复合型高效阻燃剂是当前阻燃技术研究的重要方向之一。根据木材阻燃的炭量增加理论,利用水溶性试验、灼烧成炭试验和热分析方法研究了聚磷酸铵的合成条件、聚磷酸铵2硼酸复合阻燃剂的复合阻燃效应。聚磷酸铵的最佳合成条件是:磷酸:尿素摩尔比为1∶1.8,预聚合温度为(124±2)℃,预聚合反应时间为25min左右,聚合固化温度230～240℃左右,聚合固化时间为140min左右。在最佳条件下合成的聚磷酸铵的聚合度为23.3,溶解度为0.67g/100mL水,阻燃处理杨木粉在400℃灼烧30min的成炭率为38.9%,是同一条件下未处理杨木粉灼烧成炭率的2.15倍。聚磷酸铵和硼酸以4∶1复配所制得的聚磷酸铵2硼酸复合阻燃剂,对木粉的成炭率为40.5%,相对复合阻燃效应为43.2%。200～300℃是木粉热解燃烧的主要阶段,也是阻燃剂发挥阻燃作用的主要阶段。聚磷酸铵2硼酸复合阻燃剂在高温下不仅能催化木材产生更多的木炭,而且能使木炭结构紧密、不易燃烧。

聚磷酸铵热稳定性好,产品接近中性,并可以与其它阻燃剂混合,分散性好,同时价格便宜,毒性较低,使用安全。国内聚磷酸铵阻燃剂的聚合度为20～50;C.Drevelle等,聚磷酸铵的聚合度为700,溶解度低于1%。目前国内外对聚磷酸铵合成工艺及在聚合物中阻燃应用的研究报道较多,未见其在木材阻燃方面的研究报道。

复合型高效阻燃剂是当前阻燃技术研究的重要方向之一。硼酸和聚磷酸铵具有原料充足、价格便宜、阻燃效果好、对环境无害的特性,将两者按一定配比复合可以提高阻燃效果。阻燃木材的灼烧成炭量是评价阻燃性能的重要指标之一。木材阻燃的炭量增加理论认为,木炭具有隔热隔气的作用,阻燃剂可以改变木材热解反应的途径,降低木材热解的起始温度,使木材的热解反应朝着生成更多的炭和水、减少可燃性气体的方向变化。

阻燃剂的水溶性也是评价阻燃剂的重要性能指标之一。阻燃剂溶解性较大,则容易出现潮解、结霜、淋失等现象,导致阻燃性能丧失、加工使用性能下降。

将磷酸和尿素在最佳预聚合温度(124±2)℃下预聚合,然后在最佳聚合固化温度240℃下分别聚合固化40、60、90、120、140、160、180min,得到7个聚磷酸铵样品。分别对这7个聚磷酸铵样品进行水溶性实验和对木粉的灼烧试验。根据实验结果,获得了聚磷酸铵的灼烧成炭率曲线和水溶性曲线.灼烧成炭试验和水溶性试验结果表明,聚磷酸铵的最佳合成条件是:磷酸:尿素摩尔比为1∶1.8,预聚合温度(124±2)℃(反应约25min),聚合固化温度230～240℃左右,聚合固化时间为140min左右。

在最佳条件下合成的聚磷酸铵的聚合度为23.3,溶解度为0.67g/100ml水,阻燃处理杨木粉在400℃灼烧30min的成炭率为38.9%,是同一条件下未处理杨木粉灼烧成炭率(为18.1%)的2.15倍。灼烧成炭试验结果表明,聚磷酸铵和硼酸以4∶1复配所制得的聚磷酸铵2硼酸复合阻燃剂,对木粉的成炭率为40.5%,相对复合阻燃效应为43.2%。

灼烧残重曲线和热分析结果表明,200～300℃是木粉热解燃烧的主要阶段,也是阻燃剂发挥阻燃作用的主要阶段。聚磷酸铵2硼酸复合阻燃剂使木炭结构紧密和不易燃烧。

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