李延軍，徐世克，杜蘭星，余肖紅，魏 濤，劉紅征

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江 臨安 311300；2. 浙江大莊實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 311200）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，將珍貴樹種木材制成的薄木貼在人造板表面作為裝飾已成為時(shí)尚。然而，隨著珍貴樹種木材產(chǎn)量逐漸減少，薄木的價(jià)格越來(lái)越高，開發(fā)新的類似木材性能的微薄竹貼面裝飾材料就具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。刨切薄竹具有特殊的紋理和清新自然、真實(shí)淡雅的質(zhì)感，深受用戶青睞，在歐、美等國(guó)家尤其受到歡迎，可部分代替珍貴木材單板，用作家具、地板等的裝飾裝修材料[2]。目前刨切薄竹產(chǎn)品不僅在歐美廣受青睞，而且在國(guó)內(nèi)也有較大的發(fā)展市場(chǎng)。

木材阻燃理論主要有 4種，即覆蓋理論、氣體理論、熱理論和化學(xué)理論[3]。熱分析法為評(píng)價(jià)木材及木質(zhì)人造板的阻燃性能和研究阻燃機(jī)理提供了有效的手段[4]。熱分析技術(shù)包括熱重分析（TG）、差熱分析（DTA）、差示掃描量熱法（DSC）以及熱機(jī)械分析法等方法[5～7]。本文利用磷酸氫二銨[(NH4)2HPO3]和硼砂（Na2B4O7·10H2O）處理刨切薄竹，并且采用熱重分析儀研究阻燃刨切薄竹的熱解性能，探究阻燃刨切薄竹的阻燃機(jī)理，為阻燃刨切薄竹的實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)，拓展刨切薄竹的應(yīng)用范圍。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

刨切薄竹：取自浙江森瑞竹木業(yè)有限公司，單面貼無(wú)紡布，厚0.6 mm，裁剪成10 cm×10 cm（長(zhǎng)×寬）的試樣。

阻燃劑：南京奧佳化工有限公司生產(chǎn)的磷酸氫二銨（分析純）和硼砂（分析純），按4：1（質(zhì)量）組成。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 阻燃處理 將刨切薄竹浸漬不同濃度阻燃劑，瀝干后計(jì)算載藥量Q，載藥量計(jì)算公式：

式中，m1為試樣浸漬前的質(zhì)量，m2為試樣浸漬后的質(zhì)量，n為浸漬液濃度。

選取載藥量為3%，4%，7%的阻燃刨切薄竹用于熱重實(shí)驗(yàn)。

1.2.2 熱重實(shí)驗(yàn) 德國(guó)耐馳公司STA409PC熱分析儀，主要技術(shù)指標(biāo)：溫度范圍室溫至1 550℃；靈敏度4.0 ～ 4.5 μV/mW；樣品最大質(zhì)量18 g；同步熱分析方法（DTA/DSC-TG）：將熱重分析TG與差熱分析DTA或差示量熱掃描DSC結(jié)合為一體，在同一次測(cè)量中利用同一樣品可同步得到熱重于差熱信息。

將阻燃刨切薄竹在50℃下烘至恒重，利用手工鋼鋸制成粉末，研磨，通過(guò)60 ～ 80目篩，用于熱重實(shí)驗(yàn)。熱重實(shí)驗(yàn)條件為：試驗(yàn)在程序控制的持續(xù)線性升溫的氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行，氮?dú)饬髁?0 mL/min，升溫速率20℃/min，熱解溫度范圍23 ～ 800℃，樣品用量10 mg，參比物為α-Al2O3。

2 結(jié)果與分析

在熱分析儀上測(cè)定未阻燃處理刨切薄竹和阻燃處理不同載藥量薄竹的TG和DTG曲線，如圖1所示。阻燃薄竹的DTG曲線特征值見表1。

從圖1可以看出，無(wú)論是未處理刨切薄竹還是阻燃刨切薄竹的TG和DTG曲線都具有相似的變化規(guī)律。與木材的熱解過(guò)程相似，薄竹的熱解過(guò)程大致可分為4個(gè)階段[3]：①失水干燥。在約50℃時(shí)開始發(fā)生失重，失重量6% ～ 7%，與薄竹中的含水率相當(dāng)。該過(guò)程主要是竹材組織吸著水分受熱蒸發(fā)過(guò)程，為吸熱過(guò)程；②預(yù)炭化階段。該階段的熱解失重很小，此時(shí)薄竹受熱分解的速度變緩，竹材中的半纖維素和纖維素等組分逐漸分解放出CO2、CO、CH4、CH3OH、CH3COOH等；③炭化階段。在約200℃開始發(fā)生明顯的失重，235 ～ 380℃有一個(gè)失重速率和失重百分比均很大的失重過(guò)程。該區(qū)間曲線長(zhǎng)而陡，是熱分解產(chǎn)生重量損失的主要階段。由預(yù)炭化階段生成的可燃性氣體著火，出現(xiàn)有焰燃燒。TG曲線減量在47% ～ 60%；④煅燒階段。該區(qū)間曲線變緩，木材的失重率逐漸減少，熱解失重達(dá)到最大并保持不再失重，在DTG曲線上更加清楚地表現(xiàn)出來(lái)。這時(shí)的可燃?xì)怏w已經(jīng)很少，因而由有焰燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)焰燃燒。

圖1 不同載藥率刨切薄竹的TG曲線和DTG曲線Figure 1 Curve of TG and DTG of sliced bamboo veneer with different drug loading

由圖1可見，不同阻燃劑載藥量對(duì)刨切薄竹的熱解過(guò)程會(huì)產(chǎn)生影響，熱重曲線也有很大不同。從TG曲線比較可以看出，在失水干燥階段，未處理刨切薄竹和阻燃刨切薄竹曲線基本相同。阻燃處理的刨切薄竹分解起始溫度和最大質(zhì)量損失速率時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度均比未處理薄竹低。

表1 阻燃刨切薄竹的DTG曲線特征值Table 1 Characteristics of DTG curves

由表1可知，未阻燃處理薄竹的分解起始溫度為232℃，最大質(zhì)量損失時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度為357.9℃；阻燃處理薄竹分解起始溫度為210℃左右，載藥量3%，4%，7%的阻燃刨切薄竹的最大質(zhì)量損失時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度分別為349.6、353.1、343.3℃。且阻燃刨切薄竹在23 ～ 130℃溫度區(qū)間還有部分熱解，失重率約為5%。由于纖維素的熱分解途徑為：大于 250℃時(shí)，發(fā)生劇烈的吸熱反應(yīng)，生成焦油，進(jìn)一步發(fā)生放熱和吸熱反應(yīng)，產(chǎn)生可燃?xì)怏w；小于250℃時(shí)反應(yīng)緩慢，發(fā)生少量的吸熱反應(yīng)，生成脫水纖維素，進(jìn)一步發(fā)生放熱反應(yīng)，生成炭、CO2、H2O、CO。因此，熱分解起始溫度降低，可減少可燃性氣體的生成，同時(shí)促進(jìn)竹材的脫水炭化。

從失重達(dá)到平衡狀態(tài)后的成炭率來(lái)看，未處理的刨切薄竹成炭率約為17.9%，由表1可以看出，未阻燃薄竹的殘余質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.96%，載藥量3%、4%、7%的殘余質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為23.75%、25.54%、27.4%，其殘余質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別比未阻燃薄竹增加了 32.2%、41.98%、52.56%，說(shuō)明利用本阻燃劑處理的薄竹阻燃效果明顯，并且隨著載藥率的增加阻燃性能也相對(duì)增加。成炭率提高，成炭量的增加說(shuō)明揮發(fā)物減少，炭化程度提高。因?yàn)橥ǔＳ醒嫒紵龑?duì)火勢(shì)蔓延起著決定性作用，通過(guò)增加炭產(chǎn)量，從而減少可燃性揮發(fā)物的生成，有可能抑制有焰燃燒。所以，阻燃的產(chǎn)炭量增加理論認(rèn)為：產(chǎn)炭量可以作為阻燃效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)炭量越高，阻燃劑的有效性越好。

3 結(jié)論

（1）與未阻燃刨切薄竹相比，經(jīng)磷酸氫二銨和硼砂復(fù)配的阻燃劑處理后的刨切薄竹具有較好的熱穩(wěn)定性。未阻燃薄竹的殘余質(zhì)量分?jǐn)?shù)17.96%，載藥量3%、4%、7%的殘余質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為23.75%、25.54%、27.4%，殘余質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加了 32.2%、41.98%、52.56%。阻燃刨切薄竹的質(zhì)量損失率明顯減小，成炭率也有了較大的提高。隨著刨切薄竹載藥量的增加，阻燃效果也越明顯。

（2）阻燃刨切薄竹的熱解起始溫度相對(duì)未阻燃處理刨切薄竹提前，說(shuō)明阻燃處理促使薄竹提前熱解，釋放出難燃?xì)怏w，同時(shí)可減少可燃性揮發(fā)產(chǎn)物的生成，能有效延緩火勢(shì)蔓延，促進(jìn)薄竹向成炭的方向燃燒。

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