碱木质素基氮磷阻燃剂提升速生杨木的阻燃抑烟性能

摘要

生物质基阻燃剂因其环境友好性和可持续性而受到广泛关注，尤其是开发高效阻燃且易于应用的生物质基阻燃剂已成为当前研究的热点。通过氯乙酸钠对工业碱木质素进行羧甲基化改性，制备水溶性的羧甲基碱木质素(CAL),并以乙二醛、尿素和三聚氰胺为原料合成三聚氰胺脲醛(MUG)树脂用于交联木材，随后将CAL、MUG与磷酸氢二铵(DAP)复配，制得木质素基阻燃剂。通过真空辅助渗透-加压浸渍处理杨木试件，制备木质素基阻燃剂改性木材，并系统探讨3种组分对木材的物理力学性能、微观形貌以及燃烧性能的影响。结果表明：羧甲基化改性有效改善了碱木质素的水溶性，加压浸渍工艺使木质素基阻燃剂均匀分布在木材内部。MUG树脂能有效填充到木材孔隙，在导管与细胞壁上形成了坚固致密的结构，使木材弯曲强度提高至118.7 MPa。CAL与MUG复配改性杨木的流失率为51.51%,而CAL、MUG与DAP复配阻燃剂使改性组的流失率进一步降至42.55%。锥形量热分析结果表明，CAL、MUG与DAP复配阻燃剂改性材的热释放速率相比未处理木材下降33.20%,热释放总量减少20.35%,烟释放总量减少78.51%。对残炭的形貌和化学结构分析发现，阻燃剂中氮磷协同作用能够改变CAL与木材的成炭路径，促使其形成坚固致密的炭层结构。研究结果表明，复配木质素基阻燃剂改性木材能有效延缓火焰的燃烧与扩散速度，显著延长火灾发生时的逃生时间，为开发高性能生物质基阻燃剂提供新思路与技术路径。

关键词

木材阻燃 / 羧甲基碱木质素 / 协同效应 / 磷酸氢二铵