東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)丁1尺顯微技術(shù)在阻燃木材炭化過程及阻燃劑滲透研究中的應(yīng)用。
王清文謝延軍李淑君李堅(jiān)東業(yè)大學(xué)哈爾濱，150040用微區(qū)丁1尺請(qǐng)法測(cè)定了阻燃木材中，尺，阻燃劑的，透深度測(cè)定精度達(dá)2，方法準(zhǔn)確而快速1通過解析尸尺阻燃木材不同炭化階段產(chǎn)物的微區(qū)丁民譜推斷其結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)而討論了民冒阻燃木材的炭化過程，分類號(hào)5781.73傅里葉變換紅外光譜調(diào)是種籽結(jié)構(gòu)分析。尤其是官能團(tuán)分析的有力而成熟的技術(shù)1隨著儀器性能的提高及新專用附件的投入使用，丁爪技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，些在以前無法攻克的分析工作難，例如對(duì)紅外光具有廣譜高吸收率的黑色炭質(zhì)的非破壞性分析，現(xiàn)在有望得到解決。因此，有效利用現(xiàn)代ftir技術(shù)，將有力地推動(dòng)相關(guān)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域向前發(fā)展。近年來，在木材科學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域，丁爪新技術(shù)新應(yīng)用受到了學(xué)者們的重視。例如，3！1如等用丁1尺技術(shù)征高得率生物量木炭，0出±3等將近紅外光譜用于木材識(shí)別；323，3以0肋4等采用漫反射丁1尺譜研究木纖維1國家948弓進(jìn)項(xiàng)目，第1作者簡介王清文。男。年7月生。東業(yè)大學(xué)木材科學(xué)與應(yīng)用技術(shù)研究所。副教授。
收稿日期2000年2月14日，責(zé)任編輯張建華。
與馬來酸改性聚丙始的化學(xué)反應(yīng)。本文報(bào)道通過ftir薇，sdfhsisfti制樣方法測(cè)定民界阻燃木材及其燃燒炭化產(chǎn)物的微區(qū)丁嘆譜，用于測(cè)定阻燃木材中阻燃劑的滲透深度及研究阻燃木材的炭化過程。
1實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)材料及主要儀器木材紅松，采自東北林業(yè)大學(xué)涼水實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)，氣干至含水率15后備用。
木材試樣規(guī)格阻燃劑滲透深度實(shí)驗(yàn)用木材300縱向阻燃木材燃燒炭化實(shí)驗(yàn)用木材縱向10frw木材阻燃劑水溶液。
壓力1.6河。
560e.s.p傅里葉變換紅外光1割義，1尺傅里葉變換紅外顯微鏡。l，2木材的frw阻燃處理方法將試件置于真空加壓罐內(nèi)，密封；將真空加壓罐抽至定真空度前真空度，保持真空定時(shí)間前真空時(shí)間；句真空狀態(tài)下向真空加壓罐中注入尺溶液，然后恢復(fù)常壓；⑶對(duì)真空加壓罐加壓至定壓力并保持壓力定時(shí)間；幕上直接觀察到顯微像，用于樣品測(cè)定點(diǎn)的定位；而當(dāng)光路切換到紅外光時(shí)，系統(tǒng)可進(jìn)行紅外光譜數(shù)據(jù)的采集。
與普通檢測(cè)器不同。仍口6以1檢測(cè)由試樣面反射回來的紅外光，而前者檢測(cè)透射的紅外光除非配備丁尺或漫反射附件，因此。試樣應(yīng)具有平滑的面以降低散射作用，提高靈敏度。4印尺檢測(cè)的樣品測(cè)定點(diǎn)實(shí)為區(qū)域的直徑j(luò)將尺阻燃處理木材試樣在欲測(cè)定藥劑滲透深度處剖開或者在該處鉆孔取樣，面干燥然卸壓，排出罐內(nèi)處理液；再次抽真空至真空度，97河3，并保持真取出試件，短時(shí)間瓊置后腧，試件載藥率指下式計(jì)算炭化實(shí)驗(yàn)用木材試樣的處理?xiàng)l件為按上述處理?xiàng)l件制備的紅松試樣載藥率約為1 1.3尺阻敝松木材炭化過，究揠的制備按上述方法制備阻燃紅松木材試樣載向，10工，徑向。將試樣置于錐形量熱儀上進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)，控制熱輻射溫度為780，使木材試樣在空氣中燃燒接近于火災(zāi)發(fā)后用刀具削出光滑的面；對(duì)于炭化的試樣，從中間剖開后，用專用刀具削出光滑面。
標(biāo)出測(cè)定點(diǎn)以便確定測(cè)定點(diǎn)的位置；測(cè)定各點(diǎn)的丁尺譜，測(cè)定順序可適當(dāng)選擇。以減少實(shí)際測(cè)定次數(shù)，節(jié)省時(shí)間；根據(jù)丁嘆譜確定藥劑滲透前沿，讀取滲透深度；或者用于分析試樣的炭化情況。
2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論2.1廠以阻燃劑在木材中的滲透深度液體向木材內(nèi)部滲透或在外力作用下注入是種在微觀上非常復(fù)雜宏觀上不易控制的物理化學(xué)過程藥劑滲透深度是樹阻燃，防腐等處理過程中十分重要的參數(shù)。在樹種和處理劑溶液性質(zhì)定的情況下，影響阻燃劑滲透程度主要是滲透深度和藥劑分布的均勻性的主要外因有真空度壓力和過程的持續(xù)時(shí)間。1給出了尺阻燃處理紅松藥劑滲透深度的部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
生時(shí)的燃燒條件3約13厚度未發(fā)生炭化后終止輻照，并冷卻至室溫，1.4微區(qū)丁1尺譜的測(cè)定方法微區(qū)丁1尺譜的測(cè)定儀器系統(tǒng)由丁1尺光譜儀及傅里葉變換紅外顯微鏡如爪組成。inspectirfffinths，±ftir光譜儀的種高靈敏度檢測(cè)器和微區(qū)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它配有光學(xué)顯微鏡液氮制冷的高靈敏度mct檢測(cè)器攝像機(jī)高亮度可光源和可光紅外光來自光譜儀主光學(xué)臺(tái)切換開關(guān)。
前真空度前真空時(shí)間壓力加壓時(shí)間嘆以滲透深度1加尺具有普通光學(xué)顯微鏡的功能，當(dāng)光路切換到可光時(shí)，利用μview軟件可在計(jì)算機(jī)屏注1中滲透深度為弦向滲透深度，徑向滲透深，制抒弦向，縱向滲透深度約為弦向的3，50倍，且隨著壓力的降低而增大，東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)深度產(chǎn)生影響，而加壓的壓力影響最大，區(qū)丁1尺譜方法獲得的，其判斷的主要依據(jù)是含有嘆以阻燃劑的木材應(yīng)顯主要活性物質(zhì)。舊的羰基特征吸收峰約17001處，1.
采用微區(qū)廠丁嘆譜法測(cè)定嘆阻燃劑滲透深度時(shí)，個(gè)測(cè)定點(diǎn)的間隔為0.5，更窄間距，如0.2mm，仍可區(qū)分。為簡便起，l中僅列出部分譜。由1可，當(dāng)距木材面的深度小于或等于4.5，時(shí)，丁1尺譜上有0口，的特征吸收峰7，0，而當(dāng)深度等于或高于5，時(shí)沒有該特征吸收峰，可推斷滲透深度為4.5mm左右。，實(shí)驗(yàn)明，微區(qū)1譜法的測(cè)量精度不低于a2mm明顯高于化學(xué)顯色法l，2mm，很適合研究之用。
2.2尺阻材的炭化過程frw阻燃紅松木材炭化試樣的微區(qū)ftlr譜2.2.1丁哏譜及其主要吸收峰歸屬面0.52，3，456，1爪測(cè)定點(diǎn)的微區(qū)譜。譜中主要吸收峰的歸屬如下1700，尺特征吸收；1650咖00伸縮，芳香駔酮躺；1600苯環(huán)骨架的伸縮振動(dòng)芳香族醚鍵；75，32，0伸縮。2.2.2試樣微區(qū)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及其化學(xué)反應(yīng)討論尺阻燃紅松木材的燃燒炭化過程是從試樣面逐步向內(nèi)部推進(jìn)的。因此。沿著從炭化的內(nèi)部向試樣面的順序，逐次分析樣品微區(qū)的試樣現(xiàn)象和丁瓜譜可以追蹤試樣的化學(xué)物理變化過程。
在61處，測(cè)定點(diǎn)處試樣的顏色與未經(jīng)熱輻照試樣的顏色相同，且它們的丁嘆譜無區(qū)別，可認(rèn)為此處試樣未發(fā)生熱降解或只發(fā)生輕微脫水作用。
在51處，木材顏色變?yōu)樽厣Ｒ阴；諟p弱，說明此時(shí)已發(fā)生脫乙酰基脫水作用和熱分解反應(yīng)，可能產(chǎn)生輕微的熱降解作用。
在3，1處，試樣顏色變?yōu)楹谏ｏ柡蚦h吸收進(jìn)步降低，芳香族c鍵大大減弱，說明糖類的熱降解趨于完成木質(zhì)素的熱解已經(jīng)發(fā)生。
在2，處，在飽和，只吸收和芳香族。
收，說明芳構(gòu)化作用已經(jīng)開始，同時(shí)體系進(jìn)步熱解脫氧。
在0.5，1處，是典型的木炭的吸譜。
收已經(jīng)消失。
根據(jù)熱重分析丁，及差熱分析，丁結(jié)果。阻燃紅松木材的熱分解脫水溫度約為190，熱降解溫度約為250若假設(shè)木材燃燒時(shí)從面到木材內(nèi)部的釀變化是線性的，民，租燃木材燃燒時(shí)面溫度為7錐形童熱儀的輻照溫度，忽略燃燒釋熱及散熱的影響；在2中51處丁嘆譜所對(duì)應(yīng)測(cè)定點(diǎn)的溫度為220口，那么熱輻射結(jié)束時(shí)距試樣面不同深度處的估計(jì)溫度分別是以上溫度值也就是獲取微區(qū)廠丁爪譜處試樣熱解溫度的估計(jì)值。
22.3尺阻燃紅松木材燃燒時(shí)木炭的形成過程在炭化層的內(nèi)部。由于氧氣的濃度很低。可忽略熱氧化作用對(duì)碳質(zhì)的影響。因此，木炭的形成主要受木材熱解反應(yīng)及其產(chǎn)物的聚合等反應(yīng)制約。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果及理論分析可將尺阻燃紅松在燃燒時(shí)木炭的形成過程概括如下在熱輻射作用下，半纖維素脫乙酰基糖類發(fā)生脫水作用，尺阻燃劑對(duì)此過程有催化作用。
隨著溫度的升高和時(shí)間的延長，糖類發(fā)生降解部分基團(tuán)或片段以水和低分子含氧有機(jī)物的方式進(jìn)步脫除揮發(fā)掉，不飽和產(chǎn)物聚合成大分子殘留下來frw阻燃劑的分解產(chǎn)物催化此反應(yīng)；在糖類降解的后期，木質(zhì)素開始分解，脫除小分子含氧有機(jī)物，糖類的熱解產(chǎn)物發(fā)生芳構(gòu)化；木質(zhì)素?zé)岱纸鉄峤到夂途酆希摮趸鶊F(tuán)。
句熱解產(chǎn)物進(jìn)步芳構(gòu)化形成木炭結(jié)構(gòu)。
應(yīng)當(dāng)指出。木材的熱解燃燒是極其復(fù)雜的化學(xué)物理過程，不僅上述各個(gè)典型階段包含著眾多化學(xué)反應(yīng)這些反應(yīng)受溫度其他共存物質(zhì)及體系傳質(zhì)傳熱狀態(tài)的影響，而且各個(gè)典型階段及其反應(yīng)在時(shí)間和空間上相互交叉而不是截然分開的。問應(yīng)主要遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律，即大的斷裂是無規(guī)貝1廣的，盡管如此，上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果無疑明，木材燃燒時(shí)炭化過程是有層次的而廠尺阻燃木材的成炭率大大高于素材的事實(shí)不容置疑地說明。可以通過化學(xué)處理改變木材的熱分解熱降解過程，形成更多的炭質(zhì)產(chǎn)物。從而有效降低燃燒過程的熱釋放實(shí)現(xiàn)阻燃。
3結(jié)束語采用微區(qū)光譜可以快速準(zhǔn)確地測(cè)定漢阻燃劑在木材中的滲透深度。測(cè)定精度達(dá)0.2mm.
漢阻燃紅松木材的炭化過程為在熱輻射作用和阻燃劑的催化下。半纖維素脫乙酰基，糖類發(fā)生脫水作用。
隨著溫度的升高和時(shí)間的延長，糖類發(fā)生降解，部分基團(tuán)或片段以水和低分子含氧有機(jī)物的方式進(jìn)步脫除揮發(fā)掉，不飽和產(chǎn)物聚合成大分子殘留下來尺的分解產(chǎn)物催化此反應(yīng)；在糖類降解的后期，木質(zhì)素開始分解，脫除小分子含氧有機(jī)物。
⑶糖類的熱解產(chǎn)物發(fā)生芳構(gòu)化木質(zhì)素發(fā)生熱分解熱降解和聚合反應(yīng)，脫除含氧基團(tuán)。
句熱解產(chǎn)物進(jìn)步芳構(gòu)化形成木炭結(jié)構(gòu)。
1吳瑾光。近代傅里葉變換紅外光譜技術(shù)及應(yīng)用上下冊(cè)。北京科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，例4.227243 5李斌，王建棋。聚合物材料燃燒性的評(píng)價(jià)錐形量熱儀03觀法。高分子材料科學(xué)與工程。1998.14515，19王清文等叮瓜顯微技術(shù)在阻燃木材炭化經(jīng)過程及阻燃劑滲透研究中的應(yīng)用
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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