葛秀方 (安徽省合肥市消防救援支隊，安徽 合肥 230001)

1 引言

木材及其制品是人們生產(chǎn)生活當(dāng)中重要的建筑材料之一。木材具有金屬、塑料及其他化合材料不可比擬的優(yōu)點，如良好的視覺、觸覺、調(diào)濕特性及較高的強(qiáng)重比，其所具有的自然、美麗的紋理等優(yōu)勢，在建筑及裝潢業(yè)內(nèi)很受青睞。但是，普通的木材及其制品均具有易燃性和可燃性。2019年4月15日下午6點50分左右，法國巴黎圣母院在維修的過程中發(fā)生火災(zāi)，整座建筑損毀嚴(yán)重。起火部位為木質(zhì)結(jié)構(gòu)的圣母院頂部塔樓，造成了很多的文物燒毀，損失不可估算，建筑也很難恢復(fù)到原來的模樣，全世界人民為之嘆息。為嚴(yán)格遵循防火設(shè)計要求、保障人民生命財產(chǎn)安全，在保留木材原有特性的基礎(chǔ)上，合理使用阻燃木材及制品，具有十分重要的意義。

2 木結(jié)構(gòu)建筑火災(zāi)的特點

2.1 火災(zāi)負(fù)荷大易垮塌

木結(jié)構(gòu)建筑采用的木材量大，發(fā)生火災(zāi)時，火災(zāi)荷載大，干燥的木構(gòu)件易形成猛烈的立體燃燒，在短時間內(nèi)造成建筑物坍塌。

2.2 燃燒速度快易蔓延

木結(jié)構(gòu)建筑火災(zāi)發(fā)生時，高溫?zé)煔庠谑覂?nèi)易積聚，當(dāng)達(dá)到一定的溫度時，能夠迅速達(dá)到轟燃階段，形成室內(nèi)的全面燃燒。

2.3 建筑價值高易受損

很多的木結(jié)構(gòu)建筑都是文物或珍貴的藝術(shù)品，發(fā)生火災(zāi)時，易造成巨大損失。

2.4 消防水源少難撲救

木結(jié)構(gòu)建筑大部分位于比較偏遠(yuǎn)的地方，消防水源缺乏、消防車通道不暢等原因，從而造成火災(zāi)撲救困難。

3 阻燃木材及制品的分類

阻燃木材及制品按材料組成可分為三類：

①阻燃型木質(zhì)人造板，包括難燃膠合板、水泥刨花板、阻燃模壓木質(zhì)復(fù)合板材、彩色阻燃人造板等；

②阻燃木材，包括將防火涂料及防火劑涂刷或浸泡木材后形成的阻燃木材，以及采用其他方式進(jìn)行阻燃處理的木質(zhì)材料，其相關(guān)產(chǎn)品包括各種木結(jié)構(gòu)防火涂料、阻燃劑、透明防火涂料等；

③新型阻燃木質(zhì)復(fù)合材料，主要包括木材無機(jī)質(zhì)復(fù)合材料、木塑復(fù)合材料等。

其中①、②二類屬傳統(tǒng)的阻燃木材及制品，③屬阻燃木質(zhì)多功能復(fù)合材料，是在阻燃木材、阻燃木質(zhì)人造板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有不同于傳統(tǒng)的阻燃型木質(zhì)材料及制品的特點，是未來阻燃木材及其制品的研究和采用方向。

4 阻燃的機(jī)理

4.1 木材阻燃處理的基礎(chǔ)

干木材的基本組成成分是50%碳、6%氫和44%氧，并且還有少量的氮和一些無機(jī)化合物。主要組成是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。表1為干木材的主要化學(xué)成分。

干木材的主要化學(xué)成分 表1

木材的主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，其含量占比可以達(dá)到70%以上。其分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)不僅是木材各種理化性質(zhì)的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是木材改變性質(zhì)和阻燃處理的化學(xué)基礎(chǔ)。木材的次要成分包括油提物、灰分等，其含量占比較低，但對木材的燃燒性能等級影響較大，根據(jù)相關(guān)實驗得知，油提物含量大的木材比較容易燃燒，灰分含量大的木材比較難燃燒。木材纖維素、半纖維素和木質(zhì)素都屬于高分子化合物，所以木材也是一種高分子復(fù)合體，不但可以發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，而且還可進(jìn)行降解反應(yīng)。同時，還可以進(jìn)行酯化、氧化、鹵代等多種反應(yīng)，具有分子量的多分散性和結(jié)構(gòu)的多分散性，木材中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的反應(yīng)是木材阻燃處理的基礎(chǔ)。

木材及其制品的燃燒實質(zhì)上是木材在熱分解過程中產(chǎn)生的可燃物的燃燒，而木材的熱分解反應(yīng)實質(zhì)上是木材中3種主要化學(xué)成分熱分解反應(yīng)的總和。不同樹種的木材的燃燒性能不同。

部分木材的燃點（℃） 表2

實驗證明，木材及其各組分在150℃～550℃發(fā)生熱分解反應(yīng)會釋放出可燃和不可燃?xì)怏w，留下焦油和木炭等產(chǎn)物，催化劑可以改變熱分解和燃燒反應(yīng)的途徑、產(chǎn)物和速度，這是木材阻燃的化學(xué)基礎(chǔ)，在著火點附近的吸熱分解階段，通過多吸熱，多產(chǎn)生水蒸氣，抑制可燃性氣體的產(chǎn)生或者抑制自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，這就是木材阻燃的關(guān)鍵，因此，200℃～300℃是木材阻燃處理的關(guān)鍵溫度。

4.2 木材阻燃的機(jī)理

木材是一種組成復(fù)雜的天然高分子材料，熱分解過程復(fù)雜，通過各種實驗分析，最好的阻燃方式就是在木質(zhì)材料中添加或浸漬阻燃劑，以改變它的熱解過程，達(dá)到延緩和阻斷燃燒的作用。

5 木材及其制品的阻燃處理要求

木材及其制品的阻燃處理是用物理、化學(xué)方法提高木材燃燒性能等級的技術(shù)，使其不容易燃燒，或者被點燃的火焰不沿其表面延燒，脫離火源后立即熄滅的措施。

5.1 木材物理阻燃處理

木材物理阻燃處理就是不改變木材化學(xué)成分及木材細(xì)胞腔結(jié)構(gòu)而提高木材燃燒性能等級的方法。

①采用大截面的木質(zhì)構(gòu)件，遇到明火不容易被點燃，燃燒時會生成炭化層，因為炭化層的導(dǎo)熱系數(shù)低，為木材的33%左右，炭化層可以減緩熱傳遞的過程，阻斷木構(gòu)件的持續(xù)燃燒，所以炭化層下的木材不容易被點著，其強(qiáng)度仍然能夠得到保持。

②把不燃性材料與木材及木制品制成各種不燃或難燃的板材，如水泥刨花板、阻燃模壓木質(zhì)復(fù)合板材、彩色阻燃人造板、木材無機(jī)質(zhì)復(fù)合材料等。

5.2 木材化學(xué)阻燃處理

這是目前木材阻燃處理最普遍的方法，就是將具有阻燃功能的藥劑，注入木材表面、木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)中與其木材的主要成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變木材的性質(zhì)而達(dá)到抗燃的措施。

5.2.1 浸漬處理法

這種方法是木材阻燃處理的最佳方法，效果比較好，就是采用阻燃液對木質(zhì)材料及其制品進(jìn)行浸漬處理，包括常壓和加壓兩種方法，常壓處理又包括常溫和熱冷槽浸泡兩種方法。常壓浸泡中兩次浸漬最常用，就是將木材依次在兩種阻燃液中浸漬，在浸漬的過程當(dāng)中兩種阻燃液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在木材內(nèi)生成不溶于水的另外一種成分沉積在木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)中。其優(yōu)點是選擇適當(dāng)?shù)淖枞紕?，處理后的木材及制品具有抗生物降解、阻燃、?qiáng)度穩(wěn)定等功能。另外，處理過后的木材具有阻燃有效期長、阻燃液抗流失等優(yōu)點。不過在實際操作中這種方法還存在不足之處，如第二種阻燃液池中會隨著化學(xué)反應(yīng)的過程當(dāng)中，會不斷產(chǎn)生沉淀物，在處理沉淀物時會造成一定的環(huán)境污染，同時兩次浸漬之間的處理工藝比較復(fù)雜、時間長，投入的成本也會增加。

加壓浸漬是將阻燃液與木質(zhì)材料同時放入密閉的容器中，通過加壓將阻燃液注入木材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中。加壓浸漬處理又可分為空細(xì)胞法、滿細(xì)胞法等。根據(jù)國內(nèi)目前采用比較廣泛的木材及制品的阻燃劑性能分析來看，只有采用加壓浸漬處理才能使處理的木質(zhì)材料符合《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計防火規(guī)范》（GB50222-2017）所要求的指標(biāo)，目前國內(nèi)采用的典型加壓浸漬方法是先去樹皮、分段、干燥等預(yù)處理，然后裝入壓力容器內(nèi)。

加壓浸漬過程 表3

5.2.2 化學(xué)改性法

這種方法處理難度大，就是通過加壓浸漬把高分子化合物注入到木材內(nèi)部，一種方法就是通過高溫加熱、核照射等方法發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使高分子化合物在木材內(nèi)部聚合生成高分子聚合物，沉積在木質(zhì)材料及制品的內(nèi)部。另一種方法就是通過催化、偶聯(lián)、高溫等手段使阻燃劑的分子與木材成分中的羥基發(fā)生反應(yīng)，生成乙?；静?、酯化木材等。上述兩種方法為化學(xué)改性法，都能有效地提高木質(zhì)材料的阻燃性能。

5.2.3 表面涂覆法

這種方法處理比較方便、廉價，就是把防火涂料噴涂在木質(zhì)材料及制品的表面上。膠合板表面噴涂防火涂料進(jìn)行檢測后確定燃燒性能等級，能達(dá)到一級飾面防火涂料指標(biāo)的，則該材料的燃燒性能就能達(dá)到B1級。木質(zhì)材料及制品經(jīng)表面噴涂后，基材應(yīng)與涂層整體按《建筑材料及制品燃燒性能分級方法》（GB8624-2012）進(jìn)行分級，必須經(jīng)過《建筑材料難燃試驗方法》（GB/T8625-2005）進(jìn)行檢測，能夠達(dá)到指標(biāo)的，才能作為B1級裝修材料使用。因此，木質(zhì)材料基材不經(jīng)過阻燃技術(shù)處理達(dá)到B1級指標(biāo)是很困難的。

6 結(jié)語

隨著人民生活水平的提高，現(xiàn)代建筑的室內(nèi)裝修也越來越豪華，大多數(shù)室內(nèi)裝修材料是木材和木制品構(gòu)成，一旦著火，由于它們的易燃性，極易引燃和導(dǎo)致火災(zāi)蔓延，所以為了降低木材易燃的火災(zāi)隱患，必須對木材及木制品進(jìn)行阻燃處理，為人民的生產(chǎn)、生活提供一個良好的消防安全環(huán)境。