低煙毒阻燃中纖板發展現狀及趨勢

李碧英 顏明強 朱劍

摘要：本文主要對低煙毒阻燃中纖板的阻燃劑配方、阻燃中纖板的國內外發展現狀進行了綜述，分析了阻燃中纖板在煙氣毒性、膠黏劑的環保性研究、著色染料對中纖板環保性的影響、以及中纖板在抗菌防霉及阻燃劑易吸潮、易流失等方面存在的問題，指出了阻燃中纖板的發展方向。

關鍵詞：低煙毒;阻燃中纖板;發展現狀

中纖板由于具有良好的物理力學性能及綠色環保性能，且制品具有重量輕、強度高、絕緣性好、加工容易且外觀宜人等優點，目前已廣泛用于家具制造、隔斷、假墻、車船制造、家用電器等領域，是我國家具、室內裝飾、裝修業需求量最大的原材料之一。然而由于普通人造板均由可燃材料組成，裝飾裝修時一旦使用明火或超負荷用電，極易引發火災，且在火災發生時會加速火勢的蔓延或擴散。其中2017年“2?25”江西南昌海航白金匯酒店“唱天下”KTV裝修火災，2017年“2·5 ”浙江臺州“足馨堂”足浴中心內裝飾火災，2017年12月1日天津“城市大廈”裝修改造重大火災等更是給了我們慘痛的教訓。因為它不僅危及了人們的生命和財產安全，而且影響了社會穩定，引起了政府和主管部門的高度重視。鑒于此，低煙毒中纖板的阻燃技術及阻燃劑的研究便引起了消防科研人員和相關企業的廣泛關注。本文主要就低煙毒阻燃中纖板國內外發展現狀、存在的問題及發展趨勢進行綜述。

一、低煙毒阻燃中纖板國內外發展現狀

對于阻燃中纖板的研究，美國林產品實驗室早在20世紀60年代便開始對中纖板的阻燃處理進行研究，日本在1965年也開始對阻燃纖維板進行了研究。前蘇聯則分別采用濕法、濕干法、干法對中密度纖維板開展了阻燃處理研究，取得了較好的試驗效果，部分阻燃中纖板產品也已進入了市場。從阻燃技術來看，據文獻報道，歐美、日本等國使用的阻燃中纖板用阻燃劑均采用磷-氮型或磷-氮-硼型水溶性或難溶性阻燃劑。從產煙毒性來看，國外對中纖板煙毒沒有標準要求，目前煙毒仍然為危險（WX）級。從中纖板的顏色來看，歐美生產的阻燃中纖板一般做成粉紅色，日本的則一般要求原色（不染色）。

相對來說，我國對阻燃中纖板的研究起步較晚，近些年才開始不斷加強。GB20286-2006《公共場所阻燃制品及組件燃燒性能要求和標識》對公共場所阻燃家具、裝飾裝修材料等的燃燒性能及煙氣毒性做了強制規定，要求我國自2008年7月1日起新建或改建的公共場所必須采用滿足標準要求的阻燃材料。鑒于此，國內一些科研院所已開始對高性能阻燃中纖板進行研究，并取得了一定的研究成果。應急管理部四川消防研究所、廣州北林林產工業有限公司、浙江滬千森工科技股份有限公司和安徽阜陽大可新材料股份有限公司、中國林科院木材研究所等先后研發出了中纖板專用阻燃劑及阻燃中密度纖維板專用膠粘劑，并在廣東、江西、湖北和福州進行了投產。從目前的生產應用情況來看，我國的阻燃中纖板全部為有機紅色燃料染色脲醛板，一般均做成粉紅色（少量出口日本的產品為原色）。因此國內市場普遍認為紅色才是阻燃板，造成阻燃中纖板的生產環保問題一直無法解決，急需要研究替代有機紅色染料的環保型著色劑。

崔飛，顏龍[1]將磷酸二氫銨和硼酸以質量比4∶1復配使用時阻燃效率最高，并且具有優異的降低云南松在燃燒過程中的動態和靜態生煙特性，有效抑制松木裂解，殘炭量更多，達到更好的阻燃和抑煙效果。復配阻燃劑對云南松木的熱釋放速率（HRR）、總釋放熱（THR）有著顯著的降低。胡來勇，俞馬宏通過研究發現[2]磷酸氫二銨溶液浸漬后的楊木單板的載藥率、氧指數及水平垂直燃燒測試等級均高于硼酸銨。阻燃性能測試表明磷酸氫二銨的阻燃效果比硼酸銨更強，且把磷酸氫二銨和硼酸銨復配使用時，有明顯的協同阻燃效果。

張曉滕，母軍，儲淼，趙陽四人[3]研究出當三聚氰胺復合氮磷阻燃劑，當組分尿素、磷酸、三聚氰胺配方摩爾比為2.53∶3.2∶0.025時，阻燃處理了的楊木的抗吸濕性與阻燃性較好，吸濕率顯著低于氮磷阻燃劑處理木材，達到美國建筑規范<28%的要求，同時氧指數值顯著提高。與氮磷阻燃劑相比，三聚氰胺復合氮磷阻燃劑處理楊木的成炭率有所提高，第一熱釋放速率峰值、總熱釋放量與CO產量均有不同程度的降低。雷文婷，廖添，宋亭，曾和平四人[4]采用垂直燃燒法測試了通過六氯環三磷腈（ HCCP） 與季戊四醇（ PER） 發生親核取代反應合成的阻燃劑季戊四醇功能化的環三磷腈衍生物阻燃劑的阻燃性能。結果顯示，阻燃劑濃度達到30%以上可實現續燃時間及陰燃時間都為0s、殘炭率>40%的良好阻燃效果。吳趙旭，張曉滕，母軍[5]經過研究確定了氮-磷阻燃劑處理的輕質木絲板氧指數均達40%以上，表現出較好的阻燃性能。除成板噴涂阻燃處理的試件外，阻燃輕質木絲板熱釋放速率明顯低于對照組，燃燒時間比對照組減少了約67%，點火時間延長，平均有效燃燒熱和質量損失速率大大降低，燃燒釋放總熱最高降低約90%。三人[6]又發現氮磷阻燃劑的添加明顯提高了輕質木絲板的氧指數，降低了最大煙密度值，但也影響了阻燃輕質木絲板的力學性能。阻燃劑添加量對彈性模量、靜曲強度、阻燃性影響較大，對內結合強度影響較小;DSC圖顯示阻燃劑添加會降低脲醛樹脂膠黏劑的固化反應速率，進而影響板材膠合強度;噴涂阻燃處理方式比浸漬阻燃處理方式更優。馬林榕，張世鋒等人[7]利用酸/硼砂、磷酸和尿素為主要原料，制成氮-磷-硼系阻燃劑，并制備阻燃膠合板，檢測其膠合強度和阻燃性能。結果表明阻燃處理的膠合板氧指數有大幅度的提升，并且化學復配阻燃效果明顯優于物理復配的效果，熱釋放速率與總熱釋放量均下降同時點燃時間明顯縮短。

陳勰[8]選用改性劑改性阻燃中密度板，結果表明納米二氧化硅作為改性劑與BL阻燃劑共混，當脲醛膠施加量為10%，阻燃劑施加量13%，熱壓溫度160士5℃時，用4%納米二氧化硅改性BL阻燃劑不會影響中密度纖維板的內結合強度;靜曲強度提高，彈性模量提高，氧指數降低，納米二氧化硅的增加阻燃性能降低，但影響較小。周永信[9]將雙氰胺∶磷酸為1∶1（摩爾比）進行反應得到合成產物，經過一系列處理除去固體雜質后，得到澄清的磷酸（GP）阻燃液。將合成的磷酸（GP）阻燃液與協效劑硼砂（BA）、硼砂（Borax）進行復配，結果表明GP與BA具有較好的協效作用，GP+BA+Borax（質量比為10∶2∶2簡稱GBB）復配體系具有較好的阻燃效果。

張建[10]首次利用磷酸和尿素為主要原料生產出一種物質來解決人造板甲醛釋放量問題，脲膠中BL-甲醛消納劑的添加量越大，PH值變化越小，游離甲醛含量越低，固化時間越長。BL-甲醛消納劑還有阻燃作用，隨著BL-甲醛消納劑施加量的增加、熱壓溫度的升高、熱壓時間的延長，甲醛釋放量越低。

近年來，國外對木質材料阻燃劑的研究主要集中于阻燃劑的復配應用、資源的循環利用以及阻燃劑的環保性等方面[11]。RamazanKurt[12]分別利用硼酸、硼砂、硼酸鋅、硼酸/硼砂混合物作為協效劑，與聚磷酸（APP）按照一定配比制備阻燃木塑復合材料。結果表明，當硼酸∶硼砂∶聚磷酸按1.59∶1.41∶22的質量配比時，材料的物理力學性能和阻燃性能都明顯優于APP。Hashim，R[13]等人利用氧氧化鋁作為阻燃劑，與橡膠木纖維和舊瓦榜紙箱回收廢料纖維濕法壓制中密度纖維板。結果顯示：隨著阻燃劑添加量的增加，中纖板的內結合強度隨之提高，吸水厚度膨脹率下降，極限氧指數不斷提高。T.Laufenberg，N.Ayrilmis&R.White[14]三人評估了各種阻燃劑處理夾在經過處理的貼面之間的冷杉條塊板（貼面是由硼酸（BA）、八溴二苯醚四水合物（DOT）、氧化鋁三水合物（ATH）或者BA/DO混合物）根據歐洲標準EN310進行斷裂與彈性模量測試，同時也對板塊進行了測試。結果顯示，經過處理后的塊板柔韌性無負面影響，彎曲強度明顯降低，使得火焰傳播率明顯降低。AyrilmisNadir，Canda Zeki，WhiteRobert[15]三人研究經過阻燃處理的定向絞線版（OSB）的物理、機械和燃燒性能，阻燃處理主要是由磷酸一銨，磷或者硼砂∶硼酸（1∶1重量）的混合物。根據EN和DIN標準執行式樣的物理和機械性能，同時利用錐形量熱儀測量其燃燒性能，結果顯示樣品的物理和機械性能受到阻燃處理的不利影響。用石灰水處理的這一組具有最佳的物理性能和阻燃性能，同時對有效熱量和質量損失率都有明顯的降低，還推遲了點燃時間，而用硼砂/硼酸處理的樣品具有較好的力學性能。

二、目前所存在的問題

從目前的研究情況來看，現有阻燃中纖板無論國外還是國內，均存在品種少、產量低、成本高、阻燃劑抗流失性差、煙氣毒性大、產品易霉變、生產不環保等問題，具體主要表現在以下方面。

1.在煙氣毒性方面，我國火災致死70～80%系煙氣毒性致死。采用氨基樹脂（以脲醛膠為主）作為粘合劑的中纖板，燃燒時產煙毒性大，很難達到ZA3級。世界90%以上的木質中纖板都是以脲醛膠為粘合劑，而目前我國市售木質阻燃中纖板幾乎100%采用脲醛膠生產。因此導致產品的燃燒產煙毒性絕大部分為GB 20285- 2006的危險級。

2.膠黏劑研究方面，由于成本、粘合性能及設備工藝等因素的影響，以非氨基樹脂粘合劑（無醛膠）生產中纖板并沒有得到廣泛應用，要全部或大部分取代脲醛膠生產中纖板，最少在未來的一、二十年內難以實現。包括美國、日本、西歐等發達國家在內，目前木質中纖板（包括阻燃板）粘合劑仍然以脲醛樹脂為主。

3.在生產環保方面，目前市售阻燃中纖板約定俗成地做成紅色外觀，給人以“阻燃劑是紅色的”“紅色的才是阻燃的”之錯覺。由于所用的紅色染料酸性大紅3R、酸性大紅GR、酸性紅A、酸性紅B、玫瑰精等均為偶氮染料，而偶氮染料一般被認為毒性大甚至是致癌物，因此早在2002年和2003年就被歐洲議會和歐盟委員會限制使用。我國環保部門也已開始關注中纖板使用染料問題，有的地方環保局甚至已經下達了中纖板染料禁用命令。

4.中纖板抗菌防霉研究方面：目前中纖板抗菌處理多選用抗菌劑或防霉劑，抗菌效果尚可，但對板材的膠合強度影響較大，且存在二次污染;市面上銷售的抗菌板材絕大部分都是在表層裝飾抗菌涂料或在表層耐磨紙中添加抗菌材料，本身并不具備抗菌防霉效果。

5.低煙毒中纖板防霉阻燃劑研究方面：傳統無機阻燃劑存在吸濕性大、易流失等問題;有機阻燃劑、樹脂性阻燃劑和反應型阻燃劑存在阻燃劑合成工序復雜、成本高、需要改變中纖板生產工藝、pH值與膠黏劑pH值不相容，以及燃燒后產生有毒煙霧等問題。

三、發展方向

針對阻燃中纖板目前存在的煙氣毒性很難達到ZA3級，生產過程中紅色染料污染環境、傳統中纖板阻燃劑易吸潮、易流失，以及易霉變等問題，今后需要開展低煙毒、抑菌性環保型中纖板用阻燃劑配方及阻燃劑抗吸潮表面處理研究，同時還需要開展低甲醛中纖板用環保型膠黏劑的研究、以及環保型著色染料的研究。

參考文獻：

[1]崔飛，顏龍.磷酸二氫銨與硼酸對木材的阻燃和抑煙作用[J].消防科學與技術，2018，37（4）：523-526.

[2]胡來勇，俞馬宏.硼酸銨-磷酸氫二銨協效阻燃楊木單板的制備與表征研究[J].西南林業大學學報，2017.37（2）：197-202.

[3]張曉滕，母軍，儲德淼.三聚氰胺復合氮磷阻燃劑的合成及其處理楊木的吸濕性與阻燃性研究[J].中南林業科技大學學報，2016.36（2）：119-124.

[4]雷文婷，廖添，宋亭.環境友好型阻燃劑的制備與應用[J].華南師范大學學報（自然科學版），2015，47（4）：52-56.

[5]吳趙旭，張曉滕，母軍.基于氮磷阻燃劑的輕質木絲板阻燃性能研究[J].中南林業科技大學學報.2016，3（1）：123-128.

[6]吳趙旭，張曉滕，母軍.氮磷阻燃劑對輕質木絲板性能影響初步研究[J].木材加工機械.2014，（2）：30-33.

[7]馬林榕，張世鋒等.氮磷硼阻燃劑及制備阻燃膠合板的性能評價[J].木材工業，2014，28（3）：30-33.

[8]陳勰.改性氮磷系阻燃劑在人造板中的應用[D].北京林業大學，2011，6.