Fe、Mn掺杂APP/硅凝胶对泡桐的阻燃抑烟性能

作者：王勇; 袁利萍^*; 何东风; 胡云楚; 袁光明

来源：中南林业科技大学学报, 2023, 43(12): 197-205.

DOI：10.14067/j.cnki.1673-923x.2023.12.019

• 硅凝胶
• 掺杂
• 原位构建
• 催化成炭
• 阻燃抑烟

【目的】利用氮-磷阻燃剂和金属盐/介孔凝胶的高效协同阻燃作用，减少木质材料热量释放的同时，降低其烟雾毒气，探索木质材料高效阻燃基础上解决火灾烟雾毒气问题。【方法】通过真空加压浸渍处理将硅源前驱物和APP的复合阻燃剂负载于泡桐细胞腔中，并原位构建APP/硅凝胶复合体系。采用SEM、CONE、TGA等测试与分析手段研究APP/硅凝胶复合体系对泡桐的阻燃减毒作用。【结果】SEM显示掺杂改性的凝胶颗粒成功地沉积在木材导管和细胞腔中，与细胞壁结合紧密。CONE试验表明，APP/硅凝胶能高效抑制木材的热释放，但却无法减少烟雾毒气的生成，这一直是APP阻燃剂需要克服的缺点。Fe、Mn掺杂的PF-Fe/APP/Gel与PF-Mn/APP/Gel的PHRR、THR等热释放值比PF-APP/Gel试样下降更为显著，其THR较于泡桐素材PF-UN也分别下降了66.05%、75.62%，比PF-APP/Gel减少了7.7、10.8 MJ/m2。同时PF-Fe/APP/Gel与PF-Mn/APP/Gel表现了优异抑烟作用，不仅其TSP2较PF-UN分别下降了13.9%、13.43%,SPR降低了64.9%、66.2%，其SPR、TSP、YCO也明显低于PF-APP/Gel。由TGA可知，APP的加入可明显提高浸渍泡桐成炭量，使其在更低的温区成炭，但PF-APP/Gel在600～800℃高温区稳定性下降，Fe、Mn掺杂可提高试样在高温下的稳定性。PF-Fe/APP/Gel和PF-Mn/APP/Gel在800℃的残炭量从PF-UN的19.9%上升到38.3%、38.2%，比PF-APP/Gel也提高约4%。残炭分析发现PF-Fe/APP/Gel和PF-Mn/APP/Gel的CONE试验残炭形成了一个绵延致密的整体炭层。【结论】研究表明，在木材催化成炭的过程中，Fe、Mn盐能明显促进APP/硅凝胶与泡桐的成炭作用，形成的Fe(Mn)-Si-磷酸盐炭层质量高，是抵挡材料的热量释放和烟气产生的致密坚固屏障。

• 单位
  中南林业科技大学