部分未知化合物含有除羰基以外的不饱和双键及不饱和碳原子上的氢原子 ∀
ƒ• • 阻燃木材的热解反应 ∀对比分析 ƒ !Š !… !˜和 °„试样的 Š≤pƒ×Œ• 试验结果 o并结合木材主要
组分纤维素 !半纤维素和木质塑的结构和性质特点 o可得出如下认识 }tlƒ• • 阻燃紫椴热解时糖类k半纤维
素 !纤维素l发生脱水反应生成含有 ≤ € ≤双键的不饱和化合物及羰基化合物k多羟基化合物脱水 o然后异构
化形成羰基lk图 wl ∀ul半纤维素脱乙酰基生成乙酸 ∀vl糖类降解得到小分子不饱和化合物 ∀wl木质素发
生热降解反应 o生成酚类化合物 ∀
在图 w中的各个 ƒ×Œ• 谱图的噪音及水峰较强 o主要原因是待测组分的含量太低k相对于红外检测器l o
这给图谱解析造成一定困难 ∀热解产物的精细结构有待于通过 Š≤p≥等方法进一步鉴定 ∀
v 结论
ƒ• • 阻燃木材受热时 o随着温度的升高 o在 ƒ• • 及其分解产物的催化下 o木材逐步发生聚糖脱水 !半纤
vxt 第 w期 王清文等 }用 ƒ×Œ• 法研究木材阻燃剂 ƒ• • 的阻燃机理
图 w ƒ• • 阻燃紫椴木材 xss ε 热解部分挥发性产物的 ƒ×Œ• 谱图
ƒ¬ªqw ƒ×Œ• ¶³¨¦·µ¤²©¶²°¨²©·«¨ √²¯¤·¬¯¨ ³µ²§∏¦·¶©²µ°¨ §¬±·«¨ ³¼µ²¯¼¶¬¶²©ƒ ¤·xss ε
维素脱乙酸 !聚糖降解 !木质素降解 !木材热解产物聚合 !脂肪族聚合物脱氧及芳构化等反应 o最终炭化 ∀
在 ƒ• • 阻燃木材热解产物中 o检测到二氧化碳 !乙醛 !乙酸 !u p呋喃甲醛 !u p乙酰基呋喃 !丙酸 !甲酰
胺 !乙酰胺 !u p甲氧基苯酚和 u ox p二甲氧基苯酚等 ts种挥发性小分子有机化合物 ∀其他尚未鉴定精细结
构的含量较高的成分均为含氧的羰基化合物 o其中多数含有羟基 !醚键或者 ≤ € ≤双键 ∀
ƒ• • 阻燃剂改变了木材的热解途径 o并且显著降低了挥发性有机化合物的生成量 o这是 ƒ• • 阻燃剂能
够显著降低木材燃烧时热释放的根本原因 ∀
参 考 文 献
王清文 qusss q木材阻燃工艺学原理 q哈尔滨 }东北林业大学出版社 ovu p wv
王清文 o李 坚 qussw¤q用热分析法研究木材阻燃剂 ƒ• • 的阻燃机理 q林产化学与工业 ouwkvl }vz p wt
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王清文 o李 坚 o吴绍利 o等 qussu q用 ≤’‘∞法研究木材阻燃剂 ƒ• • 的抑烟性能 q林业科学 ov{kyl }tsv p ts|
王清文 o谢延军 o李淑君 o等 qusss qƒ×Œ• 显微技术在阻燃木材炭化过程及阻燃剂渗透研究中的应用 q东北林业大学学报 ou{kwl }ys p yv
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