木材阻燃剂主要由含磷、氮、硼和卤素的化合物或混合物组成。由于卤素阻燃剂在燃烧过程中具有较强的腐蚀性和有毒的卤化氢气体,烟雾密度往往较高。因此,近年来卤素阻燃剂的研究和应用逐渐减少,使得含磷、氮、硼的阻燃剂成为木材阻燃剂的主体。根据阻燃剂研究的性质、制备和应用特点,木材阻燃剂分为:①无机阻燃剂;②有机阻燃剂;③树脂阻燃剂;④反应阻燃剂;⑤其它类型的阻燃剂。
(1)虽然无机木材阻燃剂具有较大的吸湿性,沉淀木材等严重缺陷,但由于成本低,生产方法简单,仍被一些木材企业采用。目前,第三代无机木材阻燃剂在吸湿沉淀过程中发展了第三代无机木材阻燃剂。其主要技术是增加无机离子的体积,如用相对分子质量高的水溶性低聚磷酸盐代替磷酸盐,或通过内部反应生成不溶性阻燃剂。例如,利用化学反应的温度特性,在室温下制备单一的阻燃处理液,然后通过干窑或加热处理液在木材中反应生成不溶性阻燃剂。近年来,具有阻燃、防腐、防霉功能的多效木材阻燃剂,以及满足市场需求的新型木材阻燃剂。
由于阻燃机制不同,单一阻燃剂难以达到理想的效果,通常采用复合阻燃剂。这不仅可以降低成本,而且可以大大降低阻燃材料的物理和机械性能损失。目前主要包括硼化合物、金属氢氧化物和阻燃协同作用,主要是磷氮复合物、磷卤化合物、磷氮硼复合物等高效阻燃系统,包括磷氮复合阻燃剂更受木材阻燃剂的青睐,近年来需要无卤、低烟、低毒、氢氧化铝和氢氧化镁,在许多阻燃应用中,非常有前途。
(2)虽然在阻燃有机木材中添加有机木材阻燃剂的速度比无机阻燃剂要晚,但它发展迅速,通常经历了三个发展阶段。有机磷阻燃剂是磷酸盐、磷酸盐、亚磷酸盐、有机磷盐、含磷多元醇-氮化合物等。主流有机木材阻燃剂仍然是一种含有磷、氮和硼的多元化复合系统。阻燃剂能够抵抗损失,对木材的物理和机械性能影响不大。第三代有机木材阻燃剂甲醛释放量低,吸湿性低或基本不吸湿(类似于未经处理的材料)。这种阻燃剂通常追求多种效率,这不仅削弱了各种处理对木材性能的不利影响,而且降低了处理成本。例如,作为阻燃元素磷和氮的载体,由含氮有机化合物和磷酸盐产生的低吸湿的载体,然后与硼化合物形成高效的磷氮阻燃系统,具有阻燃、防腐和防白蚁的性能FRW木阻燃剂。
(3)树脂木材阻燃剂在树脂木材阻燃剂中添加到树脂木材阻燃剂中。浸泡木材后,树脂在干燥过程中固化,覆盖固化配方中易损失的阻燃成分(通常无盐),提高阻燃剂的抗损失性、迁移性和吸湿性。这种阻燃剂已在美国、欧洲和日本获得专利。阻燃剂可能具有较高的热稳定性和生物稳定性,可以提高尺寸稳定性和表面硬度,而不会改变木材本身的感觉。目前,树脂木材阻燃剂似乎处于开发研究阶段,加工材料颜色较深,难以浸泡。
(4)反应阻燃剂反应木材阻燃剂利用化学反应将阻燃元素或含有阻燃元素的基团加载到木材分子中,形成稳定的化学键。由于阻燃元素实际上分布在木材上(远远高于添加阻燃剂的分散度),阻燃木材不仅具有耐损性和耐久性的优点,而且单位质量阻燃剂的阻燃效率也很高。常用的阻燃官能团具有羟基和苯环,可与含有阻燃活性基团的阻燃元素或化合物反应,如酯化、酯交换、醚化、酰化、酰化、卤化等。
(5)近年来,木材阻燃技术的研究也应用于材料、化工等领域的高科技技术。例如,日本专利使用的粒子直径不大于0.1μm五氧化二锑微粉水基分散剂或五氧化二锑胶具有良好的阻燃性;木材表面涂层的另一种阻燃剂主要由丙酰胺、尿素或三聚氰胺树脂和环氧微胶囊组成。