精细化工中间体及其他木材阻燃处理工艺研究李燕芸，刘霞，胡应喜，刘文涛，吕九琢，陈斯，王丽（北京石油化工学院化工系，北京102600）定比例配成阻燃液，经两次浸渍处理、高温聚合获得阻燃木。采用正交实验探讨了各种因素的影响，测定了阻燃木材的阻燃性能。较优的阻燃处理工艺是一次浸渍液的质量分数为15， pH =11，时间为24 h ， ℃烘干6 h 二次浸渍液的质量分数为20 ，时间为14 h.此条件下经火管法测试为阻燃一级。
木材阻燃的关键在于选择合适的阻燃配方和合理的处理工艺，这样才能收到较好的阻燃效果。常用的磷氮系阻燃剂被认为是较好的木材阻燃剂。经常温、常压两次浸渍工艺，依次将两种阻燃液分别注入木材中，使药剂之间，以及阻燃剂各组分与木材纤维素、半纤维素之间反应，在木材内部生成不溶于水的成分，沉积在木材的细胞壁或细胞腔中验采用二次浸渍工艺，即首先将双氰胺、甲醛、尿素按一定配比浸渍木材，经高温烘干，三者在木材内部反应，生成线型聚合物二次浸渍磷酸二氢铵使磷氮发挥协同作用，并降低了使用量，所得的阻燃木材经行业标准火管法测定可达阻燃一级。该工艺简单，所得阻燃木具有良好的抗流失性，所选择的阻燃处理条件可作为工业生产的参考。
1实验1 .1主要化学试剂和仪器双氰胺（上海化学试剂站中心化工厂），甲醛（北京化工三厂），尿素（北京化工厂），磷酸二氢铵（北京红星化工厂）均为化学纯苯扎溴铵溶液（5 新洁尔灭），北京双桥制药二厂，医用氢氧化钠（北京化工厂），分析纯电热鼓风干燥箱（北京精通仪器厂）火管（自制）。
1.2正交实验1.2.1浸渍前木材处理12.0 g的松木块，在℃烘干至质量恒定，记作木材质量。
1.2.2一次浸渍准确称取各配方中双氰胺、尿素的质量及甲醛（质量分数为36 ）的体积，加入到500 mL烧杯中，加水至所需体积，搅拌使其溶解混匀，用NaOH调节pH ，加入适量的新洁尔灭搅匀，然后将已质量恒定的木块浸入此阻燃液中，按预定时间取出，在一定温度下烘干至质量恒定，记录吸药后木块质量。
1.2.3二次浸渍称取一定量的磷酸二氢铵放入500 mL烧杯中，加水至指定体积，搅拌溶解后，再加入适量新洁尔灭搅匀，再次放入经一次浸渍处理并烘干至质量恒定的木块，按指定时间取出，在一定温度下烘干至质量恒定，记录数据。
1.2.4正交实验对阻燃处理工艺的影响因素进行了正交实验，选取7因子3水平研究了一次浸渍液的质量分数、pH值、浸渍时间、烘干温度及烤干时间二次浸渍液的质量分数、浸渍时间等影响因素。正交实验采用平行实验的最佳配方。7因子3水平的正交实验设计方案如表1所示。
水平因子一次浸渍液的质量分数/ 一次浸渍时间/h一次浸渍液pH值第一次烘干温度/℃第一次烘干时间/h二次浸渍液的质量分数/ 二次浸渍时间/h 2结果与讨论2 .1正交实验结果正交实验结果如表2所示，选定7因子3水平进行了18次实验。阻燃木材的失重率应越小越好，因此从M的结果看， A最好，S 1.因此本实验的最佳工艺条件为A实验号影响因素载药量失重率2.2聚合反应原理木材的磷氮系阻燃剂阻燃机理十分复杂，国内研究较少。双氰胺、甲醛和尿素在碱催化下，80～120℃进行聚合反应。
2.2.1甲醛与尿素发生加成反应生成二羟甲基脲甲醛与尿素的物质的量比最好不超过2∶1.
2.2.2双氰胺与甲醛反应得到N氰基N羟甲基胍2.2.3三者发生聚合反应以上3种物质常温混合时，聚合反应速度很慢，混合溶液浸渍木材后经高温烘干，加速反应进行，并与木材的纤维素等相互作用，各物质的用量之间要求一定的比例，因此在选择用量时，甲醛的用量必须大于双氰胺和尿素的用量之和。此聚合反应生成线型聚合物，二次浸渍木材的磷酸二氢铵是利用磷的多元性把线型聚合物各分子之间交联起来，形成体型聚合物，遇火时，磷酸盐首先失水，在高温下，形成膨胀性焦炭层，隔热阻氧，聚合物形成许多P―N键，有利于进行脱水炭化反应，赋予木材永久性的阻燃性，它可以防止阻燃剂的流失，而且可以增强木材的力学性能。
2.3阻燃木材性能测试―――火管法按照公安部行业标准《阻燃木材燃烧性能实验方法？火管法》的要求进行实验，按标准要求自制火管装置。
实验条件：火源为普通液化气罐，调节燃气流量使燃烧器产生280 mm高的火焰，并使火管顶端温度光滑须在温度（23±2）℃、湿度（50±5）的条件下，使试件质量恒定。
标准判定条件见表3 ，采用最佳配方和最佳工艺条件处理木材，所得阻燃木实验结果见表4.
分级燃烧失重率/ 有焰燃烧时间/min阻燃一级阻燃二级阻燃三级序号烧前质量/g烧后质量/ g失重率有焰燃烧时间/min其他现象撤离火源立即部分炭化，无灰分撤离火源立即部分炭化，无灰分撤离火源立即部分炭化，无灰分平均从结果看，有焰燃烧时间4 min ，失重率30 ，基本可达阻燃一级。
3结论3 .1最佳工艺条件将选取的木块在℃烘干至质量恒定，浸入质量分数为15的最佳配方的一次浸渍液中，调pH≈11，加入新洁尔灭搅匀，24 h后取出，在100℃烘干6 h ，然后℃烘干至质量恒定。此后将木块二次浸入质量分数为20的磷酸二氢铵溶液（加新洁尔灭少许）中，14 h后取出，最后于℃烘干至质量恒定。
3.2阻燃测试结果根据我国公安行业标准GA/T 42 .2―92阻燃木材燃烧性能实验方法―――火管法测试，以上最佳配方及最佳工艺条件处理的木材达阻燃一级。此方法若能实现工业化，可以把火灾隐患降到最低。
3.3复合型阻燃剂用甲醛、双氰胺、尿素和磷酸铵盐作为木材的阻燃剂，各组分物质浸入木材后，在℃反应，又都与纤维素、半纤维素的羟基有不同程度的反应，使阻燃剂各组分牢固地键合在木材中，阻燃效果可达阻燃一级，所以该种复合型阻燃剂除具有良好的阻燃效果外，兼具抗流失性，是值得推广的配方及处理工艺。
GA/ T 42.2―92，中华人民共和国公共安全行业标准（阻燃木材燃烧性能实验方法？火管法）[ S] .
郭成。木质材料阻燃机理研究综述[ J] .东北林业大学学报，李燕芸（1964 ），女，讲师。毕业于北京师范大学，现从事化学教学工作及精细化工方面的研究。
简讯我国2000年11月前淘汰发泡塑料餐具由国家经贸委、国家轻工业局、国家环保局等六局两部一委共同制定实施，从1999年11月起到2000年11月，我国将用年的时间淘汰一次性发泡塑料餐具，逐步改用纸浆、淀粉、植物纤维等易收集、易循环利用和易处理材料生产的餐具制品。目前我国快餐用具年需求量在100亿只以上，其中绝大部分是一次性发泡塑料制品，这种制品不仅破坏环境，而且其垃圾的直接处理费用是其生产成本的10倍以上。用纸浆、淀粉、植物纤维生产的餐具制品质量提高较快，到2000年年底以前完全能满足市场的需求。
〔修摘自《中国化工信息》， 1999， 47 ：8〕李燕芸，等：木材阻燃处理工艺研究