第 37 卷摇 第 1 期

2015 年 1 月

北 京 林 业 大 学 学 报

JOURNAL OF BEIJING FORESTRY UNIVERSITYVol. 37, No. 1Jan. , 2015

DOI: 10. 13332 / j. cnki. jbfu. 2015. 01. 003

阻燃剂硼酸鄄鄄硼砂对杨木定向刨花板热解特性的影响

张摇 宇摇 母摇 军摇 李思锦摇 赵摇 阳(北京林业大学材料科学与技术学院,木质材料科学与应用教育部重点实验室)

摘要:为探究阻燃剂硼酸鄄鄄硼砂对杨木定向刨花板热解特性的影响,用同步热分析仪研究了硼酸鄄鄄硼砂阻燃杨木定

向刨花板升温速率为 10 益 / min、终温 700 益的热分解反应。 结果表明:硼酸鄄鄄硼砂对阻燃杨木定向刨花板快速热解

阶段的反应起到抑制作用,使得最大失重速率对应的特征温度后移,残炭率显著增加。 阻燃杨木定向刨花板的最

概然机理为球形对称的 3 维扩散,满足 Ginstling鄄Broushtein 方程。 未经阻燃处理及添加 9% 、12%硼酸鄄鄄硼砂的杨木

定向刨花板在快速热解阶段的反应活化能分别为 101郾 690、116郾 635、129郾 225 kJ / mol,硼酸鄄鄄硼砂使杨木定向刨花板

在快速热解阶段所需的能量增加。关键词:定向刨花板; 硼酸鄄鄄硼砂; 热解; 动力学

中图分类号:S792郾 39;TQ433郾 431 摇 摇 文献标志码:A摇 摇 文章编号:1000鄄鄄1522(2015)01鄄鄄0127鄄鄄07

ZHANG Yu; MU Jun; LI Si鄄jin; ZHAO Yang. The effect of boric acid鄄borax on the pyrolysischaracteristics of poplar oriented strand board. Journal of Beijing Forestry University (2015)37(1)127鄄鄄 133 [ Ch, 22 ref. ] College of Materials Science and Technology, Key Laboratory of WoodenMaterial Science and Application, Beijing Forestry University, Beijing, 100083, P. R. China.

In order to explore the effect of flame鄄retardant boric acid鄄borax on the pyrolysis characteristics ofpoplar oriented strand board ( OSB), a TGA / DSC1 / 1600HT thermogravimetric device was used toanalyze the thermal decomposition of boric acid鄄borax for retarding the inflamation of poplar orientedstrand board at a heating rate of 10 益 / min and a final temperature of 700 益 . The results showed thatboric acid鄄borax restrained a major rapid pyrolysis process in poplar OSB. With additional amounts offlame retardants, the characteristic temperature of the maximum rate of weight loss increased. The rate ofpyrolysis in the carbon residue of flame鄄retardant poplar OSB increased markedly. The pyrolysis processof flame鄄retarding poplar OSB complied with the Ginstling鄄Broushtein equation, which suggests that themechanism of pyrolysis in flame鄄retardant poplar OSB is one of spherical symmetric tri鄄dimensionaldiffusion. The activation energy in the rapid pyrolysis of OSB was 101郾 690 kJ / mol without any flame鄄retardant, 116郾 635 with 9% boric acid鄄borax and 129郾 225 kJ / mol with 12% active acid, indicating thatadding boric acid鄄borax to poplar OSB increases the amount of energy required in the pyrolysis process.Key words摇 oriented strand board; boric acid鄄borax; pyrolysis; kinetics

摇 摇 收稿日期: 2014鄄鄄06鄄鄄05摇 修回日期: 2014鄄鄄07鄄鄄11基金项目: 国家自然科学基金项目(31170533)、林业公益性行业科研专项(201204704)。第一作者: 张宇。 主要研究方向:木材科学与技术。 Email: zybjfu@ 126. com摇 地址:100083 北京市清华东路 35 号北京林业大学材料科学

与技术学院。责任作者: 母军,博士,副教授。 主要研究方向:木质生物质材料利用。 Email: mujun222@ sina. com摇 地址:同上。本刊网址: http:蛐蛐j. bjfu. edu. cn; http:蛐蛐journal. bjfu. edu. cn

摇 摇 木质人造板性能优良,常用作建筑构件及室内

装饰材料,占我国建筑装饰行业产值份额的 30% ~40% [1]。 根据 GB 20286—2006[2] 对公共场所阻燃

制品及组件的要求,必须对木质人造板进行一定的

阻燃处理,以达到相应的阻燃级别[3]。 阻燃人造板

使用寿命较短、更新换代快,每年都会有大量的阻燃

人造板制品被淘汰[4]。 由于这些板材中含有阻燃

剂,其废弃后的处理问题成为人造板行业面临的一

大考验。 常规的处理方式会引起环境问题,燃烧会

产生有害烟气,而填埋则会对土壤环境、微生物生长

北摇 京摇 林摇 业摇 大摇 学摇 学摇 报 第 37 卷

带来不利影响[4]。 热解是近几十年发展起来的一

项生物质高效转换技术,在农林废弃物利用中具有

非常广阔的应用前景。 它能将低能量密度的生物质

转化成高能量密度的气相、液相、固相产品,减少能

源物质的储存和运输成本,还可用于替代传统能源

或提取高附加值化工产品,为废弃阻燃人造板的回

收利用提供了有效途径[5鄄鄄6]。许多国内外学者对阻燃木质材料的热解进行了

研究。 Gao 等[7] 研究了阻燃木材的热降解特性,结合热重分析结果得知,阻燃木材的热解活化能为

72 ~ 109 kJ / mol,阻燃处理使木材热解残炭率由

10郾 2%增加至 30郾 2% ,并采用 Broido 法得到了热降

解各阶段的动力学参数。 Dobele 等[8] 采用热重分

析法研究了 2 种阻燃剂(碳酸钾和硫酸铵)对木材

热降解过程的影响,结果表明:阻燃剂对木材热解反

应的影响主要体现在低温阶段,使得木材形成了更

为稳定的中间产物;碳酸钙改变了木质素的热解机

制,并抑制了糖类热解产物的形成;硫酸铵则对纤维

素热解起到催化作用,促进了左旋葡聚糖的生成,对木质素热解产物的产量并无影响。 Qu 等[9] 通过热

分析法研究了 Na2B4O7、Na2SiO3、K2CO3等阻燃剂对

木材热分解的影响,TG 及 DTG 结果表明:阻燃处理

使得木材失水干燥阶段的失重增大;快速热解阶段

最大失重速率对应的特征温度降低,该阶段的热失

重和最大失重速率都明显减小;残炭率增加。 周雄

志等[10]研究了阻燃处理对木材热解过程的影响,采用热分析技术对比分析了硫酸铵、尿素、磷酸等 9 种

阻燃剂处理木材的热解行为,结果表明:阻燃处理会

改变木材快速热解阶段的温度和失重率;对比阻燃

处理前后 DSC 曲线的峰形和峰位,发现阻燃剂的加

入明显改变了木材的燃烧性能。 高明等[11] 研究了

磷鄄鄄胺鄄鄄醛树脂型阻燃剂对落叶松(Larix gmelinii)热解行为的影响,热分析结果表明:阻燃剂对落叶松热

解具有催化作用,可大大降低可燃性气体的产生;动力学分析结果表明:阻燃处理后的落叶松活化能明

显下降,燃烧性能降低。为缓解废弃阻燃人造板造成的环境压力,有效

利用木质资源[4],本文以阻燃杨木定向刨花板

(OSB)为原料,通过热重( TG)、示差扫描量热法

(DSC)分析阻燃剂———硼酸鄄鄄硼砂对人造板热解特

性的影响,并采用 Bagchi 法推断快速热解阶段的最

概然机理函数,为指导生产实践、制定废弃阻燃人造

板热解工艺提供一定的理论依据。

1摇 材料与方法

杨木(Populus sp. )刨花,购于河北省文安县;酚

醛树脂胶黏剂,购于北京太尔化工有限公司,其性能

指标见表 1;阻燃剂为硼酸鄄鄄硼砂,质量比为 1颐 1,购于北京化工厂。 杨木定向刨花板由实验室制得,其目标密度和厚度分别为 700 kg / m3、10 mm,酚醛树

脂(PF)胶黏剂的施胶量为 8% (基于绝干刨花的质

量分数),硼酸鄄鄄硼砂的添加量为 9% 、12% (基于绝

干刨花的质量分数)。 将未经硼酸鄄鄄硼砂阻燃处理

的杨木定向刨花板及添加 9% 、12%硼酸鄄鄄硼砂的阻

燃杨木定向刨花板粉碎,筛选出粒径为 80 ~ 100 目

的粉末样品在 103 益烘至绝干,分别计为样品1 ~ 3。

表 1摇 酚醛树脂胶黏剂的技术参数

Tab. 1摇 Technical parameters of phenolic resin

项目

Parameter代表特性值

Representative eigenvalue

外观 Appearance 红色液体 Red liquid

固含量 Solid content / % 44郾 09(42郾 5 ~ 44郾 5)

25 益下的黏度Viscosity at 25益 / (MPa·s) 63(60 ~ 75)

pH 12 ~ 14

摇 摇 用 瑞 士 Mettler鄄Toledo 公 司 的 TGA / DSC1 /1600HT 型同步热分析仪对样品 1 ~ 3 分别进行测

试。 在 30 ~ 700 益范围内进行动态程序控制升温,升温速率 10 益 / min,载气为高纯度氮气,流速 50mL / min。 该系统自动采样,进样量在 10 mg 以内,由记录仪自动记录反应过程中样品质量随温度和时

间的变化[12]。

2摇 结果与分析

将热分析技术应用于阻燃木材的热解研究,通过热重(TG)、微分热重(DTG)曲线可得到材料的热

失重性质,通过示差扫描量热法(DSC)可探讨材料

热解过程的热量释放。 TG 与 DSC 结合可从质量变

化和热量变化 2 个方面研究热解过程[10]。2郾 1摇 热解特性分析

样品热解都经历了失水干燥、快速热解和残余

物质缓慢分解 3 个阶段[13]。 表 2 给出了样品在热

解过程中各温度阶段的特征参数。摇 摇 从图 1 ~ 3 可以看出:样品的 TG、DTG 及 DSC曲线差异较大,说明阻燃处理对木材热解影响显著。

失水干燥阶段样品主要发生水分的脱除、半纤

维素等的解聚及玻璃化转变,引起聚合度下降[14]。从表 2、图 2 可知:样品 1 在该阶段的温度范围为 30 ~138 益,失重率为 2郾 80% ,其 DTG 曲线出现一个较

小的失重峰;样品 2、3 的温度范围为 30 ~ 155 益,失重率分别为 3郾 53% 、3郾 19% ,2 者的 DTG 曲线与样

品 1 差异较大,这是因为硼酸鄄鄄 硼砂的吸湿性导

821

摇 第 1 期 张摇 宇等: 阻燃剂硼酸鄄鄄硼砂对杨木定向刨花板热解特性的影响

摇 摇 表 2摇 样品热解各阶段的温度区间及相应的失重率

Tab. 2摇 Temperature interval and weight loss rate of specimens during the pyrolysis process

样品

Sample

失水干燥阶段

Drying and water losing快速热解阶段

Fast pyrolysis

残余物质缓慢分解阶段

Slow decomposition ofresidual materials

温度段

Phase oftemperature / 益

失重率

Rateof weightloss / %

温度段

Phase oftemperature / 益

失重率

Rateof weightloss / %

温度

Temperature / 益

最大失重速率

Maximum rate ofweight loss /(%·min - 1)

温度段

Phase oftemperature / 益

失重率

Rateof weightloss / %

残炭率

Rate ofresidual

charcoal / %

1 30 ~ 138 2郾 80 138 ~ 377 53郾 58 296 5郾 70 377 ~ 700 13郾 13 30郾 49

2 30 ~ 155 3郾 53 155 ~ 345 32郾 95 324 5郾 65 375 ~ 700 19郾 10 44郾 42

3 30 ~ 155 3郾 19 155 ~ 345 32郾 70 325 5郾 92 387 ~ 700 21郾 01 43郾 10

图 1摇 样品的失重率曲线

Fig. 1摇 Weight loss curves of specimens

图 2摇 样品的失重速率曲线

Fig. 2摇 Differential weight loss curves of specimens摇

图 3摇 样品的示差扫描量热曲线

Fig. 3摇 DSC curves of specimens摇

致样品 2、3 的含水率增大[9],同时硼酸鄄鄄硼砂在该

温度发生了脱水反应[10],故而样品 2、3 在该阶段的

失重大于样品 1。硼酸鄄鄄硼砂对定向刨花板热解的影响主要体现

在快速热解阶段,样品主要发生纤维素、半纤维素及

木质素的热解,固体物质大量裂解,产生挥发性气

体,热失重非常显著[5]。 从表 2、图 1 的可知:样品

2、3 在该阶段的起始温度高于样品 1;样品 1 的失重

率为 53郾 58% ,样品 2、3 的失重率分别为 32郾 95% 、32郾 70% 。 从图 2 可以看出:硼酸鄄鄄硼砂的加入使得

样品 2、3 的 DTG 峰形与样品 1 产生较大差异,其DTG 曲线中的肩峰消失,变为较为陡峭的直线;样品 2、3 的 DTG 曲线失重峰明显窄于样品 1。 由表 2可知:样品 1 ~ 3 的最大热解失重速率对应的特征温

度分别为 296、324、325 益,样品 2、3 明显滞后于样

品 1。 可见硼酸鄄鄄硼砂可以减少杨木定向刨花板的

热失重,对其快速热解起到抑制作用。 这主要是由

于硼酸鄄鄄硼砂受热融化后,对板材起到封闭作用,形成了覆盖层;同时,硼酸鄄鄄硼砂在燃烧温度下放出水

蒸气,起到了冷却、吸热的效果,抑制了可燃气体的

生成[3]。 样品 1 ~ 3 热解的残炭率分别为 30郾 49% 、44郾 42% 、43郾 10% ,样品 2、3 残炭率比样品 1 增加了

13郾 93% 、12郾 61% ,说明加入硼酸鄄鄄硼砂后杨木定向

刨花板的热解残重增加。 这主要是因为硼酸鄄鄄硼砂

对杨木定向刨花板快速热解阶段反应有抑制作用,以及促进成炭的作用[15鄄鄄18]。

从图 3 可以看出:样品 2、3 与样品 1 的 DSC 曲

线差异非常明显。 在快速热解阶段,样品 1 的 DSC曲线中可以观察到明显的吸热现象(吸热峰)和放

热行为(放热峰),其峰值温度分别为 314、343 益。根据胡亿明[19]的报道,吸热峰的形成是由于纤维素

热解过程中,左旋葡聚糖的析出与挥发及左旋葡聚

糖分子内化学键的断裂与重排都是强吸热过程;放热峰的形成则是因为木质素的缩合反应,该反应是

热解炭产物的主要来源,而成炭过程会释放大量的

热。 样品 2、3 在该阶段的 DSC 曲线则为 2 个放热

921

北摇 京摇 林摇 业摇 大摇 学摇 学摇 报 第 37 卷

峰,样品 2 对应的峰值温度分别为 318、367 益,样品

3 对应的峰值温度分别为 311、365 益。 这可能是因

为硼酸鄄鄄硼砂抑制了左旋葡聚糖中间体的形成,使其向左旋葡酮糖转化,放出热量,导致残炭量增加、可燃气性气体生成量减少,因而改变了杨木定向刨

花板 DSC 曲线的峰形和峰位[10]。2郾 2摇 热解动力学分析

由于热重试验样品的粒径小于 1 mm,可以忽略

挥发份在颗粒内部的扩散作用,高纯度氮气的吹扫

可保证挥发性物质及时排出,因此热解过程主要由

反应动力学控制[20]。 样品热解反应可以看成:

A(固体) 寅热解

B(固体) + C(气体) (1)为了避免由于所选择的积分形式机理函数

g(琢) 、微分形式机理函数 f( 琢)形式与实际发生

的动力学过程的差异,本文采用 Bagchi 法推断最

概然机理函数 [21] ,将原始数据和表 3 中所列的

30 种 g(琢) 、 f( 琢) 形式分别带入普适积分方程

(2)和微分方程(3 ) ,求出一系列活化能 E 和频

率因子 A。 若反应机理选择正确,则这 2 个方程

求得的 E、A 值相近,从而推断出热解反应的最概

然机理函数。

(ln g(琢)T - T )

0= ln A

茁 - ERT (2)

æ

èççln d琢 / dT

f(琢 ()E(T - T0)

RT2 )

ö

ø÷÷

+ 1= ln A

茁 - ERT (3)

式中:琢 为物质的转化率;T 为反应温度,K;T0为反

应初始温度,K;A 为频率因子,min - 1;茁 为加热速

率,K / min;E 为表观活化能,kJ / mol;R 为通用气体

常数,值为 8郾 314 472 伊 10 - 3 kJ / (mol·K)。

表 3摇 热解反应常用机理函数[21]

Tab. 3摇 General mechanism functions for thermal decomposition reaction

函数序号

Number of functiong(琢) f(琢)

1 琢2 12 琢 - 1

2 琢 + (1 - 琢)ln(1 - 琢) ( - ln(1 - 琢)) - 1

3 (1 - 23 琢) - (1 - 琢)

23

32 ((1 - 琢) - 1

3 - 1) - 1

4 ~ 5 (1 - (1 - 琢)13 ) n 摇 (n = 2, 1

2 ) 3n (1 - 琢)

23 (1 - (1 - 琢)

13 ) - (n - 1) 摇 (n = 2, 1

2 )

6 (1 - (1 - 琢)12 )

12 4(1 - 琢)

12 (1 - (1 - 琢)

12 )

12

7 ((1 + 琢)13 - 1) 2 3

2 (1 + 琢)23 ((1 + 琢)

13 - 1) - 1

8 ((1 - 琢) - 13 - 1) 2 3

2 (1 - 琢)43 ((1 - 琢) - 1

3 - 1) - 1

9 - ln(1 - 琢) 1 - 琢

10 ~ 16 ( - ln(1 -琢))n 摇 (n = 23 , 1

2 , 13 ,4, 1

4 ,2,3) 1n (1 -琢)( - ln(1 -琢)) - (n -1) 摇 (n = 2

3 , 12 , 1

3 ,4, 14 ,2,3)

17 ~ 22 1 - (1 - 琢) n 摇 (n = 12 ,3,2,4, 1

3 , 14 ) 1

n (1 - 琢) - (n - 1) 摇 (n = 12 ,3,2,4, 1

3 , 14 )

23 ~ 27 琢n 摇 (n = 1, 32 , 1

2 , 13 , 1

4 ) 1n (琢) - (n - 1) 摇 (n = 1, 3

2 , 12 , 1

3 , 14 )

28 (1 - 琢) - 1 (1 - 琢) 2

29 (1 - 琢) - 1 - 1 (1 - 琢) 2

30 (1 - 琢) - 12 2(1 - 琢)

32

摇 摇 样品的热解过程分为 3 个阶段,其中快速热解

阶段的失重近乎直线,动力学分析将根据样品失重

速率最大的第 2 阶段进行。 将样品 1 ~ 3 快速热解

阶段对应的 30 种动力学机理函数的积分形式和微

分形式,分别带入方程(2)、(3)求得 E 值,结果见

表 4。对表 4 进行方差分析可知,序号为 7 的热解机

理函数采用 2 种方法计算的活化能结果最为接近;因此,推断样品 1 ~ 3 热解满足 Ginstling鄄Broushtein

方程,最概然机理为球形对称的 3 维扩散[22],其机

理函数为:

g(琢) = ((1 + 琢)13 - 1) 2 (4)

f(琢) = 32 (1 + 琢)

23 ((1 + 琢)

13 - 1) - 1 (5)

从表 5 可知:样品活化能的微分法计算结果略

大于积分法,但 2 者呈现出相同的趋势。 样品 1 ~ 3活化能的平均值分别为 101郾 690、116郾 635、129郾 225kJ / mol;添加硼酸鄄鄄硼砂使得杨木定向刨花板快速热

031

摇 第 1 期 张摇 宇等: 阻燃剂硼酸鄄鄄硼砂对杨木定向刨花板热解特性的影响

摇 摇 表 4摇 热解反应活化能的求解结果

Tab. 4摇 Activation energy of thermal decomposition reaction kJ·mol - 1

函数序号

Number offunction

样品 1Sample 1

样品 2Sample 2

样品 3Sample 3

g(琢) f(琢) g(琢) f(琢) g(琢) f(琢)

1 106郾 64 115郾 35 117郾 97 140郾 43 124郾 65 157郾 84

2 112郾 06 123郾 90 125郾 88 153郾 05 131郾 84 169郾 21

3 113郾 99 126郾 95 128郾 74 157郾 61 134郾 40 173郾 27

4 117郾 86 132郾 94 134郾 46 166郾 54 139郾 55 181郾 26

5 21郾 60 36郾 89 25郾 86 58郾 01 27郾 12 68郾 89

6 20郾 88 34郾 62 24郾 79 54郾 61 26郾 16 65郾 85

7 99郾 05 104郾 33 107郾 70 125郾 57 114郾 84 143郾 61

8 129郾 85 150郾 91 152郾 33 193郾 34 155郾 52 205郾 22

9 56郾 63 74郾 83 66郾 44 103郾 10 68郾 52 114郾 32

10 34郾 26 52郾 52 40郾 84 77郾 53 42郾 23 88郾 04

11 23郾 07 41郾 38 28郾 05 64郾 74 29郾 08 74郾 91

12 11郾 89 30郾 27 15郾 25 51郾 97 15郾 94 61郾 77

13 258郾 00 276郾 07 296郾 79 333郾 40 305郾 17 350郾 91

14 6郾 29 24郾 73 8郾 85 45郾 58 9郾 36 55郾 21

15 123郾 75 141郾 88 143郾 23 179郾 86 147郾 40 193郾 17

函数序号

Number offunction

样品 1Sample 1

样品 2Sample 2

样品 3Sample 3

g(琢) f(琢) g(琢) f(琢) g(琢) f(琢)

16 190郾 88 208郾 97 220郾 00 256郾 63 226郾 28 272郾 04

17 52郾 25 65郾 86 59郾 10 89郾 70 62郾 68 102郾 34

18 33郾 51 21郾 17 33郾 15 22郾 84 37郾 98 42郾 51

19 40郾 38 38郾 99 42郾 74 49郾 54 46郾 98 66郾 43

20 27郾 44 40郾 05 24郾 95 58郾 40 30郾 11 68郾 23

21 53郾 68 68郾 85 62郾 06 94郾 17 64郾 60 106郾 33

22 54郾 41 70郾 34 63郾 14 96郾 41 65郾 56 108郾 33

23 48郾 08 56郾 89 53郾 82 76郾 31 57郾 15 90郾 36

24 77郾 36 86郾 10 85郾 90 108郾 37 90郾 90 124郾 10

25 18郾 79 27郾 78 21郾 74 44郾 29 23郾 40 56郾 65

26 9郾 03 18郾 14 11郾 04 33郾 63 12郾 14 45郾 43

27 4郾 15 13郾 36 5郾 70 28郾 31 6郾 52 39郾 82

28 7郾 50 92郾 78 16郾 47 129郾 90 13郾 61 138郾 27

29 66郾 06 92郾 78 80郾 63 129郾 90 81郾 11 138郾 27

30 3郾 48 83郾 81 3郾 06 116郾 50 1郾 63 126郾 29

表 5摇 最概然机理函数的动力学分析结果

Tab. 5摇 Kinetic results of the most probable mechanism function

样品 1 Sample 1 样品 2 Sample 2 样品 3 Sample 3

E / (kJ·mol - 1) lgA / s - 1 E / (kJ·mol - 1) lgA / s - 1 E / (kJ·mol - 1) lgA / s - 1

积分法 Integration method 99郾 05 3郾 98 107郾 70 4郾 46 114郾 84 5郾 02

微分法 Differentiation method 104郾 33 4郾 31 125郾 57 5郾 77 143郾 61 7郾 30

平均值 Average 101郾 690 — 116郾 635 — 129郾 225 —

解阶段的反应活化能增大,热解所需的能量增加,对快速热解反应起到抑制作用,此结论与 2郾 1 的分析

结果一致。 样品 3 的活化能高于样品 2,说明硼酸鄄鄄硼砂的添加量增大,抑制作用增强。 样品频率因子

的对数值介于 0 ~ 10 s - 1之间,其规律与活化能规律

相同。阻燃定向刨花板热解过程中炭产量增加,会需

要消耗更多的热量。 因此,在制定阻燃人造板的热

解工艺、考虑其产物利用时,应选择以生成固体物质

为主的热解工艺;在设计相应热解反应器时,也应考

虑其对热量的要求。2郾 3摇 热解机理检验

采用 Matlab 软件对试验数据进行拟合, 将

Ginstling鄄Broushtein 方程代入普适积分方程(2)中,验证阻燃杨木定向刨花板的热解反应模型是否合

理。 试验数据和模拟曲线结果见图 4。 从图 4 可以

看出:试验数据与模型计算结果基本吻合,验证了阻

燃杨木定向刨花板热解过程遵循球形对称的 3 维扩

散机理。 但是模型仅能预测快速热解阶段的反应,而对失水干燥阶段和残余物质缓慢分解阶段的模拟

则会产生一定的偏差;因此,对阻燃杨木定向刨花板

整个热解过程的模拟有待进一步研究。

3摇 结摇 摇 论

1)硼酸鄄鄄硼砂对快速热解阶段的反应起到抑制

作用,使得杨木定向刨花板快速热解阶段温度范围

缩小,最大失重速率对应的特征温度向高温方向移

动,热解过程中吸放热现象变化明显;随着硼酸鄄鄄硼砂添加量的增大,其对杨木定向刨花板的影响程度

增加。2)阻燃杨木定向刨花板热解的残炭率高于未

处理材,分别添加 9% 、12%硼酸鄄鄄硼砂后,其残炭率

比未处理材增加了 13郾 93% 、12郾 61% 。3)阻燃杨木定向刨花板的最概然机理为球形

131

北摇 京摇 林摇 业摇 大摇 学摇 学摇 报 第 37 卷

图 4摇 样品试验数据与拟合结果对比

Fig. 4摇 Comparison between the experimental data andthe fitting data of specimens

摇

对称的 3 维扩散,满足 Ginstling鄄Broushtein 方程。 未

经阻燃处理及添加 9% 、12%硼酸鄄鄄硼砂的杨木定向

刨花 板 的 热 解 反 应 活 化 能 分 别 为 101郾 690、116郾 635、129郾 225 kJ / mol,硼酸鄄鄄硼砂使得杨木定向

刨花板热解所需的能量增加。

参 考 文 献

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(责任编辑摇 李文军

责任编委摇 赵广杰)

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