基于原位聚合的多级孔分子筛膨胀型木材阻燃剂构建及作用机制

Wood Fire retardants have some disadvantages such as low effeciency of flame retardant, and negative effect on the wood properties. The objective of this project are to synthesize green and efficient fire retardant and to propose the synergistic mechanism of porous molecular sieve on intumescent fire retardant. Porous molecular sieve/intumescent fire retardant will be prepared by in situ polymerization method. The mechanism of formation of intumescent carbon layer, degradation processwill be elucidated. Based on the structure, properties and fire retardant efficiency, the relationships at the molecular level were clarified.The results from this project will provide a new method for synthesizing novel, high efficient fire retardant and new fire retardant materials. The project is also helpful to propose the synergistic fire retardant mechanism of porous molecular sieve/intumescent fire retardant on treated wood.

针对现有木材阻燃剂阻燃效率低的问题，通过引入协效剂来提高阻燃效率、降低阻燃剂载药量成为阻燃剂研究的重点。本项目以构筑绿色高效阻燃剂、解明其协效作用机理为目标，以多级孔分子筛为反应容器，原位聚合制备多级孔分子筛膨胀性阻燃剂。阐明分子筛孔径尺寸与分布对阻燃剂结构、膨胀炭层形成机制、热解历程作用机理，从分子水平揭示膨胀性阻燃剂的结构、性质与阻燃效率间的关系。分析多级孔分子筛膨胀性木材阻燃剂对阻燃木材热解历程、成炭机制、烟转化机制作用，研究成果将为新型高效阻燃剂及新型阻燃材料的开发提供新思路，有助于解明多级孔分子筛协效阻燃木材的阻燃机制。

木材是由纤维素、半纤维素和木质素三种天然有机高分子为主构成的复杂多孔性有机物质，因此属于可燃材料。据分析，住宅火灾中70%是由于木质材料缺乏耐火性引起的，对人们的生命和财产造成很大的危害和损失。为了减轻火灾危害，需对所用木材进行阻燃处理。因此，木材阻燃研究对于木材加工行业发展、林业产业体系建设具有重要意义。. 木材阻燃常用的方法是引入阻燃剂。含卤素阻燃剂在燃烧时易放出具有刺激性和腐蚀性的卤化氢气体，对环境造成了严重影响，在环保意识愈来愈强烈的今天，卤素阻燃剂的应用已经逐渐受到限制。磷氮类木材阻燃剂通常需要较高的载药量才能达到一定的阻燃效果，这会使木材的强度下降，易吸湿，与木材相容性差，以迁移到木材表面，影响木材表面装饰及视觉效果。. 本项目采用水热晶化法和模板法制备了具备不同孔径的多级孔分子筛，采用原位分散聚合方法合成多级孔分子筛/膨胀型阻燃剂，研究了不同水平多级孔分子筛对木材热降解行为与燃烧性能影响，分析了多级孔分子筛介孔尺寸对木材热释放性能与产烟性能关系，采用热重-红外联用手段分析了热解过程产物变化，进而探究了多级孔分子筛/APP复合协效阻燃剂对木材的阻燃协效机制。结果表明加入1%的多级孔分子筛，能有效抑制火灾的蔓延和生长。随着孔径尺寸增加，多级孔分子筛对燃烧过程中总热量释放影响不大，对烟气及CO的减少作用更明显。这可能是由于多级孔分子筛中的介孔起到了关键作用。. 本项目的研究为研究开发绿色、环保高效阻燃剂提供了一种新思路，为后续多功能木质材料的制备与研究奠定了理论与实践基础，对安全使用木质材料的推广起着重大作用。.