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硼酸复配低分子酚醛树脂对速生材阻燃性能的影响及机制探究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着全球森林资源的日益紧张，可持续发展成为各行业关注的焦点。在木材领域，速生材由于生长周期短、产量大，成为了缓解木材资源短缺的重要选择。我国常用的人工林速生材主要有松木、杉木、杨木、桉木、柳木等，它们具有色泽浅、易干燥、重量轻、弹性好、易加工等优点，在建筑、家具、造纸等行业得到了广泛应用。根据国资委报告，我国启动的速生丰产林工程已在木材资源供应方面发挥效益，到2010年每年可提供木材9600万m3，预计到2015年底，每年可为社会提供木材1.4亿m3，速生材用作家具用材前景可观。

然而，速生材存在一个显著的缺点，即易燃性。木材本身属于易燃材料，速生材因其特殊的材质结构，易燃问题更为突出。在火灾发生时，速生材制成的产品往往会迅速燃烧，不仅会造成巨大的财产损失，还可能危及人们的生命安全。例如，在一些建筑火灾中，由于使用了大量速生材作为内部装修材料或结构材料，火势迅速蔓延，给救援工作带来极大困难，导致严重的人员伤亡和经济损失。这使得速生材的广泛应用受到了限制，也对人们的生活和社会发展构成了潜在威胁。

为了解决速生材的易燃问题，阻燃处理成为关键。目前，市场上的阻燃处理方法众多，但效果参差不齐。硼酸作为一种常见的无机阻燃剂，具有无毒、环保等优点，在木材阻燃中得到了一定应用。它在受热时会释放结晶水，吸收热量，降低木材表面温度，同时形成玻璃状的硼酸盐覆盖层，隔绝氧气，从而起到阻燃作用。然而，硼酸单独使用时，存在抗流失性能差的问题，在潮湿环境下，硼酸容易从木材中流失，导致阻燃效果下降。

低分子酚醛树脂具有良好的粘结性和固化性能，能够在木材内部形成三维网状结构，增强木材的力学性能和尺寸稳定性。将低分子酚醛树脂与硼酸复配用于速生材的阻燃改性，有望综合两者的优势，提高速生材的阻燃性能和耐久性。一方面，低分子酚醛树脂可以将硼酸固定在木材内部，减少硼酸的流失；另一方面，两者的协同作用可能产生更优异的阻燃效果，为速生材的安全应用提供保障。

本研究对木材工业的发展具有重要意义。通过对硼酸复配低分子酚醛树脂改性速生材阻燃性能的深入探究，不仅可以为速生材的阻燃处理提供新的技术方案和理论依据，拓展速生材的应用领域，还能推动木材工业朝着绿色、安全、可持续的方向发展，满足社会对环保、高性能木材产品的需求，对于缓解木材资源短缺与提高木材使用安全性之间的矛盾具有积极的现实意义。

1.2速生材阻燃研究现状

当前，速生材阻燃处理方法主要分为物理处理和化学处理两大类。物理处理方法如CO2超临界流体处理木材技术，几乎能处理所有树种的木材且对处理木材无明显不良影响，DemessieES等研究发现，使用二氧化碳或其与甲醛的混合体进行超临界流体处理，可使2/3试样的花旗松心材气体渗透性提高，虽对抽提物有增溶作用，但部分试样渗透性降低可能是因为溶解的抽提物重新析出；木材激光刻痕法不破坏木材组织，能使药剂容易注入，与爪状刀具刻痕法相比，激光刻痕法浸注到木材中的药液提高50%以上；低压水蒸气爆破法可破坏闭锁的纹孔，改进胞间通导性而改良透过性，电子显微照片表明爆碎处理后纹孔部分有选择性的破坏。这些物理方法主要是通过改变木材的物理结构，提高阻燃剂的渗透性和吸附性。

化学处理方法则主要是利用阻燃剂对速生材进行处理。常用的阻燃剂包括有机阻燃剂、无机阻燃剂和树脂型阻燃剂。有机阻燃剂阻燃效率较高，但其价格昂贵，且燃烧时会释放有毒气体，对环境和人体健康造成危害；无机阻燃剂无毒无害，如硼酸、氢氧化铝等，具有良好的热稳定性和阻燃效果，但其阻燃效率相对较低，抗流失性能差，在潮湿环境下容易从木材中流失，导致阻燃性能下降；树脂型阻燃剂采用树脂与无机阻燃剂的复合，改善了抗流失性能，但国内刚投入工业化生产，应用还不成熟，在实际应用中存在一些技术难题有待解决。

在研究进展方面，一些学者尝试将多种阻燃剂复配使用，以发挥协同阻燃效应。例如，有研究将磷系阻燃剂和氮系阻燃剂复配用于木材阻燃，取得了较好的效果。通过复配，不同阻燃剂之间可以相互补充，提高阻燃效率，降低阻燃剂的用量，从而减少对木材性能的影响。还有学者利用纳米技术，将纳米阻燃剂添加到木材中，以提高木材的阻燃性能和力学性能。纳米材料具有独特的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应，能够在木材中均匀分散，增强与木材的界面结合力，从而提高木材的综合性能。

然而，目前对于硼酸与低分子酚醛树脂复配用于速生材阻燃的研究还存在不足。在复配比例的优化方面，尚未形成系统的研究成果，不同的复配比例对速生材阻燃性能、力学性能和耐久性的影响规律还不明确；在作用机理的研究上，虽然已知硼酸和低分子酚醛树脂各自的作用，但两者复配后在速生材中的协同作用机制还缺乏深入的探讨