硅酸钠/硼酸处理增强杨木和辐射松阻燃性能

摘要

先后采用质量分数为10%的硅酸钠(SS)水溶液和5%的硼酸(BA)水溶液,在真空加压辅助条件下通过两步法分别对人工速生林杨木和辐射松进行浸渍处理,制备阻燃杨木和阻燃辐射松木材(SS/BA处理)。未处理素材、10%SS处理材和5%BA处理材作为SS/BA处理材的对比试样。扫描电子显微镜分析显示,SS、BA或者SS/BA在木材中分别以纳米颗粒、微米薄片和微米块状体的形式分布于细胞腔等大孔隙中;SS/BA在细胞腔内的微米块状体表明SS与BA发生反应生成块状凝胶,阻塞了木材细胞腔通道。经SS或者SS/BA处理的杨木出现了一定程度的细胞皱缩现象,表明木材细胞壁组分如木质素和半纤维素经碱性的改性液处理后出现化学降解或物理溶出。X射线能谱分析显示,在细胞壁中存在大量的硅和硼元素,证明改性剂分子能够扩散进细胞壁内部。傅里叶红外变换光谱结果显示,SS与BA二者能够在木材细胞中反应生成凝胶,但缺乏与木材形成化学键的充分证据;经SS或SS/BA处理的木材,其位于1730 cm^(-1)处的羰基特征峰消失,进一步说明了半纤维素等组分的降解和溶出。热重分析表明,SS/BA两步处理的木材最大热降解速率降低,残炭率提高,表明二者协同催化低温成炭,保护木材表面;通过锥形量热仪对木材燃烧性能分析,与对照组相比,经SS/BA两步处理后的杨木和辐射松的点燃时间分别由35和36 s延长至55和53 s,放热速率分别降低了59.9%和51.5%,总热释放量分别降低了56.9%和51.4%,烟生成速率分别降低了83.1%和91.8%,总产烟量分别降低了90.9%和84.2%。上述结果表明,SS物理隔绝作用和BA催化木材成炭作用能够协同增强木材的阻燃性能。