阻燃木材组分产烟性与其热解的关系

摘要

本文选用紫椴木材为实验材料，在借鉴木材组分常规分离方法的基础上，建立了分离提纯木质素、半纤维素和纤维素三种主要组分的具体提取工艺：磨木木素采用 Bj6rkmann方法提取；木聚糖采用10％KOH溶液浸提，5％KOH溶液溶解提纯；进一步去除半纤维素，使得纤维素达到更高纯度。采用浸泡烘干法对纤维素板及提取的木材化学组分进行阻燃处理，采用的阻燃剂包括磷酸脒基脲(GUP)、硼酸、磷酸二氢铵(MAP)、硼砂、磷酸二胍(DGP)以及磷氮硼复合阻燃剂FRW等不同种类。 采用热分析(热重分析TG、差示扫描量热分析DSC)和裂解．气相色谱．质谱联机分析(Py-GC-MS)等手段对木材主要组分的热解行为进行了较为系统的研究。借助于锥形量热仪(CONE)对纤维素进行发烟性能的测定。 CONE研究结果表明：阻燃材料发烟峰出现时间提前，第一发烟峰强度略微增强，第二发烟峰则明显减弱，甚至消失；总烟释放量较未处理材料有明显的减少；红热燃烧阶段，GUP处理材的一氧化碳生成速率比未处理材要高，而FRW和硼酸处理材的一氧化碳生成速率无明显变化；经过阻燃处理的材料其二氧化碳生成速率变小。 热分析结果表明：阻燃处理木材组分热解最终成炭率均增加。硼酸促进纤维素的分解，对木聚糖有一定的成炭促进作用，而对木质素作用相对较小。木材各组分热解过程不随有机含磷化合物结构的不同而变化，其对纤维素有促进低温下分解的作用。无机含磷化合物明显降低木材各组分的分解温度，提高处理样品的成炭率。磷氮硼复合体系FRW对木材各组分热解过程的影响不是加和性的，而是协同性的。 Py-GC-MS分析表明：在500℃的裂解条件下，木质素经硼酸和有机磷酸盐处理后，分解产物中可挥发性小分子化合物的含量减少，经过无机磷酸盐和硼砂处理后，高C/H比化合物的含量降低；含硼化合物延缓木聚糖热解，使木聚糖更容易形成焦炭；经过含磷化合物的处理，热解焦油中高C/H化合物的含量增加，有机磷酸盐处理木聚糖增加程度更明显；硼酸及含磷化合物处理的纤维素的热解产物中气体小分子化合物的百分含量升高，高C/H化合物的含量降低：氮磷硼复合体系对木材的纤维素、木聚糖和木质素的热解都有协同影响效应。 经过阻燃处理的纤维素发烟性能明显小于未处理纤维素。纤维素的发烟性与纤维素热解产物中高C/H化合物的含量有关，有毒性气体的释放，取决于热解过程中非凝聚相的热解产物的含量。第一发烟峰出现峰值时间与纤维素点燃时间有关，经过阻燃处理的纤维素其点燃时间均提前。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1合成高分子材料的抑烟研究概述

1.1.1聚合物燃烧与发烟

1.1.2 PVC热解与抑烟的研究进展

1.2天然高分子热裂解特性的研究进展

1.3木材的组成、结构与燃烧性质

1.4木材阻燃剂及其抑烟作用

1.4.1木材阻燃剂的分类

1.4.2木材阻燃剂的阻燃机理研究进展

1.4.3木材阻燃剂的抑烟研究进展

1.5本课题研究的指导思想和内容

2木材主要组分的分离提纯及阻燃处理

2.1木材主要化学组分的分离提纯

2.1.1实验仪器及实验材料

2.1.2实验方法

2.2木材各化学组分的阻燃处理方法

2.3本章小结

3阻燃纤维素板发烟性的锥形量热仪研究

3.1阻燃纤维素板发烟性研究的锥形量热仪方法

3.1.1实验原理

3.1.2实验仪器及实验材料

3.1.3实验方法

3.2阻燃剂对发烟性能的影响

3.3阻燃剂对烟毒性的影响

3.4本章小结

4热分析法研究木材组分的热解行为

4.1木材组分的热分析(TG、DSC)

4.1.1实验原理

4.1.2实验仪器及参数

4.1.3实验方法

4.2木材组分热解行为和成炭行为的TG和DSC研究

4.3阻燃剂对木材热解行为和成炭行为的TG和DSC研究

4.3.1阻燃剂对纤维素热解行为和成炭行为的TG和DSC研究

4.3.2阻燃剂对木聚糖热解行为和成炭行为的TG和DSC研究

4.3.3阻燃剂对木质素热解行为和成炭行为的TG和DSC研究

4.4本章小结

5 Py-GC-MS法研究木材组分的热解行为

5.1木材组分的Py-GC-MS分析

5.1.1实验原理

5.1.2实验仪器及参数

5.1.3实验方法

5.2热解温度的选择

5.3阻燃剂对纤维素热解行为的Py-GC-MS研究

5.3.1纤维素热解产物分析

5.3.2含硼化合物对纤维素热解产物组成的影响

5.3.3含磷化合物对纤维素热解产物组成的影响

5.3.4磷氮硼复合阻燃剂对纤维素热解产物的影响

5.4阻燃剂对半纤维素热解行为的Py-GC-MS研究

5.4.1木聚糖热解产物分析

5.4.2含硼化合物对紫椴木聚糖热解产物组成的影响

5.4.3含磷化合物对紫椴木聚糖热解产物组成的影响

5.4.4磷氮硼复合体系对紫椴木聚糖热解产物组成的影响

5.5阻燃剂对木质素热解行为的Py-GC-MS研究

5.5.1木质素热解产物分析

5.5.2硼化合物对紫椴木质素热解产物组成的影响

5.5.3磷化合物对紫椴木质素热解产物组成的影响

5.5.4磷氮硼复合阻燃剂对紫椴木质素热解产物组成的影响

5.6本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢